DE3333139C1

DE3333139C1 - Radar measuring method for detecting obstacles in low flight

Info

Publication number: DE3333139C1
Application number: DE3333139A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl.-Ing. 8012 Ottobrunn Feil
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-09-14
Filing date: 1983-09-14
Publication date: 1985-04-04

Abstract

In this method, a radiation beam essentially oriented in the forward direction is used which periodically runs through a scanning figure having vertical and horizontal scanning tracks. To be able to evade all appearing obstacles whilst at the same time optimally utilising the terrain contour, the scanning figure should have at least three vertical scanning tracks (A, B, C) which are in each case laterally offset with respect to one another and the signals of which are in each case separately evaluated. From the comparison of the evaluation results thus obtained, commands for initiating lateral evasion movements are derived. <IMAGE>

Description

Gemäß einer besonders einfachen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind drei jeweils seitlich gegeneinander versetzte, vertikale Abtastspuren vorgesehen, deren mittlere während einer Abtastperiode je zweimal gleichsinnig durchlaufen wird, und zwar im Sinne einer Acht. Es können jedoch auch beispielsweise fünf seitlich versetzte, vertikale Abtastspuren vorhanden sein, von denen entweder die drei mittleren während einer Abtastperiode je zweimal gleichsinnig oder lediglich die mittlere zweimal gegensinnig zu durchlaufen sind. Hiermit ist eine noch genauere oder weiter ausgreifende Auswertung der seitlichen Geländeprofile möglich. According to a particularly simple embodiment of the invention Procedure are three vertical scanning tracks that are laterally offset from one another provided, the mean run through twice in the same direction during a sampling period becomes, in the sense of an eight. However, it can also, for example, five laterally staggered, vertical scanning tracks may be present, of which either the three middle ones twice in the same direction or only the middle one during a sampling period are to be passed through twice in opposite directions. This is an even more precise or further one extensive evaluation of the lateral terrain profiles possible.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, die Abtastfiguren selbst kurzzeitig gegenüber der Flugrichtung seitlich zu versetzen. Von dieser Möglichkeit wird vorwiegend dann Gebrauch zu machen sein, wenn lediglich eine Abtastfigur mit drei vertikalen Abtastspuren durchlaufen werden kann. Es ergibt sich dann hinsichtlich des seitlichen Ausgreifens ein ähnlicher Effekt wie beim Durchlaufen einer feststehenden, fünf vertikale Abtastspuren aufweisenden Abtastfigur. Beim Geradeausflug wird die seitliche Versetzung der Abtastfigur periodisch nach rechts und links erfolgen. It can also be advantageous to use the scanning figures themselves for a short time to be offset laterally in relation to the flight direction. From this possibility becomes predominant then to be used if only one scanning figure with three vertical Scan tracks can be traversed. It then arises with regard to the lateral Reaching out has a similar effect to going through a fixed five vertical scanning tracks having scanning figure. When flying straight ahead, the lateral The scanning figure is shifted periodically to the right and left.

Während des Kurvenfluges dagegen erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Abtastfigur in Richtung der Flugbahnkrümmung, d. h. zum jeweiligen Krümmungsmittelpunkt hin, seitlich versetzt werden kann. Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn das Ausmaß der seitlichen Versetzung der Abtastfigur mit ansteigender Kurvengeschwindigkeit vergrößert werden kann. Dadurch wird bevorzugt die Seite des Geländeprofils abgetastet und ausgewertet, zu der das Flugzeug während der Richtungsänderung hinwendet. During turning, on the other hand, it is advantageous to when the scanning figure is in the direction of the trajectory curvature, d. H. to the respective center of curvature can be moved laterally. It is particularly useful if that Extent of the lateral displacement of the scanning figure with increasing curve speed can be enlarged. As a result, the side of the terrain profile is preferably scanned and evaluated to which the aircraft is turning during the change of direction.

