DE4304561A1 - Device for preventing aircraft from accidentally coming into contact with the ground and obstructions in the close vicinity of airports - Google Patents

Device for preventing aircraft from accidentally coming into contact with the ground and obstructions in the close vicinity of airports

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DE4304561A1 DE19934304561 DE4304561A DE4304561A1 DE 4304561 A1 DE4304561 A1 DE 4304561A1 DE 19934304561 DE19934304561 DE 19934304561 DE 4304561 A DE4304561 A DE 4304561A DE 4304561 A1 DE4304561 A1 DE 4304561A1
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Abstract

The invention relates to a device for preventing aircraft accidentally coming into contact with the ground and obstructions in the close vicinity of airports, the navigation electronics and flight-control electronics additionally being assigned a data-processing apparatus in which digital data on the terrain structure and obstructions in the region of the destination airport or departure airport are stored, and the flight path is extrapolated in the direction of flight and examined with the relevant data in order to detect conflict situations. A warning with an obstruction statement is displayed automatically in the event of danger. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Verhinderung von un gewollten Boden- und Hindernisberührungen für Flugzeuge im Nahbereich von Flughäfen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a device for prevention of unwanted soil and un obstacle touches for aircraft in the vicinity of airports according to the preamble of claim 1.

Im Flughafennahbereich ist aufgrund der geringen Flughöhe über Grund im mer die Gefahr von ungewollten Berührungen mit dem Boden oder Hindernis sen gegeben, besonders bei schlechten Wetter- und Sichtbedingungen oder in Notsituationen, wie beispielsweise Triebwerksausfall oder gefährliche Fallwinde. In the vicinity of airports, the risk of accidental contact with the ground or an obstacle sen is because of the low altitude above ground in mer given, especially in bad weather and visibility conditions or emergency situations such as engine failure or dangerous downdrafts. Die bisherigen Ground Proximity Warning Systeme basieren auf dem Prinzip der Radar-Altimeter-Messung, berücksichtigen aber nicht die Topographie. The previous Ground Proximity Warning Systems are based on the principle of radar altimeter measurement, but does not take into account the topography. Erhebungen erbrachten, daß die Anzahl der durch unkontrol lierten Bodenkontakt verursachten Unfälle erheblich höher liegt, als an genommen. Protrusions provided that the number of accidents caused by unkontrol profiled ground contact is significantly higher than taken at.

Die bisher bekannten Instrumenten- und Mikrowellenlandesysteme unter stützen die Flugzeugführung im Luftraum, vor der Schwelle bei Anflug und Landung, längs der Start- und Landebahn beim Rollen, zum Durchstarten und Starten. The previously known instruments and microwave landing systems under support the piloting in the air space, at the threshold during approach and landing, along the runway while taxiing, for start-ups and starting. Im Nahbereich des Flughafens ist aber neben einer zuverläs sigen Positionsbestimmung besonders die Kenntnis über das zu überflie gende Gelände und dessen Topographie von entscheidender Bedeutung für die Vermeidung ungewollter Bodenberührungen. In the vicinity of the airport, but is next to a reliabil sigen positioning especially the knowledge of the terrain to überflie constricting and its topography is crucial for avoiding unwanted ground contact.

Für die Navigation stehen neben den bordautonomen Navigationssystemen und Funknavigationsanlagen besonders das Satellitennavigationsverfahren GPS (global positioning system) zur Verfügung. For navigation especially satellite navigation method GPS (global positioning system) stand next to the board autonomous navigation systems and radio navigation aids available. Dieses GPS liefert unter allen Wetterbedingungen dem Nutzer eine hochgenaue Position und Ge schwindigkeit sowie ein Zeitnormal. This GPS provides all weather conditions the user a highly accurate position and Ge speed and a time standard. Dieses System steht weltweit jederzeit einer unbegrenzten Anzahl von Benutzern zur Verfügung. This system is available worldwide at any time an unlimited number of users. Es besteht aus einem Verbund von 21 Satelliten plus 3 inaktiven Reservesatelliten. It consists of a network of 21 satellites plus 3 spare satellites inactive. Auf sechs unterschiedlichen Bahnebenen umkreisen diese Satelliten in ei ner Höhe von 20.000 km die Erde in 12 Stunden. On six different orbital planes, these satellites orbit in egg ner height of 20,000 kilometers the earth in 12 hours. Von den Satelliten werden unter anderem Bahndaten, Statusinformationen und Zeitnormal laufend aus gesandt. From the satellites, among other orbital data, status information and time standard are continuously sent out. Die Nutzer bestimmen ihre Position durch Laufzeitmessung, wobei für eine dreidimensionale Positionsbestimmung mindestens vier Satelliten vom Nutzer "sichtbar" sein müssen. The users determine their position by transit time measurement, with at least four satellites by the user must be "visible" for three-dimensional positioning.

