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Kartenanzeigeeinheit Die Erfindung betrifft Kartenanzeigeeinheiten.
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Derartige Kartenanzeigeeinheiten, mittels welchen Landkarten projiziert
werden, sind bekannt und werden häufig in Zivil- und Militärflugzeugen verwendet.
Sie sind üblicherweise an eine im Flugzeug eingebaute Datenquelle, wie beispielsweise
Doppler-Radar und Kreiselmagnetkompaß
bzw. Trägheitsplattform, angeschlossen.
Diese sind jedoch derart teuer und kompliziert, daß sich ihr Einbau in leichte Privatflugzeuge
verbietet.
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Die zunehmende Luftverkehrsdichte macht jedoch für sämtliche Arten
von Flugzeugen eine genaue Navigation erforderlich. Eine ständig größer werdende
Zahl leichter Flugzeuge wird bereits mit Navigationshilfen, wie beispielsweise Drehfunkfeuer/Entfernungsmeßeinrichtungen,
sog.
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VOR/DME-Empfängern, ausgestattet, welche echselspannunssynchronausgangssignale
liefern, die dem Piloten die Entfernung und Peilung des Flugzeuges von einer bestimmten
Funkbake als Instrumentenanzeige angeben. Zur Erzielung einer auf den Boden bezogenen
Positionsangabe muß die von den Instrumenten gelieferte Information mit einer Landkarte
koordiniert werden. In pilotengesteuerten Flugzeugen lenkt dieser Koordinationsvorgang
den Piloten von seiner eigentlichen Aufgabe, das Flugzeug zu steuern, ab.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Kartenanzeigeeinheit
zu schaffen, welche eine leicht ablesbare Flugzeugpositionsangabe liefert und welche
sich für den Einbau in leichte Flugzeuge. eignet.
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Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe beinhaltet die Erfindung eine
Kartenanzeigeeinheit, welche durch einen Rahmen zur Halterung einer miniaturisierten
Landkarte, weiter durch eine Servoeinrichtung zum Drehen des Rahmens, ferner durch
eine weitere Servoeinrichtung zur Linearverschiebung des Rahmens, wobei die beiden
Servoeinrichtungen in Abhängigkeit von Signalen arbeiten welche jeweils die Peilung
und die Entfernung von einer bestimmten Funkbake angeben, und schließlich durch
eine Projektionseinrichtung gekennzeichnet ist, mittels welcher ein Ausschnitt der
Landkarte vergrößert und auf einen Schirm projiziert wird.
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Die Signale für die Servoeinrichtungen der Kartenanzeigeeinheit nach
der Erfindung liefert vorzugsweise ein VOR/DME-Empfänger.
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Vorzugsweise ist jede zu verwendende Landkarte ein kreisförrt ;es
Mikrodiapositv, welches in seinem Mittelpunkt eine Funkbakenposition aufweist. Eine
an dem Rahmen angebrachte Lagefixiereinrichtung wirkt mit einer entsprechenden Fixiereinrichtung
an jeder Landkarte derart zusammen, daß diese in mit Bezug auf den Rahmen bestimmter
Lage halterbar ist. Die Kartenanzeigeeinheit nach der Erfindung ist derart eingestellt,
daß bei Einbau derselben in einem Flugzeug
sowie bei Verwendung
der richtigen Landkarte und bei Auswahl der richtigen Funkbakenfrequenz auf dem
Empfänger der auf dem Schirm angezeigte Landkartenausschnitt gleich dem Gebiet ist,
über welches das Flugzeug hinwegfliegt; eine feste Markierung auf dem Schirm gibt
dabei die Position des Flugzeugs an. Der Rahmen ist vorzugsweise zugänglich, damit
das Diapositiv während des Fluges ausgewechselt werden kann.
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Auf diese Weise kann durch Verwenden aufeinanderfolgender Diapositive
und durch Abstimmen auf die geeigneten Funkbaken die Kartenanzeigeeinheit nach der
Erfindung zum Navigieren über weite Entfernungen verwendet werden. Die Anzeige,
d.h. der auf dem Schirm angezeigte Ausschnitt der Landkarte, welche die Kartenanzeigeeinheit
liefert, hat keine festgelegte Ausrichtung in bezug auf den Schirm.
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Nimmt man an, daß der Mittelpunkt des Schirmes der Flugzeugposition
entspricht, so schließt die Linie zwischen der obersten Stelle des betrachteten
Schirmes und dem Mittelpunkt des Schirmes mit der Peilung des Flugzeuges von der
Funkbake einen festen Winkel ein, welcher von der Einstellung der Kartenanzeigeeinheit
abhängt und gewöhnlich Null Grad beträgt. Es ist wichtig, daß die Kompaßausrichtung
der Anzeige angegeben wird. Die einfachste Methode, um das zu erreichen, besteht
darin, dem Diapositiv Linien geographischer Länge und/oder geographischer Breite
derart
dicht zu überlagern, daß mindestens eine dieser Linien immer
auf der Anzeige erscheint. Außerdem muß zwischen Nord-und Süd unterschieden werden.
