DE4204164A1 - Positions- und missionsdatengeraet mit gps-gestuetztem display - Google Patents
Positions- und missionsdatengeraet mit gps-gestuetztem displayInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Positions- und Missionsdatengerät zur
Flugnavigations- und Flugdatenverarbeitung mit durch GPS (global posi
tioning satellite system) gestütztem Display gemäß dem Gattungsbegriff
des Anspruches 1.
Bei der Sichtflug und Instrumentenflugnavigation werden heute neben der
Sichtkontrolle Systeme eingesetzt, die dem Piloten unmittelbar eine oder
mehrere Standlinieninformationen in Form von Entfernungs- oder Winkelan
gaben zu einem Bezugspunkt durch Funknavigation - wie beispielsweise ADF
VOR, DME - vermitteln, nicht jedoch eine direkte Positionsaussage bein
halten. Eine rasche Umsetzung dieser Standlinien in das Koordinatensy
stem der Flugkarte erfordert viel Routine und führt immer wieder zu feh
lerhaften Standortbestimmungen und Fehlinterpretationen, insbesondere
bei Streßsituationen. Solche Koordinateninformationen können jedoch in
der Praxis nicht als eine optimale Navigationshilfe angesprochen werden,
da zum Beispiel eine Umsetzung in die jeweils mitgeführten Flugkarten,
im Hinblick auf die beengten Platzverhältnisse im Cockpit, der Pilot in
seiner Konzentration auf seine Steuerungs- und Überwachungsaufgaben
zwangsläufig beeinträchtigt wird.
Der Stand der Technik begegnet diesem Nachteil dadurch, daß in der all
gemeinen Luftfahrt, mit der alle zivilen Luftfahrtbereiche mit Ausnahme
des Linien- und Charterverkehrs angesprochen sind, daß zur Standortbe
rechnung Rechner eingesetzt werden, die laufend eine Transformation die
ser vorgenannten Standlinien in Koordinaten durchführen. Aber auch die
ses Verfahren kann nicht als optimal angesprochen werden.
Durch die Firmenschrift TRIMBLE NAVIGATION - Avionics Products "GPS Na
vigator" ist ein Gerät bekannt geworden, das auf dem Navigations-Satel
liten-System basiert. Allerdings ist durch dieses Gerät noch keine 24-
Stunden-Abdeckung gegeben, obwohl solche auf GPS basierenden Naviga
tionsverfahren die Sicherheit eines Sicht- oder Instrumentenfluges we
sentlich verbessern, und außerdem muß nach wie vor die Positionsbestim
mung auf der Flugkarte durchgeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Positions-
und Missionsdatengerät der eingangs genannten Art für die allgemeine
Luftfahrt zu schaffen, bei dem dem Piloten in Ergänzung zu den verwende
ten Navigationshilfen anschauliche Informationen über die aktuelle Flug
zeugposition und vorausliegende Flugabschnitte, also eine exakte Posi
tionsdarstellung auf einer mitlaufenden Flugkarte geliefert werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge
löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen an
gegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei
spiel beschrieben und in den Figuren der Zeichnung skizziert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels in schematischer
Darstellung,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer transportablen modularen
Ausführungsform,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer hängenden Einbaumöglich
keit des Gerätes gemäß Fig. 2 im Cockpit,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer ein- und ausfahrbaren
Einbaumöglichkeit des Gerätes gemäß Fig. 2 im Instrumentenbereich
des Cockpits.
