DE102017102923A1

DE102017102923A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems

Info

Publication number: DE102017102923A1
Application number: DE102017102923.0A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Schumann; Carsten Christmann; Andreas Giez
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2017-02-14
Filing date: 2017-02-14
Publication date: 2018-08-16
Anticipated expiration: 2037-02-15
Also published as: FR3062906A1; DE102017102923B4; FR3062906B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Ermitteln (101) einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS; mittels des Druckmesssystems Ermitteln (102) eines statischen Druckes p_AC(t) und/oder einer Druckhöhe z_AC(t), für die Position POS_GNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) einer zum statischen Druck p_AC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t), und/oder für die Position POS_GNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROG_DAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) eines zur Höhe z_GNSS(t) zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t); Ermitteln (104) der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder Ermitteln (104) der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t); Ermitteln (105) einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder Ermitteln (105) einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist; und Erzeugen (106) eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems.
Das barometrische Druckmesssystem eines Fluggeräts dient insbesondere zur Ermittlung der barometrischen Flughöhe z_AC(t) (= Druckhöhe) des Fluggeräts, die auf Basis des statischen Drucks p_AC(t) auf dem Flugniveau des Fluggeräts in der ungestörten Atmosphäre bestimmt wird. Hierzu wird der statische Druck p_AC(t) während des Fluges ermittelt. Die Druckentnahme erfolgt an einer geeigneten Stelle an der Oberfläche des Fluggeräts (der „Druckentnahmestelle für statischen Druck“), die Messung des dort entnommenen Drucks erfolgt mit entsprechenden Drucksensoren. Diese Druckmessung wird durch die Aerodynamik des Fluggeräts und die aktuelle Konfiguration des Fluggeräts, unter anderem als Funktion der Fluggeschwindigkeit (bspw. der Machzahl), gestört.
Die Flughöhe eines Fluggeräts bestimmt sich dabei typischerweise aus der Messung des statischen Luftdrucks p_AC(t) und dessen Umrechnung in eine barometrische Flughöhe z_AC(t) auf Basis der ICAO-Standard Atmosphäre (ICAO: „International Civil Aviation Organization“). Je nach aktuellem Wetter weicht der Zustand der lokalen Atmosphäre oft erheblich von der ICAO-Standardatmosphäre ab, so dass auch die ermittelte barometrische Flughöhe z_AC(t) des Fluggeräts folglich von einer tatsächlichen geometrischen Flughöhe des Fluggeräts abweichen kann. Die Abweichungen der barometrischen Flughöhe z_AC(t) betragen typischerweise ca. +/- 5 - 10 % der geometrischen Flughöhe.
Die barometrische Flughöhe z_AC(t) ist somit mittels des Druckmesssystems ohne externe Hilfsmittel am Fluggerät ermittelbar und daher traditionell Grundlage der Flugführung. Ohne eine Kalibrierung des Druckmesssystems wären die Messfehler aufgrund der vorstehend angesprochenen Störungen und damit die Genauigkeit der ermittelten barometrischen Flughöhe z_AC(t) unakzeptabel. Zu einer genauen barometrischen Höhenbestimmung muss daher die Abweichung einer aktuellen Druckmessung von den Verhältnissen der umgebenden ungestörten Atmosphäre bekannt sein und entsprechend korrigiert werden.
Bei der Zulassung eines Fluggeräts wird heute zur Kalibrierung des eingebauten Druckmesssystems eine Vielzahl von Kalibriermessungen am Boden und im Fluge durchgeführt. Dabei werden typischerweise die Messwerte der Sensoren des Druckmesssystems an einem Prototypen des Fluggeräts mit Messungen in der ungestörten Umgebung in gleicher Flughöhe verglichen. Aus der Differenz wird der Druckentnahmefehler ermittelt, der in Form einer Funktion verschiedener Einflussgrößen zur Korrektur verwendet wird. Diese Korrektur wird für einen bestimmten Fluggerätetyp typischerweise einheitlich festgelegt und in einem Luftdatenrechner (Air Data System, ADS) hinterlegt. Dem Luftdatenrechner werden neben der Druckmessung auch weitere relevante Einflussgrößen bereitgestellt.
Üblicherweise bestimmt man diese Korrektur der Druckmessung durch Vergleiche der Messergebnisse des Druckmesssystems mit Referenzmessungen bspw. an einem Turm durch einen sog. „Tower-Flyby“ oder mit Messungen eines entsprechend kalibrierten Vergleichsfluggeräts oder mit Messungen des statischen Luftdrucks in der ungestörten Atmosphäre weit vor (bspw. mit einem Sensor an einem Nasenmast des Fluggeräts) oder hinter dem Fluggerät (mit einer Schleppsonde mit Schleppkegel, sogenannte „Trailing-Cone“-Messung).
Eine hinreichend genaue Kalibrierung des Druckmesssystems ist besonders dann wichtig, wenn das Fluggerät in einem Luftraum mit reduzierter vertikaler Staffelung betrieben werden soll, bspw. einem Luftraum, für den sogenannte „Reduced Vertical Separation Minima, RVSM“ gelten. Flüge in derartigen Lufträumen mit reduzierter Höhenstaffelung (RVSM-Lufträume) sind nur dann zulässig, wenn das Fluggerät eine „RVSM-Betriebsgenehmigung“ von der zuständigen Luftfahrt-Behörde erhalten hat. Dafür muss nachgewiesen werden, dass das Druckmesssystem im Einsatzbereich des Fluggeräts unter vorgegebenen Voraussetzungen eine Ermittlung einer barometrischen Flughöhe z_AC(t) mit einer vorgegebenen Genauigkeit ermöglicht.
