DE4301359A1 - Radarzielsimulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radarzielsimulator für die Fluglotsenausbildung.

Ein wesentlicher Teil der Tätigkeit von Fluglotsen be­ steht darin, den Landeanflug von Flugzeugen auf dem Radarschirm eines Anzeigegerätes zu beobachten und den Sprechverkehr mit dem Piloten zu führen, um das Flug­ zeug in die vorgesehene Anflugbahn zu leiten. Dabei müssen die besonderen Gegebenheiten des Flugplatzes (Flugplatzparameter), Umgebungsvariable (z. B. Wind) sowie auch die Parameter des betreffenden Flugzeugs berücksichtigt wenden. Außerdem müssen in der Nähe befindliche andere Flugzeuge beobachtet werden, um Gefahrensituationen oder Kollisionen zu vermeiden. Fluglotsen müssen, um eine Lizenz zu erhalten bzw. bei­ zubehalten, eine bestimmte Zahl von Anflügen nachwei­ sen. Da das Training häufig nicht im normalen Flugver­ kehr durchgeführt werden kann, werden oftmals spezielle Flüge nur für das Fluglotsentraining durchgeführt, was wegen der hohen Kosten einer Flugstunde sehr teuer ist.

Flugplätze sind zum Leiten des Landeanflugs und von Flugmanövern mit Radargeräten ausgerüstet, die seitlich neben der Landebahn angeordnet sind. Diese Radargeräte sind mit Anzeigegeräten im Anflugkontrollraum verbun­ den. Die Anzeigegeräte zeigen auf einem Bildschirm eine Anfluglinie an, die einem idealen Landeanflug ent­ spricht, welcher auf einem vorbestimmten Weg exakt zum Landepunkt am Anfang der Landebahn führt. Das Radar­ gerät ermittelt Radarziele in vertikalen Ebenen (Eleva­ tion) und horizontalen Ebenen (Azimut), und die Eleva­ tionsebene und die Azimutebene werden an dem Anzeige­ gerät gleichzeitig in verschiedenen Abbildungen ange­ zeigt. Für jede der beiden Ebenen wird gleichzeitig eine Anfluglinie angezeigt, die einem idealen Landean­ flug entspricht. Wenn das Flugzeug auf dem Bildschirm des Anzeigegeräts als Radarziel auftaucht, kann der Fluglotse die Abweichungen der Flugzeugposition von der (idealen) Anfluglinie in Elevation und Azimut beobach­ ten und den Piloten so einweisen, daß das Flugzeug in beiden Ebenen exakt entlang der Anfluglinie fliegt.

Übliche Simulatoren für die Fluglotsenausbildung sind ausschließlich dazu geeignet, Simulationsziele zu er­ zeugen, also künstlich hervorgerufene Radarziele, die die Umgebung des Flugplatzes sowie fliegende Flugzeuge simulieren. An derartigen Simulatoren kann zwar eine Grundausbildung von Fluglotsen erfolgen, jedoch müssen die Fluglotsen danach an einem realen Flugplatz anhand tatsächlich fliegender Flugzeuge geschult werden. Jeder Fluglotse erhält dann auch nur die Genehmigung für den speziellen Flugplatz, an dem er geschult wurde. Die bekannten Flugsimulatoren ermöglichen nicht die Einbe­ ziehung der Verhältnisse eines realen Flugplatzes in das Simulationstraining.

