DE19906955C1

DE19906955C1 - Wind vector evaluation method e.g. for flight path plotting, uses overlapping of 2 circles obtained from 2 actual velocity measurements so that corresponding ground speed vectors meet at common point

Info

Publication number: DE19906955C1
Application number: DE1999106955
Authority: DE
Inventors: Ernst Dieter Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2000-10-05
Anticipated expiration: 2019-02-20

Abstract

The wind vector evaluation method uses 2 successive sets of measurements for the ground speed (GS1,GS2) and the true air-speed (TAS1,TAS2), each obtained for a constant compass position, with calculation of each corresponding course using a global positioning system and an electronic calculator. Each actual velocity is used for describing a circle with the corresponding radius, with the circles overlapped so that the ends of the ground speed vectors coincide at a single point, the wind vector obtained by joining this point to the adjacent intersection point of the circles.

Description

An Bord eines Flugzeugs ist aus den GPS-Daten die Bestim mung des vollständigen Windvektors Vw mit Windrichtung und Windstärke aus den Momentanwerten für Kurs und Geschwindig keit über Grund nur dann möglich, wenn zusätzlich auch die tatsächliche Geschwindigkeit, die True Airspeed TAS, und der rechtweisende Kurs rwK bekannt sind. Die Meßgenauigkeit der GPS-Daten ist für diesen Zweck hinreichend genau. Auch die angezeigte Fluggeschwindigkeit IAS kann mit der augen blicklichen Flughöhe als Höhenkorrekturfaktor genügend ge nau in die tatsächliche Geschwindigkeit TAS umgerechnet werden. Dabei muß für den einige Sekunden dauernden Meßvor gang die angezeigte Geschwindigkeit IAS konstant gehalten werden. Die Bestimmung des rechtweisenden Kurses rwK ist bei Benutzung eines Magnetkompasses jedoch mit einem größe ren Fehler behaftet, der aus dem Ablesefehler und der nicht linearen Deviation resultiert. Hinzu kommt das Erfordernis, zumindest den numerischen Wert des rechtweisenden Kurses rwK eingeben zu müssen. Demgemäß ist eine vollautomatische rechnerische Bestimmung der Windkomponente nicht möglich. The best is from the GPS data on board an aircraft of the complete wind vector Vw with wind direction and Wind strength from the instantaneous values for course and speed Ability is only possible above ground if additionally actual speed, the True Airspeed TAS, and the legal course rwK are known. The measurement accuracy the GPS data is sufficiently accurate for this purpose. Also the displayed flight speed IAS can be seen with the eyes sufficient altitude as a height correction factor exactly converted into the actual speed TAS become. It must be done for the measurement lasting a few seconds speed the displayed speed IAS was kept constant become. The determination of the legal course rwK is when using a magnetic compass with a size error, that of the reading error and that not linear deviation results. There is also the requirement at least the numerical value of the legal course having to enter rwK. Accordingly, it is a fully automatic mathematical determination of the wind component not possible.

Realisierbar wäre eine vollautomatische rechnerische Be stimmung der Windkomponente nur mit Hilfe einer zusätzli chen speziellen Erdmagnetfeldsonde. Die dabei anfallenden Kosten sind jedoch recht erheblich und die so erreichbare Anzeigegenauigkeit ist unzulänglich.A fully automatic computational calculation would be feasible adjustment of the wind component only with the help of an additional Chen special geomagnetic field probe. The resulting However, costs are quite substantial and the achievable Display accuracy is inadequate.

Wenn die Werte für die Geschwindigkeit über Grund GS und die tatsächliche Geschwindigkeit TAS eines Flugzeugs nach Betrag und Richtung sowie der Windwinkel Ww bekannt sind, ergibt sich ein sogenanntes Winddreieck mit dem die Wind richtung und Windgeschwindigkeit anzeigenden Windvektor Vw. Für die Einordnung des Winddreiecks muß zusätzlich der Kurs über Grund KG bekannt sein. Die Ermittlung numerischer Werte von der Geschwindigkeit über Grund GS und der tat sächlichen Geschwindigkeit TAS durch GPS-Geräte und elek tronische Rechner ist bekannt. Nicht bekannt ist jedoch der Windwinkel Ww, weshalb anhand der verfügbaren Daten ein eindeutiges Winddreieck nicht bestimmt werden kann. Folg lich kann auch der Windvektor Vw nicht bestimmt werden.If the values for speed above ground GS and the actual speed TAS of an aircraft Amount and direction as well as the wind angle Ww are known, there is a so-called wind triangle with which the wind direction and wind speed indicating wind vector Vw. For the classification of the wind triangle the Course about Grund KG. The determination of numerical Values from speed over ground GS and that did neuter speed TAS through GPS devices and elec tronic calculator is known. However, the is not known Wind angle Ww, which is why based on the available data unambiguous wind triangle cannot be determined. Episode The wind vector Vw cannot be determined.