Auf dem militärischen Sektor wurde das TRN-Verfahren (terrain referenced navigation) entwickelt. In the military sector, the TRN process (terrain referenced navigation) was developed. Damit ist die Voraussetzung für die flugzeugseitige Speicherung großer Mengen digital abgespeicherter Geländedaten geschaffen worden. The condition for the aircraft-side storage of large amounts of stored digital terrain data has been created. Hierbei wird entlang der vom Flugzeug geflogenen Strecke durch kontinuierliche Höhenmessung das Gelände-Höhenprofil der überflogenen Spur abgetastet und wertmäßig gespeichert. Here, along the path flown by the aircraft sensed by continuous measurement of the height profile of the terrain height overflown track and value stored. Dabei wird das aktuelle Geländehöhenprofil aus der Differenz der Referenzhöhe und der Höhe über Grund (Radar Altimeter) berechnet. In this case, the current terrain height profile from the difference between the reference height and the height above ground (Radar Altimeter) is calculated. Nach dem Prinzip des topo graphischen Geländemerkmalvergleichs erfolgt die Positionsbestimmung über eine zweidimensionale kontinuierliche Korrelation zwischen gemesse nem Höhenprofil und einem im Geländespeicher abgelegten digitalisierten Geländeabschnitt. According to the principle of the topo graphical terrain feature comparison, the two-dimensional position determination on a continuous correlation between nem precisely measured height profile and a stored in the area storage portion digitized site occurs. Das Ergebnis ist bei Übereinstimmung zwischen gemesse ner und gespeicherter Topographie eine zweidimensionale Ortsbestimmung (geographische Länge und Breite). The result is in agreement between ner precisely measured and stored topography a two-dimensional position determination (latitude and longitude). Aus der so gewonnenen Horizontalposi tion wird unter Verwendung der Geländehöhe und der Radarhöhe die Flug zeughöhe über einem Referenzniveau bestimmt. From the thus obtained horizontal posi tion is determined over a reference level using the terrain elevation and the radar altitude flight generating altitude. Mit der genauen Kenntnis des zu überfliegenden Geländes bzw. der zu erwartenden Hindernisse aus der Datenbasis berechnet das TRN-System die vertikalen Flugführungskom mandos. With precise knowledge of the terrain to be overflown or the obstacles to be expected from the data base, the TRN-system calculates the vertical mandos Flugführungskom.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine einfache, zuverlässige und gut sicht- und überschaubare Überwachung für ungewollte Boden- und Hindernisberührung im Fluge der Flugzeugführung bereitstellt. The present invention is based on the object to provide a device of the type mentioned, which provides a simple, reliable and easily visible and manageable monitoring for unwanted soil and surface obstacles in flight piloting.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge löst. This object is achieved by the features indicated in claim 1. measures ge. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel erläutert. In the dependent claims embodiments and further developments are indicated in the following description and is an embodiment explained. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. The drawings supplement these explanations. Es zeigt It shows

Fig. 1 ein Schaubild eines "Ground Proximity Warnings" mit Basisnaviga tionsdaten und relevanter bedrohender Geländestruktur mit Kar tenausrichtung vorgegeben durch die Flugzeugausrichtung, Fig. 1 a diagram of a data tion "Ground Proximity Warnings" with Basisnaviga and relevant threatening terrain structure with Kar tenausrichtung defined by the plane orientation,

Fig. 2 ein Schaubild eines "Ground Proximity Warnings" mit Konturkarte und Kartenausrichtung nach Norden, Fig. 2 is a diagram of a "Ground Proximity Warnings" with contour map and map orientation to the north,

Fig. 3 ein Blockschaltbild der beschriebenen Einrichtung zur Verhinde rung ungewollter Boden- und Hindernisberührungen in einem Aus führungsbeipiel. Fig. 3 is a block diagram of the device for Verhinde tion unwanted soil and obstacle touches in an off-described guide Example.