Wesentliche Voraussetzung dafür, daß die tatsächliche Anfluglinie mit der am Bildschirm des Anzeigegerätes angezeigten Anfluglinie übereinstimmt, ist, daß das Radargerät in bezug auf die Landebahn exakt justiert ist. Beispielsweise muß die Vertikalachse des Radarge­ räts, die gleichzeitig die Drehachse darstellt, sehr genau positioniert werden. Auch die Drehung der Radar­ antennen muß in bezug auf das ortsfeste Koordinaten­ system mit hoher Winkelgenauigkeit erfolgen. Bei der Aufstellung von Radargeräten erfolgt eine hochgenaue Justierung der Position des Radargeräts und der ver­ schiedenen Achsen. Eine Abweichung des Rotationswinkels von nur wenigen Zehntelgrad hätte zur Folge, daß die Verlängerung der Achse der Landebahn fehlerhaft be­ stimmt würde. Da die Justierung von Radargeräten mit der Zeit ungenau werden kann, ist eine häufige Über­ prüfung der Justierung erforderlich, wozu hochgenaue Messungen durchgeführt werden müssen. Im Falle der Er­ mittlung von Fehljustierungen und/oder Abweichungen müssen Nachjustierungen erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radar­ zielsimulator für die Fluglotsenausbildung zu schaffen, der die Simulation realitätsnaher Situationen ermög­ licht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Ein wesentliches Merkmal des Radarzielsimulators nach der Erfindung besteht darin, daß an dem Anzeigegerät sowohl die von dem Radargerät ermittelten Echtziele angezeigt werden, als auch die von einem Simulations­ gerät erzeugten Simulationsziele. Die Simulationsziele werden somit gewissermaßen künstlich in den Inhalt des Radarbildes eingeblendet und diesem überlagert. Das Radargerät zeigt alle Echtziele in der Umgebung des Flugplatzes an, also außer Flugzeugen auch Gebäude, Hochspannungsmasten u. dgl., so daß der Fluglotse eine realitätsnahe Darstellung der tatsächlichen Verhält­ nisse auf dem Bildschirm erhält. Von dem Simulations­ gerät werden Flugzeuge als Simulationsziele eingeblen­ det. Während der Fluglotse oder Schüler nur das Anzei­ gegerät sieht, wird das Simulationsgerät, das normaler­ weise in einem separaten Raum aufgestellt ist, von dem Instruktor bedient. Der Instruktor gibt in das Simula­ tionsgerät Parameter ein, die sich auf ein oder mehrere Flugzeuge beziehen und die beispielsweise den Flugzeug­ typ, die Flugrichtung, die Fluggeschwindigkeit, die Steig- oder Sinkrate betreffen. Auch andere Parameter können eingegeben werden, wie beispielsweise Windstärke und Windrichtung oder Windgeschwindigkeiten in unter­ schiedlichen Höhen. Das Simulationsgerät bewirkt eine fortlaufende Bewegung der Simulationsziele entsprechend den vom Instruktor eingegebenen Parametern. Der Flug­ lotse sieht am Anzeigegerät sowohl die Echtziele, als auch die Simulationsziele. Er nimmt also den tatsächli­ chen Flugverkehr ebenso wahr wie die sich bewegenden Simulationsziele. Der Instruktor übernimmt ferner die Rolle des Piloten eines einem Simulationsziel entspre­ chenden Flugzeugs. Er steht in Funksprechverkehr mit dem Schüler, der Anweisungen gibt, wie das Simulations­ ziel zu steuern ist, und verändert die Parameter, z. B. die Sinkrate und die Fluggeschwindigkeit oder die Flug­ richtung, entsprechend den Anweisungen des Schülers. Dabei können sämtliche Signale, sowohl der Echtziele, als auch der Simulationsziele, und ihre zeitlichen Ver­ änderungen aufgezeichnet werden, zusammen mit dem Sprechverkehr zwischen Instruktor und Schüler, so daß eine anschließende Diskussion etwaiger Fehler oder kri­ tischer Situationen erfolgen kann.

Das Zusammenwirken von Simulationsgerät und Radargerät setzt voraus, daß die Koordinatensysteme dieser beiden Geräte einander angepaßt sind bzw. in einer vorbestimm­ ten Beziehung zueinander stehen. Das Koordinatensystem des Radargeräts ist wiederum in bezug auf das ortsfeste Koordinatensystem der Flugplatzumgebung in vorbestimm­ ter Weise ausgerichtet. Wenn, z. B. aus Gründen einer fehlerhaften Mechanik, im Laufe der Zeit Fehlausrich­ tungen am Radargerät auftreten, nimmt das Koordinaten­ system des Radargeräts in bezug auf das ortsfeste Ko­ ordinatensystem eine Abweichung an. Dagegen bleibt die Beziehung zwischen dem Koordinatensystem des Simula­ tionsgeräts und dem ursprünglich richtig eingestellten Koordinatensystem des Radargeräts erhalten. Dieser Um­ stand wird in Weiterbildung der Erfindung ausgenutzt, um die Justierung des Radargeräts zu überprüfen. Hierzu wird am Simulationsgerät ein idealer Landeanflug simu­ liert, und am Anzeigegerät wird festgestellt, ob das betreffende Simulationsziel, das den Landeanflug aus­ führt, sich entlang der vom Anzeigegerät angezeigten Anfluglinie bewegt. Wenn sich das Simulationsziel ent­ lang der Anfluglinie bewegt, ist die Justierung des Radargerätes korrekt. Treten dagegen Abweichungen auf, so hat sich die Justierung gegenüber dem ursprünglich eingestellten Zustand verändert und es ist eine Nach­ justierung erforderlich. Auch diese Nachjustierung kann unter Zuhilfenahme des Simulationsgerätes durchgeführt werden.