Zur Bestimmung der erforderlichen Druckkorrektur im Druckmesssystem sind heute aufwändige Flugversuche des zu überprüfenden Fluggeräts, Messungen am Boden, Begleitmessungen im Flug oder die Verfügbarkeit einer experimentellen Zusatzausrüstung am Fluggerät erforderlich.
Eine bekannte Methode zur Bestimmung der barometrischen Höhe z_AC(t) im Flug ist die sogenannte „Blanchard-Methode“. Hierbei wird die Druckdifferenz zwischen diversen Flughöhen aus dem vertikalen Integral der virtuellen Temperatur bestimmt und mit Druckgradienten infolge des geostrophischen Windes korrigiert (vgl.: Blanchard, R.L., ,An Improvement to an Algorithm for Computing Aircraft Reference Altitude", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-8, No. 5, 1972, Seiten 685-687; und Blanchard, R.L., „A new Algorithm for Computing Inertial Altitude and Vertical Velocity", IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-7, Nov. 1971, Seiten 1143-1146.)
Zur Überprüfung der Genauigkeit von barometrisch ermittelten Höhen z_AC(t) im Flugbetrieb stellen Luftfahrtbehörden oder Service Betreiber (anerkannte „Air Navigation Service Provider“, ANSP) auch sogenannte „Height Monitoring Units = HMU“ zur Durchführung der „HMU-Methode“ oder sogenannte „GPS-based Monitoring Units = GMU“ zur Durchführung der „GMU-Methode“ zur Verfügung.
Bei der sogenannten „HMU-Methode“ wird die vom Druckmesssystem des zu prüfenden Fluggeräts ermittelte barometrische Höhe z_AC(t) mit einer Höhe aus Vergleichsmessungen verglichen. Dabei kann auch die Blanchard- Methode benutzt werden. Die geometrische Vergleichshöhe des Fluggeräts wird hierbei typischerweise im Beobachtungsbereich einer zughörigen Bodenstation (ca. 40 nautische Meilen um die Bodenstation) mittels einer Langzeitmessung eines Transpondersignals des Fluggeräts und/oder mittels Radar bestimmt. Derartige Vergleichsmessungen sind derzeit jedoch auf ein Höhenband von FL 290 bis FL 410, („FL“ = Flugfläche) begrenzt. Das Fluggerät muss hierbei während der Vergleichsmessung zumindest für 5 Minuten auf konstanter Höhe fliegen. Die HMU-Methode erfordert also die Nutzung zumindest einer HMU-Bodeneinheit, die Durchführung spezieller Kalibrierflüge, teils mit Zusatzausrüstung, und verursacht dementsprechende Zusatzkosten. Dabei ist man typischerweise auf die Dienstleistung eines anerkannten „Air Navigation Service Providers“ angewiesen.
Bei der „GMU-Methode“ wird typischerweise zur Vergleichsmessung eine portable GMU (GPS-based Monitoring Unit) zur Höhenmessung mittels eines Satellitennavigationssystems GNSS („Global Navigation Satellite System“) an Bord des Fluggeräts genommen. Die Vergleichshöhe wird bspw. anhand von Ballonmessungen und gegebenenfalls anderen meteorologischen Messungen (Temperaturprofiler) bestimmt, mit Wetterdaten aus numerischen Modellen gestützt, und mit den Druckhöhenmessungen anderer Fluggeräte im gleichen Luftraum abgeglichen.
Neben der Ermittlung der für die Flugführung wesentlichen barometrischen Flughöhe z_AC(t) ist der möglichst genau ermittelte statische Druck p_AC(t) weiterhin wichtig, um aus den Messungen des Gesamtdrucks („Total Air Pressure“) auf den dynamischen Druck und somit auf die Fluggeschwindigkeit (bspw. Machzahl) zu schließen. Fehler der statischen Druckmessung wirken sich so unmittelbar auf Fehler bei der Ermittlung des dynamischen Drucks aus. Auch die Bestimmung der statischen Temperatur aus der Messung der Temperatur T_stau in der gestauten Luft am Fluggerät setzt die genaue Kenntnis des statischen und dynamischen Drucks voraus.
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Fehlererkennung bei barometrischen Druckmesssystemen weisen den Nachteil auf, dass sie typischerweise Flugversuche erfordern und kosten- und zeitaufwendig sind. Sie machen insbesondere kleinere Änderungen am Fluggerät, wie temporäre An-/Abbauten am Fluggerät teuer, zeitaufwendig und schwierig, da diese die Aerodynamik des Fluggeräts ändern und somit eine erneute Kalibrierung des Druckmesssystems erfordern. Weiterhin nachteilig am Stand der Technik ist, dass im Flug weder der Pilot noch die Flugüberwachung eine einfache Möglichkeit haben, die Funktion und Genauigkeit des vom Druckmesssystem ermittelten barometrischen Drucks p_AC(t) und der barometrischen Flughöhe z_AC(t) zu überwachen und entsprechende Trends der Genauigkeit zu ermitteln. Daher muss im Stand der Technik die Funktion und die Genauigkeit des Druckmesssystems regelmäßig aufwendig überprüft werden. Dabei kann eine Überprüfung von Komponenten des Druckmesssystems am Boden die Genauigkeit des Druckmesssystems im Flugbetrieb nur unvollständig sicherstellen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, mit dem/der ein Fehler eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems einfach, auch während des Fluges ermittelbar ist. Dabei sollen weiterhin die genannten Nachteile vermieden werden.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, mit folgenden Schritten. In einem ersten Schritt erfolgt ein Ermitteln einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS. In einem zweiten Schritt erfolgt mittels des Druckmesssystems ein Ermitteln eines statischen Druckes p_AC(t) und/oder einer Druckhöhe z_AC(t). In einem dritten Schritt erfolgt für die Position POS_GNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROG_DAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln einer zum statischen Druck p_AC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t). Alternativ oder zusätzlich erfolgt für die Position POS_GNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln eines zur Höhe z_GNSS(t) zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t). In einem vierten Schritt erfolgt ein Ermitteln der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t). In einem fünften Schritt erfolgt ein Ermitteln einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist. In einem sechsten Schritt erfolgt ein Erzeugen eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.