Während des Durchlaufens eines jeden vertikalen Abtastspur wird festgestellt, unter welchem Winkel ßc in bezug auf die Längsachse des Flugzeuges der höchste in Radarreichweite liegende Geländepunkt erscheint. In die Auswertung gehen dann noch der Winkel #, der die Nicklage des Flugzeuges gegenüber der Horizontalen angibt, die ebenfalls gemessene Radarentfernung Rc zum höchsten Geländepunkt sowie die gewählte Sollflughöhe Ho über Grund ein. Aus diesen Größen errechnet sich zunächst für jede vertikale Abtastspur ein auf die Horizontale bezogener Flugpfadwinkel y, und zwar nach folgender Formel: y=fic+ + # + Ho/Ro Das Flugzeug ändert seine Flugrichtung immer dann, wenn der errechnete Flugpfadwinkel y für eine der seitlichen vertikalen Abtastspuren merklich geringer ist als für die mittlere Abtastspun Auf diese Weise stellt sich eine Flugbahn in Richtung des der jeweiligen Flugrichtung gerade benachbarten Geländeminimums ein. Die maximale Ablage vom Sollflugpfad und die maximal erlaubte Richtungsänderung müssen im Interesse der Missionsreichweite eingeschränkt werden. Hat das Flugzeug z. B. die maximal erlaubte Ablage nach rechts vom vorgegebenen idealen Flugpfad zum Ziel hin erreicht, so kann es nur noch geradeaus fliegen oder sich nach links wenden, wenn dort das Gelände günstiger ist. During each vertical scan it is determined that at what angle ßc with respect to the longitudinal axis of the aircraft the highest in Terrain point lying at the radar range appears. Then go into the evaluation the angle #, which indicates the aircraft's pitch position in relation to the horizontal, the also measured radar distance Rc to the highest point in the terrain and the selected one Target flight altitude Ho above ground. From these quantities, the calculation is first made for each vertical scanning track a flight path angle y related to the horizontal, namely according to the following formula: y = fic + + # + Ho / Ro The aircraft changes its flight direction whenever the calculated flight path angle y for one of the lateral vertical Scan tracks is noticeably less than for the center scan point in this way a flight path arises in the direction of the one that is just adjacent to the respective flight direction Terrain minimum. The maximum drop from the target flight path and the maximum allowed Changes in direction must be restricted in the interest of the mission range. Has the aircraft z. B. the maximum allowed storage to the right of the specified If the ideal flight path to the destination is reached, it can only fly straight ahead or turn left when the terrain is more favorable there.

Die maximal erlaubte Ablage kann auch von y abhängig gemacht werden, so daß ein extrem günstiges Gelände, etwa ein Tal, auch dann berücksichtigt werden kann, wenn es weiter seitlich liegt.The maximum permitted storage can also be made dependent on y, so that an extremely favorable terrain, such as a valley, can then also be taken into account can if it is further to the side.

Anschließend wird die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen anhand der Abbildungen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Abtastfigur mit drei vertikalen Abtastspuren, F i g. 2 eine Abtastfigur mit fünf vertikalen Abtastspuren, F i g. 3 eine weitere Abtastfigur mit fünf vertikalen Abtastspuren, Fig.4 die zeitlich periodische seitliche Versetzung einer Abtastfigur mit drei vertikalen Abtastspuren, F i g. 5 ein Flugzeug mit einem in Flugrichtung befindlichen Geländehindernis. The invention is then described in some exemplary embodiments explained in more detail using the illustrations. It shows F i g. 1 a scanning figure with three vertical scan tracks, FIG. 2 a scanning figure with five vertical scanning tracks, F i g. 3 a further scanning figure with five vertical scanning tracks, FIG. 4 the temporal periodic lateral displacement of a scanning figure with three vertical scanning tracks, F i g. 5 shows an aircraft with a terrain obstacle in the direction of flight.