In modernen Verkehrsflugzeugen sind heute schon Navigations- und Kommu nikationsdaten in digital abgespeicherter Form verfügbar. In modern commercial aircraft today navigation and communications are nikationsdaten available in digital form of stored. Durch zusätz lichen Einbau eines datenverarbeitenden Gerätes können Geländedaten - bestehend aus reinen Höhendaten und Kulturdaten, die luftrelevante Be bauungen beinhalten - ebenfalls im Flugzeug verfügbar gemacht werden. By zusätz enabling future installation of a data processing device terrain data - consisting of pure elevation data and culture data including bauungen the air relevant Be - be made available also on the plane. Da sich in der zivilen Luftfahrt der Reiseflug in großer Höhe vollzieht, ist es ausreichend, daß Geländedaten nur für die nähere Umgebung des Flughafens benötigt werden, da auch nur da die Gefahr einer ungewollten Bodenberührung gegeben ist. As accomplished in civil aviation cruising at high altitude, it is sufficient that terrain data are only needed in the near vicinity of the airport, since even as the risk of accidental contact with the ground is given.

Digitale Geländedaten sind bereits in vielen Strukturen vorhanden und nutzbar und so ist es nahezu problemlos, von den weltweit etwa 300 Flug häfen digitale Karten zu erstellen, die in das zusätzliche datenverarbeitende Gerät leicht auswechselbar positioniert werden können. Digital terrain data are available and can even be used in many structures and so it is almost easily, harbors of the world's approximately 300 flight to create digital maps that can be easily replaced positioned in the additional data processing unit. Wird das Gelände mit einem quadratischen Punktabstand von ca. 100 m aufgelöst und werden alle relevanten Hindernisdaten berücksichtigt, so wird - wie Un tersuchungen ergeben haben - für einen Bereich von 50 km Radius um einen Flugplatz, ein Speicherplatzbedarf von ca. 0,5 MByte benötigt. a memory space requirement of about 0.5 MB for a range of 50 km radius of an airfield, required - is the terrain dissolved with a square dot pitch of about 100 m and all relevant obstacle data are taken into account, - as Un investigations have shown , Bei den erwähnten weltweit 300 Flugplätzen ist somit technisch der Speicher platzbedarf in einem einzigen datenverarbeitenden Gerät ausreichend. At the mentioned 300 world airports memory is thus technically adequate space requirements in a single data processing device.

Das in Fig. 3 skizzierte Ausführungsbeispiel veranschaulicht, daß der bordeigenen Navigations- und Flugsteuerungselektronik, die neben den Leistungsdaten des Flugzeuges die exakt genaue jeweilige Position des Flugzeugs in digitaler Form zur Verfügung stellt, ein zusätzliches datenverarbeitendes Gerät zugeordnet wird, in dem der Flugweg extrapoliert und kontinuierlich mit dem vorausliegenden Gelände bzw. den zu erwarten den Hindernissen aus seiner Datenbasis verglichen. The approach presented in Fig. 3 embodiment illustrates that, is assigned to the on-board navigation and flight control electronics, which provides exactly the exact current position of the aircraft in addition to the performance of the aircraft in digital form, an additional data-processing equipment in which extrapolates the flight path and continuously compared with the terrain ahead and the expected obstacles from its database. Entsprechend der ak tuellen Position und der Flugrichtung wird im datenverarbeitenden Gerät die relevante Geländestruktur aus der Datenbasis selektiert und mit ei ner Sicherheitsmindesthöhe beaufschlagt. According to the ak tual position and the direction of flight, the relevant terrain structure is selected from the database and applied to ei ner minimum safe altitude in the data processing device. Schneidet der extrapolierte Flugweg die Geländesicherheitshöhenmindestfläche - also Geländehöhe + Sicherheitsmindesthöhe - so wird vom Gerät eine Warnung durch Darstel lung auf einem Display im Cockpit gegeben, die auch gleichzeitig aku stisch hörbar verstärkt werden kann (Ground Proximity Warning). the extrapolated flight path intersects the terrain safe altitude minimum area - so ground level + minimum safety level - a warning by depicting development is given on a display in the cockpit by the device, which can be enhanced cally audible simultaneously aku (Ground Proximity Warning).

