DE2349628C3 - System zur Bodenbeschaffenheitsbestimmung beim Senkrechtlanden mit einem Impulsecho-Laufzeit-Warngerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit bei einem sich in der letzten Anflugphase befindlichen, senkrecht landenden Luftfahrzeug (insbesondere einem Hubschrauber), an dem ein Sende- und Empfängerteil enthaltendes Warngerät befestigt ist, wobei das Sendeteil dem Abtastverfahren entsprechend in schneller Aufeinanderfolge Impulse abstrahlt, die nach Reflexion an verschiedenen dicht beieinander liegenden Punkten der Erdoberfläche wenigstens teilweise auf den Empfänger zurückgelangen, der mittels einer die Laufzeit auswertenden Elektronik die Bodenbeschaffenheit auf einer Anzeigevorrichtung darstellt.

Aus »U.S. Army Aviation Digest« vom Dezember 1963 ist ein mit einem Laser-Warngerät arbeitendes, System zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit in der letzten Anflugphase eines Hubschraubers bekannt. Dasselbe besteht aus einem Lasersender, dessen Licht alle vor dem im Einsatz befindlichen Hubschrauber auftauchende Gegenstände anstrahlt, sowie einem Empfänger, auf dessen Bildschirm das angestrahlte Bodenbild projiziert wird. Der Bildschirm braucht von dem sich auf die Instrumentenüberwachung konzentrierenden Piloten normalerweise nicht beobachtet zu werden. Wenn jedoch eine bestimmte Entfernung zu einem Hindernis erreicht ist, macht ein akustisches Signal auf die Beachtung des in diesem Augenblick am Bildschirm sichtbaren Bildes aufmerksam. Jetzt kann der Pilot den ihm verbleibenden Spielraum bis zu dem Hindernis optisch wahrnehmen und sich auf die Situation einstellen. Von entscheidendem Nachteil ist jedoch, daß dieses insbesondere für Kabelhindernisse vorgesehene Warnverfahren bei der Identifizierung eines Landegebietes relativ wenig aussagt. Es vermittelt dem Piloten eines zur Landung ansetzenden Hubschraubers nur die Entfernung zu dem Hindernis. Dagegen ist dem Piloten ein bei den zahlreichen unvorhergesehenen Landeplätzen eines Hubschraubers besonders wichtiges »plastisches Sehen« nicht möglich. Er kann die einzelnen, nahe beieinanderliegenden Bodenunebenheiten — wenn überhaupt — nicht gemeinsam betrachten, so daß die Einschätzung der Bodenbeschaffenheit und damit das gesamte Landemanöver ganz entscheidend von den individuellen Fähigkeiten eines jeden Hubschrauberpiloten abhängt.

Die US-PS 35 27 533 beinhaltet ein gattungsähnliche! System zur topographischen Vermessung des sicr jeweils unterhalb eines Flugzeugs befindlichen Terrains wobei die gemessenen Werte für eine späten Auswertung aufgezeichnet werden. Für einen sofortigei Gebrauch ist dieses Verfahren zu umständlich und zi unübersichtlich. Auch werden die sich aus eine Senkrechtlandung ergebenden Schwierigkeiten auße acht gelassen. Im Gegensatz zu den meisten Flugzeu gen, die unter einem spitzen Winkel zur Erdoberfläche anfliegen und die in der Regel eine lange eben Rollbahn zum Aufsetzen vorfinden, erfordert ein Senkrechtlandung kleinste Landeflächen. Der Pilot sieh die unter ihm befindlichen Hindernisse ebensowenig wi

die plastische Beschaffenheit der Aufsatzfläche. Hinzu kommt, daß auch der Verlaß auf das Schätzvermögen beim Menschen - im vorliegenden Fall beispielsweise des Kopiloten — zu riskant wäre.

Die Aufgabe der Erfindung wird unter Umgehung der aufgezeigten Nachteile vor allem in der Verbesserung der herkömmlichen Warnsysteme durch Anzeige der Bodenbeschaffenheit bei dem eingangs genannten System gesehen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß das Warngerät auf der Anzeigevorrichtung ein entsprechend der Beschaffenheit der in verschiedenen Richtungen abgetasteten Erdoberfläche mehr oder minder gleichmäßiges optisches Symbol verursacht.