Wie aus der Fig. 1 der Zeichnung hervorgeht, setzt sich das Ausführungs
beispiel des vorgeschlagenen Positions- und Missionsdatengerätes aus ei
ner Reihe von Modulen zusammen, die in einem transportablen, leicht ein-
und ausbaubaren Gehäuse 10 zusammengefaßt sind. Der GPS-Empfänger be
steht aus einer in das Flugzeug einbaubaren Antenne 11 mit der die Sa
tellitensignale empfangen werden. Das empfangene HF-Signal wird zunächst
in einem Antennenvorverstärker 12 verstärkt und in das GPS-Core-Modul 13
eingegeben. In diesem Modul wird aus den Satellitendaten die momentane
Position in drei Dimensionen sowie der Kurs und die Geschwindigkeit über
Grund bestimmt. Die ermittelten Werte gehen einem sogenannten Rechner
kern 14 ein, der aus einer Anzahl von bekannten PC-kompatiblen Modulen
zusammengesetzt ist, um einmal die Bedienung der Schnittstellen zum GPS-
Empfänger 13, zum Display 16, zu den Bedienelementen 18, zum Massenspei
cher 17 und zu weiteren externen optionellen Geräten 15 vorzunehmen und
zum andernmal die Bereitstellung der Rechenleistung für den Transfer und
die Umrechnung der Daten - die für die Kartendarstellung und die Ein
blendung weiterer grafischer Symbole erforderlich sind - vornimmt. Wei
terhin werden durch den Rechnerkern 14 die Rechnerleistung für die Be
nutzerführung und die interne Datenverarbeitung bereitgestellt und au
ßerdem noch ausreichende Speicherplätze für die Betriebssoftware und die
Benutzerdaten. Für den Prozessor, die Speicher und die Schnittstellen
können auf dem Markt befindliche Minimodule kleinster Bauweise zur Er
stellung des Rechnerkerns verwendet werden, der dann im wesentlichen aus
drei Minimodulen zusammengesetzt würde.
Wie bereits vorstehend erwähnt ist der Rechnerkern 14 mit einem Display
16 verbunden, das dem Benutzer mit weitgehend guter Auflösung die Dar
stellung alphanumerischer und grafischer Informationen ermöglicht. Da
generell die Forderung einer weitgehend flachen Bauweise des vorgeschla
genen Gerätes besteht, kommen für das Display 16 nur LCD, EL und Plasma
displays in Frage. Die Auflösung beträgt 640×480 Bildpunkte und ist
VGA-kompatibel. Weitere Forderungen an das Display 16 sind mindestens
sechzehn Graustufen bzw. Farben, ein großer seitlicher Betrachtungswin
kel und eine gute Ablesbarkeit sowohl bei Sonneneinstrahlung als auch
bei Dunkelheit. Auch diese Forderungen lassen sich beispielsweise durch
DC-Plasmadisplays des Standes der Technik erfüllen.
Der Rechnerkern 14 ist weiterhin mit einem wechselbaren Massenspeicher
17 verbunden, der neben einer hohen Kapazität, kurzen Zugriffszeiten und
kleiner Bauweise auch eine hohe Vibrations- und Schockfestigkeit aufwei
sen muß. Die Zugriffszeit liegt im ms-Bereich und die Kapazität bei un
gefähr 200 MByte, damit eine größere Anzahl von Karten gespeichert wer
den können und auch eine gute Auflösung und gute Farbkontraste gewähr
leistet sind. Bisher sind hierfür zwei Lösungsmöglichkeiten gegeben,
nämlich einmal der Einsatz von Flash-Memory Cards und zum andernmal die
Verwendung von CD-ROM′s.
Im erstgenannten Fall sind die Vorteile einer kurzen Zugriffszeit, einer
kleinen Bauweise und einer relativ guten Vibrationsfestigkeit gegeben.
Als Nachteile aber sind die zu kleine Kapazität von 4 bis 8 MByte - even
tuell in absehbarer Zeit bis 16 MByte - und die hohen Medienkosten ent
gegen.
Im Falle der Verwendung von CD-ROM′s fallen sofort die niedrigen Medien
kosten (zwischen DM 50,- und DM 200,-) aber auch die hohe Speicherkapa
zität von bis zu 600 MByte auf. Hiermit ist es beispielsweise möglich,
alle Karten Deutschlands auf einer einzigen CD-ROM zu speichern. Aller
dings fallen hier jedoch die Nachteile ganz besonders ins Gewicht, denn
einmal ist die Zugriffszeit sehr hoch. Ganz besonders aber fällt die ab
solut zu geringe Vibrationsfestigkeit von max. nur 0,2g in Gewicht. Die
Industrie arbeitet hier intensiv an einer Verbesserung, insbesondere im
Hinblick auf die Verwendung in der Kraftfahrzeugelektronik, aber mit ei
ner einigermaßen optimalen Lösung ist in naher Zukunft noch nicht zu
rechnen. Bei der Erfindung wird dieses Problem zu der besprochenen Va
riante durch spezielle vibrationsdämpfende Maßnahmen gelöst.