Anwahl und Darstellung können den Bedürfnissen der Nutzer angepaßt rea lisiert werden. Selection and display can be adapted to the needs of users rea lisiert. Die Fig. 1 und 2 zeigen Ausführungsbeispiele solcher Darstellungen zusammen mit den Basisnavigationsdaten, wobei das Gelände längs des vorausbestimmten Flugweges mit Darstellung desselben und des kritischen Bereichs angezeigt sind. Figs. 1 and 2 show embodiments of such representations, together with the basic navigation data, the terrain of the same along the predetermined flight path with presentation and are shown of the critical region. Die Anzeige kann je nach bordeigenem Display farbig sein, wobei die kritischen Bereiche durch ein leuchtendes Rot gekennzeichnet sind. The display may be colored depending on its own on-board display, said critical areas are identified by a bright red.

Dieses datenverarbeitende Gerät leitet auch bei Unterschreitung der Si cherheitsminima geeignete Maßnahmen in der Flugsteuerung wie beispiels weise eine Erhöhung der Steigleistung oder ein seitliches Ausweichen vom geplanten Flugpfad ein, um die Gefahr einer Boden- bzw. Hinderniskollision zu vermeiden. This data processing device also runs at below the Si cherheitsminima appropriate measures in the flight control system as example, increasing the climb rate or a lateral deflection from the intended flight path to avoid the risk of a floor or barrier collision. Die dazu erforderlichen Ausweichmanöver etc. werden vom Gerät berechnet und in geeigneter Form auf dem Cockpit-Display dar gestellt. The avoidance maneuver required to be provided, etc. calculated by the instrument and is in a suitable form on the cockpit display.

Die Datenbasis des vorgeschlagenen zusätzlichen Geräts kann auch eine andere Streckenführung - beispielsweise wenn Nebel oder sonstige schlechte Wetterbedingungen beim vorgesehenen Zielflughafen vorliegen - vorschlagen, beispielsweise zum nächstgelegenen Verkehrsflughafen oder einen sicheren Platz für eine Außenlandung. The database of the proposed additional device may also have a different route - for example, when fog or other bad weather conditions exist at the intended destination airport - suggest, for example, to the nearest commercial airport or a safe place of landing. Aufgrund der guten Positi onskenntnis und der Leistungsparameter (maximale/minimale Sinkrate) des Flugzeugs, wird die digitale Datenbasis des datenverarbeitenden Geräts nach geeigneten Notlandefeldern, die im Aktionsradius des Flugzeugs lie gen, untersucht. Due to the good Positi onskenntnis and the performance parameters (maximum / minimum sink rate) of the aircraft, the digital data base of the data processing device is for suitable Notlandefeldern, the gene in the action radius of the aircraft lie examined. Für die Auswahl werden sowohl die Geländedaten, die Aufschluß über die Geländestruktur geben, als auch die Kulturdaten, die Aufschluß über Bebauung, Bewuchs und Oberflächenbeschaffenheit geben, berücksichtigt und graphisch im Cockpit-Display dargestellt zusammen mit einem Vorschlag des Anflugweges und des Notlandefeldes. For the selection of both the terrain data which provide information about the site structure, and the cultural data which provide information on buildings, vegetation and surface characteristics, considered and represented graphically in the cockpit display, a proposal the approach path and Notlandefeldes.

Vorzugsweise erfolgt die Darstellung aller Informationen im Cockpit auf einem farbigen Display, wobei die momentanen Positionen des Flugzeugs auf der Basis einer digitalen Karte des Flughafennahbereichs exakt dar gestellt werden. Preferably, the representation of all information in the cockpit on a colored display is effected, the current positions of the aircraft on the basis of a digital map of the airport near region are provided illustrate exactly. Allgemein werden neben den Basisnavigationsdaten nur die für die Flugzeugführung relevanten Geländedaten dargestellt und nur im Konfliktfall erfolgt eine Darstellung der vorbeschriebenen Warn- und Situationsdaten. General represented only relevant for piloting terrain data in addition to the basic navigation data and is only in case of conflict a representation of the above warning and situation data. Die digitale Karte(n) im datenverarbeitenden Gerät kön nen eine Ausrichtung nach Norden aufweisen, oder ein solche, die durch die Flugzeugausrichtung (Track up) vorgegeben ist und eine Vergrößerung und Verkleinerung des Darstellungsbereiches - also Möglichkeit einer Maßstabsänderung - aufweisen. The digital map (s) in the data-processing device Kgs NEN have an orientation to the north, or those represented by the airplane alignment (Track up) is predetermined and enlargement and reduction of the display area - ie possibility of a change in scale - have.