Der Begriff „Fluggerät“ wird vorliegend weit gefasst verstanden. Er umfasst alle Vorrichtungen, die innerhalb einer Planetenatmosphäre (insbesondere der Erdatmosphäre) fliegen oder fahren, insbesondere Fluggeräte, die leichter als das Medium der Atmosphäre (bspw. Luft) sind: Freiballone, Fesselballone, Heißluftballone, Luftschiffe, etc., sowie Fluggeräte, die schwerer als das Medium der Atmosphäre sind: Segelfluggeräte, Hängegleiter, Gleitschirme, Drehflügler, Drohnen, Militärflugzeuge, Transportflugzeuge, Passagierflugzeuge, Sportflugzeuge, Ultraleichtflugzeuge, etc..
Das „barometrische Druckmesssystem“ umfasst vorteilhaft Leitungen zu Messpunkten am Fluggerät, bspw. Druckleitungen zur Entnahme des statischen Drucks, zur Entnahme des Gesamtdrucks, zur Entnahme eines Differenzdrucks, weiterhin vorteilhaft elektrische Leitungen zu Messsensoren bspw. für Drucke, Lufttemperatur und/oder Luftfeuchte, eine Auswerteeinrichtung (bspw. ADC = „Air Data Computer“) sowie eine elektrische Schnittstelle zur Bereitstellung der ermittelten Messdaten, insbesondere des statischen Druckes p_AC(t) und der Druckhöhe z_AC(t). Kalibrierkurven bzw. Kalibrierparameter zur Ermittlung des statischen Druckes p_AC(t) und der Druckhöhe z_AC(t) bzw. weiterer Messdaten werden dabei von der Auswerteeinrichtung berücksichtigt. Die Druckleitungen müssen dicht sein. Leckagen bzw. Undichtigkeiten des Druckleitungssystems erzeugen Fehlmessungen.
Der Begriff „Fehler“ wird vorliegend weit gefasst verstanden, er umfasst grundsätzlich jeden Fehler des Druckmesssystems, der sich auf die Messgrößen: statischer Luftdruck p_AC(t) und/oder barometrische Höhe z_AC(t) des Druckmesssystems auswirkt. Derartige Fehler können beispielsweise durch eine fehlerhafte Kalibrierung des Druckmesssystems, einen fehlerhaften Sensor innerhalb des Druckmesssystems, Leckagen / Undichtigkeiten des Druckmesssystems oder eine fehlerhafte Elektronik des Druckmesssystems verursacht werden.
Das „Satellitennavigationssystem GNSS“ ist vorteilhaft ein GPS-, oder Galileo-, oder ein GLONASS-basiertes Navigationssystem, mittels dem die aktuelle Position POS_GNSS(t) (Lage auf der Erdoberfläche, bspw. als x-y-Koordinaten) und Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zeitabhängig ermittelbar ist. Natürlich sind andere Satellitennavigationssysteme GNSS von dem Erfindungsgedanken mit eingeschlossen.
Vorteilhaft wird als Satellitennavigationssystem GNSS auf dem Fluggerät ein differentielles Satellitennavigationssystem (beispielsweise ein DGPS) eingesetzt. Mit einem solchen differentiellen Satellitennavigationssystem sind aktuell Höhenmessungen für z_GNSS(t) mit einer Genauigkeit von ca. 0,2 m und Positionsmessungen für POS_GNSS(t) mit einer Auflösung von ca. 0,3 m möglich.
Der Begriff „geodätisches Referenzsystem“ bezeichnet vorliegend ein Erdmodell, das vorteilhaft die wichtigsten Parameter der Erdfigur, der Erdrotation und des Schwerefeldes berücksichtigt. Vorteilhaft ist das geodätische Referenzsystem das WGS84 (mit dem Gravitationsmodell EGM96 oder EGM2008) oder das ETRS89 Referenzsystem. Natürlich sind andere geodätische Referenzsysteme von dem Erfindungsgedanken mit eingeschlossen.
In dem zweiten Schritt erfolgt mittels des Druckmesssystems das zeitabhängige Ermitteln des statischen Druckes p_AC(t) und/oder der Druckhöhe z_AC(t). Dabei gehen für das Druckmesssystem vorgegebene aktuelle Kalibrierparameter bzw. Kalibrierkurven etc. in die Ermittlung Druckes p_AC(t) und der Druckhöhe z_AC(t) ein.
In dem dritten Schritt werden Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROG_DAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP bereitgestellt, um für die Positionen POS_GNSS(t) zu den gemessenen statischen Drücken p_AC(t) zugeordnete geopotentielle Höhen z_AN/PROG(t) und/oder für Positionen POS_GNSS(t) zu den ermittelten Höhen z_GNSS(t) zugeordnete statische Drücke p_AN/PROG(t) zu ermitteln.