Das wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die Längenlinien mit nach Norden weisenden
Pfeilspitzen versehen werden oder daß man sich einfach an den auf der Landkarte
angegebenen Ortsnamen orientiert.
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Bei einem anderen Verfahren nach der Erfindung zur Kompaßausrichtung
der Anzeige wird ein drehbarer Schirm oder ein den Schirm umschließender Ring verwendet,
welcher mit Kompaßkursmarkierungen versehen ist und durch die eine Servoeinrichtung
oder durch eine gesonderte Servoeinrichtung derart angetrieben wird, daß die Kompaßkurse
mit den Anzeigekursen zusammenfallen. Bei nocn einem anderen Verfahren nach der
Erfindung wird eine Bilddrehe-nrichttng verwendet, welche von der einen Servoeinrichtung
oder von einer gesonderten Servoeinrichtung in dem optischen System nachgeführt
wird. Eine solche nachgefrte Bilddreheinrichtung eignet sich vorzugsweise für eine
Anzeige, bei welcher Nord immer ganz oben ist. Die beiden letztgenannten Verfahren
nach der Erfindung sind jedoch komplizierter t'nd teurer als das davor genannte
Verfahren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt
und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 einen
Grundriß der Kartenanzeigeeinheit nach der Erfindung Fig. 2 im Schnitt auf der Linie
II-II in Fig. 1 einen Aufriß der Kartenanzeigeeinheit, Fig. 3 eine bei der Kartenanzeigeeinheit
verwendete Projektionseinrichtung, und Fig. 4 ein Blockdiagramm eines typischen
Servokanals.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen ein rechteckförmiges Gestell 1, an welchem
ein Ring 2 befestigt ist, dessen Durchmesser größer ist als die Breite des Gestells
1. Die Diametralebene des Ringes 2 liegt parallel zur Ebene des Gestells 1.
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Der Mittelpunkt des Ringes 2 liegt auf der Längsachse des Gestells
1. Innerhalb des fest gehalterten Ringes 2 ist ein kreisringförmiger Rahmen 3 drehbar
gelagert, welcher mit einer Innenumfangsaussparung 20 und mit einem Außenzahnkranz
4
versehen ist. Ein einzelner Zahn 5-ragt von dem Rahmen 3 aus in
die Nut 20 hinein. Ein Segment des Ringes 2 ist entfernt, damit der Zahnkranz Lt
über den Umfang des Gestells 1 vorragt. Eine an dem Gestell 1 befestigte Servoantriebseinrichtung
6 treibt ein Zahnrad 7 an, welches mit dem Zahnkranz 4 kämmt.
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Das Gestell 1 ist auf Schienen 8 verschiebbar gelagert, an welchen
eine Servoantriebseinrichtung 9 befestigt ist.
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Eine von dieser Servoantriebseinrichtung 9 angetriebene Gewindespindel
10 ist in eine Mutter 11 eingeschraubt, welche an dem Gestell 1 befestigt ist.
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Die Servoantriebseinrichtung 6 bzw. 9 empfängt über eine Anschlußbuchse
12 bzw. 13 Stellsignale.
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Eine Landkarte in Form eines kreisförmigen Diapositivs 14 ist in
einem starren Ring 15 gehaltert, welcher an seinen äußeren Umfang mit einer Kerbe
versehen ist. Der starre Ring 15 und seine Kerbe sind derart bemessen, daß der Ring
15 genau in die Aussparung 20 in dem Rahmen 3 hineinpaßt, wenn der Zahn 5 in der
Kerbe sitzt, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt.
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Die Schienen 8 sind zusammen mit dem Rahmen 3 derart in eine Kartenanzeigeeinheit
nach der Erfindung eingebaut, daß das Diapositiv 14 in der optischen Bahn einer
Projektionseinrichtung liegt. Eine geeignete Projektionseinrichtung ist schematisch
in Fig. 3 dargestellt. Licht aus einer Lampe 30 wird durch ein Sammellinsensystem
31 auf einen Ausschnitt 16 des Diapositivs 14 fokussiert. Das Licht geht anschließend
durch ein Projektionsslinsensystem 32 hindurch und gelangt über einen Spiegel 33
zu einem durchscheinenden Anzeigeschirm 34.
