DE69606804T2

DE69606804T2 - Integriertes System zur Grundkollisionsvermeidung

Info

Publication number: DE69606804T2
Application number: DE69606804T
Authority: DE
Inventors: Tran
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 2000-06-15
Anticipated expiration: 2016-06-21
Also published as: EP0750238A1; DE69606804D1; US5892462A; EP0750238B1

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Bodenkollisionsvermeidungssystem. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein integriertes Bodenkollisionsvermeidungssystem, bei dem zahlreiche Sensoren und Gegenprüfungen eingesetzt werden, um eine präzise Bodenkollisionswarnung zu liefern und gleichzeitig unnötige Störwarnungen zu vermeiden.
Wie auf den Gebieten der Luftfahrt wohlbekannt ist, besteht ein sehr wichtiges Bemühen in dem Vermeiden eines kontrollierten Flugs in den Boden bzw. einer Bodenkollision. Jedes Jahr gehen wegen der Kollision zwischen einem Flugzeug und dem Boden viele Leben verloren. Bodenkollision wird häufig dadurch verursacht, daß der Pilot Fehlinformationen hat oder die Orientierung verliert und direkt in den Boden fliegt. Außerdem ist die Bodenkollision sowohl für militärische als auch kommerzielle Flugzeuge gleichermaßen ein Problem. Deshalb sind zur Förderung der Sicherheit des Lufttransports Systeme, die eine Kollision mit dem Boden vermeiden, höchst wünschenswert.
In der Vergangenheit sind zahlreiche Systeme entwickelt worden, um eine derartige Bodenkollisionsvermeidung zu liefern. Bei einer Art von System werden Flugzeugsensoren eingesetzt, um die Nähe des Flugzeugs zum Boden zu bestimmen. Zu diesen Sensoren können barometrische Höhenmesser, Radarhöhenmesser und nach vorne schauendes Infrarotradar gehören. Diese Geräte liefern zwar über die Möglichkeit einer Kollision mit dem Boden eine Warnung, doch sind diese Systeme durch die Fähigkeit der Sensoren selbst stark begrenzt.
Bei einer zweiten Art von System wird eine vorbestimmte kleinste sichere Höhe für einen gegebenen Bereich, in dem sich das Flugzeug bewegt, verwendet. Wenn sich das Flugzeug unterhalb dieser vorbestimmten kleinsten sicheren Höhe bewegt, gibt folglich eine Warnung dem Piloten an, daß die Gefahr einer Bodenkollision besteht. Dieses System ist gut, um in einer Umgebung mit flachem Gelände allgemeine Warnungen zu liefern. In bestimmten Situationen jedoch, beispielsweise ein Kampfflugzeug, das geländenahe Missionen durchführt, wenn ein Flugzeug sich in geringen Höhen über den Boden bewegen muß, dann ist dieses System unpraktisch. Dies gilt insbesondere in geographischen Bereichen mit großen Höhenveränderungen. Ein weiteres System zum Liefern von Bodenkollisionsvermeidungswarnungen ist eines, bei dem die Flugdynamik eines Flugzeugs ständig überwacht wird, um eine Anzeige einer möglichen Kollision zu liefern. Genauer gesagt wird während zahlreichen Manövern der Höhenverlust überwacht und danach interpoliert, ob eine Bodenkollision eminent ist. Diese Art von System ist jedoch nicht in der Lage, die tatsächliche Bodensituation und die Manövrierkontrollen vorherzusagen oder dem Piloten zur Verfügung stehende Manövrieralternativen zu betrachten. Es ist wohlbekannt, daß ein Pilot in einem Sturzflug schließlich abfangen wird. Wenn an diesem Punkt eine Höhenverlustinterpolation durchgeführt wird, ertönt sicher eine Fehlwarnung oder Störwarnung. Aus diesem Grund ist auch dieses System nicht praktikabel.
Aus EP 0 565 399 A1, die US 5 488 563 entspricht, ist ein Antikollisionssystem bekannt, das eine digitale Geländedatenbank verwendet. Diese Einrichtung enthält einen Massenspeicher, der in der Lage ist, eine Datenbank zu speichern, die mindestens einen wesentlichen Teil der Erdkugel in einer ausgeschnittenen Form mit einer Gitterkonfiguration auf mindestens einem Niveau darstellt. Zu diesen Gitterarten kann ein Grundgitter, Zwischengitter, unterteilende Grundgitter und Endgitter zählen, die wiederum einige der Zwischengitter unterteilen. Die Zwischen- und Endgitter sind in Bereichen in einer Nähe eines Flughafens vorgesehen. Die präzisere Datenbank gestattet dem Flugzeug, in Bereichen, in denen für eine Kollision eine größere Möglichkeit besteht, sicherer zu manövrieren.
