DE19831452C1

DE19831452C1 - Procedures to support flight guidance

Info

Publication number: DE19831452C1
Application number: DE19831452A
Authority: DE
Inventors: Ralph-Andreas Schmidt; Marius Dupuis
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: ITMI991308A1; FR2781199A1; FR2781199B1; ITMI991308A0

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Unterstützung der Flugführung. Dabei werden zur besseren Erkennung von Hindernissen aus Informationen eines Radar- bzw. Lasersensors und zusätzlichen Daten über die Fluglage eines Fluggeräts Gitterdaten für ein Hindernisnetz berechnet. Dieses Hindernisnetz wird auf einem Displaysystem für den Piloten angezeigt, wobei eine farbliche Unterscheidung zwischen Bereichen oberhalb des Fluggeräts, Bereichen knapp unterhalb des Fluggeräts und sonstigen Bereichen unterhalb des Fluggeräts erfolgt.The present invention discloses a method for assisting flight guidance. For better detection of obstacles, grid data for an obstacle network are calculated from information from a radar or laser sensor and additional data about the flight position of an aircraft. This obstacle network is displayed on a display system for the pilot, a color distinction being made between areas above the aircraft, areas just below the aircraft and other areas below the aircraft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Unterstützung der Flugführung.The invention relates to a method for supporting the Flight guidance.

Die DE 196 05 218 C1 betrifft ein Verfahren zur Sichtbarmachung der Randkonturen von Hindernissen im Display für einen Piloten. Die Lösung ermöglicht ein Erkennen insbesondere von drahtförmigen Hindernissen beim Flug durch Sichtbarmachung der Randkontur des Hindernisses. Die Lösung ist nicht geeignet für eine perspektivische Darstellung des Hindernisses im Geländebild.DE 196 05 218 C1 relates to a method for visualizing the edge contours of Obstacles in the display for a pilot. The solution enables recognition in particular of wire-shaped obstacles in flight by making the Edge contour of the obstacle. The solution is not suitable for a perspective Representation of the obstacle in the terrain picture.

Der Artikel von B. Sweetman, Big Picture, CH-Z.: Interavia, 1/1986, S. 110-111 betrifft ein Display mit Weitwinkeldarstellung. Bei diesem großen Abbildungsmaßstab unter Einbeziehung von Symbolen besteht die Gefahr einer Informationsüberladung während einer aktuellen Flugaufgabe. Eine mitzuführende Datenbank zum Gelände ermöglicht eine perspektivische Ansicht des Geländes aufgrund der gespeicherten Datenbank. Nachteilig ist, daß die Datenbank nicht der Situation in Echtzeit entspricht und daß das Display nicht frei konfigurierbar ist.The article by B. Sweetman, Big Picture, CH-Z .: Interavia, 1/1986, pp. 110-111 concerns a Wide-angle display. With this large image scale below Including symbols there is a risk of information overload during a current flight task. A database to be carried to the site enables one perspective view of the site based on the saved database. Disadvantageous is that the database doesn't match the real time situation and that the display doesn't is freely configurable.

Die DE 196 14 801 A1 betrifft eine Darstellung von Flugführungsinformationen eines Flugzeuges. Die Darstellung schränkt sich ein auf eine räumliche Darstellung des Flugvektors. Die DE 197 00 547 A1 verbessert diese Darstellung des räumlichen Flugvektors durch stereoskopische Darstellung. Eine Hindernisdarstellung während des Tieffluges wird durch beide Lösungen nicht betrachtet.DE 196 14 801 A1 relates to a representation of flight guidance information Aircraft. The presentation is limited to a spatial presentation of the Flight vector. DE 197 00 547 A1 improves this representation of the spatial Flight vector by stereoscopic representation. An obstacle display during the Low-flying is not considered by either solution.