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Wenn die Anzeigeeinheit in einem Flugzeug eingebaut ist, sind die
Anschlußklemmen der Servoantriebseinrichtung 6 mit einer Signalquelle, welche die
Peilung des Flugzeuges von einer bestimmten Funkbake angebende Signale liefert;
und die Anschlußklemmen der Servoantriebseinrichtung 9 mit einer weiteren Signalquelle
verbunden, welche die Entfernung des Flugzeuges von dieser Funkbake angebende Signale
liefert. Ein typischer Servokanal, welcher aus einer 400 Hz-Wechselstromquelle versorgt
wird, ist in Fig. Lt dargestellt. Ein VOR/DME-Empfänger 40, welcher Signale aus
der bestimmten Funkbake über eine Antenne 41 empfängt, treibt einen Wechselstromsynchronsteuergeber
42 an. Der Stator dieses Steuergebers 42 ist mit dem Stator eines
Wechselstromsynchronstelltransformators
43 verbunden. Signale aus dem Stelltransformator 43 gelangen über einen Verstärker
44 zu einem Zweiphasenwechselstromservomotor 45.
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Dieser Servomotor 45 treibt die Rotorwelle des Stelltransformators
43 über ein Getriebe 46 und den in Fig. 4 nicht dargestellten Rahmen 3 über ein
Getriebe 47 an. Die über setzung des Getriebes 46 ist derart gewählt, daß ein Winkel
ERß , um welchen die Rotorwelle des Stelltransformators 43 durch ein Signal gedreht
wird, gleich einem Winkel 81 ist, um welchen die Rotorwelle des Steuergebers 42
gedreht wird. Der Stelltransformator 43, der Verstärker 44, der Servomotor 45 und
die Getriebe 46 und 47 sind in der Servoantriebseinrichtung 6 oder enthalten, je
nach dem, ob der Servokanal auf das Pellungssignal oder auf das Entfernungssignal
jeweils aus der bestimmten Funkbake anspricht.
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Im Betrieb wird ein auf die ausgewählte Funkbake zentriertes Diapositiv
14 in den drehbaren Rahmen 3 eingesetzt und dieser wird in der Anzeigeeinheit derart
eingestellt, daß der auf dem Schirm 34 projizierte Ausschnitt des Dispositivs dem
O@tiet entspricht, über welches das Flugzeug hinwegfliege. Eine fe@@e Markeirung
auf dem Schirm 34 gibt die Flugzeugposition an. Wenn die Dampfindlichkeit
der
Servoantriebseinrichtungen in bezug auf die Signale und auf die Skala des Diapositivs
richtig eingestellt ist, ändert sich die Anzeige auf dem Schien 34 entsprechend
der Flugbewegung des Flugzeur9es.
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In der Kartenanzeigeeinheit nach der Erfindung können selbstverständlich
auch anders geformte Halenen verwendet werden.Beispielsweise kann auf das Gestell
1 verzichtet werden und der drehfeste Ring 2 kann mit Hilfe einer mit diesem verbundenen
Gewindespindel, auf welche eine nicht linear verschiebbare, von der Servoantriebseinrichtung
9 anXetriebene drehbare Mutter einwirkt, auf den Schienen 8 verschoben werden. außerdem
können auch anders aufgebaute optische Einrichtungen verwendet werden, wobei deren
Kompliziertheit von der geforderten Vergrößerung sowie von der erforderlichen Kompaktheit
der vollständigen Kartenanzeigeeinheit nach der Erfindung und von der. Kosten derselben
bestimmt wird.
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Die Kartenanzeigeeinheit ist vorzugsweise so aufgebaut, daß die Diapositve
14 wänrend des Fluges leicht ausgewechselt werden können.
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Der maximal nutzbare bereich der VOR/DME-Ausrüstung beträgt im allgemeinen
etwa 370 kfn. Es ist deshalb nicht
erforderlich, daß die Diapositive
14 Gebiete mit einem größeren Radius als 370 km überdecken. In Fällen, in welchen
ein Flugzeug erwartungsgemäß innerhalb eines Gebietes fliegt, dessen Radius kleiner
als 370 km ist, ergeben Diapositive 14, welche kleinere Gebiete überdecken, eine
größere 13avigationsgenauigkeit. Die Servoantriebseinrichtungen müssen für die verwendeten
Diapositve selbstverständlich die richtige Empfindlichkeit aufweisen. Die Kartenanzeigeeinheit
nach der Erfindung kann derart ausgelegt werden, daß die Empfindlichkeiten der Servoantriebseinrichtungen
einstellbar sind, wobei diese Einstellung vorzugsweise in einem Schritt oder in
einer Schrittfolge durchgeführt wird. Solche Einstellmöglichkeiten haben jedoch
eine größere Kompliziertheit und eine Kostensteigerung zur Folge.