DE4321724A1 - Device for altitude monitoring - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Flughöhen überwachung eines Flugzeuges, bei der einer jeweiligen geographischen Position zugeordnete geographische Höhendaten einer Anzeigeeinrichtung zugeführt werden.The invention relates to a device for flight altitudes surveillance of an aircraft at which a particular geographical position Height data are fed to a display device.
Bei der Durchführung eines Fluges tritt das Problem auf, daß mit Hilfe üblicher Höhenmesser lediglich die absolute Flughöhe bezogen auf den Meeresspiegel aus dem jeweils erfaßten Luftdruck bestimmt werden kann. Von erheblicher Wichtigkeit ist jedoch auch die relative Flughöhe, nämlich die Entfernung zur Bodenformation unterhalb des Flugzeuges sowie die rechtzeitige Er kennung von geologischen Hindernis sen in Richtung der Flugbahn. Insbesondere bei Flugzeugen, in denen die Piloten von einer EDV-basierten Flugführung unterstützt sind, tritt das Problem auf, daß Plausibilisierungen durch die Piloten oft nur unzulänglich durchgeführt werden. Es wird vielmehr ein erhebliches Vertrauen in die Daten des Autopiloten gesetzt und die zusätzlich vorhandenen Instrumente, beispielsweise Variometer, Höhenmesser und Distance-Measuring-Equipment, werden nur noch sporadisch überprüft. Ebenfalls wird eine Plausibilisierung von Höhe sowie Entfernung zum Flug platz unter Berücksichtigung einer Anflugkarte nur un regelmäßig durchgeführt. Bei schlechter Sicht resul tiert hieraus die Gefahr, daß bei Abweichungen vom vor gesehenen Flugweg Hindernisse, beispielsweise Berge, nicht rechtzeitig erkannt werden und ein Absturz die Folge sein kann.The problem occurs when performing a flight on that with the help of conventional altimeters only the absolute flight altitude based on the sea level from the each recorded air pressure can be determined. Of However, the relative importance is also of great importance Flight altitude, namely the distance to the ground formation below the plane as well as the timely Er detection of geological obstacles in the direction of the Trajectory. Especially on aircraft in which the Pilots supported by computer-based flight guidance the problem arises that plausibility checks often performed inadequately by the pilots become. Rather, there will be considerable confidence in the data of the autopilot set and the additional existing instruments, e.g. variometer, Altimeter and distance measuring equipment only checked sporadically. Also one Plausibility check of altitude and distance to flight only taking into account an approach chart performed regularly. Resul in poor visibility This creates the risk that in the event of deviations from the seen flight path obstacles, for example mountains, not recognized in time and a crash Can be the consequence.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, dem Piloten ein Hilfsmittel bereitzustellen, das eine rechtzeitige Erkennung von geologischen Hindernissen gewährleistet.The object of the present invention is therefore that To provide pilots with a tool that timely detection of geological obstacles guaranteed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Steuereinrichtung mit einem Speicher verbunden ist, in dem digitale geographische Höhendaten in Ab hängigkeit von einer jeweiligen geographischen Position abgespeichert sind, die Steuereinrichtung mit einer Eingabeeinrichtung verbunden ist, die einer jeweiligen Flugposition zugeordnete geographische Daten bereit stellt und daß an die Steuereinrichtung die als visu elle Darstellungseinrichtung ausgebildete Anzeigeein richtung angeschlossen ist.This object is achieved in that a control device connected to a memory is where digital geographic elevation data in Ab dependence on a respective geographical position are stored, the control device with a Input device is connected to a respective Geographic data assigned to flight position ready provides and that to the control device as a visu all display device trained display direction is connected.