Den Wetter-Analysedaten AN_DAT und Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP wird hierzu ein Zusammenhang zwischen geopotentiellen Höhen z_AN/PROG(t) und zugeordneten barometrischen Druckflächen p_AN/PROG(t) entnommen. Die Analysedaten AN_DAT für ein an einem Zeitpunkt t1 und einer Position POS_GNSS(t₁) herrschendes Wetter sind erst zu einer Zeit t₁ + Δt_analyse verfügbar, wobei Δt_analyse eine für die Analyse der zur Zeit t₁ erfassten Wetterdaten und die Bereitstellung der entsprechenden Analysedaten AN_DAT erforderliche Zeitspanne angibt. Analysedaten AN_DAT eignen sich daher insbesondere zur nachträglichen Auswertung von Messdaten, die während eines Fluges vom Druckmesssystem ermittelt wurden. Typischerweise weisen die aus Analysedaten AN_DAT ermittelten geopotentiellen Höhen Z_AN(t) und statischen Drücke p_AN(t) auch eine höhere Genauigkeit auf, als die aus Wetter-Prognosedaten PROG_DAT ermittelten geopotentiellen Höhen z_PROG(t) und statischen Drücke p_PROG(t).
Vorteilhaft berücksichtigt das Wetterprognosemodell NWP zur Erzeugung der Wetter-Prognosedaten PROG_DAT eine von der Position POS (auf der Erdoberfläche) und Höhe h abhängige Erdbeschleunigung g = g(POS, h), sowie eine Geoid-Undulation. Die „Geoid-Undulation“ bezeichnet einen Abstand des Geoids von einem Bezugsellipsoid im betrachteten Ellipsoidpunkt, gemessen entlang der Ellipsoidnormalen. Bezüglich eines mittleren Referenzellipsoids für die Erde können Geoid-Undulationen bis ca. 100 m betragen.
Weiterhin vorteilhaft weist das numerische Wetterprognosemodell NWP Modelldruckflächen p_k auf, für welche bspw. prognostische Gleichungen für die Temperatur, Feuchte etc. gelöst werden, so dass Prognosedaten PROGRAWDAT(t) zunächst für die Modelldruckflächen p_k vorliegen. Zur Ermittlung der Wetter-Prognosedaten PROG_DAT(t) werden die Prognosedaten PROG_RAWDAT(t) vorteilhaft linear in der Zeit t und linear in geographischen Koordinaten und logarithmisch im Druckfeld hinsichtlich der Position POS_GNSS(t) des Fluggeräts zwischen Modell-Halbdruckflächen p_k+1/2 = a_k+1/2 + b_k+1/2*p_sfc interpoliert, mit:

k =0,..., K;
p_k+1/2 = 0 für k= 0;
p_sfc: statischer Druck am Boden für k=K; und
a_k+1/2, b_k+1/2 konstante Koeffizienten.

Zur Definition von Modelldruckflächen in einem numerischen Wetterprognosemodell NWP wird auf den Artikel von Simmons, A. and Burridge, D.M., „An Energy and Angular-Momentum Conserving Vertical Finite-Difference Scheme and Hybrid Vertical Coordinate" Mon. Wea. Rev., Vol. 109, No. April 1981, Seiten: 758-766 verwiesen. Andere numerische Verfahren nutzen unstrukturierte Netze, Finite Elemente oder andere diskrete Approximationen der berechneten Feldgrößen. Diese erfordern angepasste optimierte Interpolationsverfahren.
Die vorstehenden vorteilhaften Merkmale des Wetterprognosemodells NWP führen zu einer Erhöhung der Genauigkeit, mit der die Größen: z_AN/PROG(t) und p_AN/PROG(t) ermittelbar sind. Wegen der höheren Genauigkeit kurzfristiger Prognosen, werden vorteilhaft Wetter-Prognosedaten PROG_DAT(t) für einen Prognosezeitraum von weniger als zwei Tagen verwendet.
Vorteilhaft wird als Wetterprognosemodell NWP das sogenannte „Integrated Forecast System“ (IFS) des ECMWF („European Centre for Medium-Range Weather Forecasts“) verwendet. Natürlich sind andere Wetterprognosemodelle vom Erfindungsgedanken mit umfasst.
In dem vierten Schritt erfolgt das Ermitteln der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder das Ermitteln der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t).
In dem fünften Schritt erfolgt das Ermitteln der über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder das Ermitteln der über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist.
Die Höhenabweichung Δz * ergibt sich vorteilhaft bspw. als Mittelwert <Δz(t)> oder als Differenz der Mittelwerte <z_GNSS(t)> - <z_AN/PROG(t)> für den Zeitraum Δt. Analog ergibt sich die Druckabweichung Δp* bspw. als Mittelwert <Δp(t)> oder als Differenz der Mittelwerte <p_AC(t)> - <p_AN/RROG(t)>. Vorteilhaft erfolgt die jeweilige Mittelwertbildung nur für Flugabschnitte mit einer konstanten Flughöhe und Fluggeschwindigkeit. Weiterhin vorteilhaft werden auf diesen Flugabschnitten keine Flugmanöver, wie bspw. Kurvenflüge, durchgeführt. Der Zeitraum Δt wird vorteilhaft aus dem Bereich [1 min, 10 h] gewählt, er beträgt vorteilhaft 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h, 3 h, 4 h oder 5 h. Vorteilhaft werden für diesen Zeitraum Δt gleitende Mittelwerte ermittelt. Der Mittelwert kann auf verschiedenste Arten ermittelt werden. So kann der Mittelwert beispielsweise ein Median, ein arithmetisches Mittel, ein geometrisches Mittel, ein harmonisches Mittel, ein quadratisches Mittel oder ein kubisches Mittel etc. sein. Der Mittelwert kann weiterhin gewichtet sein.
