DE2458664C3

DE2458664C3 - Flugsicherungseinrichtung

Info

Publication number: DE2458664C3
Application number: DE19742458664
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Phys. Dr. 8000 Muenchen Stark
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1974-12-11
Publication date: 1979-03-29
Also published as: DE2458664A1; DE2458664B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Flugsicherungseinrichtung, bei welcher an Bord von Flugzeugen auf einem elektronisch steuerbaren Bildschirm unter Verwendung von Bord- und/oder Bodenrechnern ein Bild dargestellt ist das aufgrund einer bcdenseitigen Primärradar-Ortskoordinatenmessung und einer bodenseitigen Sekundärradar-Höhenabfrage der sich im Flugsicherungsbereich befindlichen Flugzeuge gebildet wird, wobei aus diesen Daten für jedes einzelne Flugzeug ein eigenes Datenbündel zusammengestellt wird, welches zum jeweiligen Flugzeug übertragen wird und zusammen mit am Flugzeug selbst ermittelten Sensordaten die Ortskoordinaten dieses Flugzeugs, Orts- und Höhenwerte der nahe vor diesem fliegenden Flufezeuge sowie einen Luftstraßenrahmen enthält innerhalb dessen der Pilot des jeweiligen Flugzeugs manövrieren kann.

Die Erfindung befaßt sich mit der Auffindung der Struktur einer zukünftigen Flugsicherung. Es gibt bereits Vorstellungen und Vorschläge, welche zwischen zwei denkbaren Extremen verstreut liegen. In einem Fall sollen alle Flüge genau vorgeplant und vom Boden überwacht werden. Der Pilot fliegt fas', ohne eigene Entscheidungsfreiheit. Im anderen Fall soll der Pilot mit bordautonomen Einrichtungen praktisch unabhängig vom Boden Nieger und Kollisionsgefahren von sich aus vermeiden.

Bei einer aus der DE-OS 15 31501 bekannten

Flugsicherungseinrichtung werden die mittels Radar am Boden gemessenen Positionsdaten des Flugzeugs zu diesem übertragen und nach Verarbeitung der Daten auf einem Bildschirm dargestellt. Dabei wird auf dem Bildschirm durch Linien- oder Flächensysteme ein Kanal symbolisiert, dessen U-förmiger Querschnitt den Spielraum um die Sollbahn darstellt. Der Kanal variiert auch entsprechend den Positions- und Lageänderungen des Flugzeugs seine Gestalt und Lage relativ zum Bildfeld. Diese bekannte Einrichtung betrifft somit ausschließlich die Daten des eigenen Flugzeugs und die Daten der zu befliegenden Luftstraße, d. h. exakter, weil es sich um ein Landesystem handelt, der Landestraße. Es werden jedoch nicht die Daten (Flugposition, Flugrichtung) anderer Flugzeuge ermittelt und in die Darstellung der Luftstraße miteinbezogen.

Eine andere Lösung (Weiss, H. G, »An Airborne Traffic Display System«, Radio Technical Commision for Aeronautics, Proceedings of Meeting, Washington, D.C., 17.-18. November 1971, Paper AS-298, Seiten 1 — 12), die Teile dieser beiden Extremkonzepte miteinander verbindet, sieht vor, daß eine Flugsicherungs-Bodenzentrale alle in ihrem Bereich fliegenden Piloten laufend mit Luftlagedaten versorgt. Die zentrale Bodenstation mißt dazu mit einem Primärradarsystem alle Ortskoordinaten und fragt über ein Sekundärradarsystem bei allen Flugzeugen die Höhe ab. Sie stellt aus diesen Daten für jedes einzelne Flugzeug ein eigenes Datenbündel zusammen und überträgt es ihm. Alle Flugzeuge sollen demnach mit einem ausreichend leistungsfähigen Datenkanal ausgestattet werden. Ein Datenbündel enthält die Ortskoordianten des Adressaten sowie Orts- und Höhenwerte der nahe vor ihm fliegenden Flugzeuge. Diese Daten werden an Bord verarbeitet und auf einem PPI-Bildschirm dargestellt. Der Pilot soll anhand dieses Luftlagebildes seine Flugroute möglichst selbst bestimmen. Dazu wird ihm ein Rahmen aufgezeichnet, innerhalb dessen er beispielsweise langsamere Flugzeuge überholen kann. Der Pilot übernimmt gewissermaßen die Rolle eines Autofahrers. Der Rahmen des Autofahrers ist die Straße, über welche er sich nach den Regeln der Straßenverkehrsordnung frei bewegen kann. Der Pilot soll die Luftstraße ähnlich benutzen dürfen. Bei diesem bekannten Flugsicherungsverfahren besteht jedoch der Nachteil, daß die Darstellung der Verkehrslage auf dem Bildschirm für den Piloten nicht sehr einleuchtend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Flugsicherungseinrichtung mit einer solchen Verkehrsdarstellung zu schaffen, bei der der Pilot die Lage ohne spürbare gedankliche Belas:ung laufend erfassen, ohne weiteres darauf reagieren und die Folgen seiner Reaktion voll überblicken kann. Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Flugsicherungseinrichtung der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Darstellung auf dem Bildschirm eines Flugzeuges eine stereoskopisch-perspektivische 3D-Abbildung des Datenbündels in bezug auf die Daten dieses Flugzeugs ist, wozu zwei perspektivische Darstellungen unter verschiedenen Gesichtspunkten gehören, und daß das Datenbündel mittels der Rechner so umgesetzt ist, daß zum einen der Luftstraßenrahmen als ein von innen betrachteter Quadertunnel erscheint, der aus vier perspektivisch verzogenen und verkürzten, die Kantenlinien des Quadertunnels bildenden Schienen sowie einem auf diesen Schienen aufgezogenen, durch vier Quaderquerlinien gebildeten Gleitrahmen besteht, der sich mit einer durch fortlaufende Vergrößerung dargestellten Geschwindigkeit heranbewegt, die jener des eigenen Flugzeugs in der entgegengesetzten Richtung entspricht, und daß zum anderen die im Flugsichcrungsbereich vor dem jeweiligen Flugzeug befindlichen Flugzeuge schematisch und lagegerecht wiedergegeben sind.