In der EP 0 709 684 A2 ist ein Verfahren vorbeschrieben, bei dem im Kreisflug aus den Grundgeschwindigkeitsvektoren ein Polardiagramm mit einer Hüllkurve ermittelt wird. die Exzentrität des Nullpunktes dieses Diagramms von seinem Kreismittelpunkt gibt den Windvektor in Richtung und Ge schwindigkeit αn. Bei diesem Verfahren müssen mehrere Krei se geflogen werden. Es erfolgt dann eine Mittelwertbildung und es muß eine 360° Kurs-Matrix gebildet werden. Für leere Zellen werden in einem weiteren Schritt die fehlenden Werte interpoliert. die True Airspeed (TAS) muß bei diesem Vor gang konstant gehalten werden. Das Verfahren beruht letzt lich darauf, während eines Vollkreises die maximale diffe renz der Grundgeschwindigkeiten zu ermitteln; die Hälfte des Betrages ist die gesuchte Windgeschwindigkeit. die Windrichtung wird durch ein iteratives Einpassen der Mini- und Maximalwerte in die Windrose ermittelt.A method is described in EP 0 709 684 A2, in the circular flight from the basic speed vectors a polar diagram with an envelope is determined. the Eccentricity of this diagram's zero point from its The center of the circle gives the wind vector in direction and Ge speed αn. This procedure requires multiple circles be flown. Averaging is then carried out and a 360 ° course matrix must be created. For empty ones In a further step, cells become the missing values interpolated. the True Airspeed (TAS) must do this be kept constant. The process is ultimately based on the maximum diffe during a full circle determine the basic speed limit; the half of the amount is the wind speed you are looking for. the Wind direction is determined by iteratively fitting the mini and maximum values in the compass rose.

In der US 5 091 871 A ist ein Verfahren angegeben, bei dem fortlaufend die True Airspeed und die Grundgeschwindig keitskomponenten in den drei Raumachsen gemessen werden. Als Meßmethode für die Grundgeschwindigkeit ist ein Inerti al-Beschleunigungs-Meßsystem an Bord erforderlich oder ein bodengestütztes Doppler-Radarsystem. Die drei Raumkomponen ten der Windgeschwindigkeit werden in Realzeit mit der Me thode der kleinsten Abweichungsquadrate in einem Glei chungssystem bestimmt und ihre jeweiligen Werte oder ihr Mittelwert werden zwischengespeichert und für die nächst folgende Berechnung herangezogen.US Pat. No. 5,091,871 A describes a method in which continuously the True Airspeed and the Grundgeschwindig components in the three spatial axes can be measured. An inerti is the measuring method for the basic speed al acceleration measurement system required on board or a ground-based Doppler radar system. The three spatial components ten of the wind speed are measured in real time with the Me least squares method in a glue system and their respective values or theirs Average values are buffered and stored for the next following calculation used.

Nach der Schrift WO 90/15334 A1 beruht die Bestimmung des Windvektors auf der Aufzeichnung des Radarkurses, aus dem während eines Kreisfluges die Verschiebung des Mittelpunk tes des geflogenen Kreises errechnet wird. Diese Verschie bung entspricht der Windgeschwindigkeit in Größe und Rich tung.According to the document WO 90/15334 A1, the determination of the Wind vector on the record of the radar course from which the shift of the center point during a circular flight tes of the flown circle is calculated. This different Exercise corresponds to the wind speed in size and direction tung.

Demgemäß besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufga be in der Schaffung eines Verfahrens zur Bestimmung des Windvektors Vw, bei dem es keiner Erdmagnetsonde bedarf und das eine vollautomtische Bestimmung des Windvektors ermög licht.Accordingly, there is the problem underlying the invention be in creating a process for determining the Wind vector Vw, which does not require an earth magnetic probe and which enables a fully automatic determination of the wind vector light.