In Fig. list in schematischer Weise eine Abtastfigur mit drei vertikalen Abtastspuren dargestellt. Die ausgezogenen, mit Pfeilen versehenen Linien sollen dabei wiedergeben, in welcher Weise die Strahlungskeule eines etwa in Vorwärtsrichtung blickenden Bordradars zu schwenken ist. Die Bezugsrichtung für die Schwenkbewegung ist dabei durch die Längsachse des Flugzeugs gegeben, deren Orientierung durch den Schnittpunkt der beiden senkrecht aufeinanderstehenden, strichpunktierten Linien angedeutet ist. Die periodisch sich wiederholende Schwenkbewegung der Strahlungskeule möge beispielsweise im oberen rechten Eckpunkt 1 der Abtastfigur beginnen. Die Schwenkbewegung folgt dann den durchzogenen Linien in Pfeilrichtung über die Punkte 2, 3,4 sowie 5. Die mittlere, zwischen den Punkten 2 und 3 liegende Abtastspur wird sodann ein zweites Mal gleichsinnig durchlaufen, worauf sich die Schwenkbewegung über den rechten unteren Eckpunkt 6 fortsetzt und die Schwenkperiode am Punkt 1 von neuem beginnt Mit den heute verfügbaren Radargeräten ist es möglich, eine Abtastperiode in einer Zeit von ca. 1 sec durchzuführen. Der Öffnungswinkel der Strahlungskeule beträgt dabei beispielsweise ca. 5", der jeweilige Abstand der linken und rechten Abtastspuren von der mittleren Abtastspur ca. 2,5". In den Fig. 2a sowie 2b sind jeweils eine Halbperiode einer Abtastfigur mit insgesamt fünf vertikalen Abtastspuren dargestellt. Hierbei wird lediglich die mittlere Spur zweimal durchlaufen, und zwar gegensinnig. Eine ähnliche Abtastfigur ist in zwei Halbperioden in den F i g. 3a und 3b dargestellt, wobei allerdings nicht nur die mittlere, sondern auch die beiden rechts und links anschließenden Abtastspuren jeweils doppelt durchlaufen werden, hier allerdings gleichsinnig. Bei gleicher Winkelgeschwindigkeit der Schwenkbewegung der Strahlungskeule dauert das einmalige Durchlaufen einer Abtastfigur im Falle der F i g. 3 etwas länger als im Falle der F i g. 2, und zwar um die für das zweimalige Durchlaufen einer vertikalen Abtastspur benötigte Zeit, wobei jeweils gleiche Schwenkwinkel vorausgesetzt sind. Es ist klar, daß die jeweils in den beiden Teilfiguren dargestellten Halbperioden einer Abtastfigur in periodisch sich wiederholender Weise zeitlich nacheinander durchlaufen werden. In Fig. 1 a scanning figure in a schematic manner with three vertical Scanning tracks shown. The solid lines with arrows are supposed to thereby reflect in which way the radiation lobe of a roughly in the forward direction viewing on-board radar is to pan. The reference direction for the pivoting movement is given by the longitudinal axis of the aircraft, its orientation by the Intersection of the two dot-dash lines perpendicular to one another is indicated. The periodically repeating pivoting movement of the radiation lobe may, for example, begin in the upper right corner point 1 of the scanning figure. The pivoting movement then follow the solid lines in the direction of the arrow over points 2, 3, 4 and 5. The middle scanning track between points 2 and 3 then becomes a run through in the same direction a second time, whereupon the swivel movement is over the right the lower corner point 6 continues and the pivoting period starts again at point 1 With the radar devices available today it is possible to measure a sampling period in one Time of approx. 1 sec. The opening angle of the radiation lobe is in this case, for example, approx. 5 ", the respective distance between the left and right scanning tracks from the middle scanning track about 2.5 ". In Figs. 2a and 2b are each one Half-period of a scanning figure shown with a total of five vertical scanning tracks. Only the middle track is run through twice, in opposite directions. A similar sample figure is shown in two half-periods in FIGS. 3a and 3b shown, however, not only the middle one, but also the two right and left subsequent scanning tracks are each run through twice, but here in the same direction. With the same angular speed of the pivoting movement of the radiation lobe it takes to run through a scanning figure once in the case of FIG. 3 a little longer than in the case of FIG. 2, namely around the one for going through twice vertical scan time, with the same swivel angle assumed in each case are. It is clear that the half-periods shown in each of the two partial figures a scanning figure in a periodically repeating manner one after the other in time be run through.

In F i g. 4 sind vier in zeitlich aufeinanderfolgenden Perioden T1 bis T4 zu durchlaufende Abtastfiguren dargestellt. Diese weisen jeweils drei vertikale Abtastspuren entsprechend der Fig. 1 auf. Die Abtastfigur ist während der zweiten Periode T2 nach rechts und während der vierten Periode T4 nach links versetzt, und zwar jeweils um den Abstand zweier vertikaler Abtastspuren. Bezugsrichtung ist weiterhin die durch den Kreuzungspunkt der beiden strichpunktierten Linien angedeutete Orientierung der Flugzeuglängsachse. Insgesamt werden durch dieses Verfahren fünf vertikale Abtastspuren gewonnen, obwohl die Antennensteuerung lediglich für eine Abtastfigur mit drei vertikalen Abtastspuren ausgelegt zu sein braucht. Es muß lediglich die Möglichkeit gegeben sein, die gesamte Abtastfigur nach rechts und links zu verschwenken. In Fig. 4 are four in chronologically successive periods T1 to T4 to be traversed scanning figures shown. These each have three vertical ones Scanning tracks according to FIG. 1. The scanning figure is during the second Period T2 to the right and to the left during the fourth period T4, and each by the distance between two vertical scanning tracks. Reference direction is still the orientation indicated by the intersection of the two dot-dash lines the longitudinal axis of the aircraft. This method creates a total of five vertical scan tracks won, although the antenna control only for a scanning figure with three vertical Needs to be designed scanning tracks. There just has to be an opportunity be to pivot the entire scanning figure to the right and left.