Aus EP 0 597 76ß A1, die US 5 414 631 entspricht, ist eine Einrichtung zum Vermeiden von Flugzeugkollisionen mit dem Boden bekannt, die die geographische Stelle des Flugzeugs bestimmt und eine Datenbank enthält, die eine Beschreibung von Sicherheitshöhen für die geographische Stelle enthält. Die Einrichtung mißt, ob sich das Flugzeug relativ zu dem Gelände in der Datenbank auf einer sicheren Höhe befindet, und ein Alarm ertönt, wenn dies nicht der Fall ist.
Eine vorrangige Überlegung beim Entwurf eines Bodenkollisionsvermeidungssystems ist das Vermeiden von konstanten Fehlwarnungen oder Störwarnungen. Es können Systeme mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten und unterschiedlichen Warnmethodiken entworfen werden.
Derartige Systeme sind für einen Piloten jedoch von keinem Nutzen, wenn sie ständige Störwarnungen liefern, die andeuten, daß sich der Pilot in eminenter Gefahr einer Bodenkollision befindet, wenn der Pilot in Wirklichkeit in einem sicheren Zustand fliegt. Wenn zu viele Störwarnungen geliefert werden, wird das Bodenkollisionsvermeidungssystem wahrscheinlich ausgeschaltet und wird an diesem Punkt völlig nutzlos. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein sehr realistisches System bereitzustellen, das in der Lage ist, Bodenkollisionsvermeidungswarnungen nur an einem Punkt zu liefern, wenn es wahrscheinlich ist, daß sie sinnvoll sind und von der Flugzeugbesatzung beachtet werden.

KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein integriertes System bereit, das alle zur Verfügung stehenden Bordsensoren und -systeme verwendet, um präzise Bodenkollisionsvermeidungswarnungen zu erzeugen. Zu einigen der gegenwärtig verfügbaren Flugzeugbordsysteme zählen Trägheitsbezugs- bzw. Trägheitsnavigationssysteme, globale Positionierungssysteme (GPS), Radarhöhenmesser, Luftdatensensoren, Missionsrechner,
Flugkontrollrechner, Multifunktionsanzeigen, digitale Kartensysteme, aktive Geländesensoren, Geländebezugsnavigationssysteme und Head-Up Displays (HUD). Durch Nutzen der von allen diesen Systemen gelieferten Informationen kann eine präzise Bodenkollisionsvermeidungswarnung erzeugt werden, ohne daß zu einem Flugzeug beträchtliche Mengen an Hardware hinzugefügt werden.
Das System der vorliegenden Erfindung stellt ein Bodenkollisionsvermeidungssystem bereit, das auf der Grundlage der spezifischen Konfiguration der verwendeten Flugzeugplattform bzw. der geflogenen Mission skalierbar oder modifizierbar ist. Diese Skalierfähigkeit gestattet es, das System auf die gegenwärtigen Flugzeugfähigkeiten zuzuschneiden. Infolgedessen ist dieses System viel präziser. Zu Beispielen für derartiges Zuschneiden zählt das Setzen von Reaktionszeiten entsprechend Hochleistungskampfflugzeugen im Gegensatz zu Flugzeugen des Typs für den Lufttransport.
Bei der Erzeugung einer präzisen Bodenkollisionsvermeidungswarnung korreliert das vorliegende System alle verfügbaren Informationen hinsichtlich Oberflächengelände und führt sie zusammen, um ein sehr präzises Bild der Geländesituation zu erzeugen, über der sich das Flugzeug im Einsatz befindet. Das vorliegende System stellt außerdem einige grundlegende Annahmen auf, um die am ehesten möglichen bzw. wahrscheinlichsten Flugbahnen vorherzusagen, in denen das Flugzeug fliegen und manövrieren wird. Diese beiden Datenmengen können dann korreliert werden, und die Flugbahn kann auf den Boden abgebildet werden.
Diese vorhergesagten Flugbahnen können dann im Zusammenhang mit einem projizierten Bodenkurs verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine Bodenkollisionsbedingung eminent ist und somit, ob eine Warnung gerechtfertigt ist. Diese möglichen Flugbereiche werden vorhergesagt und dann von dem System zum Bestimmen von Bodenkollisionsbedingungen verwendet. Eine derartige Flugbereichsabbildung bzw. Bodenabbildung gestattet nach Korrektur hinsichtlich Geländeabweichungen sehr zuverlässige und präzise Einschätzungen von Kollisionsbedingungen.
Nachdem eine Bodenkollisionsbedingung festgestellt worden ist, sorgt das vorliegende System für weitere Führung und Steuerung, um diese mögliche Bodenkollisionssituation zu vermeiden. Diese Vermeidungsteuerung kann sowohl Nick- und Rollbefehle und gleichzeitig auch Schubbefehle zum Führen des Flugzeugs zu einem Ziel mit einer Clearancehöhe zur Vermeidung einer Kollision liefern.
