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Das
Gebiet der Erfindung ist das der Syntheseverfahren kartographischer
Bilder, die auf Anzeigevorrichtungen präsentiert werden. Dieses Verfahren
gilt genauer genommen für
Luftfahrzeuge, die im Sichtflug fliegen können, wobei diese Luftfahrzeuge militärische Luftfahrzeuge
oder Hubschrauber sein können
oder zu allgemeinen Luftfahrt gehören.
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Auf
den modernen Luftfahrzeugen weist das Armaturenbrett elektronische
Anzeigen auf, die es erlauben, für
den Piloten wichtige Informationen anzuzeigen, die das Leiten des
Flugs oder die Navigation betreffen.
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Die
für die
Navigation nützlichen
Informationen sind:
- • kartographische Daten, die
das überflogene
Gelände
betreffen, die aus digitalen Datenbanken hervorgehen;
- • Informationen
im Zusammenhang mit den Luftfahrtkarten, wie die Hindernisse, die
Baken, die Luftwege, die Luftfahrtzonen, die TMA, angelsächsisches
Akronym für „Terminal
Management Approach",
die CTR, angelsächsisches
Akronym für „Control
Zone".
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Der
Stand der Technik ist in den Dokumenten
EP-A-1 087 210 und
US 2002/0 143 439 beschrieben.
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Eine
Luftfahrtzone ist eine Zone, die durch das Luftfahrt-Regelwerk definiert
wird. Die wichtigsten Zonentypen sind die TMA, die CTR und die Zonen
mit eingeschränktem
oder verbotenem Zugang. Diese Zonen sind durch eine geographische
Kontur abgegrenzt, durch eine Deckenhöhe und eine Bodenhöhe. Diese
Zonen haben auch einen Namen und eine dazugehörende Funkfrequenz.
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Die
Luftfahrtzonen werden gewöhnlich
durch eine Reihe geometrischer Figuren dargestellt, insbesondere
auf Luftfahrtkarten aus Papier. Sie werden herkömmlich durch einen ununterbrochenen
feinen Strich dargestellt, der das Limit der Zone definiert, und
durch einen halb transparenten Rand, die die Innenseite der Zone
angibt. Der Strich und der Rand sind in Abhängigkeit von dem Typ der Luftfahrtzone gefärbt, wobei
die Farbe durch das Luftfahrt-Regelwerk festgelegt wird. Die für den Zugang
verbotenen Zonen sind zum Beispiel rot, die Zonen mitbeschränktem Zugang
magenta.
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Ein
Schriftfeld ist mit jeder Zone verbunden und weist einen Bildtext
auf, dessen Inhalt vorgeschrieben ist. Das Schriftfeld weist den
Namen der Zone und eventuell ihre Funkfrequenz, ihren Typ, ihre Decke
und ihren Boden auf.
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Die
digitalen Kartographiedarstellungen auf elektronischen Anzeigen
integrieren nur selten Informationen in Zusammenhang mit Luftfahrtkarten,
die eine zu hohe Dichte an Informationen enthalten. 1 stellt
ein kartographisches Bild 1 in Draufsicht eines von einem
Luftfahrzeuge überflogenen
Geländes
dar, wobei das kartographische Bild gleichzeitig Reliefinformationen 3,
die in horizontal schraffierten Strichen abgebildet sind, und Informationen 2,
die mit den Luftfahrtkarten zusammenhängen, aufweist. Der Umfang
der Luftfahrtzonen ist mit schräg
schraffierten Strichen abgebildet, die von einem feinen ununterbrochenen
Strich umgeben sind. Die Luftfahrtzonen 2 überlagern
sich gegenseitig, wodurch die Karte schwer lesbar wird. Alle Schriftfelder 4 sind
angezeigt, was die Anzeige noch weiter überlädt, ohne dem Piloten wirklich
wichtige Information zu geben. Daher wird die Darstellung für den Benutzer
unleserlich.
