DE1953752A1

DE1953752A1 - Verfahren zur Erzeugung einer visuellen,synthesierten,nichtvisierten Anzeige zur Unterstuetzung der Steuerung eines Luftfahrzeuges und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1953752A1
Application number: DE19691953752
Authority: DE
Inventors: Jean Lavarenne
Original assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Current assignee: Nord Aviation Societe Nationale de Constructions Aeronautiques
Priority date: 1968-10-24
Filing date: 1969-10-24
Publication date: 1970-05-06
Also published as: DE1953752C3; US3651582A; FR1592576A; GB1282928A; NL6916052A; DE1953752B2

Description

DR. MOLLER-BORi DIPL.-ING. GRALFS DIPL-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL 1953752

PATENTANWÄLTE

NORD-AViATICN

SOCIETE NATIONALE DE CONSTRUCTIONS AiRGNAUTIQUEC

12 bis, avenue Bcsqast
Paris 7. Frankreich

Verfahren zur Erzeugung einer visuellen, synthesierten, nicht-visierten Anzeige zur Unterstützung der Steuerung eines Luftfahrzeuges und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft den Bereich der Steuerung von Luftfahrzeugen und sieht insbesondere ein Verfahren zum Erzeugen einer visuellen, syntheaierten, nicht-visierten Anzeige zur Unterstützung des Piloten vor, und zwar besonders bei der präzise durchgeführten Anflugs- und Landungsphase bei ungenügender Sicht. Sie betrifft ebenso eine Vorrichtung auf der Galvanometerbasls und der Basis optischer Elemente zum Durchführen dieses Verfahrens.

Ba sind visuelle Systeme zur Unterstützung des Piloten bekannt, die darin bestehen, der Sicht nach außen und durch die Frontscheibe des Cockpits entweder das im Unendlichen befindlich· Bild einer Bahnkontur oder das im Unendlichen befindliche Bild bestimmter, wesentlicher und vereinfachter Informationen hinzuzufügen. Aber alle diese Visierin-

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als Vorrichtung für

formationssysteme, die in den/*¹ aufrechte Kopfhaltung" genannten Vorrichtungen enthalten sind, die es den Piloten erlauben« nutBliche Angaben ohne die Augen von der Außengegend au lassen zu sehen, weisen alle dan Nachteil visierter Bilder auf, d.h. im Falle bewegter Atmosphäre wird es für den Piloten schwierig, den Blick gleichseitig auf des in Unendlichen projisierte Bild und auf die äußere Landschaft zu haben, da zwischen diesen beiden Informationen eine relative Unbeständigkeit auftritt.

Außerdem sind alle diese ßysterne wegen der Kompliziertheit der verwendeten Technik in der Anschaffung und Wartung kostspielig und dazu kommt, daß ihr Gewicht und ihr Volumen sehr beträchtlich sind.

Die Erfindung sieht ein einfaches Verfahren vor, bei dem insbesondere ein Bild der Landebahn, das nicht im Unendlichen anvisiert wird und das passend durch eine geeignete Vorrichtung zusammengesetzt wird, die elektrische Informationen von gewöhnlich in einem Flugzeug verwendeten Bord geräten erhält , im direkten Gesichtsfeld des Piloten angeordnet ist.

Außerdem sieht die Erfindung eine einfache Vorrichtung auf optischer Basis vor, um in geeigneter Weise ein Bahnbild zu erzeugen, zu versetzen ode» su verformen, das auf der Frontscheibe des Piloten oder gegebenenfalls dee Copiloten aufgezeichnet ist. . ~

Das Verfahren geaäß der Erfindung kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, dafl ein sjnthesiertes, beweglich·· und verformbar·· Bild, das &·? Landebahn so entspricht,

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wie sie der Pilot in jeden Augenblick sehen würde, derart erzeugt und auf eine feste Bezug-Umfaesungslinie auf der Frontscheibe bezogen wird, daß die globale Auswertung dieser beiden Informationen dem Piloten die deutlichen und intuitiven Angaben liefern kann, welche die notwendi-