Gelöst ist diese Aufgabe dadurch, daß in zwei aufeinander folgenden Meßreihen bei unterschiedlichen, jedoch während der Meßzeiten jeweils konstant geflogenen Kompaßkursen die Werte der Geschwindigkeiten über Grund GS1, GS2, und der tatsächlichen Geschwindigkeiten TAS1, TAS2 sowie die Kurse über Grund KG1, KG2 mittels GPS und eines elektronischen Rechners numerisch ermittelt und in Form jeweils eines TAS1 und TAS2 entsprechenden Kreises mit sich vom jeweiligen Kreismittelpunkt forterstreckenden Vektoren GS1 und GS2 graphisch dargestellt und dann die TAS1 und TAS2 entspre chenden Kreise derart übereinander projiziert werden, daß die Spitzen der Vektoren GS1 und GS2 zusammenfallen, wobei sich der Windvektor Vw von einem den Spitzen der Vektoren GS1, GS2 benachbarten Schnittpunkt der TAS1 und TAS2 ent sprechenden Kreise zu den zusammenfallenden Spitzen der Vektoren GS1 und GS2 hin erstreckt und die Windgeschwindig keit nach Betrag und Richtung angibt.This problem is solved in that in two on top of each other following series of measurements at different, but during of the measuring times the compass courses flown constantly Values of ground speeds GS1, GS2, and actual speeds TAS1, TAS2 as well as the courses over ground KG1, KG2 using GPS and an electronic Calculated numerically and in the form of a TAS1 and TAS2 corresponding circle with itself from the respective Circle center extending vectors GS1 and GS2 represented graphically and then correspond to TAS1 and TAS2 are projected on top of each other in such a way that the tips of the vectors GS1 and GS2 coincide, where the wind vector Vw from one of the tops of the vectors GS1, GS2 adjacent intersection of TAS1 and TAS2 ent speaking circles to the coincident peaks of the Vectors GS1 and GS2 extends and the wind speed indicates the amount and direction.

Bei der Erfindung handelt es sich somit darum, daß nachein ander zwei Meßreihen mit jeweils konstantem Kompaßkurs und einer Kursänderung zwischen den beiden Meßreihen zu fliegen sind. Das Verfahren, das höchst einfach ist und keinen gro ßen Speicher- und Rechenaufwand erfordert, ist mit der in aller Regel in Luftfahrzeugen vorhandenen Hardware durch führbar. Insbesondere bedarf es, im Gegensatz zum vorbe kannten Stande der Technik, nicht der manuellen Eingabe ei nes rechtweisenden Kurses rwK.The invention is therefore that afterwards other two series of measurements, each with a constant compass heading and a course change between the two series of measurements are. The process, which is extremely simple and not a big one The storage and computing effort required is with the in generally existing hardware in aircraft feasible. In particular, in contrast to vorbe knew the state of the art, not manual input a lawful course rwK.

Es ist ersichtlich, daß die beiden TAS-Kreise einen zweiten Schnittpunkt aufweisen, der ebenfalls der Fußpunkt des Windvektors Vw sein könnte. Zwar müssen beide Lösungen be trachtet werden, aber im vorliegenden Fall der Fliegerei scheidet die zweite Lösung aus, weil die errechnete Windge schwindigkeit zu groß würde. It can be seen that the two TAS circles have a second Have intersection, which is also the base of the Vw could be wind vector. Both solutions must be be sought, but in the present case of aviation the second solution is excluded because the calculated windge speed would be too great.

Alternativ zu der vorstehend aufgezeigten Lösung ist die die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein Verfahren gelöst, bei dem in zwei aufeinander folgenden Meßreihen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, je doch mit gleichen Kompaßkursen KK geflogen werden, die Wer te der Geschwindigkeiten über Grund GS1, GS2 und der tat sächlichen Geschwindigkeiten TAS1, TAS2 sowie die Kurse über Grund KG1, KG2 mittels GPS und eines elektronischen Rechners ermittelt und in Form jeweils eines den tatsächli chen Geschwindigkeiten TAS1 und TAS2 entsprechenden Krei ses mit sich vom jeweiligen Kreismittelpunkt forterstrec kenden Vektoren GS1, GS2 graphisch dargestellt und dann die TAS1 und TAS2 entsprechenden Kreise derart übereinander projiziert werden, daß die Spitzen der Vektoren GS1 und GS2 zusammenfallen, wobei sich der Windvektor Vw von einem Punkt, in dem die der TAS1 und TAS2 entsprechenden Kreise einander berühren, zu den Spitzen der Vektoren GS1 und FS2 hin erstreckt und die Windgeschwindigkeit nach Betrag und Richtung angibt.An alternative to the solution shown above is the object underlying the invention also by a Process solved in two consecutive Series of measurements with different speeds, each but flown with the same compass courses KK, who ground speeds GS1, GS2 and did neuter speeds TAS1, TAS2 as well as the courses over ground KG1, KG2 using GPS and an electronic Calculator determined and in the form of the actual Circuits corresponding to speeds TAS1 and TAS2 ses with itself from the respective center of the circle forterstrec kenden vectors GS1, GS2 plotted and then the TAS1 and TAS2 corresponding circles one above the other that the peaks of the vectors GS1 and GS2 are projected coincide, the wind vector Vw differing from one Point at which the circles corresponding to TAS1 and TAS2 touch each other to the tips of vectors GS1 and FS2 extends and the wind speed by amount and Direction indicates.

