DE202004009013U1

DE202004009013U1 - Gerät zur Übermittlung und Darstellung von Wetterdaten auf einer Geländekarte zusammen mit der aktuellen Position

Info

Publication number: DE202004009013U1
Application number: DE202004009013U
Authority: DE
Original assignee: MOVING TERRAIN AIR NAVIGATION; MOVING TERRAIN AIR NAVIGATION SYSTEMS AG
Current assignee: MOVING TERRAIN AIR NAVIGATION; MOVING TERRAIN AIR NAVIGATION SYSTEMS AG
Priority date: 2003-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2014-06-08

Abstract

Ein Gerät zur Übermittlung und digitalen grafischen Darstellung von Wetterdaten auf einer Geländekarte zusammen mit der aktuellen Position eines Fahrzeugs bzw. Flugzeugs. dadurch gekennzeichnet daß die Übertragung der Wetterdaten per Datenfernübertragung mit Modem stattfindet und daß die Darstellung von Gelände und Niederschlag auf dem Gerät separat oder kombinierbar, d.h. übereinanderlegbar möglich ist, daß die Wetterradardaten flächendeckend zur Verfügung stehen und damit anders als bei existierenden Flugzeugbordradars nicht nur bis zum nächsten intensiven Niederschlagsgebiet dargestellt werden.