Mit Hilfe einer derartigen Bevorratung von digitalen Höhendaten kann eine künstliche Sicht generiert werden. Beispielsweise ist es möglich, diese künstliche Sicht darstellung mit einer Gleitpfaddarstellung zu kombinieren und auf einer Anzeigeeinrichtung zu visua lisieren. Hierdurch ist es möglich, dem Piloten bei einem Anflug seine jeweilige Situation schnell und direkt zu vermitteln. Durch die visuelle Darstellung ist es auch bei einer flüchtigen Betrachtung möglich, das Verlassen des vorgesehenen Gleitpfades kurzfristig zu erkennen und ein gegebenenfalls auftauchendes Hin dernis, beispielweise einen Berg, zu umfliegen. Mit Hilfe der Eingabeeinrichtung kann zu jedem Zeitpunkt ein Abruf derjenigen geographischen Höhendaten er folgen, die der jeweiligen Flugposition zugeordnet sind. Insbesondere können aufgrund der geographischen Höhendaten nicht nur die aktuell unterhalb des Flug zeuges befindlichen Landschaftsgestaltungen, sondern vor allem auch die in Flugrichtung vor dem Flugzeug liegenden Landschaftsgestaltungen visualisiert werden.With the help of such stocking of digital An artificial view can be generated for elevation data. For example, it is possible to view this artificial representation with a slide path representation combine and visua on a display device lize. This makes it possible for the pilot an approach its current situation quickly and to convey directly. Through the visual representation it is also possible with a fleeting look, leaving the intended glide path at short notice to recognize and a possibly emerging Hin to fly around a mountain, for example. With The input device can be used at any time a retrieval of those geographic elevation data follow that assigned to the respective flight position are. In particular, due to the geographical Elevation data not only the one currently below the flight existing landscaping, but especially in the direction of flight in front of the plane lying landscape designs are visualized.
Eine besonders leichte zu erfassende optische Dar stellung kann dadurch bereitgestellt werden, daß die Anzeigeeinrichtung als eine Bildschirmanzeige ausge bildet ist.A particularly easy to grasp optical dar position can be provided in that the Display device out as a screen display forms is.
Zur Ermöglichung einer perspektivischen Darstellung, die üblichen Sehgewohnheiten entspricht, wird vorge schlagen, daß die Steuereinrichtung mit einem Transfor mationsprozessor zur Bereitstellung einer Gelände modellanzeige versehen ist.To enable a perspective view, the usual viewing habits will be featured suggest that the controller with a Transfor Mation processor to provide a site model display is provided.
Die Bereitstellung einer perspektivischen Darstellung aufgrund von Basisdaten wird dadurch unterstützt, daß der Transformationsprozessor als Umsetzungseinrichtung zur Umwandlung von Polygondarstellungen in Perspektiv darstellungen ausgebildet ist. The provision of a perspective representation on the basis of basic data, it is supported in that the transformation processor as an implementation facility for converting polygon representations into perspective representations is formed.
Eine farbgetreue Oberflächendarstellung kann dadurch generiert werden, daß den-digitalen Höhendaten Satelli tenbildinformationen überlagert sind.This enables a true-to-color surface representation generated that the digital elevation data Satelli information is overlaid.
Eine in Flugrichtung vorausschauende Geländeüberwachung kann dadurch erfolgen, daß der Steuereinrichtung vor ausberechnete Kurs- und Geländedaten zugeführt sind.A terrain surveillance that looks ahead in the direction of flight can be done in that the control device calculated course and terrain data are fed.
Eine Integration- in eine Flugsteuereinrichtung kann dadurch erfolgen, daß die digitalen Höhendaten einer Flugsteuereinrichtung zur Optimierung einer jeweiligen Flughöhe zugeführt sind.An integration into a flight control device can in that the digital height data is one Flight control device for optimizing a respective Flight altitude are supplied.
Zur weitgehenden Entlastung des Piloten von Über wachungsfunktionen wird vorgeschlagen, daß die Flug höhendaten einem Autopilot zugeführt sind.To largely relieve the pilot of excess Guard functions suggest that the flight altitude data are fed to an autopilot.