Charakteristisch für diese Lösungsvariante ist, daß die beiden Meßreihen mit identischen Kompaßkursen, aber unter schiedlichen Geschwindigkeiten geflogen werden. Demgemäß ergeben sich unterschiedliche Kurse über Grund. Die während einer Meßreihe unterschiedlichen Fluggeschwindigkeiten wer den von einem Rechner erfaßt und ebenso wie die Geschwin digkeiten über Grund gemittelt, indem der Rechner Teil strecken integriert. Die TAS1 und TAS2 entsprechenden Krei se schneiden sich dann nicht mehr, sondern berühren sich nur noch in einem Punkt, der auf einer durch die beiden Kreismittelpunkte gehenden Geraden liegt.It is characteristic of this solution variant that the two series of measurements with identical compass courses, but under flown at different speeds. Accordingly there are different courses on the ground. The while a series of measurements of different flight speeds that captured by a computer and just like the speed averages above ground by the calculator part stretch integrated. The circles corresponding to TAS1 and TAS2 Then they no longer intersect, but touch each other only on one point that is on one by the two Straight line going through the center of the circle.

Eine abermalige Lösungsvariante ist durch ein Verfahren ge kennzeichnet, bei dem in zwei aufeinanderfolgenden Meßrei hen die Werte der Geschwindigkeiten über Grund GS1, GS2 und der tatsächlichen Geschwindigkeiten TAS1, TAS2 sowie der Kurse über Grund KG1, KG2 mittels GPS und eines elektroni schen Rechners numerisch ermittelt und in Form jeweils ei nes TAS1 und TAS2 entsprechenden Kreises mit sich vom je weiligen Kreismittelpunkt forterstreckenden Vektoren GS1 und GS2 graphisch dargestellt und dann die TAS1 und TAS2 entsprechenden Kreise derart übereinander projiziert wer den, daß die Spitzen der Vektoren GS1 und GS2 zusammenfal len, worauf zunächst der Abstand der Mittelpunkte der bei den TAS-Kreise berechnet und dann aus den beiden Werten GS1, GS2 ein Winkel α' zwischen dem Vektor GS2 und einer die Kreismittelpunkte miteinander verbindenden Geraden so wie anschließend ein Winkel α zwischen der genannten Gera den und dem Vektor TAS1 berechnet wird, worauf der Winkel αc zwischen den Vektoren GS1 und TAS1 durch Subtraktion der Differenz zwischen 180° und dem Winkel α' sowie eines Winkels β zwischen den Vektoren GS1 und GS2 bestimmt und anschließend ein Winkel βa zwischen dem Windvektor und dem Vektor GS1 sowie schließlich die Windrichtung als Summe der Winkel αg und β1 und anschließend der Windvektor Vw als Wurzel aus der Summe der Quadrate TAS1 und GS1 abzüglich des zweifachen Produkts von TAS1, GS1 und dem Cosinus des von TAS1 und GS1 eingeschlossenen Winkels αc errechnet werden.Another solution variant is by a method indicates in two successive measurement series the values of the speeds above ground GS1, GS2 and the actual speeds TAS1, TAS2 and the Courses on Grund KG1, KG2 using GPS and an electronic calculated numerically and in the form of an egg nes TAS1 and TAS2 corresponding circle with each of the because of the circle center extending vector GS1 and GS2 are graphed and then TAS1 and TAS2 corresponding circles projected on top of each other that the tips of the vectors GS1 and GS2 coincide len, whereupon the distance between the centers of the at calculated the TAS circles and then from the two values GS1, GS2 an angle α 'between the vector GS2 and one the straight lines connecting the centers of the circle so then an angle α between the above-mentioned Gera and the vector TAS1 is calculated, whereupon the angle αc between the vectors GS1 and TAS1 by subtraction the difference between 180 ° and the angle α 'and one Angle β between the vectors GS1 and GS2 determined and then an angle βa between the wind vector and the Vector GS1 and finally the wind direction as the sum of the Angle αg and β1 and then the wind vector Vw as Root from the sum of the squares TAS1 and GS1 minus of the double product of TAS1, GS1 and the cosine of angle αc included by TAS1 and GS1 become.

Bei der zuletzt angegebenen Lösungsvariante handelt es sich um ein arithmetisches Verfahren, das zwar einen größeren Speicher- und Rechenaufwand als die beiden ersten Lösungs varianten erfordert, aber bei diesem Verfahren wird der Windvektor numerisch mit einer bei den graphischen Lösungen nicht erreichbaren Genauigkeit ermittelt.The last specified solution variant is an arithmetic method, which is a larger one Storage and computational effort as the first two solutions variants is required, but with this procedure the Wind vector numerically with one in the graphic solutions unattainable accuracy determined.

