DE2947263A1

DE2947263A1 - Streckenmessverfahren fuer ein luftfahrzeug

Info

Publication number: DE2947263A1
Application number: DE19792947263
Authority: DE
Inventors: Alfred 8013 Haar Blaha
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-11-23
Filing date: 1979-11-23
Publication date: 1981-05-27
Also published as: FR2470388A1; GB2065409A; DE2947263C2; FR2470388B3

Description

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Streokenmeßverfahren für ein Luftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Streckenmeßverfahren für ein Luftfahrzeug, bei (tem mit Sensoren Meßwerte der Umgebungsluft erfaßt und bei dein Eint fornungsmeßwerte mit Hilfe elektromagnetischer Wellen ermittelt werden, wobei die Meßwerte in einem Luftwerterechner ri.-ifh vor^eRobenen Kriterien in Flugwerte umgesetzt werden.

Dir· Genauigkeit von .°>treckenmessungen mittels elektromagnetischer Wellen h fingt bei modernen Navigationssystemen von Luftfahrzeugen zu nehme rid von w et t e r b ed i ng t en Einflüssen ab. So können we 1.1. er bed i ng t e Veränderungen des Br echungs indexes der Luft nicht mehr als vernach lassig bar klein angesehen werden, da die Ausbrei iingsRes chwind igkei t ν von elektromagnetischen Wellen an der Stelle χ vom jeweiligen Brechungsindex η über die Beziehung

ν (x) = abhängig ist (c = Vakuumlichtgeschwindigkeit).

n(x)
Aus der Geodäsie und Radiometeorologie sind Streckenmeßverfahren mittels elektromagnetischer Wellen bekannt, bei denen der Brechungsindex in der vermessenen Luftstrecke berücksichtigt wird. Aun "Berichte des Instituts für Radiometeorologie und maritime Meteorologie" Nr. 12, 1968, ist beispielsweise die Verwendung eines Mikrowellenrefraktometers in einem Flugzeug bekannt, mit welchem der Brechungsindex im Bereich von Richtfunkstrecken gemessen wird. Dabei hat sich herausgestellt, daß fUr einen Einsatz in Flugzeugen Refraktometer wegen ihrer großen Schwingungsempfindlichkeit, insbesondere der Meßhohlräume und der frequenzbestimmenden Bauteile nur in wenigen Anwendungsfä11 en und unter Berücksichtigung umfangreicher Einbaumaßnahmen geeignet :·. ind. Thermische Deformationen des Resonator ho hlra ums, durch die Luft eingebrachte Verunreinigungen und Beschädigungen der Resonn tor-wandungen sowie Druckschwankungen während des Fluges in verschiedenen Höhenbereichen haben einen erheblichen Einfluß auf

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die Resonanzfrequenz und damit auf das Meßergebnis. Auch kann die Beeinflussung derartiger Mikrowellenrefraktometer durch andere avionische Geräte, wie z.B. Radargeräte, nicht ausgeschlossen werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Streckenmeßverfahren für Flugzeuge zu schaffen, mit welchem der Brechungsindex der Luft erfaßt und zur Korrektur der Streckenmessung mittels elektromagnetischer Wellen verwendet werden kann. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Es ist z.B. aus dem "Handbuch der Vermessungskunde", Band VI, bekannt, daß der Brechungsindex der Luft für Mikrowellen von der absoluten Temperatur, dem Luftdruck und dem Partialdampfdruck abhängig ist und sich aus diesen Werten nach einer von Essen und Froome angegebenen Formel berechnen läßt:

, ,_{λ 1η}6 77 ,64 , « 64,68 ,, 5748 , ,,. (n_M - 1) . 10 = -^— ( ρ - e) + —|— (1+ ) e (1)

n_u a Brechungsindex für Mikrowellen

T β absolute Temperatur (K)

ρ a Luftdruck (m bar)

e = Partialdampfdruck (m bar).

Einrichtungen zur Messung der Temperatur und des Luftdruckes gehören zur Standardausrüstung von Flugzeugen; zur Ermittlung des Brechungsindexes ist jedoch eine zusätzliche Bestimmung des Partialdampfdruckes der Umgebungsluft notwendig. Hierzu wird erfindungsgemäß eine Messung der relativen Luftfeuchtigkeit U vorgenommen, da diese über die Beziehung U = ·=· . 100 (%)

El

mit dem Partialdampfdruck e verknüpft ist. E ist dabei der Sättigungsdampfdruck bei der jeweiligen Temperatur. Da die Abhängigkeit des Sättigungsdampfdruckes über Wasser von der Temperatur bekannt ist und aus Tabellen oder Kurven ermittelt werden kann, genügt also zur Bestimmung des Partialdampfdruckes die Messung der relativen Luftfeuchtigkeit und der absoluten Temperatur; letztere wird ohnehin zur Bestimmung einzelner

Flugwerte gemessen.

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Luftwerterechner, wie sie beispielsweise von der Fa. Kollmans Luft fahrt instrumente GmbH angeboten werden, können relativ leicht auf das erfindungsgemäße Streckenmeßverfahren umgerüstet werden, da zu den Sensoren zur Messung des statischen Druckes und der Temperatur lediglich eine Einrichtung zur Messung der relativen Luftfeuchtigkeit hinzukommt und der Rechner zur Speicherung einer Dampfdrucktabelle und zur Berechnung des Brechungsindexes bzw. zur Korrektur der gemessenen Strecke erweitert werden muß.