F i g. 5 soll zur Erläuterung der weiter oben beschriebenen Auswertungsmethode dienen, bei der pro vertikaler Abtastspur zunächst je ein Kommandowinkel y bestimmt wird. Schematisch dargestellt ist ein Flugzeug 7, welches sich auf ein in einer Entfernung Rc befindliches Hindernis 8 zubewegt. Beim Durchlaufen einer vertikalen Abtastspur durch die Strahlungskeule des Bordradars wird sowohl festgestellt, in welcher Entfernung Rc sich der höchste in Radarreichweite liegende Geländepunkt befindet, als auch unter welchem Winkel fic dieser Geländepunkt erscheint. Dabei ist der Winkel fix auf die Richtung 9 der Flugzeuglängsachse bezogen. F i g. 5 is intended to explain the evaluation method described above serve, in which a command angle y is initially determined for each vertical scanning track will. An aircraft 7, which is on an in a Distance Rc located obstacle 8 is moved. When going through a vertical The scan track through the beam of the on-board radar is detected in both what distance Rc is the highest point of the terrain within radar range as well as at what angle fic this terrain point appears. The angle is fixed in relation to the direction 9 of the longitudinal axis of the aircraft.

Letztere ist normalerweise um einen von der Nicklage abhängigen Nickwinkel - gegenüber der Horizontalen 10 angestellt. Dieser Nickwinkel kann mit Hilfe üblicher bordeigener Einrichtungen ständig gemessen werden.The latter is usually around a pitch angle that is dependent on the pitch position - employed against the horizontal 10. This pitch angle can be used with the usual on-board facilities are constantly measured.

In die Auswertung geht ferner eine Sollhöhe H(, ein. die den gewünschten Bodenabstand des Flugzeuges 7 wiedergibt. Aus den genannten Größen wird nun für jede Abtastspur gesondert ein Kommandowinkel 1' berechnet, der sich als Summe der Winkel zY und ,ffl,. sowie näherungsweise des Quotienten Ho/Rc ergibt. Dieser Kommandowinkel y, bezogen auf die Horizontale 10, ergibt gerade die kommandierte Flugpfadrichtung 11, die bei Einhaltung eines vertikalen Abstandes Ho über das Hindernis 8 hinwegführen würde. Aus dem Vergleich sämtlicher so errechneter Kommandowinkel ), einer Abtastperiode ergibt sich, welche Flugrichtung jeweils am günstigsten ist, nämlich jeweils diejenige mit dem niedrigsten y-Wert. Die vorstehenden Berechnungen können mit Hilfe eines Bordcomputers sofort durchgeführt werden, so daß unmittelbar danach die erforderlichen Korrekturimpulse für die Flugrichtung bereitgestellt werden können.The evaluation also includes a target height H (, Shows the ground clearance of the aircraft 7. The sizes mentioned now become for a command angle 1 'is calculated separately for each scanning track, which is the sum of the Angles zY and, ffl ,. as well as approximately the quotient Ho / Rc results. This command angle y, based on the horizontal 10, just gives the commanded flight path direction 11, which lead away over the obstacle 8 while maintaining a vertical distance Ho would. From the comparison of all command angles calculated in this way, one sampling period the result is which flight direction is most favorable in each case, namely in each case that one with the lowest y-value. The above calculations can be carried out using a Board computer can be carried out immediately, so that immediately afterwards the required Correction pulses for the flight direction can be provided.

Als Radarantennen zur Erzeugung der die Abtastfiguren durchlaufenden Strahlungskeule sind sowohl mechanisch als auch elektronisch schwenkbare, stark bündelnde Antennen verwendbar. Letztere, als flächenhafte Arrays von Einzelstrahlern ausgebildete Antennen dürften allerdings bevorzugt sein, insbesondere dort, wo periodisch sich wiederholende seitliche Versetzungen der Abtastfiguren beabsichtigt sind. As radar antennas for generating the scanning figures Radiation lobes are both mechanically and electronically pivotable, strong bundling antennas can be used. The latter, as planar arrays of individual radiators trained antennas should, however, be preferred, especially where periodic repetitive lateral displacements of the scanning figures are intended.