Wie vorstehend ausgeführt, wird der Flugzeugführung mit der beschriebe nen Einrichtung eine zusätzliche Informationsquelle über die Geländege staltung in Flugplatznähe zur Verfügung gestellt, automatisch und recht zeitig eine Warnung gegeben, wenn die Gefahr einer ungewollten Bodenbe rührung möglich ist und gleichzeitig hierzu Vorschläge für die Behebung der Gefahrensituation. As stated above, piloting the-described nen device is an additional source of information on Geländege staltung provided automatically and in good time given a warning when the risk of an unwanted Bodenbe is possible emotion and at the same time by taking forward proposals to remedy in the vicinity of airfields dangerous situation.

Claims (6)

  1. 1. Einrichtung zur Verhinderung von ungewollten Boden- und Hindernis berührungen für Flugzeuge im Nahbereich von Flughäfen wobei die bordeigene Navigations- und Flugsteuerungselektronik zur Positionsbestimmung auf ein GPS (global positioning system) gestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der bordeigenen Navigations- und Flugsteuerungselektronik ein zusätz liches datenverarbeitendes Gerät zugeordnet ist, in dem die Geländestruk tur des Flugweges entsprechend der aktuellen Position und Flugrichtung in der Umgebung des jeweils anzufliegenden Flughafens mit der relevanten Ge ländestruktur aus der Datenbasis des Gerätes selektiert wird, wobei der Flugweg mit Hilfe der Leistungsdaten des Flugzeuges während des An- und Abfluges in Echtzeit extrapoliert wird, und die einzelnen Werte automa tisch mit einem Sicherheitsmindesthöhenwert beaufschlagt werden und bei einem Unterschreiten des beaufschlagten Wertes unmittelbar ein Warnsignal mit gegebener Gefahren-Situation im Cockpit-Di 1. A device for preventing unwanted soil and obstacle touches for aircraft in the vicinity of airports wherein the on-board navigation and flight control electronics on a GPS for position determination is based (global positioning system), characterized in that the on-board navigation and flight control electronics a zusätz is associated with pending data-processing device, in which the terrain structural structure of the flight path according to the current position and heading in the vicinity of each to flying airport with the relevant Ge terrain structure from the database of the device selected is, with the flight path with the aid of the performance of the aircraft during the arrival and flying out is extrapolated in real time, and the individual values ​​are automati cally charged with a minimum safe altitude value and a falling below the value directly applied a warning signal of a given hazard situation in the cockpit-di splay angezeigt wird. splay appears.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Cockpit-Display nur im akuten Gefahrenfall die Warnsignale anzeigt und zu sätzlich gleichzeitig eine akustische Signaleinrichtung aktiviert. 2. Device according to claim 1, characterized in that the cockpit display indicates the warning signals only in the acute case of danger, and activates an acoustic signal device to additionally simultaneously.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das datenverarbeitende System im Gefahrenfall nach den Warnsignal-Anzeigen auch Daten und Maßnahmen für Ausweichmanöver, Streckenführungsänderungen oder Notlandeflächen berechnet und auf dem Display anzeigt. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the data processing system calculates in case of danger according to the warning signal also displays data and measures for avoidance maneuver, routing changes or Notlandeflächen and displays it on the display.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß das Cockpit-Display so ausgebildet ist, daß alle Darstellungen farbig sind. 4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the cockpit display is designed so that all representations are colored.
  5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß die digitalen Karten mit den Flughafenumgebungs- und Geländedaten im datenverarbeitenden Gerät leicht auswechselbar gelagert sind. 5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the digital map with the Flughafenumgebungs- and terrain data in the data-processing device are stored easily replaceable gekennzeich net.
  6. 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich net, daß die digital gespeicherten Geländeinformationen des datenverarbei tenden Gerätes in Form einer farbigen Konturenkarte auf dem Cockpit-Dis play angezeigt werden, wobei alle kritischen Bereiche, in denen die Steig leistung des Flugzeugs ein Überfliegen unmöglich macht, leuchtend rot dar gestellt sind. 6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the digitally stored terrain information of the datenverarbei device handling are displayed in the form of a colored contour map on the cockpit-dis play, all the critical areas in which the climb performance of the aircraft makes overflying impossible bright red represents are provided.
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