Bereits heute ist es mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich, auf Basis der Wetter-Analysedaten AN_DAT oder der Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP die Druck- und Höhenmessungen an einem Fluggerät im Bereich der global verfügbaren Wetterdaten mit einer Genauigkeit von besser als +/-10 m oder +/-30 Fuß im 95%-Vertrauensintervall zu verifizieren.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Überwachung der Funktion und der Genauigkeit des Druckmesssystems im Flugbetrieb. Die Ergebnisse dieser Überwachung können sowohl im Fluggerät ausgegeben werden und/oder an eine Bodenstation übertragen und dort ausgegeben werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des vorgeschlagenen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass sofern die Höhenabweichung |Δz(t)| oder |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die Druckabweichung |Δp(t)| oder |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, ein Warnsignal erzeugt wird. Dieses Warnsignal ist vorteilhaft ein elektrisches Warnsignal, das insbesondere eine Ausgabe einer optisch, haptisch und/oder akustisch wahrnehmbaren Warnung triggern kann.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Warnsignal an Bord des Fluggeräts als optisches, haptisches und/oder akustisches Warnsignal ausgegeben, und/oder an eine Bodenstelle übermittelt, um dort weiterverarbeitet und/oder als optisches, haptisches und/oder akustisches Warnsignal ausgegeben zu werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass basierend auf der Höhenabweichung Δz(t) oder Δz* und/oder der Druckabweichung Δp(t) oder Δp* eine Kalibrierung des Druckmesssystems, vorteilhaft eine automatisierte Selbstkalibrierung des Druckmesssystems durchführt wird. Die Kalibrierung des Druckmesssystems erfolgt beispielsweise nach einem Flug für den die entsprechenden Daten ermittelt wurden. Vorteilhaft erfolgt eine automatische Selbstkalibrierung des Druckmesssystems während eines Fluges. Vorteilhaft wird dabei die automatische Selbstkalibrierung dann getriggert, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G3 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G4 ist. Durch die Selbstkalibrierung wird die Genauigkeit der vom Druckmesssystem ermittelten Größen während des Fluges robuster.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass auf Basis eines elektrischen Zustands ZUST_elek(t) des Druckmesssystems sowie auf Basis einer oder mehrerer der Größen: Δz(t), z_AC(t), z_GNSS(t), z_AN/PROG(t), Δp(t), p_AC(t), p_AN/PROG(t), Gesamtdruck p_stau(t), Staupunkttemperatur T_stau(t) sowie ggf. weiterer Größen eine automatisierte Auswertung beispielsweise hinsichtlich eines Sensorfehlers, eines elektrischen Fehlers, oder eines Leitungsbruchs/Leckage einer Druckleitung des Druckmesssystems erfolgt. Wird bei der Auswertung einer der vorstehend beschriebenen Fehler ermittelt, wird dieser vorteilhaft entsprechend optisch und/oder akustisch spezifisch ausgegeben, d.h. je nach Art des Fehlers wird ein Sensorfehler oder ein elektrischer Fehler oder ein Leitungsbruch im Druckmesssystem vorteilhaft im Fluggerät und/oder an einer mit dem Fluggerät in Verbindung stehenden Bodeneinheit angezeigt.
Vorteilhaft wird bei einer Kalibrierung des Druckmesssystems, insbesondere bei der automatisierten Selbstkalibrierung des Druckmesssystems, ein Zustand ZUST(t) des Fluggeräts berücksichtigt. Hierzu wird der Zustand ZUST(t) des Fluggeräts mittels entsprechender Sensoren erfasst und bereitgestellt. Der Begriff „Zustand des Fluggeräts“ wird vorliegend weit gefasst verstanden. Er umfasst insbesondere den aerodynamischen Zustand sowie den mechanischen Konfigurationszustand des Fluggeräts.
Vorteilhaft wird der Zustand ZUST(t) des Fluggeräts durch eine oder mehrere der folgenden Größen bestimmt: Machzahl, Anstellwinkel, Gierwinkel, Rollwinkel, Gewicht des Fluggeräts, Konfiguration des Fluggeräts hinsichtlich seiner äußeren Form (beispielsweise durch temporär vorhandene Außenanbauten am Fluggerät, wie Antennen, aerodynamische Verkleidungen für Messsysteme (Radar, LIDAR etc.)), Klappenstellung, und/oder Fahrwerksstellung. Die Konfiguration des Fluggeräts hinsichtlich seiner äußeren Form kann beispielsweise in Form von vorgegebenen bzw. abgespeicherten Kennzahlen berücksichtigt werden.
Das vorgeschlagene Verfahren hat folgende Vorteile. Das vorgeschlagene Verfahren erlaubt die Aussage, ob die Kalibrierung des Druckmesssystems in vorgegebenen Grenzen liegt oder ob sie korrigiert werden muss. Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht weiterhin eine Kalibrierung des Druckmesssystems als Funktion der vorstehend angegebenen Parameter sowohl während des Flugbetriebs als auch nach bzw. vor weiteren Flugeinsätzen. Das Verfahren ermöglicht insbesondere eine permanente Qualitätsüberwachung des Druckmesssystems im operationellen Flugbetrieb. So kann durch das Verfahren während des gesamten Fluges über alle Höhenbereiche die Funktion des barometrischen Höhenmessers überprüft werden. Die Überprüfung kann zeitgleich auch am Boden erfolgen oder das Überwachungsergebnis kann an eine entsprechende Bodenstelle übertragen werden. So kann beispielsweise die Luftaufsicht (Flugverkehrskontrolle) darüber informiert werden, dass die Höhenangaben des Fluggeräts unzuverlässig sind, so dass entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden können. Die für das Verfahren benötigten numerischen Daten (Analysedaten AN_DAT / Wetter-Prognosedaten PROG_DAT(t)) stehen derzeit zumindest alle 12 Stunden aufgrund von Wettervorhersagen auch für Tage voraus, also auch für den Zeitraum eines bevorstehenden Fluges und rechtzeitig vor dem Start, zur Verfügung.