Bei den aus den aus der DE-OS 15 31 501 und auch der US-PS 37 84 969 bekannten Flugsicherungseinrichtungen wird nur perspektivisch auf einem Bildschirm dargestellt, wogegen eine stereoskopische Bilddarstellung nicht vorgesehen ist. Somit entfällt bei diesen bekannten Einrichtungen die räumliche Betrachtungsmöglichkeit for den Piloten.
Eine derartige klare Darstellung, wie sie durch die Einrichtung nach der Erfindung gegeben ist, läßt sich auch in der Wehrtechnik, in der Raumfahrt sowie für Trainings- und Simulationsaufgaben vorteilhaft verwenden. Die Daten w.rden zweckmäßig mit eitr-m Rwösr^srSi üfecrirs^sfi, welches abwechselnd ortet un^

Impulstelegramme zwischen den Flugzeugen und der Bodenstation austauscht. Die Bodenstation setzt sich

mit den einzelnen Flugzeugen vorteilhaft über eine elektronisch schwenkbare Antenne in Verbindung.

Der am Flugzeug befindliche Bordrechner ist in

zweckmäßiger Weise mit einem Umschalter ausgestattet, durch den im wesentlichen drei Betriebsarten unterschieden werden, nämlich die Aufnahme neuer Daten, d* Verarbeitung der Eingangsdaten zu Bilddaten und die Ausgabe zum Bildschirm.

Der Bord/Bodenrechner ist zweckmäßig schaltungs- und programmäßig so ausgestattet daß er einer Reihe von Funktionen dienen kann. Abgesehen davon, daß ein Flugzeug schematisch und lagegerecht wiedergegeben wird, entsprechen die Bildmaße der Flugzeuge auf dem

Bildschirm der Meßwertstreuung der Radardaten. Außerdem sind die auf dem Bildschirm befindlichen Flugzeuge im Verhältnis zur abgebildeten Luftstraßenabmessung vergrößert dargestellt. Aufgrund dieser vergrößerten Darstellung ergibt sich eine erheblich bessere Wahrnehmlichkeit Der Rechner ist ferner so ausgebildet, daß sich die Abstands- und Projektionsverhältnisse nach der gültigen Radarmeldung klären lassen. Außerdem ermittelt der Rechner aus mehreren Radarmeldungen die Flugrichtung der darzustellenden Flugzeuge, so daß diese durch Ausrichtung der Längsachsen der jeweils auf dem Bildschirm dargestellten Flugzeuge zum Ausdruck gebracht wird.

Aus mehreren Radarmeldungen wird auch die momentane Änderung der Flugrichtung ermittelt, so daß diese Änderung durch einen Rollwinkel des Flugzeugbildes auf dem Bildschirm zum Aui.Yuck gebracht werden kann.

Der Verlauf der Luftstraße auf dem Bildschirm, d. h. der QuadertunneL wird zweckmäßig vom Programm des Bordrechners oder durch Bodenprogramme gesteuert Die Perspektive des Luftstraßenbildes auf dem Bildschirm wird zum einen Teil von den Radarmeldungen über das eigene Flugzeug und zum anderen Teil von den Bordmeßgeräten für den künstlichen Horizont und den Wendezeiger bestimmt Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, daß der Rechner derart ausgebildet ist daß aus den Bodendaten die Lage der Längsachse des gedachten eigenen Flugzeugs und aus den Borddaten die Drehung um die Achse hergeleitet und dargestellt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die perspektivische Lage der Luftstraße und der anderen Flugzeuge, d. h. den Gesichtswinkel, mit welchem in die Luftstraße geblickt wird, aus den Borddaten, d.h.

ausschließlich aus eigenen Navigationsergebnissen, herzuleiten.