ln der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin dung schematisch dargestellt. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown schematically. Show it:
Fig. 1 eine Blockschaltbilddarstellung zur Veran schaulichung der wesentlichen Vorrichtungskom ponenten, Fig. 1 is a block diagram representation for Veran schaulichung of the essential components Vorrichtungskom,
Fig. 2 eine vereinfachte Darstellung der Vorrichtung, Fig. 2 is a simplified representation of the device,
Fig. 3 ein Beispiel für eine visualisierte Anflug situation, Fig. 3 shows an example of a visualized approach situation,
Fig. 4 eine nochmals vereinfachte Blockschaltbilddar stellung zur Veranschaulichung der Nutzung von digitalen Höhendaten für eine automatische Flugsteuerung. Fig. 4 is a further simplified block diagram to illustrate the use of digital altitude data for automatic flight control.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht die Vor richtung zur Flughöhenüberwachung aus einer Steuereinrichtung (1), die mit einer Anzeigeeinrichtung (2) sowie einem Modellspeicher verbunden ist. Der Modellspeicher (3) enthält ein digitales Geländemodell mit Objekten, beispielsweise Flugplätzen und Gleit pfaden. Darüber hinaus können Daten von Satelliten bildern enthalten sein, um eine Überlagerung von di gitalen Höhendaten mit, einem Satellitenbild zur farb natürlichen Oberflächendarstellung zu ermöglichen.In the embodiment according to FIG. 1, the device for altitude monitoring consists of a control device ( 1 ) which is connected to a display device ( 2 ) and a model memory. The model memory ( 3 ) contains a digital terrain model with objects, for example airfields and gliding paths. In addition, data from satellite images can be included in order to allow digital elevation data to be overlaid with a satellite image for a natural surface display.
Die Steuereinrichtung (1) kommuniziert über eine interne Datenleitung (4), die als ein VME-Bus ausge bildet sein kann, mit einer Flugsteuereinrichtung (5), an die ein Speicher (6) angeschlossen ist, in dem digi tale Höhendaten bevorratet sind. An die Flugsteuerein richtung (5) ist darüber hinaus ein Zusatzspeicher (7) angeschlossen, in dem Flugplatzdaten wie Lage und Länge bevorratet sein können. Die Flugsteuereinrichtung (5) kommuniziert ebenfalls mit einem Autopilot (8), der Daten für eine Flugsteuerung generiert. Die Flugsteuer einrichtung (5) ist mit einer Zielvorgabeneingabe (9) sowie einer Geländewarnungsausgabe (10) versehen. Mit Hilfe der Zielvorgabeneingabe (9) kann der Pilot auf die Flugsteuereinrichtung (5) Einfluß nehmen.The control device ( 1 ) communicates via an internal data line ( 4 ), which can be formed as a VME bus, with a flight control device ( 5 ) to which a memory ( 6 ) is connected, in which digital altitude data are stored. In addition, an additional memory ( 7 ) is connected to the flight control device ( 5 ), in which airport data such as location and length can be stored. The flight control device ( 5 ) also communicates with an autopilot ( 8 ) which generates data for flight control. The flight control device ( 5 ) is provided with a target input ( 9 ) and a terrain warning output ( 10 ). The pilot can influence the flight control device ( 5 ) with the aid of the target input ( 9 ).
An die interne Datenleitung (4) ist ein übergeordneter Rechner (11) angeschlossen, darüber hinaus ist eine Flugzeugdatenschnittstelle (12) vorhanden. Über die Flugzeugdatenschnittstelle (11) können Daten wie Posi tion, Höhe, Geschwindigkeitsvektor und Lage berück sichtigt werden. Darüber hinaus ist an die interne Datenleitung (4) eine Systemdateneingabe (13), eine Windwarnung (14), eine Notfallwarnung (15) sowie eine Navigationseinrichtung (16) angeschlossen. Über eine Ergänzungsschnittstelle (17) können weitere periphere Geräte angeschlossen werden. A superordinate computer ( 11 ) is connected to the internal data line ( 4 ), and an aircraft data interface ( 12 ) is also present. Data such as position, altitude, speed vector and position can be taken into account via the aircraft data interface ( 11 ). In addition, a system data input ( 13 ), a wind warning ( 14 ), an emergency warning ( 15 ) and a navigation device ( 16 ) are connected to the internal data line ( 4 ). Additional peripheral devices can be connected via a supplementary interface ( 17 ).