Mit der Kombination von Simulationsgerät, Radar-, Sende- und Empfangsgerät und Anzeigegerät kann somit in kürzester Zeit und ohne Feldmessungen eine Überprüfung der Justierung des Radargeräts erfolgen. Dadurch wird der Aufwand für die Überwachung des Radargerätes unter Zuhilfenahme des Simulationsgerätes wesentlich redu­ ziert.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Radarziel­ simulators,

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Radarzielsimulators,

Fig. 3 eine Azimutdarstellung der Landebahn mit dem Radargerät,

Fig. 4 eine Elevationsdarstellung der Anflugbahn ent­ lang der Linie IV-IV von Fig. 3,

Fig. 5 eine Darstellung der Bildschirmanzeige des Anzeigegerätes und

Fig. 6 eine von mehreren Bildschirmdarstellungen auf dem Bildschirm des Simulationsgerätes.

Gemäß Fig. 1 weist der Radarzielsimulator ein Radar­ gerät 10 bekannter Bauart auf, das nahe der Landebahn eines Flugplatzes installiert ist. Das Radargerät 10 ist mit einem auf justierbaren Füßen 11 stehenden Ge­ häuse 12 versehen, das die elektrischen Komponenten enthält. Eine horizontale Parabolantenne 14 und eine vertikale Parabolantenne 15 senden jeweils gebündelte Radarstrahlen aus und empfangen deren Reflektionen. Die Antennen 14 und 15 sind um vertikale bzw. horizontale Schwenkachsen durch Antriebe schwenkbar.

Das Radargerät 10 ist mit einer Verbindungseinheit 16 verbunden, welche ihrerseits mit dem Anzeigegerät 17 und mit dem Simulationsgerät 18 verbunden ist. Das Anzeigegerät 17 ist ein üblicher Fluglotsenplatz mit einem Bildschirm 19, an dem die Signale des Radargeräts 10 angezeigt werden. Das Anzeigegerät 17 wird von dem Schüler beobachtet, der über Funkkontakt in Verbindung mit dem Instruktor steht.

Der Instruktor sitzt an dem Simulationsgerät 18, das entfernt von dem Anzeigegerät 17 in einem separaten Raum aufgestellt ist. Das Simulationsgerät 18 besteht aus einem Computer 20 mit Bildschirm 21, Tastatur 22 und Maus 23. Der Computer 20 ist ein handelsüblicher PC, der umgerüstet wurde, um Simulationsziele erzeugen zu können. Er enthält eine Flugzeugbibliothek, in der die Parameter verschiedener Flugzeugtypen gespeichert sind, beispielsweise maximale und minimale Flugge­ schwindigkeit, maximale Steigrate u. dgl. Der Instruk­ tor kann bis zu vier Simulationsziele, die er aus den verfügbaren Flugzeugtypen auswählen kann, in das Radar­ bild einblenden.

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der Anlage. Das Radar­ gerät 10 liefert über eine Leitung 25 Synchronisier­ signale an das Anzeigegerät 17 und die Verbindungsein­ heit 16. Diese Synchronisiersignale betreffen die Dre­ hung der Antennen 14,15 und sie geben unter anderem den jeweiligen Drehwinkel der Antennen an. Ferner liefert das Radargerät 10 über eine Leitung 26 Triggersignale und über eine Leitung 27 Videosignale der erkannten Echtziele an die Verbindungseinheit 16. Die Verbin­ dungseinheit 16 empfängt von der Simulationseinheit 20 Signale der Simulationsziele und liefert über Leitung 28 Videosignale und über Leitung 29 Triggersignale an das Anzeigegerät 17. Die Doppelpfeile an den Leitungen 28 und 29 zeigen an, daß diese Leitungen sowohl die Signale der Leitungen 26 und 27 an das Anzeigegerät 17 liefern, als auch die diesen Signalen überlagerten Simulationssignale, die vom Simulationsgerät 20 erzeugt wurden.

Der Radarzielsimulator ermöglicht eine erste Betriebs­ art "Nur-Simulation", bei der über Leitung 25 die Syn­ chronisiersignale vom Radargerät an das Anzeigegerät übertragen werden, jedoch keine Triggersignale und keine Videosignale über die Leitungen 26 und 27. Am Anzeigegerät 17 werden dann nur die von dem Simula­ tionsgerät 20 erzeugten Simulationsziele angezeigt. In einer zweiten Betriebsart "Echtziele mit überlagerter Simulation" werden auch die Videosignale und die Triggersignale vom Radargerät 10 an die Verbindungs­ einheit 16 übertragen, und in dieser werden den genann­ ten Signalen die Simulationssignale des Simulations­ geräts 20 überlagert, so daß am Anzeigegerät 17 die Echtziele und die Simulationsziele angezeigt werden.