* gen Handhabungen erlauben uder dem Piloten das richtige Arbeiten einer eingeschalteten Automatik bestätigen. Demge-

m&ß können die Angaben in bezug auf die Bezugslinie derartige "Situations"- oder "Tendenz"-Bilder sein, daß das gesamte zunehmende Bild eine Abnahme dea; Höhe und umgekehrt anzeigt, daß das gesamte in einer oberen Stellung angeordnete Bild, wenn es sich zum Annähern an ein Hechteck verformt, einer Lage "zu hoch¹¹ des Luftfahrzeuges besüglich der geeigneten Landeebene folgt, und daß das gesamte in einer unteren Stellung angeordnete Bild, wenn es sich zum Annähern an ein Dreieck verformt, einer Lage "zu tief des Luftfahrzeuges folgt. Selbstverständlich erhält man das erzeugte Bild durch die Synthese aller oben einsein betrachteten Angaben.

Die Vorrichtung geaäß der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß das aufgrund einer Lichtquelle, die beliebig sein kann, erzeugte Synthesebild ein erstes Hai senkrecht durch einen in einem Galvanometerrahmen befestigten Spiegel abgelenkt wird, dann ein zweites Hai horizontal durch einen weiteren, in einem anderen Galvanometerrahmen befestigten Spiegel abgelenkt wird, während seine Strukturverfonrang durch eine geeignete Deformieroptik erhalten wird (Deformation/proportional den Drehwinkeln der Spiegel), und daß seine Vergrößerung durch eine zweite Spezialoptik erzeugt wird, die in einem dritten Galvanometerrahmen angeordnet ist. Dabei werden von z.B. Empfängern oder von dem

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und von dem Funk-Höhenmesser herrührende elektrische Befehle durch herkömmliche Zwischenvorrichtungen verarbeitet und ausaerdem jeweils auf die ersten, zweiten oder'dritten Galvanometerrahmen gegeben.

Bei der im folgenden beschriebenen bevorzugten Aue führung sforn gemäß der Erfindung projiziert eine Vorrichtung auf der Basis von Galvanometern und Optiken auf die Pilotenscheibe des Cockpit8 eines Luftfahrzeuges ein aynthesiertes Bild der Landebahn, das für den Bedarf des Piloten wieder hergestellt wird. Dieses Bild wird mit einer festen Bezugslinie verglichen, damit die Einheit (sich entwickelndes Bild und feste Linie) von einer Beschaffenheit und an einem Pitζ ist, dass ihre Aufnahme durch den Piloten leicht, erfolgen kann.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung, die das Prinzip

des Verfahrene gemäß der Erfindung zeigt, Figur 2 bi» 9 elementare Verlagerungen und Verformungen der

Bilder,
Figur 10 in perspektivischer und aufgeschnittener Ansicht eine Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und

Figur 11 ein eynthesiertes Bild, das bei einer Abwandlung der Ausführung erhalten wird.

Allgemein ist die nachfolgend betrachtete Flugphase des Luftfahrzeuges die Präzisionslandung aufgrund von Informationen einer herkömmlichen Funkpeilunge-Bodenorganisatlon I.L.S..

die Aufgabe des Piloten entweder für die Überwachung der das Luftfahrzeug steuernden Automatik oder zur eigentlichen

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Handsteuerung (einschließlich des Falles der Wiederaufnahme der Handsteuerung als Folge eines Ausfallens der Automatik) su erleichtern, wird ihm eine mit "aufrechter Kopfhaltung" sichtbare, passende, synthesierte Darstellung der Lage des luftfahrzeuges bezüglich der Landepiste geliefert.