Im Zusammenhang mit allen vorherigen Fähigkeiten liefert das System der vorliegenden Erfindung der Flugzeugbesatzung sowohl visuelle als auch knappe akustische Warnungen. Visuelle Warnungen können über die Multifunktionsanzeigen, ein eigenes Bodenkollisionsdisplay oder Head-Up-Displays geliefert werden. Akustische Warnungen können über Lautsprecher und/oder Summer innerhalb des Cockpits geliefert werden. Die Displaywarnungen können konfiguriert sein, der Flugzeugbesatzung eine Anzahl verschiedener Warnstufen, einschließlich Warnung vor Kollisionsmöglichkeiten bei eminenten Kollisionsbedingungen, zu liefern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, jeder Flugzeugbesatzung, die ein Flugzeug fliegt, sinnvolle, nützliche und präzise Bodenkollisionswarnungen zu liefern. Diese Warnungen sind nutzlos, wenn das Bodenkollisionsvermeidungssystem zahlreiche ungerechtfertigte Warnungen liefert und dadurch erreicht, daß sie als Fehlalarme oder Störwarnungen klassifiziert werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht auch darin, ein Bodenkollisionswarnsystem zu liefern, das alle, innerhalb eines Flugzeugs existierenden Fähigkeiten integriert. Dies wird dadurch erreicht, daß die Ausgaben, die von anderen Systemen, wie beispielsweise Missionscomputer, Navigationssystemen, Flugkontrollcomputersystemen, digitalen Kartensystemen usw., geliefert werden, genutzt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Bodenkollisionswarnsystems, das auf jede spezifische Flugzeuganwendung und jede geflogene Mission zugeschnitten werden kann. Insbesondere besteht eine Aufgabe der Erfindung in der Bereitstellung eines Systems, das abgeändert werden kann, damit es den Leistungscharakteristiken des Flugzeugs, innerhalb dessen das System arbeitet, entspricht. Durch dieses Zuschneiden bzw. diese Skalierbarkeit kann das Bodenkollisionswarnsystem viel präziser sein, da das System die Manövrierfähigkeiten des Flugzeugs präzise vorhersagen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der Lektüre dar folgenden ausführlichen Beschreibung zusammen mit den Zeichnungen hervor. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der integrierten Bodenkollisionsvermeidungssystemsteuerung und ihre Beziehung zu zahlreichen anderen Flugzeugsystemen;
Fig. 2 ist ein Logikflußdiagramm, das den Prozeß umreißt, den die integrierte Bodenkollisionsvermeidungssystemsteuerung durchläuft;
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild, das die Teile des Ortsgeländeinformationssystems darstellt;
Fig. 4 ist ein Logikflußdiagramm, das den Prozeß umreißt, den das Ortsgeländeinformationssystem durchläuft;
Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, der das Flugbereichsvorhersagesystem darstellt;
Fig. 6 ist ein Logikflußdiagramm, das die Logik darstellt, die das Flugbereichsvorhersagesystem durchläuft;
Fig. 7 ist ein Blockschaltbild, das das Bodenkorrelations- und -kollisionsbedingungssystem umreißt;
Figür 8 ist ein Flußdiagramm, das die Logik umreißt, die das Bodenkorrelations- und -kollisionsbedingungssystem durchläuft;
Fig. 9 ist ein Blockschaltbild, das das Vermeidungsregel- und -führungssystem der vorliegenden Erfindung umreißt; und
Fig. 10 ist ein Logikflußdiagramm, das die Logik umreißt, die das Vermeidungssteuer- und - führungssystem durchläuft.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird ein Blockschaltbild des integrierten Bodenkollisionsvermeidungssystems 10 zusammen mit einer Reihe anderer typischer Flugzeugsysteme gezeigt. Ein Flugzeug enthält im allgemeinen eine Reihe von Avioniksystemen, die an einer Art von Avionikbus 20 angeschlossen sind. Fig. 1 zeigt zusammen mit dem integrierten Bodenkollisionsvermeidungssystem 10 (IGCAS 10 = integrated ground collision avoidance system) ein Head-Up Display 22, einen Missionsrechner 24, ein Radarhöhenmessersystem 26 und ein Trägheitsnavigationssystem 28, ein globales Positionierungssystem 30 (GPS), eine Datenspeichereinheit 32, eine Multifunktionsanzeige 34, einen Flugsteuerrechner 35, ein Karten- und Missionsmodul 36, Luftdatensensoren 37, aktive Geländesensoren 38 und ein Geländebezugsnavigationssystem 42. Diese Systeme sind zwar für diejenigen beispielhaft, die an einen typischen Avionikbus 20 angeschlossen sind, doch versteht es sich, daß zahlreiche andere Systeme angeschlossen sein können und in der Regel angeschlossen sind. Über den Avionikbus 20 können alle diese Systeme Informationen teilen und miteinander in Verbindung stehen. Ein typisches Beispiel des Avionikbusses ist der Bus MIL STD-1553, der bei den meisten militärischen Anwendungen verwendet wird, ein ARINC-Bus, der bei kommerziellen Anwendungen verwendet wird.