Die Steuereinrichtung (1) ist mit einem Anzeigepro zessor (18), einem Transformationsprozessor (19), einem Pixel-Prozessor (20) sowie einem Ausgabespeicher (21) versehen. Im Bereich des Anzeigeprozessors (18) werden parallel die erforderlichen Datenbasen vorbereitet und in einem Arbeitsspeicher bevorratet. Mit Hilfe des Transformationsprozessors (19) ist es möglich, Polygon ecken sowie entsprechende Flächen in perspektivische Darstellungen umzusetzen. Der Pixel-Prozessor (20) ordnet jedem Pixel des Bildes eine Farb- und Ober flächencharakteristik zu. Im Bereich des Ausgabe speichers (21) wird die fertig aufbereitete Graphik für die Weitergabe an die Anzeigeeinrichtung (2) abgelegt.The control device ( 1 ) is provided with a display processor ( 18 ), a transformation processor ( 19 ), a pixel processor ( 20 ) and an output memory ( 21 ). In the area of the display processor ( 18 ), the necessary databases are prepared in parallel and stored in a working memory. With the help of the transformation processor ( 19 ) it is possible to convert polygon corners and corresponding areas into perspective representations. The pixel processor ( 20 ) assigns a color and surface characteristic to each pixel of the image. In the area of the output memory ( 21 ), the finished graphic for transfer to the display device ( 2 ) is stored.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist der Modell speicher (2) unmittelbar an die interne Datenleitung (4) angeschlossen und kommuniziert über diese mit der Steuereinrichtung (1). Der Speicher (6) ist unmittelbar an die Steuereinrichtung (1) angeschlossen. Auch hier es aber möglich, auch den Speicher (6) über die interne Datenleitung (4) mit der Steuereinrichtung (1) zu ver binden.In the embodiment according to FIG. 2, the model memory ( 2 ) is connected directly to the internal data line ( 4 ) and communicates with the control device ( 1 ) via the latter. The memory ( 6 ) is connected directly to the control device ( 1 ). Again, it however possible, even the memory (6) via the internal data line (4) to the control device (1) bind to ver.
In Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung mit Höhenlinien bei einem Anflug auf eine Landebahn darge stellt, wie sie von der Anzeigeeinrichtung (2) wieder gegeben werden kann. Insbesondere ist eine Fluglage markierung (22) eingeblendet.In Fig. 3 is a perspective view with contour lines when approaching a runway Darge represents how it can be given by the display device ( 2 ) again. In particular, an attitude mark ( 22 ) is shown.
Fig. 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung, die die Kombination des Speichers (6) mit den digitalen Höhen daten mit der Flugsteuereinrichtung (5) und dem Auto piloten (8) darstellt. Die Flugzeugdatenschnittstelle (12) ist hier unmittelbar der Flugsteuereinrichtung (5) zugeordnet. Bei einer bekannten Ausgangs- und Ziel position ist es möglich, über einen Navigationsrechner die betreffende Flugrichtung zu berechnen. Bei der Aus nutzung der digitalen Höhendaten und durch die Berück sichtigung einer vorgegebenen Flughöhe können Gelände hindernisse, die im Flugweg liegen, erkannt werden. Das Flugprofil ist rechnerisch veränderbar, so daß die Hindernisse umflogen oder überflogen werden können. Dies kann unter Berücksichtigung eines zugelassenen Kurvenradius für den Flugweg erfolgen. Für militärische Anwendungen ist es-ebenfalls denkbar, aus den digitalen Höhendaten Steuervorgaben für eine Geländeverfolgung zu generieren. Fig. 4 shows a simplified representation showing the combination of the memory ( 6 ) with the digital altitude data with the flight control device ( 5 ) and the car pilot ( 8 ). The aircraft data interface ( 12 ) is here directly assigned to the flight control device ( 5 ). With a known starting and destination position, it is possible to calculate the relevant flight direction using a navigation computer. When using the digital altitude data and by taking a given flight altitude into account, terrain obstacles in the flight path can be identified. The flight profile can be changed mathematically so that the obstacles can be flown over or overflown. This can be done taking into account an approved curve radius for the flight path. For military applications, it is also conceivable to generate control specifications for terrain tracking from the digital altitude data.
Werden vom Piloten Zieldaten wie Wegpunkte oder Routen eingegeben, oder werden vom Autopiloten (8) ent sprechende Zieldaten generiert, so kann aufgrund der digitalen Höhendaten festgestellt werden, ob das über prüfte digitale Geländemodell auf der vorgesehenen Flughöhe Geländefreiheit signalisiert. Wird ein Hinder nis erkannt, so wird dem Piloten eine Geländewarnung angezeigt. Bei der Generierung einer Geländewarnung ist es entweder möglich, daß der Pilot den vorgegebenen Kurs ändert, oder die Flugsteuereinrichtung (5) korri giert automatisch den Kurs und informiert hierüber den Piloten.If destination data such as waypoints or routes are entered by the pilot, or corresponding destination data are generated by the autopilot ( 8 ), it can be determined on the basis of the digital altitude data whether the checked digital terrain model signals freedom from terrain at the intended flight altitude. If an obstacle is recognized, the pilot is shown a terrain warning. When generating a terrain warning, it is either possible for the pilot to change the specified course, or the flight control device ( 5 ) automatically corrects the course and informs the pilot thereof.