Dazu erzeugt man, wie in Figur 1 dargestellt, mittels einer Vorrichtung V auf der Frontscheibe a des Cockpits ein deutliches und intuitives Bild b der Lage des Luftfahreeuges bezüglich einer festen Bezugs-Umfassungslinie c, welche die Landebahn in einer idealisierten Gestalt darstellt.

Das Bild b entwickelt sich der Größe, Form und Auslenkung nach bezüglich der Bezugslinie c so, daß eine passende Synthese der fundamentalen Flugparameter, wie z.B. die Höhe über der Bahn (Größe des Bildes), die Abweichung bezüglich des Biohtunes-leitStrahlfunkfeuers (Auslenkungen nach , rechts oder links) und die Abweichung bezüglich des Veigungs-Leitstrahlfunkf euere (Auslenkung nach oben oder unten «it Verformung), gebildet wird. Veitere üusatsinf or mat ionen können in gleicher Weise hinzugefügt werden, wie s.B. die Geschwindigkeitsangabe,, welche durch die Ablenkung naoh rechts (Geschwindigkeit größer als die gewählt· Geschwindigkeit) oder nach links (Geschwindigkeit geringer als die gewählte Geschwindigkeit) eines Fleckes e entsprechend einer üblichen Symbolisierung, oder weiter die Änderungen der Längs- und Qierlage durch die Bewegungen eines "Flugseugmodells" oder schließlich auch der "Geschwindigkeit«vektor" mittels zusätzlicher Galvanometer.

Die Fig. 2 bis 8 zeigen die Veränderungen des Bildes b bezüglich der Bezugslinie c, die durch eine passende Vor- ' richtung V erhalten werden, welche weiter unten im einzeln·»

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beschrieben wird, und die Auswertung, die der Pilot daraus gewinnen wird, üb die Lage des Luftfahrzeuges-in bezug auf daa Niveau der Bahn festzulegen, wobei das Luftfahrzeug außerdem in der Neigung und Bichtung gut ausgerichtet ist.

Die Fig. 2 zeigt ein Bild vom kleinen Typ A, welches das Luftfahrzeug in einer verhältnismäßig beträchtlichen Höhe (z.B, 500 m) angibt.

Die Fig. 3 zeigt ein Bild vom größeren Typ B, welches das Flugzeug in einer verhältnismäßig niedrigen Höhe (z.B. 100 m) angibt.

Die Fig. 4 zeigt ein Bild vom Typ C, wo das Zusammentreffen von b und c eine Höhe SuIl angibt: das Luftfahrzeug berührt den Boden.

Die Fig. 5 zeigt ein Bild vom Typ P₁ das eine Lage der Abweichung nach linke angibt, und di· Flg. 6 ein Bild vom Typ B, das «in· Lag« dar Abweichung nach rechte In bezug auf di· L-lUhtatrahlen I.L.S. anfibt, wobei da· Luftfahrzeug la 100 ■ WBhM der Veigung nach gut Ausgerichtet ist.

Si· flg. 7 Mut «in Bild vom Typ F, da· «ine Landungs-Flugbahn ■Luftfahrzeug zu niedrig" angibt, und dl· Fig. 8 ein Bild vom Typ 0» da· ein· Landungi-Flugbahn "luftfahrzeug zu hoch" angibt, wob·! da· luftfahrzeug in 100 β Höhe der Bichtung nach gut ausgerichtet 1st und der Pilot aufgrund dieser Informationen handelt· Xb Falle von Bildern der Tendenz", und nicht _f der "Situation" ist die Aufgab· des Piloten damit erleichtert.

Beispielsweise und üb di· gynth«sierungemögliehkeiten des Bild·· b zu zeigen, stellt die Fig. 9 ein Bild H vom Typ B-D-O dar, da· Ib Falle von "eine Lage angebenden Bildern" eine Au·-

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lenkung nach links auf einer kurzen Flugbahn in einer Höhe von 100 η angibt« Außerdem kann eine Linie "Sicherheitsbereich* c¹ su der ümfasaungslinie c hinzugefügt werden, um eine Bild-Denentrierung in allen Sichtungen anzugeben, die nicht überschritten werden darf.