Durch diese Maßnahme wird der Landevorgang eines Hubschraubers weitgehend schematisiert und die Gefahr einer Bruchlandung verringert. Gleichzeitig werden die physischen Anforderungen an den Piloten, aber auch die psychischen Belastungen - ob das Landemanöver gelingt — vermindert. Die Verwendung von nur einem Warngerät ist dabei natürlich besonders rationell. Sie können auch Feinentfernungsmessungen mit relativ hoher Genauigkeit ausführen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß als Warngerät sich automatisch in Richtung Erdoberfläche ausrichtende Laser- oder Ultraschallgeräte Verwendung finden. Diese Maßnahme ist von Bedeutung, weil ein Hubschrauber immer mit seinem Vorderteil schräg nach unten geneigt zur Landung ansetzt.

Hinsichtlich der optischen Widergabe der Meßergebnisse ist es sinnvoll, wenn die Anzeigevorrichtung aus einem im Blickfeld des Piloten angeordneten Monitor besteht.

Merkmale von Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß die Anzeigevorrichtung aus der Anzahl der Warngeräte entsprechend vielen Lämpchen und/oder Lämpchengruppen mit einer der jeweils abgetasteten Beschaffenheit der Erdoberfläche proportionalen Intensität besteht. Vorteilhafte Varianten hierzu werden ferner darin gesehen, daß die Anzeigevorrichtung entweder aus der Anzahl der Warngeräte entsprechend vielen Digitalanzeigen besteht, die eine zu der abgetasteten Beschaffenheit der Erdoberfläche proportionale Größe aufweisen, oder aber darin, daß auf dem Monitor ein entsprechend der Gleichmäßigkeit der abgetasteten Erdoberfläche mehr oder minder konzentrisch angeordnetes Punktsymbol dargestellt ist. Auf diese Weise ist es für einen Hubschrauberpiloten relativ einfach zu erkennen, wo eine Landung von d«n Geländegegebenheiten her geraten erscheint und wo nicht. Zweckmäßig kann es in diesem Zusammenhang auch sein, wenn auf dem Monitor zwei mit einer der Anzahl der verwendeten Warngeräte entsprechenden Eckenzahl versehene und konzentrisch angeordnete Symbole dargestellt sind, von denen das eine aus einem sich der Gleichmäßigkeit der abgetasteten Erdoberfläche jeweils anpassenden Vieleck und das andere aus einem unveränderlichen Bezugsvieleck besteht. Zweckmäßigerweise bestehen hierbei die Vielecke in ihrer Ausgangsform aus gleichseitigen Dreiecken.

Eine nahezu vollkommene Scheinalisierung des Meß- und Anzeigevorganges sowie ein höchstmögliches Maß an Sicherheit wird erzielt, wenn die Gleichmäßigkeit der Anzeige mit einem Signal in Form einer Ja-Ncin-Aussage gekoppelt ist. Auch die Koppelung der optischen Anzeige mit einem akustischen Signal bedeutet eine 7ii«ät7.liche Sicherheitsvorkehrung.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszahlen aufweisen. Es zeigt

Fig. 1 den erlindungsgemäßen Abtastvorgang in der letzten Anflugphase eines Hubschraubers — skizzenhaftdargestellt,

F i g. 2 eine im Blickfeld des Piloten befindliche digitale Anzeige der Abtastergebnisse,

F i g. 3 Dreieckanzeigesymbole,

F i g. 4 Fünfeckanzeigesymbole und

F i g. 5 eine Variante zum Abtastvorgang.