Claims

Claims: 1. Radar measuring method for detecting obstacles when flying low, with a radiation lobe oriented essentially in the forward direction, periodically the scanning figure having vertical and horizontal scanning tracks runs through, d a d u r c h characterized in that the scanning figure at least three, each laterally offset, vertical scanning tracks (A, B, C), whose Signals are each evaluated separately, with the comparison obtained in this way Evaluation results, commands for initiating lateral evasive movements derived will.

2. Radar measuring method according to claim 1, characterized in that the vertical scanning tracks at their upper and lower ends by horizontal ones Scan tracks are connected to each other.

3. Radarmeßverfahren according to claim 2, characterized by three each offset vertical scanning tracks (A, B, C), the middle one (A) during a sampling period is traversed twice in the same direction.

4. Radarmeßverfahren according to claim 2, characterized by five vertical scanning tracks laterally offset from one another, from which the three middle (A2, B3, - C3) two times in the same direction during a sampling period.

5. Radarmeßverfahren according to claim 2, characterized by five each laterally offset vertical scanning tracks, of which only the middle one (A2) is run through twice, in opposite directions, during a sampling period.

6. Radearm measuring method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the scanning figures themselves briefly opposite the direction of flight laterally offset (T2, T4).

7. radar measuring method according to claim 6, characterized in that the lateral displacement of the scanning figure periodically during straight flight to the right (T2) and left (T4).

8. radar measuring method according to claim 6, characterized in that the lateral displacement of the scanning figure during the turn in the direction of the Flight path curvature occurs.

9. Radar measuring method according to claim 8, characterized in that the extent of the lateral displacement of the scanning figure with increasing curve speed increases.

The invention relates to a radar measuring method for detecting obstacles when flying low, with a radiation lobe oriented essentially in the forward direction, periodically the scanning figure having vertical and horizontal scanning tracks passes through.

Such radar methods are particularly important for those who fly very quickly Fighter planes have a role, which are at the same time as low as possible over the terrain should move in order to prevent opposing actions, such as fire or radio interference, to be exposed as little as possible. In modern low-level flight procedures, the flight is already largely automated, in the sense that the flight course from the outset is already largely fixed and, if possible, only small deviations chungen, accordingly the fine structure of the site. To the danger of a possible Detection by enemy radar, given when emerging from the area would have to be encountered, the flight path should match the given terrain depressions as much as possible be well adapted. Critical situations in the sense of a forced emergence arise when mountains, towers or those positioned by the enemy in the direction of flight Balloons appear.

A method of the type mentioned is from US Pat. No. 3,397 397 previously known, in which a terrain following flight radar method is described. Even The aim there is to avoid obstacles that arise as far as possible. In addition a radar beam directed essentially forwards is emitted, which runs through a periodic panning or scanning figure. This is essentially cruciform and consists of a vertical as well as two traversed in opposite directions a horizontal scanning track that has been traversed once as well as two connecting arcuate scanning tracks. The appearance of an obstacle above the horizontal one Scanning track or plane to the right or left of the vertical scanning track or plane leads to an evasive movement of the aircraft to the right or left. A lying exactly in the direction of flight, the horizontal scanning plane with respect to the vertical The symmetrically protruding obstacle leads to a rising obstacle, the Obstacle crossing trajectory. So the obstacle becomes in such a case not flown around, although a terrain profile sloping to the right or left would allow this.

This is a clear disadvantage of the known method.

The object of the present invention is therefore to provide a radar method of the type mentioned to provide, which makes it possible to all emerging Avoiding obstacles while making optimal use of the terrain profile.

This object is achieved according to the invention in that the scanning figure at least three, each laterally offset, vertical scanning tracks has, the signals of which are each evaluated separately, from the comparison the evaluation results obtained in this way, commands to initiate lateral evasive movements be derived. As a result of this evaluation, the aircraft is directed to where the terrain has the deepest depressions or gullies. This is made possible by that next to the vertical middle scanning track at a distance to the right and left of it two further vertical scanning tracks are run through, whereby an evaluation of the terrain profile lying on both sides of the flight direction becomes possible. the vertical scanning tracks are expediently through at their upper and lower ends horizontal scanning tracks connected to one another, which, however, are not used for evaluation are needed.