Das integrierte Bodenkollisionsvermeidungssystem 10 enthält eine Reihe von Komponenten, von denen jede eine spezifische Fähigkeit liefert. Jede dieser Komponenten hat zwar ihre eigenen Aufgaben, doch versteht es sich, daß sie weiterhin zu allen Zeiten miteinander in Verbindung stehen und Informationen teilen. Integrierte Bodenkollisionsvermeidungssysteme 10 enthalten ein Ortsgeländeinformationssystem 40, ein Flugbereichsvorhersagesystem 50, ein Bodenkorrelationssystem 60, ein Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 und einen Kollisionswarngenerator 80.
Das Ortsgeländeinformationssystem 40 koordiniert die zahlreichen Sensoren und Systeme auf dem Flugzeug, die sich mit der Erfassung von Geländehöhen beschäftigen. Das Ortsgeländeinformationssystem 40 korreliert diese Daten und überlagert sie, um ein vollständiges Bild der Gelände- und Merkmalsituation aufzubauen, über der sich das Flugzeug im Einsatz befindet.
Das Flugbereichsvorhersagesystem 50 koordiniert mit den Flugkontrollrechnern 35, dem Missionsrechner 24 und den Trägheitsnavigationssystemen 28, um einen oder mehrere vorhergesagte Flugbereiche zu liefern, innerhalb deren sich das Flugzeug während einer vorbestimmten Zeitdauer bewegen wird. Das Flugbereichsvorhersagesystem 50 berechnet auf der Grundlage der verlängerten aktuellen Flugbahn und der möglichen Manöver, die ein Pilot wahrscheinlich ausführt, eine Anzahl akzeptierbarer Flugbereiche. Das Flugbereichsvorhersagesystem 50 arbeitet auch mit dem High-Fidelity-Flugzeugmodell, um die möglichen Manövrierfähigkeiten des Flugzeugs präzise vorherzusagen. Auf diese Weise kann das Flugbereichsvorhersagesystem 50 für verschiedene Flugzeugarten modifiziert werden, was eine präzisere Vorhersage der Flugzeugmanövrierbarkeit gestattet.
Das Bodenkorrelationssystem 60 nutzt die von dem Ortsgeländeinformationssystem 40 und dem Flugbereichsvorhersagesystem 50 gelieferten Informationen, um eine Abbildung des Fluges des Flugzeugs auf dem Boden zu liefern. Diese Bodenabbildung wird durch Projizieren der möglichen Flugbahnen auf das korrelierte Gelände- und Merkmalsbild, über dem das Flugzeug fliegt, erreicht. Aus dieser Bodenkorrelation kann eine Warnsituation erfaßt werden, in der festgestellt wird, daß eine Bodenkollision bevorsteht oder falls keine weitere korrigierende Maßnahme ergriffen wird.
Das Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 nutzt die Informationen von den oben erwähnten Systemen und bestimmt die entsprechende Manövrieraktion zur Vermeidung einer eminenten Kollision. Das Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 kann dann zum Vermeiden einer Bodenkollision dem Piloten bzw. der Flugzeugbesatzung entsprechende "Flucht"-Befehle liefern.
Der Bodenkollisionswarngenerator 80 liefert schließlich dem Piloten und der Flugzeugbesatzung die notwendigen Warnungen und Anzeigen, um sie auf eine mögliche Bodenkollision aufmerksam zu machen und ihnen das visualisierte vertikale Geländeprofil und die vorhergesagte Flugbahn und den hervorgehobenen Kollisionspunkt zu liefern. An den Bodenkollisionswarngenerator 80 ist ein Audiowarnsystem 82 und ein Bodenkollisionswarndisplay 84 angeschlossen. Das Audiowarnsystem 82 liefert dem Piloten hörbare Warnungen, wie beispielsweise einen Summer oder mögliche "Flucht"-Cueing-Befehle. Ähnlich kann das Bodenkollisionswarndisplay 84 dem Piloten die möglichen Kollisionssituationen sowie die notwendigen Ausweichmanöver anzeigen, um dem Piloten bei dem Vermeiden der Bodenkollision zu helfen.
Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein ausführlicheres Diagramm der Flußlogik gezeigt, die von der integrierten Bodenkollisionsvermeidungssteuerung 90 verfolgt wird. Die IGCAS-Steuerung 90 startet den Prozeß durch Initialisierung und Einrichten von Systemkapazitäten in dem Kollisionssystem im Block 130. Das System bewegt sich dann zu der Ortsgeländeinformation in Block 132 weiter. Bei diesem Prozeß wird das Gelände, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet, vollständig ausgewertet. Auf die Ortsgeländeinformationen 132 wird in der vorliegenden Patentschrift später mit Bezug auf die Erörterung von Fig. 3 und 4 näher eingegangen. Das System bewegt sich dann zu der Vorhersage von möglichen Flugbereichen in Block 134 weiter. Der Flugbereichsvorhersageblock 134 berechnet auf der Grundlage des aktuellen dynamischen Zustands des Flugzeugs, der Dynamikbeschränkungen und der möglichen Flugzeugabfangmanöver die möglichen Flugbahnen. Wiederum wird auf den Prozeß, den der Flugvorhersagebereichsblock 134 verfolgt, in der Patentschrift in bezug auf die Erörterung von Fig. 5 und 6 näher eingegangen. Der Prozeß bewegt sich dann zu dem Bodenkorrelationsblock 136 weiter, in dem die vorhergesagten Flugbereiche mit Bodendaten korreliert werden. Dabei werden Höhen- und Merkmalsdaten, die dem oben erwähnten Flugbereich entsprechen, abgerufen. Aus diesen abgerufenen Daten und der resultierenden Korrelation kann das System bestimmen, ob für eine Kollisionsbedingung eine hohe Wahrscheinlichkeit vorliegt. Dieser Prozeß wird weiter in bezug auf Fig. 7 und 8 erörtert. Der Prozeß bewegt sich dann weiter, um die Vermeidungssteuer- und -führungsbefehle in Block 138 zu berechnen, wobei Zusammenarbeit mit 134 und 136, um einen Boden- und Geländevermeidungsflugweg zu berechnen und auf der Grundlage davon werden Befehle erzeugt, die dann zum Flugsteuersystem des Flugzeugs gesendet werden können, um eine Kollision zu vermeiden. Weiterhin können die Befehle dem Multifunktionsanzeigen geliefert werden, um Flugdirektorbefehle zu erzeugen, und zum Head-Up-Display, um einen Vermeidungsweg im Himmel zu erzeugen. Diese Vermeidungsbefehle basieren auf dem vorhergesagten Boden- und Vermeidungsflugweg und den Dynamik- und Leistungsfähigkeiten des Flugzeugs. Eine weitere Erörterung dieses Prozesses ist in der vorliegenden Patentschrift in bezug auf Fig. 9 und 10 enthalten. Als letztes erzeugt das vorliegende System entsprechende Warnungen in einem Kollisionswarnerzeugungsblock 140. Diese Warnungen zeigen dem Piloten an, daß eine Bodenkollision unmittelbar bevorsteht, es sei denn, die angezeigte Ausweichaktion wird ergriffen. Gleichzeitig werden dem Piloten entsprechende Führungsbefehle geliefert. (das heißt die in Block 138 erzeugten Vermeidungssteuer- und -führungsbefehle)
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird ein Blockschaltbild gezeigt, das das Ortsgeländeinformationssystem 40 darstellt. Wie oben erörtert, hängt das Ortsgeländeinformationssystem 40 von Eingaben von einer Anzahl unterschiedlicher Einrichtungen ab. Zu diesen Einrichtungen zählen die digitale Geländehöhendatenbank 32, aktive Geländesensoren 38, ein Radarhöhenmesser 26, ein Missionsrechner 24, ein Geländebezugsnavigationssystem 42 und ein Worldwide-NavAid- und Flugplatzindikator 43. Dieses sind die Systeme, die dem Ortsgeländeinformationssystem 40 zur Verfügung stehen. All die zahlreichen Eingaben werden von dem Ortsgeländeinformationssystem 40 verwendet, um ein vollständiges vertikales Profil des geographischen Geländes, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet, aufzubauen und zusammenzuführen. Dieses Bild enthält ein präzises Bild der Geländehöhe und der geographischen Formationen, über denen das Flugzeug gegenwärtig fliegt oder in naher Zukunft fliegen wird.
Das Ortsgeländeinformationssystem 40 enthält ein Ortsgeländehöhensystem 44, das Eingaben von der digitalen Geländehöhendatenbank 32, dem Geländebezugsnavigationssystem 42 und dem Missionsrechner 24 erhält. Aus diesen zahlreichen Eingaben kann das Ortsgeländehöhensystem 44 bestimmen, wo das Flugzeug fliegt, und das entsprechende Gelände für das Gebiet bestimmen, über dem das Flugzeug gegenwärtig fliegt. Weiterhin kann das Ortsgeländehöhensystem 44 das nächste Gebiet vorausberechnen, über dem das Flugzeug fliegen wird, und Höhendaten auch für dieses Gebiet liefern. Viele der Höheninformationen werden von der digitalen Geländehöhendatenbank 32 erhalten. Die digitale Geländehöhendatenbank 32 enthält Höhendaten für große geographische Gebiete und verarbeitet diese Daten, um Höhendaten in bewältigbaren Teilen zu liefern.
Ein Ortsflughafen- und Start- und Landebahnsystem 45 empfängt. Eingaben von einem Worldwide-NavAid- und Flughafendatensystem 43, dem Geländebezugsnavigationssystem 42, dem Flugsteuerrechner 35 und dem Missionsrechner 24. Aus diesen Eingaben kann das Ortsflughafen- und Start- und Landebahn-Abbildungssystem 45 genau bestimmen, wann sich das Flugzeug in der Nähe eines Flughafens befindet und wann das Flugzeug damit begonnen hat, seinen Anflug für eine Landung zu initiieren. Das Worldwide-NavAid- und Flughafendatensystem 42 kann in der Regel ein ILS- System, ein VOR-System und ein Gleitpfadverifikationssystem enthalten. Diese Informationen sind besonders relevant, da zahlreiche Störwarnungen vermieden werden können, wenn dem IGCAS 10 bekannt ist, daß sich das Flugzeug dem Boden nähert, da es landen muß.