Bei der Nutzung im Rahmen einer automatischen Flug steuerung ist es möglich, daß der Pilot vor einem Start Flugzeug- und Flugplatzdaten eingibt. Dies sind bei spielsweise Gewicht, Höhendruck, Temperatur, Wind stärke, Windrichtung, Startbahnrichtung und Schlupf. Nach der Durchführung dieser Eingabe wird von der Flug steuereinrichtung (5) die erforderlich Koordinierung für die Flugzeugaggregate bereitgestellt sowie die not wendige Steigsteilheit unter Berücksichtigung der digi talen Höhendaten in der Umgebung des Flugplatzes be stimmt. Während des Startvorganges wird von der Flugsteuereinrichtung (5) fortlaufend die sich ändernde Position des Flugzeuges berücksichtigt. Aufgrund der Flugzeugbeschleunigung und der Flugzeuggeschwindigkeit kann die noch zur, Verfügung stehende Flugplatzstrecke erfaßt werden. Sollte die Beschleunigung nicht aus reichen, um derart rechtzeitig vom Flugplatz abzuheben, daß eine Kollisionsfreiheit mit Umgebungshindernissen gewährleistet ist, so wird entweder für den Piloten eine Stopanzeige generiert oder bei noch vorhandenen Triebwerkleistungsreserven auf die zur Verfügung stehende volle Leistung hingewiesen beziehungsweise automatisch die volle Leistung aktiviert.When used as part of an automatic flight control, it is possible for the pilot to enter aircraft and airport data before takeoff. Examples include weight, altitude pressure, temperature, wind strength, wind direction, runway direction and slip. After making this entry, the flight control device ( 5 ) provides the necessary coordination for the aircraft assemblies and determines the necessary steepness of climb, taking into account the digital altitude data in the vicinity of the airfield. During the take-off process, the flight control device ( 5 ) continuously takes into account the changing position of the aircraft. The available airfield route can be determined on the basis of the aircraft acceleration and the aircraft speed. If the acceleration is not sufficient to take off from the airfield in time to ensure that there is no collision with surrounding obstacles, either a stop indicator is generated for the pilot or the full power available is indicated if the engine power reserves are still available or the full power is automatically activated .
Mit Hilfe der digitalen Höhendaten ist es ebenfalls möglich, bei einem vorzunehmenden gezielten Lasten abwurf das Flugzeug an die jeweils vorgesehene Stelle zu führen. Es können dabei auch Sinkgeschwindigkeiten, vertikale Strecken sowie Entfaltungsverzögerungszeiten der Fallschirme berücksichtigt werden. Durch die digi talen Höhendaten wird es unterstützt, daß das Flugzeug exakt die vorgesehene Abwurf höhe anfliegen kann.With the help of digital elevation data, it is also possible with a targeted loads to be made drop the aircraft at the intended location respectively. Sinking speeds, vertical stretches and deployment delay times the parachutes are taken into account. Through the digi talen altitude data it is supported that the aircraft can fly exactly to the intended drop height.
Bei militärischen Anwendungen ist es insbesondere auch möglich, bei einer Gefährdung durch fliegende Objekte die Flughöhe derart anzupassen, daß die jeweiligen Geländeprofilierungen durch eine niedrige Flughöhe optimal genutzt werden können. Ebenfalls ist es mög lich, einen vorgesehenen Flugweg mit möglichst geringer Flughöhe durchzuführen, um gegebenenfalls vorhandene Gefährdungspunkte zu umfliegen.It is particularly so in military applications possible if there is a danger from flying objects adjust the flight altitude so that the respective Terrain profiling through a low altitude can be used optimally. It is also possible Lich, a planned flight path with the smallest possible To carry out flight altitude to possibly existing To fly around danger points.
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-
1993
- 1993-06-30 DE DE19934321724 patent/DE4321724C2/en not_active Expired - Fee Related
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DE4321724C2 (en) | 1996-06-27 |
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