Als auf dem Bildschirm dargestelltes Flugzeugmodell wird in vorteilhafter Weise eine Anordnung aus zwei senkrecht aufeinanderstehenden Dreiecken verwendet.

Die Längen der Quadertunnelabschnitte stellen zweckmäßig Sicherheitsabstände dar. Die Flugzeuge innerhalb des Flugsicherungsbereiches für ein Flugzeug werden auch außerhalb des Tunnels dargestellt. Dringen jedoch Flugzeuge in den Tunnelabschnitt ein, so muß der Pilot ausweichen.

Die auf dem Bildschirm dargestellten Luftstraßenabschnitte können auch geknickt sein, so daß alle möglichen Kurse und Übergangsbereiche zwischen Horizontal- und Vertikalflug darstellbar sind. Der Gleitrahmen auf den Gleitschienen ist zweckmäßig so ausgebildet, daß er sich mit einer Geschwindigkeit heranbewegt, die jener des eigenen Flugzeuges in der entgegengesetzten Richtung entspricht. Tritt eine Luftstraßenverzweigung auf, so wird diese zweckmäßig auf dem Bildschirm signalisiert. Dies kann dadurch geschehen, daß die Luftstraßenverzweigung als Weiche auf dem Bildschirm dargestellt ist, bei der Krümmiingselementc mit unterschiedlichen Radien vorgesehen sind. Der Pilot kann durch Seitenwechsel die Fortsetzung der Luftstraße bestimmen. Der weitere Verlauf einer Luftstraße kann vom Boden aus kurzfristig festgelegt oder auch von Daten auf einem mitgeführten Datenträger bestimmt werden.

Wesentlich ist, daß die Meßgenauigkeit des Radargeräts 'Me Datenverarbeitungskapazität in der Flugsicherungszentrale, die Bandbreite des Datenübertragungskanals und die Leistungsfähigkeit des Bordrechners so aufeinander abgestimmt sind, daß vorausfliegende Flugzeuge umflogen, Luftraum gespart und Flugsicherungslotsen entlastet werden.

Eine einfache stereoskopische Darstellung ergibt sich dann, wenn für das linke und das rechte Auge eines Piloten Bilder mit jeweils zutreffender Perspektive zweckmäßig nebeneinander abgebildet sind. Diese beiden Bilder lassen sich dann über eine Keilbrille über Kreuz betrachten.

Eine zweckmäßige Darstellungsweise besteht auch darin, daß ein erstes Schirmbild von einem projektionsfähigen Bildschirm auf einen zweiten Bildschirm über einen Strahlenteiler projiziert wird, daß jeder der beiden, jeweils für eine Stereoabbildung zugeordneten Kanäle ein bestimmtes Bild überträgt und dieses durch Polarisations- oder Farbfilter kennzeichnet und daß die unterschiedlich gekennzeichneten Bilder auf einem zweiten Bildschirm aufeinandergelegt und mit einer entsprechenden Polarisations- bzw. Farbbrille betrachtet werden. Die beiden, eine Stereodarstellung ergebenden Bilder mit unterschiedlichen Farben lassen sich auch am gleichen Ort auf einem Bildschirm darstellen und mit einer Farbbrille betrachten, wobei der Bildschirm derart ausgeführt ist, daß er für unterschiedliche Farbdarstellungen ansteuerbar ist.

Eine weitere Stereodarstellungsweise bestehi darin, daß die beiden eine Stereobildung ergebenden Bilder vertikal verschoben dargestellt und unterschiedlich polarisiert oder gefärbt sind und daß zur Betrachtung eine spiegelnde und durchsichtige Platte horizontal zwischen den beiden Bildern vor dem nahezu senkrecht angeordneten Bildschirm angebracht ist, so daß bei gespiegelter Darstellung dss oberer, Bildes korrespondierende Bilder in der Ebene des unteren Bildes am gleichen Ort gesehen und bei Betrachtung durch eine Brille von dem betreffenden Auge selektiv aufgenommen werden.

Damit der Flugzeugpilot beim Herausblicken aus der Kanzel nicht gestört wird, wird zweckmäßig eine Brille

aus solchen Gläsern verwendet, welche nur oben oder nur unten am Rande filtern, im Zentrum jedoch die

Umwelt unbeeinträchtigt zu beobachten gestatten.

Die Bilder einer Stereoabbildung können auch in Umkehrtechnik dargestellt werden, wobei mit Brille

ίο dunkle Striche auf hellem Grund zu sehen sind. Hierzu werden die Strichzeichnungen dunkel auf dem betreffenden farbigen Grund hergestellt. Durch Überdeckung beider Bilder sieht man ohne Brille einfarbige Strichzeichnungen auf zweifarbigem Grund.

r» Weitere Einzelheilen der Erfindung werden in folgenden anhand von Zeichnungen erläutert.

