DE19752559A1 - Verfahren zur Führung von Flugzeugen auf Rollwegen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Führung von Flugzeugen auf Rollwe­ gen.

NLA (New Large Aircraft, z. B. Airbus A3XX) haben größere Abmessungen als die bisher größten zivilen Flugzeuge Boeing B 747. ICAO (International Civil Aviation Organization) und ACI (Airports Council International) sowie die Flug­ zeughersteller suchen daher nach Lösungen, wie NLA auf vorhandenen Flug­ häfen ohne kostspielige Neu- oder Umbaumaßnahmen landen, rollen und ab­ gefertigt werden können.

So könnte die A3XX auf existierenden und für B 747 zugelassenen Rollwegen (Taxiways Code E/Group V) einschließlich Kurven und Abzweigungen sicher manövrieren, wenn die seitliche Abweichung des Hauptfahrwerks von der Rollwegmittellinie höchstens 0,5 m beträgt. Dies erfordert unter anderem bei Kurven ein erhebliches Übersteuern des Bugfahrwerks bzw. ein Steuern des Bugfahrwerks entlang einer unsichtbaren flugzeugspezifischen Ideallinie, die erheblich von der Mittellinie abweicht.

Die erforderliche laterale Genauigkeit und das Entlangfahren an einer zu be­ rechnenden Ideallinie für das Bugfahrwerk ist mittels manueller Steuerung durch einen Piloten nicht erreichbar.

Für Straßenfahrzeuge sind Navigationssysteme bekannt, die unter anderem folgende Komponenten aufweisen:

• - Inertialsystem (autonome Navigationssysteme auf Basis von Bewegungs­ sensoren, z. B. Radumdrehungsmessung und elektronischer Kompaß) mit Fehlern, die im allgemeinen proportional sind zum zurückgelegten Weg seit dem letzten Stützpunkt bzw. zur vergangenen Zeit (Kreiselsysteme)
• - gegebenenfalls Satellitennavigationssystem (durch Abschattungen und Mehrfachempfang von Signalen einzelner Satelliten im Straßenverkehr nur für Genauigkeiten im Bereich von etwa 100 m einsetzbar) i.a. nur zur Unterstützung des Inertialsystems
• - digitale Straßenkarte mit Speicherung des Verlaufs aller Straßen und al­ ler Abbiegemöglichkeiten des Straßennetzes
• - Map-Matching-Verfahren zum ständigen Vergleich des vom Inertial­ system verfolgten Weges mit dem gespeicherten Straßennetz und Nut­ zung jeder engen Kurve und jedes Abbiegevorganges als Stützpunkt für das Inertialsystem.

Mit dieser Kombination (gegebenenfalls auch ohne Satellitennavigation) lassen sich Genauigkeiten von etwa 5 m erreichen, die für die Zielführung (z. B. Sprachausgabe an den Fahrer "in 50 m rechts abbiegen") ausreichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Führung von Flugzeugen auf Rollwegen zu schaffen, mit dessen Hilfe Flugzeuge mit einer seitlichen Abwei­ chung unter 0,5 m von einer Ideallinie geführt werden können. Insbesondere sollten die Großflugzeuge der nächsten Generation (New Large Aircraft) si­ cher auf den derzeit schon vorhandenen Rollwegen rollen können.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das für die Navigation von Straßen­ fahrzeugen bekannte Verfahren auf die Führung von Flugzeugen auf Rollwe­ gen zu übertragen. Dabei werden die einzelnen Feuer der Rollwegbefeue­ rung (bevorzugt die Feuer der Mittellinien-Befeuerung) als Stützpunkte für die Navigation verwendet. Das System zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens weist folgende Komponenten auf:

• - flugzugübliches Inertialsystem, z. B. ein Trägheitsnavigationssystem. Es kann jedoch auch ein zusätzliches, unabhängig vom Flugzeug vorhande­ nes Navigationssystem, z. B. ein Satellitennavigationssystem eingesetzt werden. Es ist auch möglich, parallel mehrere Navigationssysteme zu ver­ wenden.
  Das Navigationssystem braucht nur eine begrenzte Genauigkeit (typischer­ weise 10 m) aufzuweisen, die für sich allein nicht ausreicht, die der Erfin­ dung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen.
• - Speichermedium mit Referenzinformationen, insbesondere in Form einer digitalen Rollwegkarte. Sie enthält die genauen Koordinaten der Lichtaus­ trittsöffnungen aller als Stützpunkt geeigneten Feuer der vorgesehenen Rollwege und Vorfeldbereiche. Die Genauigkeit der in der Rollwegkarte enthaltenen Koordinaten beträgt z. B. ca. 10 cm.
• - zusätzlicher Sensor zur Erkennung von Feuern und deren Vermessung. Die Vermessung sollte z. B. mit einer Genauigkeit von ca. 10 cm erfolgen. Geeignet hierfür sind z. B. Videokameras oder Scanner, die vorteilhaft am Hauptfahrwerk des Flugzeugs angeordnet werden.
• - Map-Matching-Verfahren zum ständigen Vergleich des vom Inertialsystem verfolgten Weges mit dem gespeicherten Rollwegnetz und Nutzung jedes erkannten Feuers als Stützpunkt für das Inertialsystem.

Mit dieser Kombination lassen sich Genauigkeiten der Flugzeugpositionsbe­ stimmung von deutlich besser als 0,5 m erreichen, die eine automatische Querführung und den korrekten Ablauf des Übersteuerns des Bugfahrwerks ermöglichen.

Die Auswahl des zu befahrenden Rollwegs kann durch Eingaben des Piloten (in Absprache mit dem Tower) oder durch Datenübertragung vom Tower erfol­ gen. Die Erkennung der Feuer durch den Sensor kann dadurch erleichtert werden, daß nur die Feuer des vorgesehenen Rollwegs eingeschaltet wer­ den.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf NLA beschränkt, sondern für al­ le Flugzeuge und Fahrzeuge nutzbar, die Bereiche mit Befeuerung befahren. Der Automatisierungsgrad kann dabei sehr unterschiedlich sein und z. B. fol­ gende Ausprägungsformen besitzen:

• - manuelles Rollen durch den Piloten mit Hilfe von aus dem System erzeugter Führungsinformation, z. B. Sprachausgabe, sichtbare Ein­ blendung in die Außensicht (Head-Up-Display) oder auf einem Mo­ nitor,
• - halbautomatisches Rollen mit automatischer Lenkung und manuel­ ler Längsführung (beschleunigen, bremsen) durch den Piloten,
• - automatisches Rollen, gegebenenfalls mit Überwachung durch den Piloten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden mit Bezug auf zwei Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Skizze zur Führung eines Flugzeugs (A3XX) auf einem Rollweg;

Fig. 2 die schematische Darstellung eines Systems zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 1 erläutert die der Erfindung zugrundeliegende Problemstellung, wie sie in der Beschreibungseinleitung beschrieben wurde, am Beispiel eines Airbus A3XX, der auf dem Rollweg R geführt werden soll. Die gewählten Dimensio­ nen des Rollwegs R entsprechen denjenigen der zur Zeit auf Flughäfen vor­ handenen Rollwegen (Breite: ca. 23 m). Die Ideallinien für das Bugfahrwerk sowie für die äußeren Ränder des Hauptfahrwerks sind jeweils eingezeichnet. FE bezeichnet die Feuer der Mittellinienbefeuerung.