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Ein
Luftfahrzeug, das sich in einem Luftraum fortbewegt, muss aber das
Eintreten in eine Luftfahrtzone vorwegnehmen können. Je nach Fall, muss der Pilot
die Zone vermeiden, eine Funkfrequenz kontaktieren, bevor er in
sie eintritt, oder besondere Maßnahmen
in Zusammenhang mit dem Luftfahrt-Regelwerk treffen. Es ist daher
für einen
Piloten wichtig, die geographische Position in diesen Zonen zu kennen und
das Eintreten in diese Zonen vorwegzunehmen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt es, die nützlichen
Zonen der Luftfahrtkarten anzuzeigen und gleichzeitig eine für den Benutzer
akzeptable Lesbarkeit zu wahren. Die Flugsicherheit wird dadurch
beträchtlich
verstärkt.
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Genauer
genommen hat die Erfindung ein Syntheseverfahren zur Aufgabe, auf
dem Bildschirm eines Luftfahrzeugs, mit mindestens einem Fenster, das
ein kartographisches Bild in Draufsicht eines von dem Luftfahrzeug überflogenen
Geländes
darstellt, wobei das kartographische Bild ausgehend von einer ersten
Höheninformation
des überflogenen
Geländes und
aus einer zweiten Information, die die Luftfahrtzonen darstellt,
erstellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in dem
Fenster eine Höhendarstellung
des überflogenen
Geländes
anzeigt, die die Luftfahrtzonen, die in einem Höhenbereich, der der Flugphase
des Luftfahrzeugs entspricht, enthält. Wenn das kartographische
Bild des überflogenen Geländes eine
Draufsicht ist, wird das Limit einer Luftfahrtzone durch einen feinen
vollen farbigen Strich dargestellt, der von einem halb transparenten farbigen
Rand verlängert
wird, der sich im Inneren der Zone befindet, wobei die Farbe des
Strichs und des Rands von dem Zonentypen abhängen.
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Vorteilhafterweise
weist das Verfahren mindestens die Schritte des automatischen Filterns
der Luftfahrtzonen in Abhängigkeit
von der geographischen Lage und der vertikalen Position des Luftfahrzeugs
auf. Die Filterschritte in Abhängigkeit
von der vertikalen Position des Luftfahrzeugs sind die Folgenden:
- • Berechnen
des unteren und oberen Höhenlimits des
Luftfahrzeugs, wobei die Limits bestimmt werden, indem zu der laufenden
Höhe des
Luftfahrzeugs eine bestimmte Marge hinzugefügt oder von ihr abgezogen wird.
- • Bestimmen
der Luftfahrtzonen, deren Decke größer ist als das untere Höhenlimit
und deren Boden niedriger ist als das obere Höhenlimit.
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Vorteilhafterweise
synthetisiert das Verfahren mindestens ein zweites Fenster, das
eine Höhendarstellung
im vertikalen Schnitt des überflogenen Geländes darstellt,
die Luftfahrtzonen enthält,
die im senkrechten Schnitt gesehen werden.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform des
Verfahrens und wenn das kartographische Bild des überflogenen
Geländes
eine Draufsicht ist, weist die Höhendarstellung
eine Schattierung auf, die das Relief des Geländes darstellt.
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Vorteilhafterweise,
wenn das kartographische Bild des überflogenen Geländes eine
Draufsicht ist, wird das Limit einer Luftfahrtzone durch einen feinen
vollen farbigen Strich dargestellt, der von einem halb transparenten
farbigen Rand verlängert
wird, der sich im Inneren der Zone befindet, wobei die Farbe des
Strichs und des Rands von den Zonentypen abhängt. Das Verfahren zeigt mindestens
ein Informationsschriftfeld an, das einer Luftfahrtzone entspricht,
wobei das Schriftfeld von dem Benutzer des Verfahrens ausgewählt wird,
und das Schriftfeld weist den Namen der Zone, ihre Funkfrequenz,
ihren Typ, ihre Decke und ihren Boden auf.
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Die
Erfindung betrifft auch einen Anzeigebildschirm, wobei die Anzeige
auf diesem Bildschirm von einem erfindungsgemäßen Anzeigeverfahren gesteuert
wird, sowie ein Luftfahrzeug, das mindestens diesen Bild schirm oder
einen Mehrzweckbildschirm aufweist, dessen Anzeige von einem erfindungsgemäßen Anzeigeverfahren
gesteuert wird.