Ein Luftstraßenmodell wird im Cockpit des Flugzeuges perspektivisch abgebildet. Standort und Blickrichtung des Piloten bestimmen die Bildmaße. Diese veränderlichen Größen werden mit Radar am Boden gemessen und zum Flugzeug übertragen. Außerdem werden an Bord gemessene Daten über die eigene Raumlage verwertet, damit der Pilot das Modellbild auch als künstlichen Horizont und Wendezeiger

:;■> benutzen kann. Da sich ständig alle Daten ändern, werden fortlaufend neue Bilder berechnet und auf dem Bildschirm dargestellt. Damit diese Arbeit in Grenzen gehalten wird, ist nach der Erfindung einerseits ein einfaches Luftstraßenmodell vorgesehen. Andererseits soll es jedoch ausreichend strukturiert sein, um jede denkbare Verkehrslage ohne weiteres verständlich zu machen. Die beiden widersprechenden Forderungen sind bei der Flugsicherungseinrichtung nach der Erfindung erfüllt.

F i g. 1 zeigt ein Modell, das einen Quader darstellt, der den Abschnitt einer Luftstraße kennzeichnen soll. Der aus vier Schienen 1 bis 4 bestehende Quader ist durch einen mittleren Rahmen 5 unterteilt. Dieser Rahmen 5 läßt sich auf den langen Schienen 1 bis 4 hin- und herschieben. Wenn eine gekrümmte Luftstraße dargestellt werden soll, wird die Krümmungskurve aus gegeneinandergeneigten Geraden zusammengesetzt. Ein Krümmungselement entsteht dadurch, daß das Modell in der Ebene des mittleren Rahmens 5 durchgeschnitten wird. Eine bestimmte Seite des mittleren Rahmens wird als Achse gewählt, um welche dann die beiden neu entstandenen Quader so weit gedreht werden, daß beide Symmetrieachsen die mittlere Bahnkurve berühren. An der offenen Seite wird

so die Quaderachse verlängert, wobei an der Knickstelle ein rechteckiger Rahmen eingefügt wird. In diesem Lüftstraßenmodell, welches beispielsweise aus Messingstangen aufgebaut sein kann, befindet sich ein Modell 6 für die Darstellung eines vorausfliegenden Flugzeuges. Zur Berechnung der Flugzeugbilder ist man ausschließlich auf Radardaten angewiesen. Für die Höhe und die Position gelten die zuletzt gesendeten Daten. Die Lage des Flugzeugs wird aus dem Bahnverlauf gewonnen. Es werden daher für die perspektivische Darstellung einige vorausgehende Radardaten gespeichert und verarbeitet Aus dem Bild des Flugzeugmodells 6 soll unverzüglich erkennbar sein, ob das Flugzeug sich in einer Kurve befindet, ob es steigt oder ob es sinkt Das Flugzeug ist daher genauso wie der LuftstraßenabschniU einfach, deutlich und eindeutig nachzubilden. Das Flugzeug besteht im Modell 6 aus zwei Dreiecken, von denen das eine senkrecht auf der Mittellinie des anderen steht Bei hinreichender Größe

des Modells 6 kann man aus jeder Blickrichtung die Raumlage des Modells 6 erkennen.

Das Flugzeugmodell 6 paßt mit seiner Länge etwa sechsmal in den Quader. Bei diesem frei gewählten Größenverhältnis läßt sich einerseits die Luftstraße überblicken, andererseits aber auch die Lage des vorausfliegendei'i Flugzeugs verfolgen. In der Flugsicherung kann die Quaderhöhe den Sicherheitsabstand von 1000 bzw. 2001» Fuß bedeuten. Entsprechend können die Länge und Breite als genausogroß gedacht werden wie die horizontalen Sicherheitsabstände bei der Radarüberwachung, z. B. 10 bzw. 5 Meilen. Das Maßverhältnis des Flugzeugmodells 6 zum Rahmen 5 ist gegenüber dem Verhältnis des Flugzeugs zur Luftstraße in der Wirklichkeit wesentlich größer und entspricht den Unsicherheiten der Standortbestimmung bei der Radarmessung.

Zur Erzeugung des perspektivischen Bildes des Luftstraßenmodells müssen die Koordinaten von 12 Raumpunkien transformiert werden, während für das Flugzeug die Transformation von 4 Modellpunkten genügt. Der fünfte Punkt, den die beiden Dreiecke hinten gemeinsam haben, liegt in der Mitte zwischen den beiden Tragflächenspitzen. Dessen Bildpunkt kann daher auf kürzerem Wege ermittelt werden. Eine nach dem Modell berechnete Darstellung zeigt F i g. 2. Vom Luftstraßenmodell nach F i g. 1 sind nur die Gleitschienen 1 bis 4 zu sehen. Die Kanten an den quadratischen Stirnflächen werden nicht abgebildet. Die Blickrichtung des Piloten entspricht der Flugrichtung. Ein Kreuz 7 in der Niitte kennzeichnet diese Richtung. Zwei bis drei Meilen voraus ist ein weiterer Verkehrsteilnehmer 6 sichtbar. Eine solche Lage würde heute eine unvertretbare Kollisionsgefahr bedeuten.