Diese Wetter-Prognosedaten PROG_DAT(t) können vor dem Start am Boden aus einem Datennetz auf einen Rechner an Bord des Fluggeräts und/oder einen Rechner eines Fluglotsen am Boden geladen werden. Vorteilhaft werden die Messdaten des Druckmesssystems: z_AC(t) und/oder p_AC(t) und des Satellitennavigationssystems: POS_GNSS(t), z_GNSS(t) online an eine Bodenstelle übermittelt und stehen dort für eine entsprechende Auswertung, wie vorstehend beschrieben, zur Verfügung. Somit kann sowohl im Fluggerät als auch an einer geeigneten Bodenstelle ermittelt werden, beispielsweise wie groß die Abweichung Δz(t) zwischen der vom Satellitennavigationssystem gemessenen Höhe z_GNSS(t) und der auf Basis von Wetter-Prognosedaten PROG_DAT(t) vorhergesagten und/oder der auf Basis der Wetter-Analysedaten AN_DAT ermittelten Höhe z_AN,PROG,(t) ist, sodass entsprechende Schlussfolgerungen gezogen und erforderlichenfalls Maßnahmen eingeleitet werden können.
Durch das vorgeschlagene Verfahren werden die in der Beschreibungseinleitung angeführten Nachteile der heute bekannten Verfahren zur Fehlererkennung in einem barometrischen Druckmesssystem eines Fluggeräts vermieden. So sind insbesondere keine zusätzlichen Flüge, keine speziellen Messeinbauten, und keine Dienstleistungen eines Navigationsdienstleisters erforderlich.
Bedarf an dem vorgeschlagenen Verfahren für Kalibrierungen von Druckmesssystemen gibt es bei Herstellern von Fluggeräten aller Art. Bei der Entwicklung neuer Fluggerätetypen werden im Rahmen der Flugerprobung zahlreiche Erprobungsflüge für vielerlei Zwecke durchgeführt. Das vorgestellte Verfahren kann hierbei zur Qualitätsüberwachung und unabhängigen Prüfung des Druckmesssystems des Fluggeräts eingesetzt werden. Bei der Modifikation von Fluggeräten, bei der Reparatur beschädigter Fluggeräte, bei der Neuzulassung eines Fluggeräts mit Anbauten, oder bei sonstigen Veränderungen der aerodynamischen Eigenschaften eines Fluggeräts ist das hier beschriebene Verfahren besonders kostengünstig, einfach und operationell anwendbar. Dies gilt insbesondere auch für Fluggeräte mit extremen Einsatzbereichen (Flughöhen und Geschwindigkeiten), bei denen entsprechende Flugversuche wegen fehlender Beobachter an Bord oder andere Vergleichsmöglichkeiten schwierig sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, das zur Ermittlung eines statischen Druckes p_AC(t) und/oder einer Druckhöhe z_AC(t) eingerichtet und ausgeführt ist.
Die Vorrichtung umfasst ein an Bord des Fluggeräts angeordnetes Satellitennavigationssystem GNSS zur Ermittlung einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t; eine Schnittstelle zur Bereitstellung von Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROG_DAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP für die Position POS_GNSS(t) und Höhe z_GNSS(t); sowie eine Auswerteeinheit zur Ermittlung einer zum statischen Druck p_AC(t) in den Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t), und/oder zur Ermittlung eines zur Höhe z_GNSS(t) in den Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t); wobei die Auswerteeinheit weiterhin zur Ermittlung der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t) sowie zur Ermittlung einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder zur Ermittlung einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t) eingerichtet und ausgeführt ist. Schließlich weist die Vorrichtung eine Vergleichereinheit auf, die einen Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt feststellt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, und die, sofern ein Fehler erkannt ist, ein Warnsignal erzeugt.
Die Vorrichtung ist insbesondere zur Ausführung eines Verfahrens, wie vorstehend beschrieben ausgeführt und eingerichtet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Druckmesssystem zur automatisierten Selbstkalibrierung des Druckmesssystems auf Basis der ermittelten Höhenabweichungen Δz(t) oder Δz* und/oder der ermittelten Druckabweichungen Δp(t) oder Δp* ausgeführt und eingerichtet ist, wobei diese Selbstkalibrierung durchgeführt wird, wenn von der Vergleichereinheit ein Fehler erkannt wurde und/oder das Warnsignal empfangen wurde.
Die Schnittstelle, die Auswerteeinheit und die Vergleichereinheit sind in einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung an Bord des Fluggeräts angeordnet. Die Schnittstelle ist vorteilhaft mit einem Empfänger verbunden, der zum drahtlosen Empfang der Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT ausgeführt und eingerichtet ist. Die Schnittstelle ist vorteilhaft mit einer Speichereinheit verbunden, auf der die Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT speicherbar sind. Weiterhin vorteilhaft ist eine Kommunikationseinheit vorhanden, die das erzeugte Warnsignal und/oder die Größen: z_GNSS(t) und/oder p_AC(t) und/oder Δz(t) und/oder Δp(t) an eine Bodenstelle übermittelt. Vorteilhaft wird an der Bodenstelle nach Empfang des Warnsignals eine optisch, akustisch und/oder haptisch wahrnehmbare Warnung ausgegeben.