Weiterhin ist eine dritte Betriebsart möglich, in der das Simulationsgerät 20 keine Simulationssignale lie­ fert, so daß nur die Echtsignale des Radargeräts 10 zu dem Anzeigegerät 17 übertragen werden. Am Simulations­ gerät 20 oder an der Verbindungseinheit 16 wird die normale (dritte) Betriebsart des Radargerätes wirksam, so daß zu keinem Zeitpunkt Informationen des Radarge­ räts verloren gehen.

Fig. 3 zeigt eine Azimutdarstellung einer Landebahn 30 mit dem vorgesehenen Auftreffpunkt 31. Seitlich neben der Landebahn 30 ist das Radargerät 10 aufgestellt. Der Landeanflug muß in Richtung der Längsmittelachse 32 der Landebahn erfolgen.

Fig. 4 zeigt die Anflugbahn 33 in der Vertikalebene der Mittelachse 32. Da das Radargerät 10 gegenüber dieser Vertikalebene seitlich versetzt ist, muß bei der An­ zeige der Anfluglinie am Anzeigegerät eine Umrechnung vorgenommen werden.

In Fig. 5 ist ein Beispiel für die Anzeige am Bild­ schirm 19 des Anzeigegeräts 17 dargestellt. Die obere Darstellung A zeigt die Elevation. Die der Anflugbahn 33 von Fig. 4 entsprechende Anfluglinie 34 wird vom Anzeigegerät in das vom Radargerät gelieferte Bild ein­ geblendet. Ferner wird die Anfluglinie 35 im Azimut eingeblendet. Beide Anfluglinien 34 und 35 sind para­ belförmig, weil der Abstand vom Radargerät 10 lineari­ siert ist, d. h. äquidistante Abstandsmarken 36 erzeugt werden, die jeweils einem vorbestimmten Abstand des Radarziels vom Auftreffpunkt 31 entsprechen. Obwohl die Flugbahn 33 linear ist, werden die Anfluglinien 34, 35 durch das Anzeigegerät gekrümmt wiedergegeben.

Das Anzeigegerät zeigt Echtziele 37 an, die vom Radar­ gerät 10 aufgenommen werden und bei denen es sich bei­ spielsweise um Gebäude in der Nähe des Flugplatzes han­ delt. Ferner werden vom Radargerät Flugzeuge, die tat­ sächlich in der Luft fliegen, als Echtziele erkannt und auf dem Bildschirm in Elevation und Azimut abgebildet.

Ein im Landeanflug befindliches Flugzeug muß sich auf dem Radarschirm exakt entlang der Fluglinien 34, 35 be­ wegen. In Fig. 5 ist ein Simulationsziel dargestellt, das vom Simulationsgerät 20 erzeugt worden ist und das in Elevationsdarstellung A als Lichtpunkt 38a und in Azimutdarstellung B als Lichtpunkt 38b erscheint. Der Lichtpunkt 38a befindet sich unter der Anfluglinie 34, was bedeutet, daß das Flugzeug eine zu geringe Höhe hat. Der Lichtpunkt 38b befindet sich genau auf der Anfluglinie 35, was bedeutet, daß die Anflugrichtung korrekt ist. Der an Anzeigegerät 17 sitzende Fluglotse muß den Piloten anweisen, die Flughöhe zu vergrößern. Am Radarschirm erscheint das Simulationsziel in glei­ cher Weise wie ein Echtziel, so daß es von einem Echt­ ziel optisch nicht unterscheidbar ist.

Fig. 5 zeigt eine der möglichen Bildschirmdarstellun­ gen, die der Instruktor an dem Bildschirm 21 des Simu­ lationsgerätes erzeugen kann. In einer oberen Darstel­ lung 21a sind die wesentlichen Anzeigen dargestellt, über die der Pilot im Cockpit des Flugzeugs verfügt, wie Flughöhe, Fluggeschwindigkeit, Steig- bzw. Sink­ geschwindigkeit, Kurvengeschwindigkeit und Flugrich­ tung. Diese Parameter können vom Instruktor durch Bedienung der Tastatur 22 und/oder der Maus 23 als Folge der vom Schüler gegebenen Anweisungen verändert werden.