Wenn bei diesem Verfahren ein Zwischenspeicher für eine ho he Aufzeichnungsdichte des Flugweges und für die tatsächli che Geschwindigkeit TAS, die sich als Produkt der angezeig ten Fluggeschwindigkeit und eines Faktors für die Höhenkor rektur ergibt, verfügbar ist und diese Werte über einen Zeitraum von beispielsweise zehn Minuten abgespeichert vor liegen, kann in diesem historischen Datenbestand nach zwei geeigneten Abschnitten mit konstanter tatsächlicher Flugge schwindigkeit TAS und etwa konstantem Kurs über Grund KG gesucht und der Windvektor Vw in einfacher Weise nach dem vorstehend angegebenen Verfahren errechnet werden.If a buffer for a ho he recording density of the flight path and for the actual che speed TAS, which is the product of the displayed airspeed and a factor for the altitude rectification results, is available and these values over a Period of time, for example, ten minutes ago can lie in this historical database after two suitable sections with constant actual Flugge speed TAS and about constant course over Grund KG searched and the wind vector Vw in a simple manner for the the above procedures can be calculated.

Bei dem Sonderfall einer variablen tatsächlichen Geschwin digkeit TAS kann gleichwohl ein konstanter rechtweisender Kurs rwK zugrunde gelegen haben. Die Änderung des Flugweges muß jedoch mit der Änderung der tatsächlichen Fluggeschwin digkeit korrelieren. Der Rechenaufwand für diese Überprü fung ist allerdings beträchtlich.In the special case of a variable actual speed TAS can nevertheless be a constant legislative Based on course rwK. The change in flight path however, must change with the actual flight speed correlate. The computing effort for this review However, it is considerable.

Es kann aber auch nur für den ersten Abschnitt auf abge speicherte historische Daten zurückgegriffen und nach einer Kursänderung eine zweite Messung gestartet werden. Die Aus wertung ergibt dann eine Aktualisierung des Windvektors. Einer derartigen Aktualisierung kommt insbesondere beim hangnahen Fliegen im Gebirge Bedeutung zu. But it can only be abge for the first section saved historical data and accessed after a Course change a second measurement can be started. The out evaluation then results in an update of the wind vector. Such an update comes especially at flies close to the slope in the mountains.

Die Lösungsvariante nach Patentanspruch 3 kann auch so wei tergebildet sein, daß die GPS- und TAS-Daten für die späte re Berechnung des Windvektors Vw jeweils mit einer Dichte von etwa 1,0 sec aufgezeichnet und abgespeichert sowie in dieser Folge aktualisiert werden.The solution variant according to claim 3 can also be white be educated that the GPS and TAS data for the late re calculation of the wind vector Vw each with a density of about 1.0 sec recorded and saved as well as in this episode will be updated.

Anhand des abgespeicherten historischen Datenbestandes las sen sich auch die Kurbelabschnitte etwa beim Ausfliegen thermischer Aufwinde nach den bekannten Algorithmen genauer als bisher analysieren. Dies deshalb, weil die Aufzeich nungsdichte viel größer und zusätzlich die tatsächliche Fluggeschwindigkeit bekannt ist. Deshalb läßt sich auch aus einer derartigen Flugphase ein brauchbares Ergebnis erzie len.Based on the saved historical data stock read also the crank sections, for example when flying out thermal updrafts more precisely according to the known algorithms analyze than before. This is because the record density much larger and in addition the actual Airspeed is known. Therefore, can also be left out produce a useful result from such a flight phase len.

Nachstehend sollen einige Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Windvektors anhand der beige fügten Zeichnungen und der nachstehenden Rechenbeispiele erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:Below are some variants of the invention Procedure for determining the wind vector using the beige added drawings and the following calculation examples are explained. Schematic views show:

Fig. 1 ein Winddreieck in allgemeiner Form, Fig. 1 shows a wind triangle in general terms,

Fig. 2 für eine erste Meßreihe einen Kreis mit einem der tatsächlichen Geschwindigkeit TAS1 entsprechenden Radius und einem sich vom Kreismittelpunkt forter streckenden Vektor GS1, der die Geschwindigkeit über Grund angibt, Fig. 2 for a first sample a circle with a radius corresponding to the actual speed TAS1 and a Forter to the circle center stretching vector GS1, which indicates the ground speed,

Fig. 3 für eine zweite Meßreihe einen Kreis mit dem der tatsächlichen Geschwindigkeit TAS2 entsprechenden Radius und einem sich vom Kreismittelpunkt forter streckenkden Vektor GS2 der Geschwindigkeit über Grund, Fig. 3 for a second sample a circle with the actual speed TAS2 corresponding radius and a is Forter from the circle center streckenkden vector GS2 ground speed,

Fig. 4 die als Ergebnisse der Meßreihen 1 und 2 gewonnenen TAS-Kreise mit den GS-Vektoren derart übereinander gelegt, daß die Spitzen der Geschwindigkeitsvektoren GS1 und GS2 zusammentreffen, Fig. 4, obtained as results of the test series 1 and 2 TAS-circuits with the GS-vectors in such a manner superposed that the tips of the velocity vectors GS1 and GS2 meet,

