DE4328573A1 - Allwettersichtsystem für Hubschrauber - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Allwettersichtsystem für Hubschrauber unter Einsatz eines Radargerätes mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-PS 39 22 086 der Anmelderin ist ein Radargerät (ROSAR-Gerät) bekannt geworden, bei dem mindestens eine Antenne zum Senden und Empfan­ gen von Radarimpulsen am Ende eines rotierenden Armes, beispielsweise eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreuzes oberhalb der Rotorachse, angeordnet ist. Die empfangenen Signale werden demoduliert und zwischen­ gespeichert und anschließend mit Referenzfunktionen korreliert.

Ein derartiges Radargerät kann in Echtzeit im On-line-Betrieb verwendet und nach speziellen Modifikationen nicht nur zur Landehilfe, sondern auch zur Zielaufklärung und Zielverfolgung eingesetzt werden.

Dieses vorbeschriebene System nun auch zu einem Allwettersichtsystem auszubauen, ist bisher noch unbekannt und soll die Aufgabe lösen, bei guter Vertikalauflösung die Lateralauflösung eines Allwettersichtsystems zu erhöhen und eine optimale Flugführung nach einem Radarbild zu ermög­ lichen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge­ löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei­ spiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. Es zeigt

Fig. 1 ein Schemabild eines Systemaufbaus in einem Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 ein Blockschaltbild bezüglich des Systemaufbaus der einzusetzen­ den Bauelemente,

Fig. 3 ein Schemabild bezüglich verschiedener Rotorkonfigurationen (3-Blatt-, 4-Blatt-, 5-Blatt-Rotoren),

Fig. 4 ein Schemabild bezüglich der möglichen horizontalen Lageebenen der Arme des Radarsystems,

Fig. 5 eine Seiten- und Draufsicht auf einen mit dem aerodynamisch aus­ gebildeten ROSAR-System ausgerüsteten Hubschrauber,

Fig. 6 eine Seiten- und Draufsicht auf einen mit einem aerodynamisch verkleideten ROSAR-System ausgerüsteten Hubschrauber.

Der allgemeine Erfindungsgedanke sieht vor, ein Allwettersichtsystem aufzuzeigen, das Informationen eines Radarsensors auf ROSAR-Basis mit Informationen der bordeigenen Navigations- und Flugführungssysteme zu einer künstlichen Sicht für den Piloten zu kombinieren und anzuzeigen, wobei das Radar die Drehbewegungen rotierender Arme ausnutzt.

Fig. 2 zeigt den Systemaufbau des Allwettersichtsystems für Hubschrauber mit verschiedenen Erweiterungsmöglichkeiten. Zentrale Komponente ist der Radarsensor mit dem angeschlossenen Radar-Prozessor/Bild-Prozessor/Hin­ dernisprozessor, in dem die vom Navigations-Computer/Symbol -Generator erzeugte Flugführungsinformation dem Radarbild und der Hindernisdarstel­ lung überlagert wird. Dieses komplexe Bild gelangt dann auf einem Cock­ pit-Display zur Anzeige. Die von Präzisionskreiseln und Beschleunigungs­ sensoren zur Bewegungskompensation erzeugten Daten können gleichzeitig im Navigationscomputer zur Lageberechnung verwendet werden. Ein optiona­ ler Radarhöhenmesser ergänzt die barometrische Höhenmessung und erhöht die Sicherheit für den Landeanflug. Ein Autopilot-System erhöht den Pi­ lotenkomfort für den Streckenflug. Ein solches System ließe sich auch mit dem Navigationscomputer und dem Hindernisprozessor so kombinieren, so daß bei unmittelbarer Hindernisbedrohung für den Hubschrauber der Autopilot geeignete Ausweichmanöver einleitet. Für den Flug unter In­ strumentenflugbedingungen sind konventionelle Radionavigationssysteme an den Navigationscomputer angeschlossen. Zusätzliche Positionsgenauigkeit für Strecken- und Landeanflüge kann durch die Integration einer Satelli­ tennavigationsanlage (GPA, Differentielles GPS oder Relationales GPS) erreicht werden. Eine weitere sinnvolle Ergänzung des Allwettersicht­ systems ist ein digitales Kartensystem mit Straßen- und Flugplatzkarten.

Wie die Fig. 1 und 3 veranschaulichen, werden die Antennen-Arme des nachfolgend beschriebenen Radarsystems auf dem Rotorkopf so angeordnet, daß sie je nach Anzahl der Rotorblätter in der dementsprechenden Winkel­ halbierenden zwischen den Rotorblättern liegen. Hierbei können diese Arme in einer oder paarweise in mehreren übereinanderliegenden Ebenen - wie Fig. 4 veranschaulicht - positioniert sein. Die Arme (beispielsweise Drehkreuz) selbst enthalten an ihren Enden je eine oder mehrere radial ausgerichtete Radarantennen, die aerodynamisch geformt oder mit einem aerodynamischen Verkleidungskörper versehen sind (Fig. 5 und 6).

In den Kopf der Antennenarme - wie in Fig. 1 skizziert - sind ein oder mehrere Sende- und Empfangsantennenpaare mit unterschiedlicher Elevati­ onsausrichtung integriert. Dadurch kann die Elevationsauflösung den je­ weiligen Bedürfnissen oder Einsatzzwecken des Radarsystems angepaßt wer­ den.

Die Sende- und Empfangselektronik des Radars wird nun teilweise in die rotierenden Antennenarme integriert und teilweise in einem mitrotieren­ den Elektronikraum - der zentrisch in der Rotorachse des Hubschraubers liegt - eingebaut. Vorzugsweise wird in diesem zentralen Raum auch die spannungsstabilisierte Stromversorgung integriert.