Fig.3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines geknickten Luftstraßenabschnittes, welcher aus vier geknickten Gleitschienen 1 bis 4 und einem Gleitrahmen 5 an den Knickstellen besteht.

Jedes Flugzeug kann sich in Richtung der Längsachse, zur Seite, nach oben oder nach unten bewegen. Es kann sich weiterhin um Längs-, Hoch- und Querachse drehen. Diese sechs Freiheitsgrade eines einzelnen Flugzeuges veranschaulicht Fig.4. Nach einer Bewegung in Richtung der betreffenden Flugzeugachse (Zustand 8) dreht sich das Flugzeug um diese Achse. Nach einer Längsbewegung rollt das Flugzeug (Zustand 9) oder es steigt senkrecht nach oben und wendet (Zustand 10) oder es driftet nach rechts und richtet sich auf (Zustand 11). Verschiebt man das Flugzeug in Blickrichtung 7, so wird es kleiner. Verschiebt man es zur Seite oder in der Vertikalen, so ändert sich die Perspektive.

Für die 3D-Darstellungen im Cockpit eines Flugzeuges ist die Projektionsebene durch Ort und Lage des Beobachters gegeben. Wenn das Beobachterflugzeug rollt, abdreht oder nickt, verändert sich auch die Luftstraßenperspektive. Bewegt man sich als beobachtendes Flugzeug auf der Symmetrieachse der Luftstraße rückwärts, so wird das Luftstraßenbild kleiner. Wird das Beobachterflugzeug im Uhrzeigersinn um die Längsachse gedreht, so dreht sich das Luftstraßenbild entgegen dem Uhrzeigersinn. Sinkt das Beobachterflugzeug und dreht es sich gleichzeitig rechts um, so wandert das Bild der Luftstraße nach oben und dann nach links. Sinkt das beobachtende Flugzeug nach links und nickt es nach unten, so wandert das Bild nach rechts und dann nach oben.

Der Beobachter im Flugzeug kann seine Geschwindigkeit daran ablesen, wie schnell der Gleitrahmen 5 des Luftstraßenmodells auf ihn zueilt. In Fig. 5 ist ein Geradeausflug Ruf der Symmetrieachse der Luftstraße zugrunde gelegt. Der Luftstraßenrahmen mit den Schienen 1 bis 4 ist dabei zunächst am Beobachterflug-

ϊ zeug fest montiert zu denken. Der Gleitrahmen 5 ruht dagegen, bezogen auf den Boden. Für den Beobachter im Flugzeug sieht dabei die Luftstraße so aus, daß längs der ruhenden Gleitschienen 1 bis 4 der Gleitrahmen 5 am fernen Ende auftaucht, wie ein Torbogen größer

ίο wird und auf den Beobachter zueilt, bis er die vordere Kante des Quaders erreicht. Er verschwindet dann, und ein neuer Rahmen 5 erscheint wieder am fernen Ende. In F i g. 5 sind der am fernen Ende auftauchende Rahmen mit 5a und 5b und ein verhältnismäßig weit vorne befindlicher Rahmen mitScbezeichnet.

Weicht der Kurs längs der Symmetrieachse ab, so muß die Verbindung zwischen den Beobachterflugze::g und der Luftstraße gelöst werden. Der Beobachter sieht dann die Luftstraße mehr oder weniger unter einem

2ö ociicnwinKci äfi SiCii VOru€igicii£n.

Die Relativgeschwitidigkeit zu den übrigen Verkehrsteilnehmern setzt sich zusammen aus den Komponenten längs und quer zur Beobachterflugrichtung. Die Geschwindigkeit in Flugrichtung läßt sich aus dem Größer- und Kleinerwerden der Flugzeugabbildung ablesen. Die Quergeschwindigkeit erkennt man daraus, wie das Objekt über den Bildbereich wandert und sich dessen Perspektive ändert.

F i g. 6 veranschaulicht den Aufbau einer Luftstraßenkurve. Das vorgeschriebene Flugprofil eines Steillanders läßt sich damit auch darstellen. Man muß dazu das einzelne Krümmungselement um 90° im Uhr- oder Gegenuhrzeigersinn drehen und die Luftstraße wie bei der Kurve weiter aufbauen. Es können damit dem Piloten notwendige Wende-, Steig- und Sinkmanöver erläutert werden.