Fig. 5 wie in Fig. 2 einen Kreis mit einem der tatsächli chen Geschwindigkeit TAS1 entsprechenden Radius und einem sich vom Kreismittelpunkt forterstreckenden, die Geschwindigkeit über Grund angebenden Vektor GS1 für eine erste Meßreihe, Fig. 5 as shown in Fig. 2 is a circuit with one of the tatsächli chen speed TAS1 corresponding radius and a is forterstreckenden from the center of the circle, the ground speed vector indicating GS1 for a first series of measurements,

Fig. 6 analog zu Fig. 3 für eine zweite Meßreihe, die mit gleichem Kompaßkurs wie die erste Meßreihe, jedoch mit unterschiedlicher Geschwindigkeit geflogen wird, einen Kreis mit einem der tatsächlichen Geschwindig keit TAS2 entsprechenden Radius und einem sich vom Kreismittelpunkt forterstreckenden Vektor GS2, der die Geschwindigkeit über Grund angibt, Fig. 6 analogous to Fig. 3 for a second series of measurements, which is flown with the same compass heading as the first series of measurements, but at different speeds, a circle with a radius corresponding to the actual speed TAS2 and a vector GS2 extending from the center of the circle, the indicates the speed over ground

Fig. 7 die als Ergebnisse der beiden Meßreihen gewonnenen TAS-Kreise mit den GS-Vektoren derart übereinander gelegt, daß die Spitzen der Geschwindigkeitsvektoren GS1, GS2 zusammentreffen, Fig such superimposed. 7, obtained as results of the two series of measurements TAS-circuits with the GS-vectors in that the tips of the velocity vectors GS1, GS2 meet,

Fig. 8 die von den Vektoren in Fig. 4 gebildete geometri sche Figur, bei der die Mittelpunkte der TAS-Kreise als Anfangspunkte der GS-Vektoren durch eine Basis linie miteinander verbunden sind und Fig. 8 shows the geometrical figure formed by the vectors in Fig. 4, in which the centers of the TAS circles as the starting points of the GS vectors are connected by a base line and

Fig. 9 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Kursabwei chungen über Grund bei unterschiedlichen Flugge schwindigkeiten während der Meßzeit. Fig. 9 is a graph illustrating the course deviations over ground at different Flugge speeds during the measurement period.

Das in Fig. 1 in allgemeiner Form veranschaulichte Wind dreieck setzt sich aus Vektoren, die der tatsächlichen Ge schwindigkeit TAS, der Geschwindigkeit über Grund GS und der Windgeschwindigkeit Vw entsprechen, zusammen und schließt zwischen den TAS- und GS-Vektoren den Windwinkel Ww ein. Ferner ist der Kurs über Grund KG, also die Abwei chung des GS-Vektors von 0° Nordkurs eingetragen.The wind triangle illustrated in general form in FIG. 1 is composed of vectors which correspond to the actual speed TAS, the ground speed GS and the wind speed Vw, and includes the wind angle Ww between the TAS and GS vectors. Furthermore, the course is entered over Grund KG, i.e. the deviation of the GS vector from 0 ° north course.

Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen zwei aufeinanderfolgende Meßreihen, die bei unterschiedlichen Kursen und gegebenen falls auch unterschiedlichen tatsächlichen Geschwindigkei ten TAS1 und TAS2 geflogen worden sind. Die tatsächlichen Geschwindigkeiten TAS1 und TAS2 sind skalar als Kreise dar gestellt, wobei die Radien der Kreise dem Betrage nach den tatsächlichen Geschwindigkeiten TAS1 und TAS2 entsprechen. Die Vektoren GS1 und GS2 geben nach Betrag und Richtung die Geschwindigkeiten über Grund an. Figs. 2 and 3 illustrate two successive series of measurements which have been at different courses and, if appropriate also different actual Geschwindigkei th flown TAS1 and TAS2. The actual speeds TAS1 and TAS2 are represented scalarly as circles, the radii of the circles corresponding to the amount according to the actual speeds TAS1 and TAS2. The vectors GS1 and GS2 indicate the ground speeds according to the amount and direction.