Die DE 43 14 811 A1 und DE 39 30 862 A1 können mittels mitgeführter Datenbank zur Geländeoberfläche ausgewählte Geländeobjekte räumlich darstellen. Die beiden Lösungen haben jedoch den Nachteil, daß zwischenzeitlich neu errichtete Hindernisse (z. B. Baukran, Abspannmast) in der mitgeführten Datenbank nicht enthalten sein können und führen im Tiefflug zu Kollisionsrisiken. Die beiden Lösungen sind somit für den Tiefflug von Luftfahrzeugen nicht geeignet, da nicht die aktuelle Geländesituation widerspiegelt wird. Das Verfahren ist nur für hochfliegende Flugzeuge sicher nutzbar, da die Geländesituation nicht in Echtzeit ermittelt ist.DE 43 14 811 A1 and DE 39 30 862 A1 can be carried out using a database Display the terrain surface spatially of selected terrain objects. The two solutions have the disadvantage, however, that new obstacles (e.g. construction crane, Guy mast) can not be included in the database carried and lead in Low flying to collision risks. The two solutions are therefore for low-flying Aircraft not suitable because the current terrain situation is not reflected. The method can only be used safely for high-flying aircraft because of the terrain situation is not determined in real time.

Das im Dokument US-PS 5.488.563 dargestellte Verfahren basiert ebenfalls auf einer globalen Datenbasis der Geländeoberfläche. Dieses Verfahren kann bestenfalls bei hochfliegenden Flugzeugen als "GROUND COLLISSION AVOIDANCE SYSTEM" genutzt werden, um im An- oder Abflug in der näheren Umgebung des Flughafens vor unerwarteten Geländeanhebungen zu warnen. Für den Tiefflug eines Luftfahrzeuges in der Hinderniskulisse ist die Anwendung einer mitgeführten Datenbasis grundsätzlich ungeeignet, da neu aufgestellte Hindernisse (wie z. B. Baukräne oder Hochspannungsmasten) in der Datenbasis nicht enthalten sein können.The method shown in document US Pat. No. 5,488,563 is also based on a global database of the terrain surface. This procedure can at best soaring aircraft used as "GROUND COLLISSION AVOIDANCE SYSTEM" to be on arrival or departure in the vicinity of the airport to warn of unexpected elevations. For the low flight of an aircraft in the The use of a database that is carried along is a basic obstacle unsuitable as newly installed obstacles (such as construction cranes or High-voltage pylons) cannot be included in the database.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Unterstützung der Flugführung auf Navigationsdisplays erfolgt eine Hinderniswarnung in einer zweidimensionalen Darstellung (z. B. als Hindernislinie), wobei das Hindernis nicht als flächendeckender Warnbereich erkennbar ist. Dadurch kann eine rechtzeitige Erkennung eines Hindernisses beeinträchtigt bzw. ein Übersehen eines Hindernisses gefördert werden. Derartige Vorkommnisse können zu Unfällen führen.With conventional methods to support flight guidance on navigation displays there is an obstacle warning in a two-dimensional representation (e.g. as Obstacle line), whereby the obstacle is not recognizable as a comprehensive warning area is. As a result, timely detection of an obstacle can be adversely affected Overlooking an obstacle. Such occurrences can be too Cause accidents.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Unterstützung der Flugführung auszubilden, bei dem Warnbereiche flächendeckend erkennbar sind, so daß ein rechtzeitiges Erkennen eines Hindernisses gefördert und sein Übersehen werden verhindert wird und somit Unfälle verhindert werden können.It is therefore an object of the invention to provide a method for supporting the Form flight guidance in which warning areas are recognizable across the board, so that timely recognition of an obstacle is promoted and overlooked is prevented and thus accidents can be prevented.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the one specified in claim 1 Features resolved. Further advantageous embodiments are in the subclaims specified.