Description

1. Übersicht
Die Erfindung betrifft eine Kombination von Geräten, die das Abrufen von Wetterdaten aus Radar- und anderen Aufzeichnungen und die grafische Darstellung als zusätzliche Schicht über der Geländekarte eines Navigationssystems zusammen mit der aktuellen Position des Gerätes ermöglicht. Das Prinzip dient zur beweglichen Nutzung im Cockpit eines Flugzeugs oder ortsfest am Boden. Im Cockpit eingebaut stellt es ein Instrument dar, das dem Luftfahrzeugführer auf einem einzigem Instrument kombiniert die eigene Position auf einer Geländekarte zusammen mit den Wetterdaten darstellt. Die Gerätekombination wird als MT Satellite Radar bezeichnet.
2. Allgemeiner Stand der Technik
2.1 Navigationssysteme
Navigationssysteme im allgemeinen und Luftfahrtnavigationssysteme im speziellen sind Geräte, die mittels angeschlossenem GPS (Global Positioning System) die aktuelle Position des Sensors und damit des Fahrzeugs, wie z.B.: ein Flugzeug, auf digitalisierten Karten auf einem kleinen Bildschirm darstellt. Bei diesen Karten kann es sich z.B.: um mittels optischer Erkennung (Scanner) digitalisierte Papierkarten handeln. In der Luftfahrt ist dieses als Moving Map (bewegte Karte) bekannte System mittlerweile zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Navigation geworden.
2.2 Radardaten
2.2.1 Flugzeuggestützte Radaraufzeichnung
Die Darstellung des Niederschlags ist eine unschätzbare Hilfe zum Fliegen bei Schlechtwetter unter den sogenannten VFR (Sichtflug) and IFR (Instrumentenflug) Bedingungen. Durch die Darstellung der eigenen Position und der Intensität und Position des Niederschlags kann der Pilot rechtzeitig über eine Änderung des Flugweges zu seiner eigenen und der Sicherheit der Passagiere entscheiden.
Bisherige Luftfahrtradarsysteme die im Cockpit eines Flugzeugs verwendet werden, benützen ein im Flugzeug installiertes Radargerät, das den Niederschlag in Flugrichtung vor dem Flugzeug erfaßt. Aufgrund der Limitierung des Systems kann nur ein bestimmter Bereich vor dem Flugzeug erfaßt werden.
2.2.2 Bodengestützte Radaraufzeichnung
Bodengestützte, d.h. vom Bodenstationen aufgezeichnete Radardaten werden von verschiedenen Anbietern (z.B.: deutscher Wetterdienst DWD) für ein bestimmtes Gebiet (z.B. Deutschland) zur Verfügung gestellt. Die Niederschläge werden von mehreren über dem Zielgebiet verteilten Bodenstationen aufgezeichnet und danach zu einem Gesamtbild zusammengesetzt. Diese Daten werden von den Servicedienstleistern in definierten Zeitabständen aufgenommen (z.B.: alle 15 Minuten) und zur Verfügung gestellt. Diese Daten können dann per DFÜ (Datenfernübertragung) auf verschiedenen Wegen, z.B.: über Festnetz- oder Mobilfunkmodem abgerufen werden. Ein Nachteil dabei ist die relativ grobe Rasterung der Daten.
3. Beschreibung der Erfindung MT Satellite Radar
3.1. Problembeschreibung
3.1.1 Sicht
Problem:
Bisherige flugzeuggestützte Radarsysteme stellen die Niederschlagssituation aus der "Sicht des Flugzeugs" dar. Die Sicht des Radars vom Flugzeug aus ist dabei begrenzt. Zum einen wird nur ein bestimmter Bereich vor dem Flugzeug gescannt. Zum anderen stellen CB-Linien (Cumulusnimbus, also Linien mit Niederschlägen) für diese Radarsysteme eine undurchsichtige „Wand" dar. Die Radarstrahlen werden in Abhängigkeit der Niederschlagsintensität früher oder später abgeschottet. Dem am Flugzeug installierten Radar ist es nicht möglich, hinter diese „Wand" zu sehen und dort die Wettersituation zu klären, somit wird der Niederschlag nur bis zum nächsten intensiven Niederschlagsgebiet erfaßt und dargestellt.
3.1.2 Geometrischer Aufzeichnungs- und Darstellungsbereich
Problem:
Durch die physikalischen Grenzen des bordgestützen Radarsystems ist generell, also auch ohne Niederschläge, nur ein bestimmter Bereich vor dem Flugzeug erfassbar, typischerweise ein Bereich mit einem Öffnungswinkel bis zu 120 Grad und einem Radius von 100 nm in Flugrichtung. D.h. dieses System kann nur während des Fluges zur Anpassung der bereits vorgeplanten Flugroute eingesetzt werden und nicht in der Vorbereitungsphase oder für Langstreckenflüge.
3.1.3 Zeitlicher Aufzeichnungs- und Darstellungsbereich
Problem:
Vom bordgestütztem Radarsystem werden nur die aktuell erfaßten Niederschläge dargestellt. Eine Aufzeichnung der Geschichte der Niederschläge oder gar eine "Vorhersage" für die Zukunft gibt es nicht.
3.1.4 Auflösung der Niederschlagsdaten
Problem: Ein Nachteil der Daten von bodengestützten Radaraufzeichnungen ist die grobe Auflösung. Typischerweise werden die Radaraufzeichnung einer 2×2 oder 4×4km großen Fläche zu einem Datenpunkt zusammengefaßt. Dies führt zu einer treppenartigen, bzw. gestuften Darstellung des Niederschlagsgebietes, das die natürliche Gegebenheiten nur bedingt wiedergibt.
3.1.5 Platzmangel im Cockpit
Problem:
Der Platz im Cockpit ist sehr beschränkt. Typischerweise benötigt der Pilot 2 Geräte; je eines zur Anzeige der Karteninformation zusammen mit der aktuellen Position und eines zur Darstellung der Radardaten, die beide raren Platz beanspruchen.