Anhand Fig. 2 wird der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens beispiel­ haft beschrieben. Mit Hilfe des Navigationssystems NAV wird die momentane Position des Flugzeugs mit einer Genauigkeit von z. B. 5 m bestimmt. Auf der Basis dieser Flugzeugposition wird in der Steuereinheit ST die Position des von dem Sensor SEN detektierten Feuers ermittelt und mit der in der digitalen Rollwegkarte REF enthaltenen Referenzinformation verglichen. Diese enthält die Positionen sämtlicher für die Navigation geeigneter Feuer FE (Fig. 1) mit einer Genauigkeit von z. B. 10 cm. Die Zuordnung eines detektierten Feuers zu dem entsprechenden Feuer der Rollwegkarte REF ist dann eindeutig, wenn der Abstand benachbarter Feuer größer ist als die Unschärfe des Navigations­ systems NAV (hier z. B. die oben erwähnten 5 m). Die aus der Referenzinfor­ mation entnommene Position des detektierten Feuers dient als Stützpunkt für das Navigationssystem NAV. Unter Verwendung dieser Stützpunkte erfolgt eine Positionsbestimmung des Flugzeugs mit erhöhter Genauigkeit verglichen mit der ursprünglichen Positionsbestimmung des Navigationssystems. Mit dem beschriebenen Verfahren kann dadurch die Flugzeugposition mit einer Genauigkeit von weniger als 0,5 m bestimmt werden. Unter Verwendung der gewonnenen hochgenauen Positionsdaten werden in der Einheit FRG Füh­ rungsinformationen generiert. Diese betreffen je nach Automatisierungsgrad

• - Informationen für die akustische oder optische Ausgabe an den Piloten. So wird z. B. der Pilot beim Erreichen einer bestimmten Position auf dem Rollweg angewiesen, mit dem Einschlagen des Bugfahrwerks zu begin­ nen.
• - Informationen für die automatische Lenkung des Bugfahrwerks, eventuell in Verbindung mit Informationen für die akustische oder optische Ausga­ be an den Piloten zur manuellen Längsführung (beschleunigen, brem­ sen) durch den Piloten.
• - Informationen für die automatische Lenkung des Bugfahrwerks und die automatische Längsführung (beschleunigen, bremsen) des Flugzeugs.

Claims (10)

1. Verfahren zur Führung von Flugzeugen auf Rollwegen (R) des Flug­ hafenvorfelds, wobei auf den Rollwegen (R) und ggf. an weiteren Orten des Flughafenvorfelds Positionsfeuer (FE) angeordnet sind, mit folgen­ den Verfahrensschritten:

• - Bestimmung der momentanen Position des Flugzeuges mit einer bestimmten Genauigkeit mittels eines Navigationssystems (NAV);
• - Detektion und Vermessung der Position der Feuer mit einem am Flugzeug angeordneten Sensor (SEN),
• - Bereitstellung von Referenzinformationen (REF) mit den Positionen der einzelnen Feuer (FE),
• - Vergleich des von dem Navigationssystem (NAV) verfolgten Weges mit den Referenzinformationen (REF), und Nutzung der detektierten Feuer (FE) als Stützpunkte für das Navigationssystem (NAV), und hieraus
• - Bestimmung der momentanen Position des Flugzeugs mit gegen­ über der ursprünglichen Positionsbestimmung des Navigationssy­ stems (NAV) erhöhten Genauigkeit;
• - Generierung von Führungsinformationen auf der Basis der so er­ mittelten Position des Flugzeugs.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsinformationen dem Piloten zur manuellen Steuerung des Flugzeugs übermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungsinformationen zur automatischen Steuerung des Flugzeugs ohne Zwischenschaltung des Piloten dienen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungsinformation zur halbautomatischen Steuerung des Flugzeugs die­ nen, wobei die Längsführung durch den Piloten gesteuert wird und die Lenkung automatisch gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zu vermessenden Positionsfeuer (FE) die der Mittellinien-Befeuerung des Rollwegs (R) sind.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Referenzinformation (REF) in Form einer digi­ talen Karte gespeichert werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der am Flugzeug angeordnete Sensor (SEN) eine Videokamera oder ein Scanner ist.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor (SEN) am Hauptfahrwerk des Flug­ zeugs angebracht wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Navigationssystem (NAV) das flugzeugeigene Navigationssystem, z. B. ein Trägheitsnavigationssystem, eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Navigationssystem (NAV) ein Satellitennavi­ gationssystem eingesetzt wird.