Somit wird über die perspektivische Darstellung eine sehr enge Anlehnung an die Wahrnehmung der Umgebung beim Blick aus dem Fluggerät erreicht und ein sehr intuitives und leicht zu interpretierendes Verfahren geschaffen.Thus, a very close reference to the Perception of the environment when looking out of the aircraft is achieved and a very intuitive and easy to interpret procedure created.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nach folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment in connection with the drawing obvious.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1a und 1b die Art und Weise der Erfassung der Hindernisdaten in einer Seitenansicht und einer Draufsicht, FIGS. 1a and 1b, the manner of detection of the obstacle data in a side view and a top view,

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Berechnung eines Gitterpunktes Fig. 2 is an illustration for explaining the calculation of a grid point

Fig. 3 eine Veranschaulichung der Darstellungsbereiche für das Hindernisnetz und Fig. 3 is an illustration of the display areas for the obstacle network and

Fig. 4 ein kodiertes Hindernisbild über einem Sensorbild. Fig. 4 shows a coded obstacle image over a sensor image.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterstützung der Flugführung wertet durch am Fluggerät befindliche Sensoren gewonnene Informationen über die Topographie des umgebenden Geländes auf einem fluggerätgestützten Rechner aus und stellt sie in Form einer perspektivischen (Hindernis)Netzdarstellung auf einem Display dem Piloten dar.The method according to the invention to support flight control evaluates Information obtained by sensors on the aircraft about the Topography of the surrounding area on an aircraft-based computer and presents them in the form of a perspective (obstacle) network representation a display to the pilot.

Dem Piloten steht dabei, insbesondere auch für den An- und Abflug eine Hin dernissymbolik zur Verfügung. Diese Symbolik soll dem Piloten innerhalb der Hinderniskulisse die Möglichkeit eröffnen, Hindernisse rechtzeitig zu identifizie ren und ihnen auszuweichen. The pilot is given an indication, especially for the arrival and departure dernissymbolik available. This symbolism is intended for the pilot within the Obstacle scenery open the possibility to identify obstacles in time and avoid them.

Da sich im Tiefstflug jedes Objekt - auch der Boden - als Hindernis für den Hubschrauber darstellt, wurde als Hindernissymbolik ein Hindernisnetz ausge wählt. Dieses (Hindernis)Netz wird in Echtzeit aus den Informationen beispiels weise eines Radar- oder Lasersensors ermittelt und auf dem Display als recht eckige Maschen dargestellt. Die Form einer rechteckigen Masche wurde zu Gunsten einer besseren Orientierung im Kurvenflug einer quadratischen Masche vorgezogen. Die Farbe des Netzes richtet sich nach der (Hindernis)Netzhöhe (bzw. Hindernishöhe) in Relation zur Hubschrauberhöhe, sowie nach dem Flug vektor des Hubschraubers. Netzpunkte, die die aktuelle Hubschrauberposition übersteigen, werden rot angezeigt. Alle verbleibenden Netzpunkte werden in einem grünen Farbton angezeigt. Diese farbliche Unterteilung in kritische und unkritische Hindernisse erleichtert die Aufgabe des Piloten bei der Wahl des Flugwegs erheblich. Die Höhe des (Hindernis)Netzes über den Hindernissen entspricht der eingestellten Decision Height bzw. Entscheidungshöhe. Somit bleibt der Sicherheitsabstand zwischen den Hindernissen und dem (Hinder nis)Netz frei für den Piloten wählbar. In der Berechnung des (Hindernis)Netzes (Anstieg vor einem Hindernis) wird die Flugrichtung und die Fluggeschwindigkeit einbezogen. Bei Flügen in geringer Höhe über dem (Hindernis)Netz werden Netzlinien in einer größeren Entfernung zum Hubschrauber zugunsten einer besseren Übersicht ausgeblendet. Rot dargestellte (Hindernis)Netzpunkte blei ben unabhängig von der Entfernung erhalten.Because in deep flight every object - including the ground - is an obstacle for the Helicopter, an obstacle network was created as an obstacle symbolism chooses. This (obstacle) network is real-time from the information for example as a radar or laser sensor determined and on the display as right shown square mesh. The shape of a rectangular mesh became too In favor of better orientation when cornering a square mesh preferred. The color of the net depends on the (obstacle) net height (or obstacle height) in relation to the helicopter height and after the flight vector of helicopter. Network points representing the current helicopter position are displayed in red. All remaining network points are in displayed in a green hue. This color division into critical and Uncritical obstacles make the pilot 's task easier when choosing the Flight path considerably. The height of the (obstacle) network over the obstacles corresponds to the set decision height. Consequently the safety distance between the obstacles and the (obstacle) nis) network freely selectable for the pilot. In the calculation of the (obstacle) network (Rise in front of an obstacle) the flight direction and the flight speed involved. When flying at low altitude over the (obstacle) network Network lines at a greater distance from the helicopter in favor of one hidden better overview. Lead points shown in red (obstacle) ben regardless of the distance.