Das Ortsgeländeinformationssystem 40 enthält auch ein aktives Geländeüberwachungssystem 46, das Eingaben von dem Radarhöhenmesser 26 und aktiven Geländesensoren 38 empfängt. Zu den aktiven Sensoren 38 können Laserentfernungsmesser, Infrarotradar und andere wohlbekannte Annäherungssensoren zählen. Das aktive Geländeüberwachungssystem 46 empfängt diese Eingaben und berechnet für das geographische Gebiet, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet, mehrere Höheninformationen.
Die Ausgabe von dem Ortsgeländehöhensystem 44, dem Ortsflughafen- und Start- und Landebahnsystem 45 und dem aktiven Geländeüberwachungssystem 46 wird einem Ortsgeländekorrelationssystem 48 zugeführt. Eine Eingabe für die Geländegenauigkeit liefert dem Ortsgeländekorrelationssystem 48 auch das Geländebezugsnavigationssystem 42. Das Ortsgeländekorrelationssystem 48 korreliert dann alle empfangenen Höhen- und Geländeinformationen und liefert eine Ausgabe, die in Zusammenfassung ein vollständiges Bild des Geländes liefert, über dem das Flugzeug sich gegenwärtig im Einsatz befindet, und des Geländes, über dem sich das Flugzeug bald im Einsatz befindet. Diese Korrelation wird erreicht, indem Ausgaben von dem aktiven Geländeüberwachungssystem 46, dem Ortsflughafen- und Start- und Landebahnsystem 45 und dem Ortsgeländehöhensystem 44 verglichen und dann verknüpft werden. Mit Ausgaben von dem Geländebezugsnavigationssystem 42 wird dann die Wiedergabetreue des Ortsgeländekorrelationssystems 48 verbessert und eine umfassende Ansicht des örtlichen Geländes geliefert. Diese örtlichen Geländedaten werden dann auf die Busverbindung 49 ausgegeben. Es werden zwar zahlreiche Eingaben zu dem Ortsgeländeinformationssystem 40 gezeigt, doch versteht sich, daß diese Eingaben durch zahlreiche Busverbindungen und andere Arten elektronischer Kommunikation erreicht werden könnten. Außerdem sind die Ausgaben von dem Ortsgeländeinformationssystem 40 dann auf dem IGCAS-Bus 14 verfügbar.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird ein Flußdiagramm gezeigt, das die Logikschritte darstellt, die das Ortsgeländeinformationssystem 40 verfolgt. Anfänglich werden die Geländehöhendaten und die Flugdynamikdaten überwacht, um in Block 150 die Geländehöhen zu finden. Bei dem Finden der Geländehöhendaten werden einfach diejenigen Höhendaten abgerufen, die dem Gebiet entsprechen, über dem das Flugzeug fliegt. Nach dem Finden der Geländehöhendaten 150 werden die Flughafen- und Start- und Landebahndaten gefunden und gegebenenfalls im Block 152 zusammengeführt. Ähnlich werden bei diesem Finden diejenigen Flughafen- und Start- und Landebahndaten abgerufen, die demjenigen Gebiet entsprechen, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet. Das Finden von Daten relativ zu Start- und Landebahnen und Flughäfen ist nur während bestimmter Zeiträume des Flugzeugbetriebs relevant, jedoch ist eine Anzeige von Start- bzw. Landemanövern sehr wesentlich, wenn Störwarnungen vermieden werden sollen. Der Prozeß führt dann eine aktive Geländefilterung und -überwachung in Block 154 durch. Diese Aktivität liefert eine wechselseitige Kontrolle für das Zusammenführen der oben erwähnten Geländehöhenlokalisierung (im Block 150 durchgeführt) und der Start- und Landebahn- und Flughafenlokalisierung (im Block 152 durchgeführt). Im Block 156 werden schließlich alle erhaltenen gefundenen Geländeinfornationen (Ortsgeländehöhendaten, Ortsflughafen- und Start- und Landebahndaten und aktive Geländeüberwachungsdaten) korreliert, um ein vollständiges vertikales Profil des örtlichen Geländes zu liefern, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 5 wird ein vollständigeres Blockschaltbild des Flugbereichsvorhersagesystems 50 gezeigt. Das System enthält einen Flugphasenmonitor 56, einen Außenschleifenführungssteuergenerator 58, ein erstes vorhergesagtes Flugbahnsystem 52, ein zweites vorhergesagtes Flugbahnsystem 54 und ein Flugzeugdynamikmodell 39. Die vorliegende Ausführungsform zeigt zwar zwei vorhergesagte Flugbahnsysteme, doch versteht sich, daß gegebenenfalls mehr von diesen Arten von Systemen eingebaut werden könnten.