Kit Benig auf die Fig. 1 erkennt man, daß der Pilot in «einem direkten GesichtsfeldOC gleichzeitig die Bahn d, wenn es die atmosphärischen Bedingungen erlauben, mit dem idealen Auftreffpunkt d' und dem.durch die Auswertung erhaltenen wahrscheinlichen Auftreffpunkt d^N haben/^dea er eich aus der Lage des Bildes b bezüglich der Linie c herleitet und den er gegebenenfalls suchen kann, um den Flug korrigieren.

Obgleich die Information "Bild", die auf der Scheibe des Oockpite erBeugt wird und die der Erfindung entspricht, mittel« aller geeigneter Mittel erhalten werden kann, ist in KLg. 10 eine bevorzugte Aueführungefora dieser Erfindung dargestellt, welche optische Mittel und Mittel auf Galvanometerbasis aufgrund elektrischer Informationen von iri den Luftfahrzeug verfügbaren Detektoren verwendet.

Die Torrichtung, welche in Fig. 10 dargestellt ist und die in ihrer Gesamtheit mit 1 gekennzeichnet ist, enthält la wesentlichen: ein Gehäuse 2, eine lichtquelle3» eine Blende A- sum Ausbilden eines trapezförmigen Bildes, einen Gelvanometerrahmen-Spiegel 5» der für Drehbewegungen durch ein Organ 6 gesteuert und in einem, zweiten Galvanometerrainen 7 befestigt ist, der durch ein Organ 8 gesteuert wird, «ine Vorsatzlinse mit verformender Optik 9 und schließlich eine Sptiialoptik but veränderlichen Vergrößerung 10, die für Drehbewegungen durch ein Organ 11 gesteuert wird.

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Die Drehsysteme 6, 8,und 11 werden außerdem durch Zwischenelemente elektrisch angetrieben, welche die .Signale der gebräuchlichen und in den I.L.S.-Ketten des "Abweichungsbestimmers" 12 ("Ice" oder "localiseur d'ecart") des "Gleitens^M oder des "Landens" 13 oder des " Funkhöhenmesserβ" 14 integrierten Organe anpaßt.

Schließlich ist das Gehäuse 2 mit einem Fenster 15 Durchlaß des IAchtbündels versehen, und seine Form und die Festigkeit der Grundbestandteile sind derart, daß " man es leicht hinter der Bordplanke 16 anordnen kann, ohne die angrenzenden Apparate zu behindern, deren Standort achematisch angegeben ist.

Ib folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 10 dargestellen Vorrichtung 1 beschrieben.

Die Lichtquelle 3 sendet auf den Spiegel 5 ein Bild von trapezförmiger Gestalt, dessen Band durch die Blende4(oder noch durch eint Teileohwärsung de· Spiegele 5) festgelegt iat. Dieses UId wird dann nach den Achsen x-x' und y-y' abgelenkt, und zwar als Funktion elektrischer Informationen, die Ton 12 und 13 aufgrund der in Fig. 10 angegebenen Vorrichtungen empfangen werden, und eine Spezialoptik 9 erzeugt die Verformung dieses Bildes derart, daß seine Strukturentwicklung in kontinuierlicher Weise von der Dreieckform in der unteren lage in die Rechteckform in der oberen Lage übergeht.

Daraufhin durchquert das Bild eine weitere Spezialoptik 10, die um die Achse ε-χ* durch das Organ 11 geschwenkt wird, das die elektrischen Informationen des Funkhöhenmeseer-Voreatsgarittee 14 derart empfangt, daß die Vergrößerung dieses Bildes nun proportional der Drehung dieser Optik ist,

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d.h. der Höhe des Luftfahrzeuges.