Eine weitere Kommunikation des Rechnerkerns 14 ist mit dem Bedienelemen
te-Modul 18 gegeben. Das Konzept dieses Moduls beruht auf einem Dialog
mit dem Benutzer über Funktionstasten und einen Slow-Switch. Hierbei
funktioniert dieser Slow-Switch wie die Cursortasten eines Terminals.
Das Interface zum Rechnerkern 14 geschieht über die vorhandene Parallel
schnittstelle. Als weiteres Bedienelement ist der Geräteeinschalter mit
Betriebsanzeige zu nennen, wobei anzuführen ist, daß alle anderen Anzei
gen - beispielsweise die Ergebnisse des Selbsttestes etc. - über das
Display 16 erfolgen.
Letztlich ist noch das Stromversorgungsmodul 19 des Gerätes anzuführen,
das die benötigten Sekundärspannungen aus dem Bordnetz 20 zu erzeugen
hat. Die vorbeschriebenen Elemente und Module sind - wie die Fig. 2 ver
anschaulicht - in einem flachen rechteckigen Gehäuse 10 aus Aluminium
oder metallbedampftem Kunststoff untergebracht. Zwei Ausführungsformen
hierfür sind möglich, einmal ist das Display 16 mit allen anderen Kompo
nenten und Verkabelungen im Gehäuse 10 eingebaut, wobei der Deckel das
Display nur mechanisch schützt und gegebenenfalls noch der Aufbewahrung
der Kabel dient. Durch diese Ausgestaltung ist eine vorteilhafte Kom
paktheit gewährleistet und die Verwendung eines störanfälligen dicken
Kabels zwischen Display und Grundgehäuse kann vermieden werden. Da die
ses Kabel sehr hohe Frequenzen transportieren müßte (ca. 30 MHz Rechteck
parallel auf 5 Leitungen) ist es bei einer Länge von wenigen cm nur in
ECL-Technik mit entsprechender EMV-Problematik realisierbar.
Die zweite Ausführungsform ist aus den Fig. 3 und 4 zu ersehen. Hier ist
der wesentliche Vorteil einer sehr flachen Displayeinheit 16 gegeben,
die - wie dargestellt - die verschiedensten Einbauweisen in das Cockpit
erlaubt. Das Display 16 ist zusammen mit den Bedienelementen 18 geson
dert zusammengefaßt - beispielsweise im abnehmbaren Deckel des Gehäuses
10 und über Kabel mit den Modulen im Restgehäuse verbunden.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich, ist der Rechnerkern 14 mit einer exter
nen Peripherie 15 verbunden, denn für die Eingabe von Benutzerdaten, so
wie für die Flugplanung ist die Eingabe von alphanumerischen Daten unab
dingbar. Hierzu ist eine extern anschließbare Tastatur erforderlich. Als
weitere mögliche Peripherien können Drucker oder ein Floppylaufwerk etc.
angesehen werden.
Das vorbeschriebene Gerät liefert also dem Piloten Informationen für al
le Flugphasen, beginnend bei der Flugplanung, für den An- oder Abflug,
für die Rollbewegungen am Boden und in erster Linie während des Fluges,
wobei diese Informationen jeweils den Erfordernissen für einen Flug nach
Sichtflugregeln (VFR) oder nach Instumentenflugregeln (IFR) angepaßt
sind.