Der Flugphasenmonitor 56 verfolgt präzise, in welcher Phase des Flugs sich das Flugzeug befindet (z. B. Start, Landung, waagerechter Flug, hohe Manövrierbarkeit, ...). Die jeweilige Phase eines Fluges bewirkt ernsthaft die Annahmen, die ein erstes vorhergesagtes Flugbahnsystem 52 und ein zweites vorhergesagtes Flugbahnsystem 54 beim Ausführen ihrer Prozesse treffen. Nachdem die Flugphase identifiziert worden ist, werden diese Informationen an den Außenschleifenführungssteuergenerator 58 übermittelt. Der Außenschleifenführungssteuergenerator 58 erzeugt in der Regel die dem Flugzeug gelieferten Befehle, die bewirken, daß das Flugzeug seinem Navigationsplan folgt. Eingaben werden von dem Trägheitsnavigationssystem 28 und Luftdatensensoren 37 zusätzlich zu der Eingabe von dem Flugphasenmonitor 56 empfangen. Der Außenschleifenführungssteuergenerator 58 liefert dann Ausgaben, die die geplante Flugbahn des Flugzeugs anzeigen.
Die Ausgaben des Außenschleifenführungssteuergenerators 58 werden dann an das erste vorhergesagte Flugbahnsystem 52 und das zweite vorhergesagte Flugbahnsystem 54 geliefert. Aus diesen Eingaben kann das erste vorhergesagte Flugbahnsystem 52 die Position des Flugzeugs zu dem Zeitpunkt bestimmen und einen Flugbereich vorhersagen, durch den das Flugzeug in einem vorbestimmten Zeitraum wahrscheinlich fliegt. Der von dem ersten vorhergesagten Flugbahnsystem 52 erzeugte erste vorhergesagte Flugbahnbereich basiert auf den allgemeinen Annahmen, daß das Flugzeug seinem aktuellen Kurs und seiner aktuellen Höhe während des vorbestimmten Zeitintervalls folgt.
Das zweite vorhergesagte Flugbahnsystem 54 arbeitet ähnlich, um einen zweiten vorhergesagten Flugbereich zu erzeugen, durch den sich das Flugzeug wahrscheinlich manövriert. Das zweite vorhergesagte Flugbahnsystem 54 unterscheidet sich jedoch von dem ersten vorhergesagten Flugbahnsystem 52, da es auf der Grundlage von wahrscheinlichen Flugzeugbefehlen unterschiedliche Annahmen trifft. Das zweite vorhergesagte Flugbahnsystem 54 nimmt an, daß während der vorbestimmten Dauer ein annehmbares Manöver durchgeführt wird. Dieses System berücksichtigt die gegenwärtige Höhe, Höhenraten, Kurs, Flugsteuermodenzustand und den Modenzustand eines Missionsrechners 24, um die Bestimmung zu unterstützen, ob es wahrscheinlich ist, daß das Flugzeug während des vorbestimmten Intervalls ein Manöver durchführen wird. Unter der Annahme, daß dieses Manöver durchgeführt werden soll, wird der zweite vorhergesagte Flugbereich auf der Grundlage dieses Manövers erzeugt.
Die Ausgaben des ersten vorhergesagten Flugbahnsystems 52 und des zweiten vorhergesagten Flugbahnsystems 54 werden dann an das Flugzeugmodell 39 geliefert, um sicherzustellen, daß die Vorhersagen präzise sind. Das Flugzeugmodell 39 enthält Informationen hinsichtlich der Manövrierbarkeit des Flugzeugs und stellt sicher, daß bestimmte Flugbahnen tatsächlich geflogen werden können. Die vorhergesagten Flugbahnen (erste und zweite) werden dann zur Verwendung durch andere Systeme auf den IGCAS-Bus 14 ausgegeben.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 6 wird ein Logikflußdiagramm gezeigt, das in der Regel von dem Flugbereichsvorhersagesystem 50 verwendet wird. Der zur Flugbereichsvorhersage verwendete Prozeß beginnt bei Block 160, wo der Flugphasenmonitor geprüft wird, um genau zu bestimmen, in welcher Phase des Fluges sich das Flugzeug befindet.
Der Prozeß bewegt sich dann weiter zu Block 162, wo die aktuellen Außenschleifenführungsbefehle untersucht werden, um den Fortschritt des Flugzeugs zu bestimmen, der bezüglich der Zeit oder der Manövrierphase gemacht wird. Außerdem können die aufkommenden Flugzeugsteuersegmente geprüft werden, um hinsichtlich der Position des Flugzeugs relativ zu dem Flugplan Einsicht zu gewinnen. Auf der Grundlage dieser Informationen werden auch die Außenschleifenführungsbefehle für die vorhergesagten Flugbahnen bestimmt.