Dae KLId wird schließlich entweder direkt auf der entsprechend behandelten Scheibe des Cockpits gebildet, oder auf einer halbdurchläesigen Scheibe, die mit dem Gehäuse 2 fest verbunden und gegen diese Scheibe des Cockpits angeordnet ist.

Bei einer Abwandlung der Bildgestaltung, wie sie mit "b in Fig. 11 dargestellt ist, weist die Spezialoptik 10 einfach zylindrische Elementarlinsen auf, die parallel zueinander um und in Richtung der Achse z-z' angeordnet sind, . und es 1st möglich, Stufen b'^rt zu verwirklichen, welche bei ihrer Bewegung nach rechts oder links in Beziehung stehen und welche deutlich die Entwicklungsrichtung beim Vergrößern des Bildes b'' angeben.

Ebenso kann bei einer weiteren Ausführuhgsform die Blende 4 durch passende Schwenkvorrichtungen das Lichtbündel verformen, um bei dem Verfahren gemäß der Erfindung Ab definierte, eynthesierte Bild zu erhalten.

Sie Ausführungeform nach Fig. 10 stellt lediglich ein Beispiel einer, einfachen und möglichen Verwirklichungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung dar.

Zn diesem Sinne ist es selbstverständlich, daß das im Gesichtsfeld des Piloten erhaltene Bild und das die Synthese der bei dem Verfahren definierten Elementarbilder ist, durch alle geeigneten Mittel erzeugt werden kann, und zwar insbesondere durch verschiedene optische Mittel sowohl beim Durchgang des Lichtbündeis als auch beim Verfahren des Vergrößern· und des Verforaens oder auch durch elektronische Kittel zu» Verformen des auf einer Kathodenstrahlröhre erzeugten Bildes.

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Claims

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Patentanspr ü c h e

!Verfahren zum Erzeugen einer visuellen, synthesierten,

icüt im Unendlichen visierten Anzeige zur Unterstützung eines Luftfahrzeugpiloten insbesondere während der präzise auszuführenden Anflug- und Landephase bei ungenügender Sicht, dadurch gekennz e lehnet, daß auf eine im direkten Gesichtsfeld (<&) des Piloten angeordnete Sammelfläche (17) ein sich entwickelndes Bild (b) projeziert wird, das aufgrund elektrischer Informationen erhalten wird, welche durch die Luftfahrzeug-Boraanlage (12, 13) 14) der herkömmlichen I.L.S.-Bodenorganisation geliefert werden und das eine visuelle Moment anzeige der Landebahn bildet, und daß um das sich entwickelnde Bild auf eine feste Bezugslinie (c) bezogen wird, welche auf der Sammelfläche (17) eine Landebahn derart symbolisiert, daß die visuelle, synthesierte und gleichzeitige Wahrnehmung des sich entwickelndes Bildes (b) und der TJmfassungsllnie (c) dem Piloten deutliche und intuitive Angaben liefert, die ihm gestatten, die notwendigen Manöver durchzuführen oder die Ua die richtige Arbeitsweise einer eingeschalteten Automatik bestätigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k β η η seichnet, daß die visuelle, synthesierte und gleichseitige Wahrnehmung des sich entwickelnden Bildes und der Bezugslinie dem Piloten Auskunft gibt über:

- die Höhe durch die Vergrößerung oder Verkleinerung des sich entwickelnden Bildes (71g. 2»3,*)j . '

- die Übereinstimmung in Richtung und Neigung, die Abweichung .nach links oder rechts von der Bahnachse sowie über die Lage des Luftfahrzeuges "zu hoch" oder ⁿsu tief durch das seitliche Versetzen und/oder die Verfor-

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aung dee eich entwickelnden Bildes auf eine rechteckige oder dreieckige Fora zu (Fig. 5,6,7,8).

3» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Semmelfläche die Bezug-Ümfassungslinie (c) durch eine zweite, die äußere Grenze angebende Linie (c¹)"vervollständigt, welche dem Piloten den nicht tu überschreitenden Sicherheitehereich angibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k β η η eeichnet, daß man zur !Ergänzung unterhalb des sich entwickelnden Bildes (b) einen zusätzlichen lichtfleck (e) zur Angabe der Luftfahrzeuggeschwindigkeit anbringt, sowie weitere Kennzeichnungen "Plgzeugmodell" und "Geschwindigkeitsvektor" mittels herkömmlicher elektrischer Ergänzungsgeräte.

5· Vorrichtung xur Durchführung des Verfahrene nach Anspruch 1 bie 4- zum Erzeugen einer visuellen, synthesierten, nicht im unendlichen risitrten Anzeige zur Unterstützung eines Luftfahrstugpiloten insbesondere während der präzise durchzuführenden Anflug- und L*nd«pha«e bei ungenügender Sicht, dadurch' gekennzeichnet, daß si· ein Lichtbündel (3) aufweist, das aufeinanderfolgend eine den Rand des Hormalbildes der Landebahn festlegende, trapezförmige Blende (⁴O durchquert, zurückgestrahlt wird durch einen zur Durchführung einer doppelten Schwenkbewegung geeigneten, beweglichen Spiegel quer durch «ine verformende Optik, welche den Rand des Hormalbildes kontinuierlich so verändert, daß letzteres ein dreieckförmiges Aussehen (Fig.7) nach unten hin und ein rechteckiges Aussehen (Fig. 81 jaach oben hin annimmt, und quer durch eine Spezialoptik/zur Vergrößerung und wird dann schließlich einem sich entwickelnden

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Bild (b) entsprechend auf eine Sammelfläche (17) projiziert, die im direkten Blickfeld (pu) des Piloten liegt, wobei diese Sammelflache außerdem mit einer festen Bezugslinie (c) ▼ersehen ist, die eine Landepiste symbolisiert, womit die globale, synthesierte Auswertung des sich entwickelnden Bildes (b) und der Bezügelinie (c) dem Piloten deutliche und intuitive Angaben liefert, die ihm die notwendigen Handhabungen erlauben oder ihm die richtige Arbeitsweise einer eingeschalteten Automatik bestätigen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, dafi die Sammelfläche (17) durch die Scheibe selbst des Cockpits aufgrund einer lokalen halbreflektierenden Behandlung gebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß «Sie Sammelfläche (17) durch eine halbdurchlässig« Scheibe gebildet ist, die fest mit dem Gehäuse (2) der Vorrichtung verbunden und gegen die Scheibe des Cockpits angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5i dadurch gekennxeich-" η « t, dafi der bewegliche, das Strahlenbündel zurückstrahlende Spiegel zwei Drehungen ausführen kann, und zwar eine um •ine Horizontalachse (x-x¹) und die andere um eine Vertikalachse (y-y') unter der Wirkung von Steuerorganen (6,8), die empfindlich für elektrische Informationen von Vorsatzgeräten (12,13) sind, die mit den Ilß-Bordempfängen verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spezialoptik (10) eine variable Vergrößerung besitzt und eine Drehbewegung um eine Achse (z-z') unter der Wirkung eines Steuerorganes (11) ausführen kann, das derart

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für elektrische Informationen des Vorsatζgerätes zum
Bord-FunkhÖhenmesser (14) empfindlich ist, daß die
Drehbewegung der genannten Optik eine Vergrößerung
oder eine Verkleinerung des Bildes als Funktion dieser Informationen zur Folge hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ßpezialoptik (10) von elementaren Linsen gebildet ist« die jeweils nebeneinander.gesetzt sind und vorübergehend ein Bild (b") bilden, das eine obere und eine untere Stufe (b¹¹¹) aufweist, die dem Piloten deutlich die Entwicklungsrichtung beim Vergrößern des Bildes angeben·

11. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die den Rand des Bildes hervorrufende trapezförmige Blende (4) passend geneigt ist, um ein synthesiertes Bild zu liefern.

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