In Fig. 4 sind die in den Fig. 2 und 3 veranschaulichten Meßreihen 1 und 2 derart zusammengeführt, daß die Spitzen der den Geschwindigkeiten über Grund entsprechenden Vekto ren GS1 und GS2 zur Deckung kommen. Der gesuchte Windvektor Vw erstreckt sich dann von einem Fußpunkt 1, in dem sich die beiden TAS-Kreise schneiden, mit seiner Spitze zu den zusammenfallenden Spitzen der GS1 und GS2-Vektoren hin und gibt die Windgeschwindigkeit nach Richtung und Betrag an.In FIG. 4, the embodiment illustrated in FIGS. 2 and 3 test series 1 and 2 are brought together so that the tips of the ren the ground speeds corresponding Vector Design GS1 and GS2 come into coincidence. The wind vector Vw sought then extends from a base point 1, in which the two TAS circles intersect, with its tip toward the coincident tips of the GS1 and GS2 vectors and indicates the wind speed in terms of direction and amount.

Entsprechend der getroffenen Grundannahme eines konstanten Windvektors ist dieser in beiden Meßreihen gleich. According to the basic assumption of a constant The wind vector is the same in both series of measurements.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen, analog zu den Fig. 2 und 3, zwei aufeinander folgende Maßreihen, die mit gleichen Kompaßkursen, jedoch unterschiedlichen tatsächlichen Ge schwindigkeiten TAS1 und TAS2 geflogen wurden. Die tatsäch lichen Geschwindigkeiten TAS1 und TAS2 sind wiederum skalar als Kreise dargestellt, wobei die Radien der Kreise dem Be trage nach den tatsächlichen Geschwindigkeiten TAS1 und TAS2 entsprechen. Die Vektoren GS1 und GS2 geben nach Be trag und Richtung die Geschwindigkeiten über Grund an. FIGS. 5 and 6 illustrate, similar to FIGS. 2 and 3, two consecutive dimension series, with the same Kompaßkursen but different actual speeds Ge were flown TAS1 and TAS2. The actual speeds TAS1 and TAS2 are again shown scalarly as circles, the radii of the circles corresponding to the amount according to the actual speeds TAS1 and TAS2. The vectors GS1 and GS2 indicate the ground speeds according to the amount and direction.

In Fig. 7 sind, analog zu Fig. 4, die in den Fig. 5 und 6 veranschaulichten Meßreihen derart zusammengeführt, daß die Spitzen der den Geschwindigkeiten über Grund entsprechenden Vektoren GS1 und GS2 zur Deckung kommen. Der gesuchte Wind vektor Vw erstreckt sich dann von einem Fußpunkt, in wel chem sich die beiden TAS-Kreise berühren und der auf einer durch die Mittelpunkte dieser Kreise gehenden Geraden liegt, mit seiner Spitze zu den zusammenfallenden Spitzen der Vektoren GS1 und GS2 hin. Der Windvektor Vw gibt wie derum die Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung an.In FIG. 7, analogously to FIG. 4, the measurement series illustrated in FIGS . 5 and 6 are combined in such a way that the peaks of the vectors GS1 and GS2 corresponding to the speeds over ground come to coincide. The wind vector Vw sought then extends from a base point at which the two TAS circles touch and which lies on a straight line passing through the centers of these circles, with its tip toward the coincident tips of the vectors GS1 and GS2. The wind vector Vw again indicates the speed according to the magnitude and direction.

Anhand der Fig. 8 soll analog zu den vorstehend erläuterten geometrischen Lösungen eine arithmetische Lösung aufgezeigt werden. In Fig. 8 bedeuten
An arithmetic solution is to be shown on the basis of FIG. 8 analogously to the geometric solutions explained above. Mean in FIG. 8

a) = wind speed Vw
b) = true speed (True Airspeed) TAS1
c) = actual speed kit (True Airspeed) TAS2
d) = Groundspeed GS1
e) = Groundspeed GS2
f) = KG course above ground GS1

Zunächst ist die sich zwischen den in Fig. 8 mit A, A' be zeichneten Mittelpunkten der Kreise in Fig. 4 erstreckende Basislinie ba aus den Grundgeschwindigkeiten GS1, GS2 und ihrem Schnittwinkel zu
First, the recorded themselves between the BE in Fig. 8 with A, A 'centers of the circles in Fig. 4 extending base line ba on the ground speed GS1, GS2 and their intersection angle is too

zu berechnen und dann der Winkel α' zwischen der Basisli nie ba und GS2 zu
to calculate and then the angle α 'between the Basisli never ba and GS2 too

und in dem anderen Dreieck aus den beiden tatsächlichen Ge schwindikgkeiten TAS1, TAS2 der Winkel α zwischen TAS1 und GS1 zu
and in the other triangle from the two actual speeds TAS1, TAS2 the angle α between TAS1 and GS1 increases

woraus sich das Spiegelbild dieses Winkels wie folgt er gibt:
which gives the reflection of this angle as follows:

α1 = -α
α1 = -α

Nunmehr kann der Winkel αc durch Subtraktion zu
Now the angle αc can be increased by subtraction

αc = α - (180°-β-α')
und damit der Winkel βa zu
αc = α - (180 ° -β-α ')
and thus the angle βa too

ermittelt werden. Die Windrichtung W ergibt sich dann zu
be determined. The wind direction W then results in