Ein zweites Anzeigefeld 21b auf dem Bildschirm 21 ent­ hält eine graphische Anzeige 40 der Elevation und eine graphische Anzeige 41 des Azimut, jeweils in der Ebene der Anflugbahn, wobei die Anfluglinie mit 41 bzw. 42 bezeichnet ist. Die Anfluglinien sind hierbei lineari­ siert. Der Instruktor sieht in der Anzeige 40 den Lichtpunkt 43a des Simulationsziel in Elevation und in der Anzeige 41 den Lichtpunkt 43b des Simulationsziels im Azimut. Die vorhergehenden Positionen des Simula­ tionsziels werden ebenfalls (weniger stark leuchtend) angezeigt, so daß der bisherige Anflugweg verfolgt werden kann. Sämtliche Daten des Anflugweges des Simu­ lationsziels und auch der Echtziele werden gespeichert, so daß sie später zur Nachbesprechung abgerufen werden können. In gleicher Weise wird auch der Sprechverkehr zwischen Schüler und Instruktor gespeichert.

Das Feld 21b enthält ferner eine Anzeige 44 der Lande­ bahn 30 in Draufsicht mit dem sich annähernden Simula­ tionsziel 43.

Bei der Inbetriebnahme des Systems wird zunächst das Radargerät 10 in bezug auf die Landebahn 30 exakt justiert, so daß die Anfluglinien 34 und 35 (Fig. 5) festgelegt werden können. Dann wird das Simulations­ gerät 20 so eingestellt, daß ein Ziel, das sich entlang der Anfluglinien 34 und 35 bewegt, sich auch im Simula­ tionsgerät exakt entlang der Anfluglinien 41 und 42 bewegt. Diese Justierungen bedeuten, daß das Radargerät in eine definierte Orientierung zu einem ortsfesten Koordinatensystem des Flugplatzes gebracht wird. Das Simulationsgerät kann entsprechend dem ortsfesten Koor­ dinatensystem programmiert werden.

Neben den beschriebenen Ausbildungsmöglichkeiten kann der Radarzielsimulator dazu benutzt werden, die exakte Justierung des Radargeräts 10 von Zeit zu Zeit zu über­ prüfen. Hierbei wird am Simulationsgerät 18 ein Flug­ zeug simuliert, das einen exakten Anflug entlang der Anfluglinien 41 und 42 durchführt. Bei diesem simu­ lierten Anflug wird der Bildschirm 19 des Anzeigegeräts 17 beobachtet und es wird festgestellt, ob die Leucht­ punkte 38a und 38b entlang der gespeicherten Anflug­ linien 34 und 35 verlaufen. Werden Abweichungen fest­ gestellt, dann ist eine Nachjustierung des Radargeräts 10 erforderlich.

Claims (4)

1. Radarzielsimulator für die Fluglotsenausbildung mit einem Radargerät (10), das den Anflugbereich einer Landebahn (30) erfaßt, einem Anzeigegerät (17) zur Anzeige der von dem Radargerät (10) er­ kannten Echtziele und zur Erzeugung einer einem idealen Landeanflug entsprechenden Anfluglinie (34, 35) und einem Simulationsgerät (18) zur Er­ zeugung von sich zeitlich fortlaufend bewegenden Simulationszielen in Abhängigkeit von eingegebenen Flugparametern eines simulierten Flugzeugs, wobei die vom Radargerät (10) erkannten Echtziele und die Simulationsziele gemeinsam an dem Anzeigegerät (17) anzeigbar sind.

2. Radarzielsimulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung des Simulationsgeräts (18) zur Überprüfung der Justierung des Radargeräts (10) durch Simulation eines einen idealen Landeanflug fliegenden Flugzeugs und Feststellung von Abwei­ chungen des Simulationsziels von der am Anzeige­ gerät (17) angezeigten Anfluglinie (34, 35).

3. Radarzielsimulator nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch eine das Simulationsgerät (18) mit dem Radargerät (10) und dem Anzeigegerät (17) ver­ bindende Verbindungseinheit (16), die die Signale der von dem Simulationsgerät (18) erzeugten Simu­ lationsziele und der von dem Radargerät (10) er­ kannten Echtziele überlagert und zwischen einer ersten Betriebsart "Nur-Simualtion" und einer zweiten Betriebsart "Echtziele mit überlagerter Simulation" umschaltbar ist, wobei bei der ersten Betriebsart nur die Videosignale des Radargerätes (10) unterdrückt, die Synchronisiersignale jedoch an das Anzeigegerät (17) geliefert werden.

4. Radarzielsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Simulationsge­ rät (18) eine Anfluglinie (41, 42) gespeichert ent­ hält und eine Anzeige für die Anfluglinie und die Radarziele aufweist.