3.2 Prinzipbeschreibung MT Satellite Radar und dessen Alleinstellungsmerkmale
3.2.1 Prinzipbeschreibung
Die hier besprochene Erfindung besteht aus der geschickten Kombination von Geräten und ihrer Funktionen: Zum einen aus einem Luftfahrtnavigationssystem (Moving Map), das mittels angeschlossenem GPS-Sensor, s. (3) in Bild 1, die aktuelle Flugzeugposition auf verschiedenen, meist Luftfahrtkarten auf einem Bildschirm der Zentraleinheit, s. (2) in Bild 1, darstellt.
Zum anderen aus einem angeschlossenem Mobilfunkmodem (z.B.: Satellitenmodem), s. (1) in Bild 1, das Wetterdaten vom Anbietern abholt, in den Speicher lädt und es in verschiedenen Anzeigearten darstellt.
3.2.2 Lösungsbeschreibung und Alleinstellungsmerkmale
Die hier unter 3.2.1 vorgestellte Erfindung MT Satellite Radar eliminiert die unter 3.1 beschriebenen Nachteile durch die einzigartige Kombination von Einzelkomponenten und der Anwendung eines Verfahren zur Renaturalisierung der Intensitätsstufen (RDI, s. Bild 2) und ist somit allen anderen bisher bekannten Systemen überlegen.
Lösung zu 3.1.1
Die Niederschlagsdaten des Europäischen Radarverbundsystems (Deutscher Wetterdienst s.o.) werden durch Bodenstationen fast flächendeckend für Zentraleuropa aufgezeichnet. Diese Daten werden als Bild zusammengesetzt, dadurch erhält man die Wettersituation flächendeckend für die aufgezeichnete Region ohne Abschattungen dargestellt und nicht nur bis zum nächsten intensiven Niederschlagsgebiet, wie beim flugzeuggestützten Radar. Diese flächendeckenden Daten werden vom beschriebenem Gerät über das Modem auf die Zentraleinheit übertragen und dargestellt.
Lösung zu 3.1.2
Zusammen mit dem Navigationsteil, bestehend aus GPS-Sensor und Geländekarten können die Radardaten mit der eigenen Position des Flugzeugs z.B.: für die gesamte Flugroute innerhalb Europa dargestellt werden. Der Pilot erhält mit einem Blick einen Überblick über die Niederschlagsgebiete in Relation zu seiner gewählten Flugroute.
Weiter kann dies dann auch schon in der Flugplanungsphase vor dem eigentlichen Flug zur Routenplanung mit Vermeidung der gefährlichen Gebiete eingesetzt werden.
Lösung zu 3.1.3
Auf Basis von mehreren (mindestens aber 2) aufeinanderfolgenden Wetterdatenübertragungen kann mit dem System der Wetterverlauf und die Wetterentwicklung dargestellt werden.
Lösung zu 3.1.4: RDI Technik, Renaturalisierung der Intensitätstufen
Die in den Rohdaten der Wetterdienste enthaltenen Intensitätsstufen für die Niederschlagsmengenbeschreibung mit Ihrer auf die geometrische Ausdehnung bezogenen grobem Auflösung werden mit dem Gerät renaturalisiert. D.h. die stufenartigen Darstellung, vergleichbar einem Gebirge, das aus Quadern besteht, wird verfeinert und geschärft.
Bild 2 verdeutlicht das Prinzip anhand einer Skizze: In Z-Richtung (4) ist die Niederschlagsintensität aufgetragen, X- und Y-Richtung stellen das Niederschlagsgebiet auf der Erde dar. Die stufenförmige Rohdaten sind als (5) bezeichnet und das geglättete Ergebnis ist als Ebene (6) dargestellt. (Anmerkung: Aus Vereinfachungsgründen ist das Prinzip anhand einer 2-dimensionalen Glättung dargestellt).
Lösung zu 3.1.5
MT Satellite Radar verbindet 2 Geräte und stellt die Wetter-, die Positions- und die Geländedaten auf einem einzigen Gerät dar und beansprucht dann natürlich weniger Platz als 2 getrennte Geräte. Mit dem angeschlossenen GPS-Sensor und dem Modem arbeitet es autark von anderen Systemen im Flugzeug und kann einfach nachgerüstet werden.
Ausführungsbeispiel
Die zentrale Steuereinheit ((2) in Bild 1) ist mit einem Satellitenmodem (1) zur Radardatenübertragung und mit dem GPS-Sensor (3) zur Übertragung der aktuellen Position verbunden. Die Geländekarten sind im Speicher der Zentraleinheit abgelegt.
Flugplanung
Der Pilot lädt vor dem Flug mit dem Satellitenmodem entweder ein- oder mehrmalig die Radardaten. Diese Daten werden auf der Zentraleinheit zusammen mit der Geländekarten dargestellt. Mit dieser Karte und den Wetterdaten kann er seine Flugplanung durchführen und die Reiseroute so wählen, daß er die kritischen Gebiete umfliegt.
Flugduchführung
Während des Fluges lädt der Pilot über das Satellitenmodem neue Radardaten zur Aktualisierung der aktuellen Position der Niederschlagsgebiete. Dies kann vom Bediener des Gerätes so eingestellt werden, daß es ein- oder mehrmalig erfolgt. Wird der Modus für mehrmalige Aktualisierung gewählt, wählt sich das angeschlossene Modem automatisch z.B.: alle 15 Minuten auf die Datenserver ein und überträgt die aktuellsten Radardaten. Dem Pilot stehen dann immer die neuesten Niederschlagsdaten am Bildschirm der Zentraleinheit zur Verfügung. Parallel dazu wird die aktuelle Flugzeugposition mittels des GPS-Sensors ermittelt und das Flugzeug in Relation zum Niederschlag und Geländekarte dargestellt. Der Pilot sieht sofort die Beziehung von Gelände, Niederschlagsgebieten und eigener Flugzeugposition.