Wenn der Beobachter vom geraden Teil der Luftstraße in die Kurve fliegt, verändert sich der Quader, indem sich die ferne Stirnfläche gegen die Gleitschienen 1 bis 4 neigt Im weiteren ist ein Knick 12 in der Luftstraße sichtbar, welcher nach vorne kommt Wenn der Knick 12 die Stirnfläche erreich- verschwindet er. Beide Stirnflächen stehen nicht mehr senkrecht zu den Gleitschienen 1 bis 4 und sind unterschiedlich zueinander geneigt Die Luftstraße verläuft unter neuem Winkel gegenüber der Flugrichtung. Der Pilot muß seinen Kurs entsprechend korrigieren. Nach diesem Verfahren können Kurven mit unterschiedlichen Krümmungsradien, S-Kurven, Wende- und Warteräume aufgebaut werden. Ferner lassen sich in derartiger Weise Übergangsräume vom Horizontal- zum Steigoder Sinkflug sowie vom Steig- oder Sinkflug in den Horizontalflug veranschaulichen.
In F i g. 6 ist mittels des Luftstraßenrahmens mit dem Zusatz a der Zustand des beobachtenden Flugzeugs näher an einer Kurve dargestellt

Verzweigt sich die beflogene Luftstraße, so wird dies dem Pilot rechtzeitig mitgeteilt Er muß dann angeben, in welche Richtung er fliegen möchte, damit die dazugehörende Luftstraße nach und nach dargestellt wird. Eine Verzweigung läßt sich entsprechend der Darstellung in Fig.7 ankündigen. Die Antwort des Piloten wird aus seiner Kurskorrektur automatisch abgeleitet Vor einer Verzweigung werden durch die beiden Schriftzeichen Flinks vom Gleitrahmen S und L rechts davon die beiden Flugrichtungen angekündigt Die weitere Luftstraßendarstellung richtet sich danach, ob der Pilot rechts oder links fliegt Kontinuierliche

Schrfl signalisiert ζ. B. die eingeschlagene, blinkende Schrift die ausgeschlagene Richtung. Während einer ausreichend langen Entscheidungsphase muß sich der Pilot auf die linke oder rechte Flugbahnhälfte begeben. Wenn er nach dieser Phase rechts fliegt, wird ihm die rechts, wenn er nach links fliegt, die links abzweigende Luftstraße angeboten. Während der Entsche.idungsphase wird er laufend darauf aufmerksam gemacht, ob er links oder rechts ausgerichtet ist. Dies wird durch die in F i g. 7 dargestellte Schrift Fbzw. L signalisiert.

F i g. 8 zeigt die erläuterten Darstellungselemente in größerem Zusammenhang. Sie veranschaulicht in besonderer Weise, wie der Pilot durch die erfindungsgemäße Darstellungstechnik ein hohes Maß an Freizügigkeit gewinnt. Er sieht in der Ferne Flugobjekte 13 auftauchen und ist damit vorgewarnt. Wenn ein Flugzeug 14 in seinen Abschnitt kommt, sieht er, ob es ihm entgegen oder in gleicher Richtung, nur langsamer al? er, fliegt. Er erkennt aus der Lage der Längsachse den gegenwärtigen Kurs der dargestellter; Flugzeuge. Darüber hinaus zeigt ihm die momentane Drehung um die Längsachse, ob das Flugzeug 14 geradeaus oder in einer Kurve fliegt. So erhält der Pilot aus Ort und Lage einen Eindruck vom zukünftigen Flugverlauf des anderen. Er wird dementsprechend ausweichen. Er schlängelt sich im Rahmen der Luftstraße an seinen Verkehrspartnern vorbei. Deshalb kann er auch darauf verzichten, daß ihm der Lotse vom Boden aus ständig den vorausfliegenden Luftstraßenabschnitt freihält. Es ergibt sich somit sowohl eine Einsparung von Luftrau η als auch eine Lotsenentiastung.

F i g. 9 zeigt eine perspektivische Luftstraßendarstellung zur stereoskopischen Betrachtung auf einem

Bildschirm. Das für das rechte Auge bestimmte Bild 15

befindet sich auf der linken Seite, während das ft'ir das linke Auge bestimmte Bild 16 auf der rechten Seite liegt.

Es muß also versucht werden, die beiden Bilder 15 und

16 über Kreuz zu sehen, so daß durch Schielen ein

ίο drittes Bild in der Mitte gewonnen wird. Da dieses Verfahren einem Piloten nicht zugemutet und damit auch nicht angeboten werden kann, wird z. B. eine Brille benutzt, welche nur rotes Licht zu einem Auge und grünes Licht zum anderen Auge gelangen läßt. Wenn jetzt die beiden Perspektiven, d. h. die beiden Bilder 15 und 16, in der jeweils zutreffenden Farbe dargestellt werden, können sie übereinandergelegt werden, und iev Stereoeffekt tritt ohne Augenakrobatik ein. Eine solche stereoskopische Darstellung ist in Fig. 10 gezeigt. Das