Vorteilhaft umfasst die Vorrichtung weiterhin eine Zustandserfassungseinheit, die einen Zustand ZUST(t) des Fluggeräts ermittelt, wobei das Druckmesssystem die automatisierte Selbstkalibrierung abhängig vom Zustand ZUST(t) des Fluggeräts durchführt. Hierzu verfügt die Zustandserfassungseinheit über entsprechende Sensoren. Diese Sensoren sind derart ausgeführt, dass eine oder mehrere der folgenden Größen bestimmt werden können: Machzahl, Anstellwinkel, Gierwinkel, Rollwinkel, Gewicht des Fluggeräts, Schwerpunktslage, Klappenstellung, und/oder Fahrwerksstellung. Weiterhin ist die Zustandserfassungseinheit mit einer Speichereinheit verbunden, auf der die äußere aerodynamisch wirksame (Außen-)Form des Flugkörpers gegebenenfalls in Form von Merkmalen oder einer entsprechenden Kodierung abgespeichert ist. Mit der Außenform werden beispielsweise aerodynamisch wirksame Anbauten, Tankbehälter, Radome, Antennenanbauten etc. erfasst und somit bei der Kalibrierung des Druckmesssystems berücksichtigt.
Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der vorgeschlagenen Vorrichtung ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der in Zusammenhang mit dem beschriebenen Verfahren gemachten Ausführungen. Hierzu wird auf die vorangehenden Teile der Beschreibung verwiesen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fluggerät mit einer vorgeschlagenen Vorrichtung.
Die Aufgabe der Erfindung ist weiterhin gelöst durch ein Computersystem mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung derart ausgestaltet ist, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, auf der Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
Zudem wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein digitales Speichermedium mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen, wobei die Steuersignale so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass ein Verfahren, wie vorstehend beschrieben, ausgeführt wird.
Ferner wird die Aufgabe der Erfindung gelöst durch ein Computer-Programm-Produkt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn der Programmcode auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt wird.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Computer-Programm mit Programmcodes zur Durchführung des Verfahrens, wie vorstehend beschrieben, wenn das Programm auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung abläuft. Dazu kann die Datenverarbeitungsvorrichtung als ein beliebiges aus dem Stand der Technik bekanntes Computersystem ausgestaltet sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1 ein schematisiertes Ablaufschema einer Variante des vorgeschlagenen Verfahrens,
2 einen schematisierten Aufbau einer Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung,

1 zeigt ein schematisiertes Ablaufschema einer Variante des vorgeschlagenen Verfahrens zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems. Das Verfahren umfasst folgende Schritte.
In einem ersten Schritt 101 erfolgt ein Ermitteln einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS.
In einem zweiten Schritt 102 erfolgt mittels des Druckmesssystems ein Ermitteln eines statischen Druckes p_AC(t) und/oder einer Druckhöhe z_AC(t).
In einem dritten Schritt 103 erfolgt für die Position POS_GNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln einer zum statischen Druck p_AC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t), und/oder für die Position POS_GNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROG_DAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP ein Ermitteln eines zur Höhe z_GNSS(t) zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t).
In einem vierten Schritt 104 erfolgt ein Ermitteln der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t).
In einem fünften Schritt 105 erfolgt ein Ermitteln einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder ein Ermitteln einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist.
In einem sechsten Schritt 106 erfolgt ein Erzeugen eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.
2 zeigt einen schematisierten Aufbau einer Variante der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, das einen statischen Druck p_AC(t) und/oder eine Druckhöhe z_AC(t) ermittelt. Die Vorrichtung umfasst ein Satellitennavigationssystem 201 GNSS zur Ermittlung einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t, eine Schnittstelle 202 mittels der Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP für die Position POS_GNSS(t) und Höhe z_GNSS(t) bereitgestellt werden, eine Auswerteeinheit 203 zur Ermittlung einer zum statischen Druck p_AC(t) in den Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t), und/oder zur Ermittlung eines zur Höhe z_GNSS(t) in den Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t); wobei die Auswerteeinheit weiterhin zur Ermittlung der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t) sowie zur Ermittlung einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder zur Ermittlung einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t) eingerichtet und ausgeführt ist; und eine Vergleichereinheit 204, die einen Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt feststellt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, und die, sofern ein Fehler erkannt ist, ein Warnsignal erzeugt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
Bezugszeichenliste

101 - 106: Verfahrensschritte
201: Satellitennavigationssystem GNSS
202: Schnittstelle
203: Auswerteeinheit
204: Vergleichereinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Blanchard, R.L., ,An Improvement to an Algorithm for Computing Aircraft Reference Altitude“, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-8, No. 5, 1972, Seiten 685-687 [0009]
Blanchard, R.L., „A new Algorithm for Computing Inertial Altitude and Vertical Velocity“, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-7, Nov. 1971, Seiten 1143-1146 [0009]