Nun ist bekannt, daß bei der ROSAR-Signalbearbeitung nicht von einer idealen Kreisbahn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ausgegangen wer­ den kann, denn die Antennenarmspitzen weisen während eines Umlaufes nicht zu unterschätzende Abweichungen auf. Daher werden bei dem vorlie­ genden Allwettersichtsystem - wie in Fig. 2 skizziert - Beschleunigungs­ sensoren vorzugsweise nahe der Antennen angeordnet, die die relativen Abweichungen von der Kreisbahn erfassen und für die Bewegungskompensa­ tion bereitstellen.

Die Empfangselektronik, die vorzugsweise im Zentrum oberhalb des Rotor­ kopfes angeordnet ist, bereitet die empfangenen Radarsignale als ZF-Sig­ nale auf, die durch den Rotorschaft - wie in Fig. 1 skizziert - mit Hil­ fe eines Drehkopplers in den nichtrotierenden Teil des Hubschraubers übertragen und dem digitalen Radarprozessor zugeführt werden. Diese Datenübertragung kann über Lichtleiter optisch oder über Koaxkabel bzw. Hohlleiter elektrisch erfolgen.

Weiterhin ist die Vorwärtsgeschwindigkeit des Hubschraubers zu berück­ sichtigen und hierfür ist eine kontinuierliche Geschwindigkeitsmessung erforderlich, die zur Bewegungskompensation herangezogen wird. Hierfür ist entweder eine hochpräzise Inertialnavigationseinheit erforderlich oder eine Auswerteinheit für Satellitennavigationsdaten oder noch besser eine autonome Dopplerauswertung des ausgesandten Radarsignals.

Als weitere Komponente für die Bewegungskompensation ist die genaue und exakte Lage der Rotationsebene der Antennenarme erforderlich. Die genau­ en Werte hierzu werden entweder über den normalen Navigationskreisel des Hubschraubers geliefert, oder über spezielle im Rotorkopfaufsatzzentrum plazierte Präzisionskreisel.

Die so verarbeiteten oder aufbereiteten Radarinformationen werden als fotoähnliche Bilder auf einem Bildschirm im Cockpit des Hubschraubers zur Darstellung und Ansicht gebracht. Sie können auch durch einen Pro­ jektor auf die Innenfläche der Windschutzscheibe des Cockpits projeziert werden oder auf einem helmmontierten Display dargestellt werden. Für die Erzeugung der Bilddarstellung werden die Teilbilder der Antennen mit un­ terschiedlichen Elevationswinkeln miteinander verknüpft und geglättet, wobei wichtige Details für das Zusammensetzen des Gesamtbildes die über das Radarecho gewonnenen Entfernungsinformationen liefern. Natürlich gilt hier: je präziser diese Entfernungsinformationen sind, desto genau­ er kann das Gesamtbild konstruiert werden und desto besser ist das somit erhaltene Allwettersichtsystem. Hierzu ist noch anzuführen, daß problem­ los auch eine Überlagerung der Bilder mit anderen Symboliken zur Flug­ führung etc. möglich ist.

Claims (6)

1. Allwettersichtsystem für Hubschrauber unter Einsatz eines Radar­ gerätes mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen (ROSAR-Gerät), bei dem mindestens eine Antenne zum Senden und Empfangen von Radarimpulsen am Ende eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreu­ zes oberhalb der Rotorachse angeordnet ist und die empfangenen Signale demoduliert, zwischengespeichert, korreliert und zur Anzeige gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Radarantennen auf dem Rotorkopf in der Winkelhalbierenden zwischen den Rotorblättern in einer oder paarweise übereinander­ liegenden Ebenen positioniert werden,
• b) in den Kopf der Antennenarme Sende- und Empfangsantennenpaare mit unterschiedlicher Elevationsausrichtung integriert sind,
• c) die Radar-Sende/Empfangselektronik sowohl in den rotierenden Armen als auch in einem mitrotierenden Elektronikraum zusammen mit der Stromversorgung integriert ist,
• d) zur Bewegungskompensation Beschleunigungssensoren, zur Messung der Vorwärtsgeschwindigkeit entsprechende Einrichtungen und zur Lage der Rotationsebene der Antennenarme Präzisionskreisel ange­ ordnet sind und
• e) eine Einrichtung zur Darstellung der Radarinformationen als photoähnliches Bild auf einem Bildschirm im Cockpit positioniert ist.

2. Allwettersichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialausgerichteten Radarantennen aerodynamisch geformt oder mit einem aerodynamischen Verkleidungskörper versehen sind.

3. Allwettersichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die in dem zentral angeordneten Elektronikraum oder in den Antennenarmen positionierte Empfangselektronik die Radarsignale als ZF-Signale aufbereitet und durch den Rotorschaft mittels eines Drehkopp­ lers in den Radarprozessor leitet.

4. Allwettersichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung analog oder analog/digital ge­ wandelt optisch über Lichtleiter oder elektrisch über Koaxkabel oder Hohlleiter erfolgt.

5. Allwettersichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewegungskompensation die Vorwärtsgeschwindig­ keit autonom durch Dopplerauswertung des ausgesandten Radarsignals er­ mittelt und die Lage der Rotationsebene durch im Zentrum der Rotorkopf­ achse angeordneten Präzisionskreisel oder den bordeigenen Navigations­ kreisel festgestellt wird.

6. Allwettersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß für die Erzeugung der Bilddarstellung die Teilbilder der Antennen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln durch entsprechende Signalverarbeitungsprozessoren verknüpft und geglättet werden.