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Die
Erfindung wird besser verstanden und weitere Vorteile ergeben sich
bei der Lektüre
der folgenden Beschreibung, die beispielhaft und nicht einschränkend gegeben
wird, und dank der anliegenden Zeichnungen, unter welchen:
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1 eine
schematische Ansicht einer kartographischen Darstellung der Höhendaten
und der Luftfahrtzonen gemäß dem früheren Stand
der Technik darstellt;
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2 eine
erste schematische Ansicht einer kartographischen Darstellung der
Höhendaten
und der Luftfahrtzonen gemäß der Erfindung
darstellt;
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3 eine
zweite schematische Ansicht einer kartographischen Darstellung der
Höhendaten und
der Luftfahrtzonen gemäß der Erfindung
darstellt;
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die 4 und 5 eine
dritte schematische Ansicht einer kartographischen Darstellung der Höhendaten
und der Luftfahrtzonen gemäß der Erfindung
für zwei
unterschiedliche Höhen
des Luftfahrzeugs darstellen;
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6 eine
vierte schematische Ansicht einer kartographischen Darstellung der
Höhendaten
und der Luftfahrtzonen gemäß der Erfindung
darstellt.
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Die
Hauptquelle der grafischen Überladung einer
kartographischen Darstellung, die gleichzeitig Höhendaten und Luftfahrtzonen
des überflogenen Geländes enthält, ist
auf die Luftfahrtzonen zurückzuführen. Die
Luftfahrtzonen können
nämlich
zahlreich und in bestimmten geographischen Zonen relativ verworren
sein.
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Die
Luftfahrtzonen haben jedoch eine auf den Papierkarten nicht nutzbare
Eigenschaft. Sie sind in der Höhe
beschränkt
und sehr selten ineinander verschachtelt. Die Luftfahrtzonen werden
durch eine geographische Deckung sowie durch zwei Limits in Höhe definiert,
wobei das untere Limit Boden und das obere Limit Decke genannt wird.
Ein erster Teil der Luftfahrtzonen betrifft daher nur die niedrigen Höhen, nämlich die,
die zum Beispiel um die Flughäfen
liegen. Ein zweiter Teil betrifft nur hohe Höhen, im Allgemeinen die, die
mit Transitflügen
zusammenhängen.
Je nach der Flugphase, braucht der Pilot nur einen Teil der Luftfahrtzonen
zu kennen. In der Abflug- und Landephase ist es wichtig, die Zonen
in niedrigerer Höhe
um den Flughafen zu kennen, aber die Zonen mit hoher Höhe überladen
die Karte unnütz.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf dieser Eigenschaft. Das Verfahren zeigt daher eine Höhendarstellung
des überflogenen
Geländes
an, die nur die Luftfahrtzonen enthält, die in einem Höhenbereich
enthalten sind, der der Flugphase des Luftfahrzeugs entspricht,
wie in 2 gezeigt. Diese stellt die gleiche kartographische
Darstellung dar wie 1, in der aber nur die Luftfahrtzonen 2,
die von der Flugphase des Luftfahrzeugs betroffen sind, angezeigt
wird.
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Das
Umsetzen des Verfahrens ist einfach. Das Verfahren muss automatische
Filterschritte der Luftfahrtzonen in Abhängigkeit von der geographischen
Lage und der vertikalen Position des Luftfahrzeugs aufweisen. Die
Filterschritte in Abhängigkeit von
der vertikalen Position des Luftfahrzeugs führen die folgenden Funktionen
aus:
- • Berechnen
des unteren und oberen Höhenlimits des
Luftfahrzeugs. Diese Limits können
bestimmt werden, indem von der laufenden Höhe des Luftfahrzeugs eine bestimmte
Marge abgezogen oder zu ihr hinzugefügt wird.