W = αg + βa
W = αg + βa

und die Windstärke Vw zu
and the wind force Vw too

Für die Realisierung der arithmetischen Lösung müssen le diglich die Startzeitpunkte für die beiden Messungen manu ell in einen Rechner eingegeben werden. Die gesamte Re chenoperation läuft dann programmgesteuert ab. Vorbedingung für eine korrekte Ermittlung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung ist lediglich das Einhalten eines kon stanten Kompaßkurses KK während der Meßzeiten.To implement the arithmetic solution, le only the start times for the two measurements are manual be entered into a computer. The entire re chenoperation then runs programmatically. precondition for a correct determination of the wind speed and the wind direction is only to maintain a con constant compass course KK during the measuring times.

Für eine korrekte Ermittlung der Windgeschwindigkeit und Windrichtung bedarf es keiner konstanten Fluggeschwindig keit TAS. Die tatsächliche Fluggeschwindigkeit wird vom Rechner übernommen und darf ebenso wie die Grundgeschwin digkeit gemittelt werden. Der Rechner integriert bekannt lich die Teilstrecken, weshalb auch die am Ende der Meßzeit zurückgelegte Strecke gegenüber Luft und Boden zugrunde ge legt werden darf. Fig. 9 veranschaulicht die in Abhängig keit von der Fluggeschwindigkeit auftretenden Kursabwei chungen über Grund.A constant flight speed TAS is not required for a correct determination of the wind speed and wind direction. The actual flight speed is taken over by the computer and, like the basic speed, may be averaged. As is well known, the computer integrates the sections, which is why the distance covered at the end of the measurement period against air and soil may also be used. Fig. 9 illustrates the course deviations occurring depending on the airspeed course over the ground.

Claims

1. Procedure for determining the wind vector by two successive series of measurements at different, se However, constant flown com pass rates KK the values of ground speeds (Groundspeed) GS1 and GS2, the actual speed TAS1 and TAS2 as well as the courses on Grund KG1 and KG2 numerically using GPS and an electronic computer average and in the form of a TAS1 and TAS2 corresponding circle with itself from the respective center of the circle extending vectors GS1 and GS2 graphically Darge and then the circles corresponding to TAS1 and TAS2 are projected one above the other such that the tips of the Vectors GS1 and GS2 coincide, with the wind vector Vw from one of the tips of the vectors GS1 and GS2 adjacent intersection of TAS1 and TAS2 corresponding Circles to the coincident tips of the vectors GS1 and GS2 extends and the wind speed according to Be indicates the direction and direction.

2. Procedure for determining the wind vector by two successive series of measurements with different Speeds, but with the same compass courses KK are flown, the values of the speeds over ground GS1, GS2 and the actual speeds TAS1, TAS2 as well as the courses on Grund KG1, KG2 using GPS and one electronic computer determined and in the form of one TAS1 and TAS2 corresponding circle with each in front Circle center extending vectors GS1, GS2 graphically shown and then the circles corresponding to TAS1 and TAS2 are projected one above the other such that the tips of the Vectors GS1 and GS2 coincide, with the wind vector Vw from a point where that of TAS1 and TAS2 corresponding circles touch each other to the coincident peaks of the vectors GS1 and GS2 stretches and the wind speed by amount and direction indicates.

3. Method for determining the wind vector by two successive series of measurements at different while of the measuring times, however, compass courses flown constantly KK the values of the speeds over ground (ground speed) GS1 and GS2, the actual speeds TAS1 and TAS2 as well as the course about Grund KG1 and KG2 using GPS and one electronic calculator numerically determined and in form each with a circle corresponding to TAS1 and TAS2 vectors GS1 extending from the center of the circle and GS2 are graphed and then TAS1 and TAS2 corresponding circles are projected one above the other in such a way that the tips of the vectors GS1 and GS2 coincide, whereupon the Distance between the centers of TAS1 and TAS2 respectively Circles calculated and then from the two values GS1 and GS2 an angle α 'between the vector GS2 and one the circle straight lines connecting centers as well as at closing an angle α between said line and calculated the vector TAS1 and then an angle αc between the vectors GS1 and TAS1 by subtracting the difference between 180 ° and the angle α 'and the angle β between the vectors GS1 and GS2 is determined and finally the Wind direction determined as the sum of the angles αg and βa as well the wind vector Vw as the root of the sum of the squares of TAS1 and GS1 minus twice the product of TAS1, GS1 and the cosine of that enclosed by TAS1 and GS1 Angle αc can be calculated.

4. The method of claim 3, wherein the GPS and TAS Data for the later calculation of the wind vector Vw in each case recorded and recorded with a density of 1.0 sec chert and be updated in this episode.