Die benötigten Daten sind auf Wechselspeicher festgehalten, wobei je
weils gesondert die Programmdaten, die Enroutedaten und die Flugplatzda
ten auf eigenen Speichern festgehalten sind. Der Programmdatenspeicher
umfaßt die Daten des jeweiligen Betriebssystems, die benötigte Anwen
dungssoftware und den Nutzer- bzw. Scratchbereich. Die Daten, die die
Information einer ICAO oder Jep.-Karte enthalten, müssen auf einem eige
nen Medium gespeichert sein, ebenfalls die Daten zu möglichst vielen
einzelnen Flug/Landeplätzen. Zur Durchführung der Flugplanung ist tempo
rär der Anschluß eines Keyboards zur Eingabe der alphanumerischen Werte
für die Flugphasenfunktionen erforderlich. Diese beinhalten während des
Fluges - also enroute - die Kartenform, deren Nordausrichtung etc. wobei
die Karte stationär bleibt und die GPS-Position wandert, ferner die Dar
stellung der Flugroute mit der geplanten Flugstrecke, der gegenwärtigen
Position und der zurückgelegten Strecke sowie die Bedien- und internen
Funktionen, wie beispielsweise den Aufruf der Flugplanungsdaten oder das
Laden der benötigten Karte und die Nachführung der GPS-Position usw. Zu
den Flugphasenfunktionen "enroute" gehört weiterhin der Aufruf der De
tailkarte, wobei hier die GPS-Position stationär ist und die Karte wan
dert, die Flugroute jedoch in ihrer geplanten Flugstrecke, der gegenwär
tigen Position und in der zurückgelegten Strecke dargestellt wird. Das
selbe gilt für die Flugphasenfunktionen beim An- oder Abflug und bei den
Rollbewegungen am Boden.
Durch das vorgeschlagene Positions- und Missionsdatengerät ist nun für
die allgemeine Luftfahrt ein Gerät geschaffen worden, das eine unmittel
bare aussagefähige Darstellung aller situativen Flugzustände gewährlei
stet und somit eine optimale Navigationshilfe darstellt.
Claims (10)
1. Positions- und Missionsdatengerät zur Flugnavigations- und Flug
datenverarbeitung mit durch GPS (global positioning satellit system) ge
stütztem Display für Flugzeuge und Hubschrauber der allgemeinen Luft
fahrt, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Datengerät (100) aus einer
in einem gut zugänglichen Gehäuse (10) integrierten modulartig aufgebau
ten Einheit besteht, die sich aus einem GPS-Empfänger (11, 12, 13), ei
nem Rechnerkern (14) zur Bereitstellung der Rechnerleistungen für die
Datenverarbeitung, den Datentransfer und die Datenumsetzung für die Kar
tendarstellung sowie einem Display (16) für die Darstellung alphanumeri
scher und grafischer Karteninformationen, ferner aus einem oder mehreren
wechselbaren Massenspeicher (17) hoher Kapazität, einem Bedienelemente-
Modul (18) und einem Stromversorgungsmodul (19) zusammensetzt und zu
sätzlich zu den im Luftfahrzeug integrierten Navigationseinrichtungen an
gut überschaubarer Stelle im Cockpit montier- und demontierbar mit dem
Bordnetz (20) und einer Antenne (11) für die Satellitensignale ankuppel
bar angeordnet ist.
2. Datengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
GPS-Empfänger sich aus einer in das Flugzeug einbaubaren Antenne (11)
für den Empfang der Satellitensignale, einem Antennenvorverstärker (12)
und einem GPS-Coremodul zusammensetzt.
3. Datengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rechnerkern (14) aus drei an sich bekannten Minimodulen gebildet
wird.
4. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Display (16) LCD-, EL- oder DC-Plasmadisplays einge
setzt werden.
5. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß als wechselbare Massenspeicher (17) sogenannte "Flash-Memory-
Cards" mit Zugriffszeiten im ms-Bereich Verwendung finden.
6. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß als wechselbare Massenspeicher (17) CD-ROM′s mit einer
Speicherkapazität von 400 bis 600 MByte verwendet werden, denen vibra
tionsdämpfende Einrichtungen im Gehäuse (10) zugeordnet sind.
7. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Träger des Display (16) mit mindestens acht Funk
tionstasten versehen ist, die über den Rechnerkern (14) mit dem Bedien
elementemodul (18) verbunden sind.
8. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem Bedienelementemodul (18) zusätzlich ein als Cursor
taste wirkender Slow-Switch zugeordnet ist, der sich auf der auf dem
Display (16) dargestellten Karte bewegt.
9. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Display (16) als Modul mit allen anderen Modulen zu
sammen in dem Gehäuse (10) integriert ist.
10. Datengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Display (16) zusammen mit den Bedienelementen (18) im
abnehmbar konzipierten Gehäusedeckel (10a) integriert ist.
Priority Applications (2)
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