Vorzugsweise an der Unterseite eines Hubschraubers 1 sind beispielsweise drei in Richtung auf die Erdoberfläche ausgerichtete Warngeräte 2 installiert. Dieselben bestehen im wesentlichen aus einem Sender 3, einem Empfänger 4 und einer Auswerteelektronik 5, wobei zur Übertragung der Signale Laserstrahlen oder Ultraschallwellen besonders geeignet sind. Die vor allem während der letzten Anflugphase des Hubschraubers 1 eingeschalteten Geräte 2 bzw. ihre Sender 3 strahlen gleichzeitig in der Zeichnung gestrichelt symbolisierte Impulse 6 in Richtung auf die Erdoberfläche 7. Von dort wird ein Teil dieser Impulse 6 auf die geräteseitigen Empfänger 4 reflektiert. Die mit dem Empfänger 4 zumindest funktionell gekoppelte Auswerteelektionik 5 ermittelt sodann über den Laufzeitunterschied der reflektierten Impulse 8, die in der Zeichnung strichpunktiert symbolisiert sind, die Beschaffenheit der Erdoberfläche 7 an den einzelnen Meßpunkten und bringt die Ergebnisse im Sichtfeld des Piloten gleichzeitig zur Anzeige. Bei Verwendung von nur einem Warngerät 2 müssen dagegen die einzelnen Meßpunkte im Abtastverfahren (»Scan«), d. h. in schneller Folge nacheinander abgetastet und angezeigt werden. Es ist aber auch möglich, mit nur einem Sender 3 auszukommen und die Impulse 6 über diverse Spiegel 12 auf die Erdoberfläche 7 auszustrahlen, von wo sie auf der Spiegelzahl entsprechend viele Empfanger 4 reflektiert werden (F i g. 5).

Die Anzeige läßt sich z. B. mit Hilfe von Symbolen auf einer als Monitor ausgebildeten Anzeigevorrichtung 9 durchführen. So kann bei Verwendung von nur einem Warngerät 2 die Gleichmäßigkeit der Erdoberfläche 7 mit einem dann mehr oder weniger konzentrisch abgebildeten Punktsymbol dargestellt werden. Varianten dieser Methode sind in den Fig. 3 und 4 gezeigt. Fig. 3 enthält im wesentlichen zwei gleichseitige und normalerweise konzentrisch angeordnete Dreiecke 10' und 11', von denen in der gezeigten Ausführungsweise das Dreieck 10' stets seine dargestellte Form Deibehält und gegenüber dem sich verändernden Dreieck 1Γ als Vergleichsobjekt dient. Die drei Ecken des Dreiecks 11' symbolisieren die drei Warngeräte 2 und können entsprechend der Struktur der abgetasteten Erdoberfläche 7 in der gestrichelt gezeichneten Weise auswandern. Sind beispielsweise fünf Warngeräte vorgesehen, erhöht sich die Eckenzahl des Symbols auf das in F i g. 4 gezeigte Fünfeck 10 bzw. 11. Die Erdoberfläche 7 kann aber auch mit nur einem Warngerät 2 jeweils an fünf Meßpunkten abgetastet werden. Die Reihenfolge, in der die einzelnen Punkte abgetastet werden, soll nach Möglichkeit der in F i g. 4 gezeigten entsprechen, d. h. es werden nicht nebeneinandcrliegendc, sondern immer einander gegenüberliegende Punkte A B, C, D, E gewählt. Es ist natürlich auch möglich, das innere Vieleck Il bzw. I Γ als Vergleichseck zu benützen und

die Form des äußeren Vielecks 10 bzw. 10' der Struktur der Erdoberfläche 7 entsprechend abzuändern.

Die Anzeige läßt sich aber auch über zu der Anzahl der Warngcräte 2 entsprechend viele Lämpchcn darstellen, die eine zu den reflektierten Impulsen 8 der einzelnen Warngeräte 2 proportionale Intensität aufweisen. Eine Variante hinsichtlich der Anzeigemöglichkeit sieht vor, daß die Bodenbeschaffenheit über zii der Anzahl der Warngeräte 2 entsprechend viele Digitalanzeigen 9 (Fig.2) erfolgt, die eine zu den modulierten reflektierten Impulsen der einzelnen Geräte proportionale Größe aufweisen. Aus den in F i g. 2 beispielsweise angeführten drei Werten 27,6 bis 29,6 und 31,7 muß dann der Pilot entweder selbst erkennen oder über eine automatische akustische und/oder optische Ja-Nein-Aussage mitgeteilt bekommen, ob die Landung erfolgen soll oder nicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Digitalwcitc als Meierangaben zu verstehen.