Claims

Ein Gerät zur Übermittlung und digitalen grafischen Darstellung von Wetterdaten auf einer Geländekarte zusammen mit der aktuellen Position eines Fahrzeugs bzw. Flugzeugs. dadurch gekennzeichnet daß die Übertragung der Wetterdaten per Datenfernübertragung mit Modem stattfindet und daß die Darstellung von Gelände und Niederschlag auf dem Gerät separat oder kombinierbar, d.h. übereinanderlegbar möglich ist, daß die Wetterradardaten flächendeckend zur Verfügung stehen und damit anders als bei existierenden Flugzeugbordradars nicht nur bis zum nächsten intensiven Niederschlagsgebiet dargestellt werden.
System nach Schutzanspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die vom Radarverbund gelieferten diskrete und grobe Niederschlagsdaten verfeinert, geglättet und damit renaturalisiert werden. Damit können die Intensitätsstufen in ihrem natürlichen Verlauf anstatt in groben Stufen dargestellt werden.
System nach Schutzanspruch 1 bis 2 , dadurch gekennzeichnet daß die Datenfernübertragung per Satellitenmodem stattfindet. D.h. die Datenfernübertragung stützt sich auf das Funkprinzip, wobei die Signale per Satelliten und nicht durch bodengestützte Umsetzer wie für GSM Mobilfunktelefone u.ä. Systeme übertragen werden. Dadurch funktioniert das Gerät auch in großen Flughöhen und weltweit.
System nach Schutzanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß eine Darstellung der Wetterentwicklung durch die Aufzeichnung mehrerer Übertragungen möglich ist.
System nach Schutzanspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß zusätzlich zum Niederschlag auch Blitzdaten übertragen und dargestellt werden.
System nach Schutzanspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Datenübertragung und Darstellung mittels Kleincomputer wie z.B.: Palmtops oder sogenannter Industrie Computer oder sonstiger Kleincomputer inklusive angeschlossener oder integrierter Peripheriegeräte (Modem und GPS-Sensor) stattfindet.
System nach Schutzanspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß es sich sowohl um mobile wie für tragbare Computer handelt.
System nach Schutzanspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Geländekarten als Grundlage für die Wetterdaten in Form von Pixeldaten und nicht vektoriell zur Verfügung stehen. D.h. Die Geländeinformation wird aus Papierkarten mittels einem Scannverfahren digitalisiert.