- • Bestimmen
der Luftfahrtzonen, deren Decke höher ist als das untere Höhenlimit,
und deren Boden niedriger ist als das obere Höhenlimit.
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Daher
werden die Zonen, deren Boden- oder Deckenhöhe von der des Umfangs entfernt
sind, auf dem Bildschirm nicht angezeigt. Die Decke und der Boden
dieser Zonen können
entweder in Bezug auf das Flugniveau, im Angelsächsischen „flight level", nämlich die
gegebene Höhe
in Bezug auf einen Standard-Barometerdruck, oder in Bezug auf das
mittlere Niveau der Meere, oder auch in Bezug auf die Höhe in Bezug
zum Boden definiert werden. Diese Auswahl der Zonen erleichtert
die Anzeige beträchtlich, denn
bestimmte Zonen werden sehr niedrig um die Flughäfen definiert und sind für einen
Piloten in der Reiseflugphase in hoher Höhe nicht von Bedeutung. Ebenso
werden bestimmte Zonen in hoher Höhe für die Luftfahrzeuge in der
Reiseflugphase definiert und sind für die Flugzeuge in der Anflugphase
nicht von Bedeutung.
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Je
nach der Position des Luftfahrzeugs im Raum, kennt man leicht die
Luftfahrtzonen in der Reichweite des Luftfahrzeugs. Man zeigt daher
dem Piloten auch nur die Luftfahrtzonen, die sich auf seinen Flug
auswirken können,
an.
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Auf 2 ist
kein Schriftfeld angezeigt, um die Grafik noch zu erleichtern. Die
Anzeige der nützlichen
Schriftfelder ist jedoch wichtig, um die Zugangstypen der Luftfahrtzonen,
die dazugehörende Funkfrequenz
und weitere nützliche
Parameter der Zone zu kennen. Das Anzeigen der Schriftfelder aller Zonen
gleichzeitig überlädt unnütz die kartographische
Darstellung. Der Pilot braucht nämlich
nur selten alle diese Informationen gleichzeitig. In der Praxis sind
für den
Piloten nur die Schriftfelder der von dem Luftfahrzeug durchquerten
Zonen von Nutzen. Je nach den zu durchquerenden Zonen, muss der
Pilot die Zugangsbedingungen sowie die entsprechenden Funkfrequenzen
kennen. Daher erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, nur ein Schriftfeld
auf einmal, wie in 3 dargestellt, anzuzeigen, das
mit Ausnahme der Anzeige des Schriftfelds 4 gleich ist wie
das der 2, wobei die Anzeige des Schriftfelds von
dem Benutzer mittels der Steuerposten des Luftfahrzeugs ausgewählt wird.
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Die 2 und 3 zeigen
kartographische Darstellungen der Höhendaten und der Luftfahrtzonen
gemäß der Erfindung
in Draufsicht in einem einzigen Anzeigefenster. Zu einer besseren
Einschätzung
der geometrischen Situation der Luftfahrtzonen ist es vorteilhaft,
in einem zweiten Anzeigefenster 10 eine Ansicht im senkrechten
Schnitt des Reliefs des Geländes
und der Luftfahrtzonen anzuzeigen. Der Pilot erfasst daher leichter
die Luftfahrtzonen, die durch eine definierte Bahn seines Luftfahrzeugs
beeinflusst werden. Diese Präsentationen
ergibt eine leichte dreidimensionale Auslegung der Position der Luftfahrtzonen.
Sie erlaubt eine sehr gute Darstellung der vertikalen Situation
der Zonen und erleichtert daher weitgehend die Vorwegnahmearbeit
des Piloten. Ein Luftfahrzeugmodell 7 kann auf der Schnittansicht
dargestellt werden, um das Lokalisieren des Luftfahrzeugs in Bezug
auf das Relief noch weiter zu erleichtern.