Simmons, A. and Burridge, D.M., „An Energy and Angular-Momentum Conserving Vertical Finite-Difference Scheme and Hybrid Vertical Coordinate“ Mon. Wea. Rev., Vol. 109, No. April 1981, Seiten: 758-766 [0029]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, mit folgenden Schritten: - Ermitteln (101) einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t mittels eines an Bord des Fluggeräts angeordneten Satellitennavigationssystems GNSS; - mittels des Druckmesssystems Ermitteln (102) eines statischen Druckes p_AC(t) und/oder einer Druckhöhe z_AC(t), - für die Position POS_GNSS(t) in bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROG_DAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) einer zum statischen Druck p_AC(t) zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t), und/oder für die Position POS_GNSS(t) in den bereitgestellten Wetter-Analysedaten AN_DAT oder in den bereitgestellten Wetter-Prognosedaten PROG_DAT des numerischen Wetterprognosemodells NWP Ermitteln (103) eines zur Höhe z_GNSS(t) zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t); - Ermitteln (104) der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder Ermitteln (104) der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t); - Ermitteln (105) einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder Ermitteln (105) einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t), wobei ein Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt gilt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist; und - Erzeugen (106) eines Warnsignals sofern ein Fehler erkannt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das erzeugte Warnsignal an Bord des Fluggeräts eine optisch, akustisch und/oder haptische wahrnehmbare Ausgabe des Warnsignals triggert, und/oder das erzeugte Warnsignal an eine Bodenstelle übermittelt wird, um dort weiterverarbeitet und/oder eine optisch, akustisch und/oder haptische wahrnehmbare Ausgabe des Warnsignals zu triggern.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das geodätische Referenzsystem das WGS84-Referenzsystem mit dem Gravitationsmodell WGS84 oder EGM2008, oder das ETRS89-Referenzsystem ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Satellitennavigationssystem GNSS ein differenzielles Satellitennavigationssystem ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Druckmesssystem bei einem erkannten Fehler eine automatisierte Selbstkalibrierung des Druckmesssystems durchführt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem bei der automatisierten Selbstkalibrierung des Druckmesssystems ein ermittelter Zustand ZUST(t) des Fluggeräts berücksichtigt wird, wobei der Zustand ZUST(t) des Fluggeräts durch eine oder mehrere der folgenden Größen bestimmt wird: - Machzahl, - Anstellwinkel, - Gierwinkel, - Rollwinkel, - Gewicht des Fluggeräts, - Schwerpunktlage, - Konfiguration des Fluggeräts, - Klappenstellung, - Fahrwerksstellung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das numerische Wetterprognosemodell NWP - Modelldruckflächen p_k aufweist, für die zunächst Prognosedaten PROGRAWDAT(t) vorliegen, und wobei zur Ermittlung der Wetter-Prognosedaten PROG_DAT(t) die Prognosedaten PROG_RAWDAT(t) linear in der Zeit t und in geographischen Koordinaten und logarithmisch im Druckfeld des Wetterprognosemodell NWP hinsichtlich der Position POS_GNSS(t) des Fluggeräts zwischen Modell-Halbdruckflächen p_k+1/2 = a_k+1/2 + b_k+1/2*p_sfc interpoliert werden, mit: k = 0, ..., K; p_k+1/2 = 0 für k= 0; p_sfc: statischer Druck am Boden für k=K; und a_k+1/2, b_k+1/2 konstante Koeffizienten; - eine von der Position POS und Höhe h abhängige Erdbeschleunigung g berücksichtigt; und - eine Geoid-Undulation berücksichtigt.
Vorrichtung zur Bestimmung eines Fehlers eines an Bord eines Fluggeräts angeordneten barometrischen Druckmesssystems, das einen statischen Druck p_AC(t) und/oder eine Druckhöhe z_AC(t) ermittelt, umfassend: - Satellitennavigationssystem (201) GNSS zur Ermittlung einer aktuellen Position POS_GNSS(t) und einer Höhe z_GNSS(t) des Fluggeräts in einem geodätischen Referenzsystem zur Zeit t, - eine Schnittstelle (202) mittels der Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROG_DAT eines numerischen Wetterprognosemodells NWP für die Position POS_GNSS(t) und Höhe z_GNSS(t) bereitgestellt werden, - eine Auswerteeinheit (203) zur Ermittlung einer zum statischen Druck p_AC(t) in den Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten geopotentiellen Höhe z_AN/PROG(t), und/oder zur Ermittlung eines zur Höhe z_GNSS(t) in den Wetter-Analysedaten AN_DAT oder Wetter-Prognosedaten PROGDAT zugeordneten statischen Drucks p_AN/PROG(t); wobei die Auswerteeinheit weiterhin zur Ermittlung der Höhenabweichung Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder der Druckabweichung Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t) sowie zur Ermittlung einer über einen Zeitraum Δt gemittelten Höhenabweichung Δz* aus Δz(t) = z_GNSS(t) - z_AN/PROG(t) und/oder zur Ermittlung einer über den Zeitraum Δt gemittelten Druckabweichung Δp* aus Δp(t) = p_AC(t) - p_AN/PROG(t) eingerichtet und ausgeführt ist; und - eine Vergleichereinheit (204), die einen Fehler des Druckmesssystems dann als erkannt feststellt, wenn die gemittelte Höhenabweichung |Δz*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G1 ist, oder sofern die gemittelte Druckabweichung |Δp*| größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert G2 ist, und die, sofern ein Fehler erkannt ist, ein Warnsignal erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, bei dem das Druckmesssystem derart ausgeführt und eingerichtet ist, dass es bei einem erkannten Fehler basierend auf gemittelten der Höhenabweichung Δz* und/oder der gemittelten Druckabweichung Δp* eine automatisierte Selbstkalibrierung des Druckmesssystems durchführt.
Fluggerät mit einer Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9.