Zunächst wird die Erfassung von Rohdaten unter Bezugnahme auf die Fig. 1a und 1b beschrieben. Für eine vorliegende Hinderniswarnung müssen als Rohda ten richtungsgebundene Entfernungswerte vorliegen, die ein Abbild der das Fluggerät umgebenden Topographie darstellen. Die Entfernungswerte werden beispielsweise durch einen Radar- oder Lasersensor 1 gewonnen, der im Flug gerät 2 ausgebildet ist. Dieser Radar- oder Lasersensor 1 weist eine bestimm ten azimutalen Erfassungsbereich 3 auf. Wenn die Richtungswerte relativ zum Fluggerät 2 vorliegen, müssen zusätzliche Daten über die Fluglage (Gier-, Nick- und Rollwinkel) vorhanden sein, die es erlauben, für die Entfernungsdaten eine eindeutige Lage im Raum, d. h. erdfest, zu berechnen.First, the acquisition of raw data is described with reference to FIGS. 1a and 1b. For an existing obstacle warning, direction-bound distance values must be available as raw data, which represent an image of the topography surrounding the aircraft. The distance values are obtained, for example, by a radar or laser sensor 1 which is designed in flight 2 . This radar or laser sensor 1 has a specific th azimuthal detection area 3 . If the directional values are available relative to the aircraft 2 , additional data about the flight position (yaw, pitch and roll angle) must be available, which make it possible to calculate a unique position in space, ie earth-proof, for the distance data.

Die (Hindernis)Netzberechnung erfolgt wie in Fig. 2 dargestellt. Aus den erdfe sten Meßwerten bzw. Meßpunkten des Sensors, die in Fig. 2 mit x bezeichnet sind und im allgemeinen in unregelmäßiger, d. h. räumlich nicht gleichverteilter Form vorliegen, wird mittels Interpolation ein gleichförmiges Gitter errechnet. Die Gitterlinien nehmen eine voreingestellte Richtung ein (z. B. Nord-Süd und Ost-West). Das Gitter ist raumfest, d. h. das Fluggerät 2 bewegt sich beim Wei terflug relativ zum Gitter. Einmal berechnete Gitterkoordinaten werden gespei chert und liegen für den Fall bereit, daß keine aktuellen Daten gewonnen wer den können. Eine Änderung gespeicherter Daten findet nur dann statt, wenn im Einflußbereich bzw. Einflußgebiet 4 eines bereits berechneten Gitterpunktes 5, das in Fig. 2 gezeigt ist, neue Hindernisse erfaßt werden, die höher als der bis dahin festgestellte Wert sind. In diesem Fall wird das (Hindernis)Netz an der be treffenden Stelle auf den neuen Höhenwert angepaßt.The (obstacle) network calculation is carried out as shown in FIG. 2. A uniform grid is calculated by means of interpolation from the earth's most measured values or measuring points of the sensor, which are denoted by x in FIG. 2 and are generally present in an irregular, ie spatially not uniformly distributed form. The grid lines take a preset direction (e.g. north-south and east-west). The grid is fixed in space, ie the aircraft 2 moves relative to the grid during the further flight. Once the grid coordinates have been calculated, they are stored and are available in the event that no current data can be obtained. A change in stored data takes place only when new obstacles are detected in the area of influence or area of influence 4 of a previously calculated grid point 5 , which is shown in FIG. 2, which are higher than the value determined up to that point. In this case, the (obstacle) network is adapted to the new height value at the point in question.