Insbesondere für Flüge, die radial von einem festen Bezugspunkt aus erfolgen, ist es vorteilhaft, wenn der Brechungsindex kontinuierlich oder sequentiell ermittelt, die einzelnen Brechungsindexwerte gespeichert und zur Korrektur der Entfernungsmeßwerte ein durchschnittlicher Brechungsindex entlang der Strecke errechnet wird. Der Meßfehler, der durch unterschiedliche atmosphärische Verhältnisse hervorgerufen wird, kann damit sehr genau abgeschätzt und entsprechend korrigiert werden.

Das nach Anspruch 3 weitergebildete Verfahren ist besonders reaktionsschnell, so daß es insbesondere bei schnell fliegenden Flugzeugen mit Vorteil zur Anwendung kommen kann. Ein entsprechendes, und für den Flugeinsatz leicht anzupassendes Luftfeuchtigkeitsmeßgerät wird beispielsweise von der Fa. Vaisala unter der Bezeichnung HM 11 angeboten.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines in einem Blockschaltbild dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Zur Messung des statischen Druckes, der relativen Luftfeuchtigkeit und der Temperatur sind als Sensoren ein Pitot-Rohr, ein Luftfeuchtigkeitsmesser in Dünnschichttechnik sowie ein Thermometer vorgesehen, deren elektrische Meßausgänge einem Luftwerterechner zugeführt werden. Die relative Luftfeuchtigkeit wird anhand einer gespeicherten Dampfdrucktabelle in den entsprechenden partialen Dampfdruck umgerechnet. Es liegen dann die zur Berechnung des Brechungsindexes der Luft notwendigen Meßwerte des statischen Druckes p, des partialen Dampfdrucks e und der Temperatur T vor. Werden zur Navigation Entfernungsmessungen mittels

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Mikrowellen vorgenommen, also z.B. durch ein Radar, so wird in einer weiteren Rechenatufe des Luftwerterechners der für Mikrowellen geltende Brechungsindex n_u der Luft nach der von Essen und Froome angegebenen Formel (1) errechnet, woraus sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit v(x) der Mikrowellen an der Stelle χ aufgrund der Beziehung

ergibt, (c = Vakuum-Lichtgeschwindigkeit). Die unter der Annahme einer konstanten Ausbreitungsgeschwindigkeit ermittelten Entfernungsmeßwerte D aus dem Radar können so

durch die tatsächliche Ausbreitungsgeschwindigkeit korrigiert werden. Die korrigierten Entfernungsmeßwerte D' können dann in bekannter Weise in Navigations-, Führungs- und Steuerungsrechnern weiterverarbeitet werden, so daß letztlich Stellglieder zur Betätigung von Steuerungsmitteln für eine Kurskorrektur betrieben werden können.

Werden zur Ermittlung von Entfernungsmeßwerten andere, nicht im Mikrowellenbereich arbeitende Navigationsmittel, wie z.B. Laserentfernungsmesser verwendet, so ist der Brechungsindex η. der Luft nach entsprechend anderen Formeln zu berechnen. Für sichtbares Licht kann dann die von Kohlrausch angegebene Pormel

(n,- D · 10⁶ = 98.7 . 1θ"⁵ ⁿG ' ¹ . ρ - . e ^L 1 + at 1 + a t

verwendet werden.

n. = Brechungsindex der Luft sichtbares Licht

n_ = Gruppenbrechungskoeffizient für Normalatmosphäre

t = Temperatur ( C)

ρ = statischer Luftdruck (mbar) _e _ partialer Dampfdruck (mbar)

α s 0,00367· Ausdehnungskoeffizient der Luft.

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Die Entfernungsmeßwerte des Lasers D₁ werden dann als ent-

Li

sprechend korrigierte Werte D' im Luftwerterechner weiterver?-

Lt

arbeitet.

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Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Streckenmeßverfahren für ein Luftfahrzeug, bei dem mit Sensoren Meßwerte der Umgebungsluft erfaßt und bei dem Entfernungsmeßwerte mittels elektro-magnetischer Wellen ermittelt werden, wobei die Meßwerte in einem Luftwerterechner nach vorgegebenen Kriterien in Flugwerte umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet ,
daß

a) mit den Sensoren zumindest der statische Druck, die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit gleichlaufend gemessen werden,

b) aus den Sensormeßwerten und einer im Luftwerterechner gespeicherten Dampfdrucktabelle der momentane Brechungsindex der Umgebungsluft in an sich bekannter Weise ermittelt wird und

c) die Entfernungsmeßwerte durch den ermittelten Brechungsindex in an sich bekannter Weise korrigiert werden.

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2. Streckenmeßverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Brechungsindex kontinuierlich oder sequentiell ermittelt, die einzelnen Brechungsindexwerte gespeichert und zur Korrektur der Entfernungsmeßwerte ein durchschnittlicher Brechungsindex entlang der Strecke errechnet wird .
3. Streckenmeßverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die relative Luftfeuchtigkeit auf kapazitive Weise mittels eines hygroskopischen, dünnschicht igen Dielektrikums gemessen wird.

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