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Die 4 und 5 stellen
eine schematische Ansicht einer kartographischen Darstellung der Höhendaten
und deren Luftfahrtzonen dar, die zwei Fenster 1 und 10 aufweisen,
wobei das Hauptfenster 1 eine Draufsicht darstellt, und
das Seitenfenster 10 eine Schnittansicht darstellt. Die 4 und 5 stellen
den gleichen Geländeabschnitt
für zwei
unterschiedliche Höhen
des Luftfahrzeugs dar, wobei die Höhe des Luftfahrzeugs der 5 größer ist
als die der 4. In Abhängigkeit von der Höhe ändern sich die
dargestellten Luftfahrtzonen. Auf 4 befindet sich
daher das Flugzeug im Inneren der Luftfahrtzone 5 und unter
der Luftfahrtzone 6, wie man auf der Schnittansicht sieht.
Auf der Draufsicht ist nur die Luftfahrtzone 5 dargestellt.
Auf 5 befindet sich das Flugzeug über der Luftfahrt zone 5 und
im Inneren der Luftfahrtzone 6, wie man auf der Schnittansicht
sehen kann. Auf der Draufsicht ist nur die Luftfahrtzone 6 dargestellt.
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Auf
den 4 und 5 liegt das Fenster 10,
das die Schnittansicht darstellt, unmittelbar neben einer der vertikalen
Seiten des Fensters 1. Aus Bequemlichkeits- oder Formgründen der
Anzeigevorrichtung kann das Fenster 10 auf einer der horizontalen
Seiten des Fensters 1, wie auf 6 gezeigt,
angeordnet werden.
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Das
erfindungsgemäße Syntheseverfahren erfordert
Mittel, die normalerweise auf den Luftfahrtelektroniksystemen und
Elektroniksystemen von Hubschraubern verfügbar sind.
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Das
komplette System, das das Anzeigen des dreidimensionalen erfindungsgemäßen Bilds
erlaubt, weist Folgendes auf:
- • Eine oder
mehrere Bediener-Maschinenschnittstellen des Typs Steuerposten,
die es dem Piloten erlauben, die Informationen auszuwählen, die
er braucht, und insbesondere die Anzeige der Schriftfelder in Zusammenhang
mit den Luftfahrtzonen.
- • Mittel
zum geographischen Lokalisieren des Luftfahrzeugs im Raum mit:
- • Sensoren
(Trägheitszentrale,
Satelliten-Lokalisierungssystem des Typs GPS (Global Positioning
System) usw.);
- • Sensoren
(Windmess-Barometersonden, gyroskopische Sensoren, Beschleunigungsmesser);
- • Eine
Navigationseinheit, die die Verarbeitung der Daten sicherstellt,
die aus den Sensoren- und Fühlerketten
hervorgehen und es erlauben, die geogra phische Position, die Höhe und die
Stellung des Luftfahrzeugs zu bestimmen.
- • Eine
Einheit zum Erzeugen eines kartographischen Synthesebilds, das das
Bild des Geländes und
Luftfahrtzonen, dargestellt gemäß einem
der erfindungsgemäßen Darstellungsmodi,
aufweist. Die Einheit weist Folgendes auf:
- • Eine
Datenbank mit kartographischen Daten, die mindestens die Informationen
des Reliefs des Geländes
aufweisen;
- • Eine
Datenbank, die die Informationen der Luftfahrtkarten enthält;
- • Eine
Einheit zum automatischen Verarbeiten und Filtern der Luftfahrtzonen
in Abhängigkeit
von der geographischen Lage und der senkrechten Position des Luftfahrzeugs;
- • Mindestens
eine Anzeigevorrichtung, die auf dem Armaturenbrett des Typs MFD,
angelsächsisches
Akronym für „Multi
Function Display",
angeordnet ist, die es erlaubt, in Echtzeit das dreidimensionale
Bild des Geländes
und der Luftfahrtzonen entweder auf einem einzigen Fenster oder auf
zwei Fenstern darzustellen.
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Elektronische
Verbindungen verbinden die verschiedenen Einheiten des kompletten
Systems. Das Übertragen
der verschiedenen Informationen erfolgt auf einem Datenbus gemäß den der
Luftfahrt eigenen Normen.
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Das
Verfahren ist insbesondere für
die Hubschrauber-Anwendungen
und für
den Sichtflug auf Hubschraubern bestimmt.