Das (Hindernis)Netz breitet sich in Flugrichtung in dem Maße aus, wie es Flug geschwindigkeit und Reichweite des verwendeten Sensors 1 ermöglichen.The (obstacle) network spreads in the direction of flight to the extent that the flight speed and range of the sensor 1 used .

Die Vertikalposition des Netzes oberhalb der detektierten bzw. erfaßten Topo graphie kann variiert werden (z. B. in Abhängigkeit der Sichtweite oder gekop pelt an die Entscheidungshöhe). Dadurch wird ein "Sicherheitsabstand" zwi schen (Hindernis)Netz und Topographie geschaffen (siehe Fig. 3), der eine Flugführung bis in die Nähe des (Hindernis)Netzes erlaubt, ohne daß dort schon mit einer Kollision mit Hindernissen gerechnet werden muß.The vertical position of the network above the detected or detected topography can be varied (e.g. depending on the visibility or coupled to the decision height). This creates a "safety distance" between (obstacle) network and topography (see Fig. 3), which allows flight guidance up to the vicinity of the (obstacle) network, without having to expect a collision with obstacles.

Im folgenden wird die (Hindernis)Netzdarstellung unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert. Die (Hindernis)Netzdarstellung ist farbkodiert. Aus Grün den der Vereinfachung ist Fig. 4 lediglich eine schwarz-weiß-Umsetzung der Darstellung des Hindernisnetzes, wie es auf dem Display angezeigt wird.The (obstacle) network representation is explained below with reference to FIGS . 3 and 4. The (obstacle) network representation is color-coded. For reasons of simplification, FIG. 4 is only a black and white implementation of the representation of the obstacle network as it is shown on the display.

Normalerweise wird in der Displaydarstellung farblich unterschieden zwischen (Hindernis)Netzpunkten, die sich unterhalb der gegenwärtigen Position des Fluggerätes befinden und solchen, die sich oberhalb oder auf gleicher Höhe be finden. Darüber hinaus gibt es einen farblichen Übergangsbereich für Punkte, die sich nur knapp unterhalb der Position des Fluggerätes befinden (hier weni ger als 20 m unter dem Fluggerät). Die Farbkodierung kann beliebig festgelegt werden. In der hier ausgeführten Version sind die Farben Grün (Punkte unter halb der Flugposition) und Rot (Punkte oberhalb der Flugposition) mit einem Orange-farbenen Übergangsbereich implementiert.Usually, the display shows a color difference between (Obstacle) network points that are below the current position of the Aircraft are and those that are above or at the same height Find. There is also a colored transition area for points, which are only just below the position of the aircraft (here a little less than 20 m below the aircraft). The color coding can be set arbitrarily become. In the version executed here, the colors are green (dots under half of the flight position) and red (points above the flight position) with a Orange-colored transition area implemented.

Die Darstellung einzelner Zellen des (Hindernis)Netzes ist selektiv gestaltet. Git terpunkte, die unterhalb der gegenwärtigen Position des Fluggeräts liegen, wer den nur dargestellt, wenn der vertikale Blickwinkel? zwischen Augenposition und Gitterpunkt größer als ein vorgegebener Wert ist (Bereich 1 in Fig. 3). In der hier gezeigten Implementierung liegt der Winkel bei 3°. Gitterpunkte, deren Farbwert im Übergangsbereich oder im Bereich von Punkten oberhalb der ge genwärtigen Position des Fluggeräts liegt, werden unabhängig vom relativen Blickwinkel immer dargestellt (Bereich 2 in Fig. 3). The display of individual cells of the (obstacle) network is designed selectively. Grid points that are below the current position of the aircraft are only shown if the vertical viewing angle? between the eye position and the grid point is greater than a predetermined value (area 1 in FIG. 3). In the implementation shown here, the angle is 3 °. Lattice points, the color value of which lies in the transition region or in the region of points above the current position of the aircraft, are always displayed regardless of the relative viewing angle (region 2 in FIG. 3).