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durchgezogen und das für das linke Auge gedachte grüne Bild J6 ist gestrichelt dargestellt. Sieht man durch eine entsprechende Farbbrille, so sieht man ein einziges Bild mit Stereowirkung. Für den praktischen Gebrauch 2j an Bord kommt eine Klarglasbrille mit farbigen Rändern in Betracht, d. h. der Pilot würde eine Brille mit solchen Gläsern tragen, welche nur am Rand unten oder oben filtern, im Zentrum jedoch die Umwelt unbeeinträchtigt zu beobachten gestatten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flugsicherungseinrichtung, bei welcher an Bord von Flugzeugen auf einem elektronisch steuerbaren Bildschirm unter Verwendung von Bord- und/oder Bodenrechnern ein Bild dargestellt: ist, das aufgrund einer bodenseitigen Primärradar-Ortskoordinatenmessung und einer bodenseitigen Sekundärradar-Höhenabfrage der sich im Flugsicherungsbereich befindlichen Flugzeuge gebildet wird, wobei aus diesen Daten für jedes einzelne Flugzeug ein eigenes Datenbündel zusammengestellt wird, welches zum jeweiligen Flugzeug übertragen wird und zusammen mit am Flugzeug selbst ermittelten Sensordaten die Ortskoordinaten dieses Flugzeuges, Orts- und Höhenwerte der nahe vor diesem fliegenden Flugzeuge sowie einen Luftstraßenrahmen enthält, innerhalb dessen der Pilot des jeweiligen Flugzeugs manövrieren kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Darstellung auf dem Bildschirm -sines Flugzeugs eine stereoskopisch-perspektivische 3D-Abbi!dung des Datenbündels in bezug auf die Daten dieses Flugzeugs ist, wozu zwei perspektivische Darstellungen unter verschiedenen Gesichtspunkten gehören, und daß das Dater.bür.de! mittels der Rechner so umgesetzt ist, daß zum einen der Luftstraßenrahmen als ein von innen betrachteter Quadertunnel erscheint, der aus vier perspektivisch verzogenen und verkürzten, die Kantenlinien des Quadertunnels bildenden Schienen (1 bis 4) sowie einem auf diesen Schienen aufgezogenen, durch vier Quaderquerünien gebildeten Gleitrahmen (5) besteht, der sich mit einer durch fortlaufende Vergrößerung dargestellten Geschwindigkeit heranbewegt, die jener des eigenen Flugzeugs in der entgegengesetzten Richtung entspricht, und daß zum anderen die im Flugsicherungsbereich vor dem jeweiligen Flugzeug befindlichen Flugzeuge (6) schematisch und lagegerecht wiedergegeben sind.

2. Flugsicherungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Datenbündel abgebende Boden-Radargerät derart ausgebildet ist, daß es abwechselnd ortet und Impulstelegramme zwischen den Flugzeugen und der Bodenstation austauscht.

3. Flugsicherungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Daten zwischen der Bodenstation und den einzelnen Flugzeugen eine elektronisch schwenkbare Antenne vorgesehen ist so

4. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bord- und/oder Bodenrechner mit einem Umschalter versehen ist, durch den im wesentlichen drei Betriebsarten unterschieden werden, nämlich die Aufnahme neuer Daten, die Verarbeitung der Eingangsdaten zu Bilddaten und die Ausgabe zum Bildschirm.

5. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner derart ausgebildet ist, daß die Bildmaße des Flugzeuges auf dem Bildschirm der Meßwertsteuerung der Radardaten entsprechen.

6. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Bildschirm befindlichen Flugzeuge im Verhältnis zur abgebildeten Luftstra ßenabmessung vergrößert dargestellt sind.

7. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner derart ausgebildet ist, daß er aus mehreren Radarmeldungen die Flugrichtung der darzustellenden Flugzeuge ermittelt, so daß diese durch Ausrichtung der Längsachse des auf dem Bildschirm dargestellten Flugzeugs zum Ausdruck gebracht wird.

8. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner derart ausgebildet ist, daß aus mehreren Radarmeldungen die momentane Änderung der Flugrichtung ermittelt wird, so daß diese Änderung durch einen Rollwinkel des Flugzeugbildes auf dem Bildschirm zum Ausdruck gebracht werden kann.

9. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf der Luftstraße auf dem Bildschirm vom Programm des Bordrechners oder durch Bodenprogramme gesteuert ist

10. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Perspektive des Luftstraßenbildes auf dem Bildschirm ram einen TeU von den Radarroe!- dungen über das eigene Flugzeug und zum anderen Teil von den Bordmeßgeräten für den künstlichen Horizont und den Wendezeiger bestimmt ist

11. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner derart ausgebildet ist, daß aus den Bodendaten die Lage der Längsachse des gedachten eigenen Flugzeugs und aus den Borddaten die Drehung um diese Achse hergeleitet und dargestellt wird.

12. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die perspektivische Lage der Luftstraße und der anderen Flugzeuge, & h. der Gesichtswinkel, mit welchem in die Luftstraße gebückt wird, aus den Borddaten, d. h. ausschließlich aus eigenen Navigationsergebnissen, hergeleitet wird

13. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Flugzeugmodell auf dem Bildschirm eine Anordnung aus zwei senkrecht aufeinanderstellenden Dreiecken vorgesehen ist

14. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Längen der Quadertunnelabschnitte Sicherheitsabstände darstellen.

15. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Bildschirm dargestellten Luftstraßenabschnitte geknickt sein können, so daß alle möglichen Kurse und Obergangsbereiche zwischen Horizontal- und Vertikalflug darstellbar sind.

16. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Signalisierung einer Luftstraßenverzweigung auf dem Bildschirm.

17. Flugsicherungseinrichtung nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftstraßenverzweigung als Weiche auf dem Bildschirm dargestellt ist, bei der Krümmungselemente mit unterschiedlichen Radien vorgesehen sind.

18. Flugsicherungseinrichtung nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgenauigkeit des Boden-Radargerätes, die Datenverarbeitungskapazität in der Flugsicherungs-Zentrale, die Bandbreite des Datenübertragungskanals und die Leistungsfähigkeit des Bordrechners so aufeinander abgestimmt sind, daß vorausfliegende Flugzeuge umflogen, Luftraum gespart und Flugsicherungslotsen entlastet werden.

19. Flugsicherungseinrichtiing nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, ein gemeinsames stereoskopisches Bild ergebenden Abbildungen auf dem Bildschirm nebeneinander dargestellt sind.

20. Flugsicherungseinrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abbildungen über eine Keilbrille überkreuz betrachtet werden.

21. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Schirmbild von einem projektionsfähigen Bildschirm auf einen zweiten Bildschirm fiber einen Strahlenteiler projiziert ist, daß jeder der beiden, jeweils für eine Stereoabbildung zufjsordneten Kanäle ein bestimmtes Bild überträgt und dieses durch Polarisations- oder Farbfilter kennzeichnet und daß die unterschiedlich gekennzeichneten Bilder auf einem zweiten Bildschirm aufeinandergelegt und mit einer entsprechenden Polarisations- bzw. Farbbrille betrachtet werden.

22. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden, eine Stereodarstellung ergebenden Bilder mit unterschiedlichen Farben am gleichen Ort auf einem Bildschirm dargestellt und mit einer Farbbrille betrachtet werden und daß der Bildschirm derart ausgeführt ist, daß er für unterschiedliche Farbdarstellungen ansteuerbar ist.

23. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eine Stereoabbildung ergebenden Bilder vertikal verschoben dargestellt und unterschiedlich polarisiert oder gefärbt sind und daß zur Betrachtung eine spiegelnde und durchsichtige Platte horizontal zwischen den beiden Bildern vor dem nahezu senkrecht angeordneten Bildschirm angebracht ist, so daß bei gespiegelter Darstellung des oberer:. Bildes korrespondierende Bilder in der Ebene des unteren Bildes am gleichen Ort gesehen und bei Betrachtung durch eine Brille von dem betreffenden Auge selektiv aufgenommen werden. so

24. Flugsicherunjf/einrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Brille aus Gläsern, welche nur oben oder unten am Rande filtern, im Zentrum jedoch die Umwelt unbeeinträchtigt zu beobachten gestatten.

25. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprache 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden eine Stereoabbildung ergebenden Bilder in Umkehrtechnik dargestellt sind, so daß mit Brille dunkle Striche auf hellem Grund zu sehen sind, daß dazu die Strichzeichnungen für die Luftstraße und die Flugzeuge im Sicherungsbereich dunkel auf dem betreffenden farbigen Grund hergestellt sind und daß durch Überdeckung beider Bilder — sofern man ohne Brille sieht — einfarbige Strichzeichnungen auf zweifarbigem Grund entstehen.

26. Flugsicherunf-.einrichtung nach eimern der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Darstellung der Flugzeuge auf dem Bildschirm variabel ist derart, daß bei wachsenden Entfernungen das Maßstabsverhältnis abnimmt

27. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der Bedeutung des Flugzeugs eine Formänderung der Darstellung dieses Flugzeugs auf dem Bildschirm vorgenommen ist

28. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis zwischen den beiden stereoskopischen Abbildungen veränderbar ist

29. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Bildebene der stereoskopischen Darstellung variabel ist

30. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dall die Blickrichtung kurzfristig änderbar ist so daß die dabei entstehenden Raüdzonen vergrößert auf dem Bildschirm dargestellt sind.

31. Flugsicherungseinrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet daß durch Seitenwechsel die Fortsetzung des Flugs in der jeweiligen Luftstraße durch den Piloten bestimmt wird.

32. Flugsicherungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der weitere Verlauf einer Luftstraße vom Boden aus kurzfristig festgelegt wird.

33. Flugsicherungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verlauf einer Luftstraße von Daten auf einem im Flugzeug mitgeführten Datenträger bestimmt wird.