Auch beispielsweise sich ändernde Farbschattierungen sowie in Stärke und/oder Ton sich ändernde akustische Signale u.dgl. mehr sind für eine Anzeige geeignet. Feiner ist die Zahl der Warngeräte keinesfalls auf die angegebene Zahl beschränkt, zumal die Genauigkeit der Signalgebung mit steigender Anzahl an verwendeten Geräten sogar größer wird. Allen diesen

ίο Systemen ist ferner gemein, dall ihr I.ascr-Sencle-F.mpfangs-System — von der Beschaffenheit der Bodenstruktur abgesehen — auch für Fcinentfcrniingsmessungen verwendet werden kann. Hierfür bietet sich vor »Hein der COj-I-aser an, weil die Atmosphäre für diese Wellenlänge relativ gut durchlässig ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. System zur Bestimmung der Bodenbeschaffenheit bei einem sich in der letzten Anflugphase befindlichen senkrecht landenden Luftfahrzeug (insbesondere einem Hubschrauber), an dem ein Sende- und Empfängerteil enthaltendes Warngerät befestigt ist, wobei das Sendeteil dem Abtastverfahren entsprechend in schneller Aufeinanderfolge Impulse abstrahlt, die nach Reflexion an verschiedenen, dicht beieinander liegenden Punkten der Erdoberfläche wenigstens teilweise auf den Empfänger zurückgelangen, der mittels einer die Laufzeit auswertenden Elektronik die Bodenbeschaffenheit auf einer Anzeigevorrichtung darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß das Warngerät (2) auf der Anzeigevorrichtung (9) ein entsprechend der Beschaffenheit der in verschiedenen Richtungen abgetasteten Erdoberfläche (7) mehr oder minder gleichmäßiges optisches Symbol verursacht. *>

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sendeteil (3) des Warngerätes (2) aus einer ganzen Gruppe von die Impulse (6) gleichzeitig abstrahlenden Einzelsendern besteht.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch *5 gekennzeichnet, daß als Warngeräte (2) sich automatisch in Richtung Erdoberfläche (7) ausrichtende Laser- oder Ultraschallgeräte Verwendung finden.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (9) aus einem im Blickfeld des Piloten Eingeordneten Monitor besteht.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (9) aus der Anzahl der Warngeräte (2) entsprechend vielen Lämpchen und/oder Lämpchengruppen mit einer der jeweils abgetasteten Beschaffenheit der Erdoberfläche (7) proportionalen Intensität besteht.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung (9) aus der Anzahl der Warngeräte (2) entsprechend vielen Digitalanzeigen (Fig.2) besteht, die eine zu der abgetasteten Beschaffenheit der Erdoberfläche (7) proportionale Größe aufweisen.

7. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Monitor ein entsprechend der Gleichmäßigkeit der abgetasteten Erdoberfläche (7) mehr oder minder konzentrisch angeordnetes Punktsymbol dargestellt ist.

8. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Monitor zwei mit einer der Anzahl der verwendeten Warngeräte (2) entsprechenden Eckenzahl versehene und konzentrisch angeordnete Symbole (10, 11 bzw. 10', W) dargestellt sind, von denen das eine aus einem sich der Gleichmäßigkeit der abgetasteten Erdoberfläche (7) jeweils anpassenden Vieleck (11 bzw. 11') und das andere aus einem unveränderlichen Bezugsvieleck (10 bzw. 10') besteht.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielecke (10', 11') in ihrer Ausgangsform aus gleichseitigen Dreiecken bestehen.

10. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichmäßigkeit der Anzeige mit einem Signal in Form einer Ja-Nein-Aussage gekoppelt ist.

11. System nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der optischen Anzeige ein akustisches Signal gekoppelt ist.