Das (Hindernis)Netz wird auf einem Displaysystem perspektivisch dargestellt. Der Augpunkt kann aufgrund der gespeicherten Daten des (Hindernis)Netzes beliebig gewählt werden; für die Flugführung ist jedoch die Kopplung an die Po sition des Fluggerätes sinnvoll. Das (Hindernis)Netz kann für sich alleine oder als Überlagerung anderer Sensorbilder verwendet werden. Der dargestellte Sichtbereich des (Hindernis)Netzes ist beliebig.The (obstacle) network is shown in perspective on a display system. The eye point can be based on the stored data of the (obstacle) network can be chosen arbitrarily; for flight guidance, however, is the coupling to the Po sition of the aircraft makes sense. The (obstacle) network can stand alone or can be used as a superimposition of other sensor images. The one shown Field of view of the (obstacle) network is arbitrary.

Claims

1. Procedure for supporting the flight guidance, in which the pilot receives an obstacle warning, with the following steps:
Detection of directional distance values as raw data by a detection device ( 1 ),
Acquisition of additional data on the flight position of the aircraft ( 2 ), calculation of a unique position in space for the distance data in order to obtain earth-fixed measured values which are not spatially equally distributed,
Calculating a uniform grid by means of interpolation from the earth-fixed measured values,
Storage of the calculated grid coordinates and perspective representation of an obstacle network consisting of the calculated grid coordinates on a display system.

2. The method according to claim 1, characterized by the further step perspective representation of the git calculated from the stored existing coordinates of the obstacle network if no current data can be detected.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the calculated grid is fixed in space.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the perspective representation, the grid mesh as rectangular Meshes are shown.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized by the further steps
Comparison of new grid coordinates calculated by means of interpolation from new earth-fixed measured values with the calculated, stored grid coordinates,
Changing saved grid coordinates when new obstacles are detected in the area of influence of a previously calculated grid point, which are higher than the previously calculated value, and
Adjust the obstacle network at the point in question to the new maximum value.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the vertical position of the obstacle network above the detected topogra phie is freely selectable and variable to keep a safety distance between Creating a network of obstacles and topography.

7. The method according to claim 6, characterized in that the vertical position of the obstacle network above the detected topogra depending on the range of vision or linked to the decision height is variable.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the detection device ( 1 ) used for detection is a radar or laser sensor.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that when displaying the obstacle network one of network or obstacle height in relation to the aircraft ( 2 ) and flight vector of the aircraft ( 2 ) dependent color coding is used.

10. The method according to claim 9, characterized in that when displaying the obstacle network, a color distinction between rule's network points below the current position of the aircraft ( 2 ), those which are located above or at the same height.

11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that in the representation of the obstacle network, a transition area for points that are only just below the position of the aircraft ( 2 ) is differentiated in color.

12. The method according to claim 11, characterized in that the transition region summarizes 20 m below the position of the aircraft ( 2 ).

13. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that when displaying the obstacle network, a selective display of individual Obstacle network cells.

14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that when displaying the obstacle network grid points that are below the ge current position of the aircraft ( 2 ) are only shown if the vertical angle of view between the eye position and grid point is greater than a predetermined Is worth.

15. The method according to claim 14, characterized in that the specified value of the vertical viewing angle is 3 °.

16. The method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that grid points, or their color value in one or the transition area of points just below the position of the aircraft ( 2 ) or in the range of points above the current position of the Aircraft ( 2 ) are always displayed, regardless of the relative viewing angle.

17. The method according to any one of claims 1 to 16, characterized in that that the eye point based on the stored data of the obstacle network can be chosen freely.

18. The method according to claim 17, characterized in that the eye point is coupled to the position of the aircraft.

19. The method according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the obstacle network when presenting alone or as an overlay other sensor images is used.

20. The method according to any one of claims 1 to 19, characterized in that the visual field of view of the obstacle network is arbitrary.