Das gegenwärtige Manöver des Flugzeugs betreffende Informationen werden dann verarbeitet, um im Block 164 eine erste Flugbahn vorherzusagen. Parallel zu der Vorhersage der ersten vorhergesagten Flugbahn wird im Block 168 eine zweite Flugbahn vorhergesagt. Jeder der Schritte des Vorhersagens der ersten und zweiten Flugbahn basiert auf der aktuellen Flugoperation des Flugzeugs zusammen mit einer Reihe von vorbestimmten Annahmen. So kann die Vorhersage der ersten Flugbahn beispielsweise auf der Annahme basieren, daß das aktuelle Manöver/die aktuelle Flugzeughöhe beibehalten werden. Die zweite Flugbahn kann aber auch auf der Grundlage der Annahme vorhergesagt werden, daß das Flugzeug sobald wie möglich zum waagerechtflug zurückkehren und ein Steigflugmanöver beginnen wird. Dies sind zwei Beispielskriterien, die beim Vorhersagen der Flugzeugflugbahnen verwendet werden können, doch versteht es sich, daß viele andere Annahmen angewendet werden können.
Als nächstes wird in den Blocks 166 und 170 das Flugzeugmodell reduzierter Ordnung und das High- Fidelity-Flugzeugmodell auf die vorhergesagte Flugbahn angewendet, um zu versichern, daß die vorhergesagten Flugbahnen realistisch sind. Das Flugzeugmodell enthält, wie oben erörtert, Informationen hinsichtlich der Leistungsgrenzen der Manövrierbarkeit des Host- Flugzeuges. Diese Überprüfung des Flugzeugmodells kann möglicherweise Korrekturen an der ersten und zweiten vorhergesagten Flugbahn auf der Grundlage der Manövrierbarkeit des Flugzeugs gestatten. Nach der Anwendung des Flugzeugmodells werden die ersten Flugbahndaten 172 und die zweiten Flugbahndaten 174 zur Verwendung durch andere Komponenten des Systems auf den IGCAS-Bus 14 geliefert.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 7 wird ein Blockschaltbild gezeigt, das das Bodenkorrelationssystem 60 zeigt. An das Bodenkorrelationssystem 60 ist das Ortsgeländeinformationssystem 40, das vorhergesagte Flugbereichssystem 50, das Trägheitsnavigationssystem 28 und der Missionsrechner 24 angeschlossen. In dem Bodenkorrelationssystem 60 ist ein Bodenflugwegabbildungssystem 100, ein Bodenkollisionskorrelationssystem 108, ein Mänöverneuplanungssystem 104, ein normiertes Bodenflugbahnsystem 106 und ein Flugzeugmodell 39 enthalten.
Das Bodenflugbahnäbbildungssystem 100 empfängt Eingaben von dem Ortsgeländeinformationssystem 40, dem Manöverneuplanungssystem 104 und dem vorhergesagten Flugbereichssystem 50. Aus diesen Eingaben kann das Bodenflugbahnabbildungssystem 100 die Flugbahn des Flugzeugs auf das Gelände abbilden, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet. Diese Bodenflugbahnabbildung wird dann an das normierte Bodenflugbahnsystem 106 zum Normieren der Bodenflugbahn übertragen. Die normierte Bodenflugbahn ist eine Sammlung von Informationen hinsichtlich des Geländes und der Geländepräzision, über das das Flugzeug fliegen soll. Die normierte Bodenflugbahn liefert den höchsten Datenpunkt für ein bestimmtes Segment der Flugbahn. Zu den Bodendaten kann auch ein bestimmter Fehlerterm hinzugefügt werden, um eine der Flugbahn entsprechende wahrscheinlichste Höhe zu liefern. Die normierte Bodenflugbahn wird dann an das Bodenkollisionskorrelationssystem 108 geliefert. Das Bodenkollisionskorrelationssystem 108 empfängt eine Eingabe von dem Flugbereichsvorhersagesystem 50 zusammen mit einer Eingabe von dem oben erwähnten normierten Bodenflugbahnsystem 106. Aus diesen Systemen bestimmt das Bodenkollisionskorrelationssystem 108, ob auf der Grundlage der gelieferten Informationen innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls eine Bodenkollision möglich ist. Wenn eine derartige Kollision möglich ist, werden entsprechende Signale und Warnungen geliefert. Diese Kollisionsbedingungsbestimmung basiert auf zahlreichen oben erwähnten Annahmen, einschließlich: (a) den von dem Flugbereichsvorhersagesystem 50 bestimmten alternativen Flugbahnen und (b) den Manövrierfähigkeiten des Flugzeugs, wie sie durch das Flugzeugmodell 39 geliefert werden. Aus allen diesen Informationen kann auch die Wahrscheinlichkeit einer Kollisionsbedingung bestimmt werden. Die Wahrscheinlichkeit einer Kollision kann auf einer Skala von "mögliche gelieferte bestimmte Flugdynamiken werden befolgt" bis "unmittelbar bevorstehende Kollision, wenn keine Ausweichaktion getroffen wird" eingestuft werden. Diese Informationen können dann an weitere Systeme geliefert werden, um die entsprechenden Warnungen für die Flugzeugbesatzung zu erzeugen. Die Ergebnisse des Bodenkollisionskorrelationssystems 108 werden dann über den Ausgang 110 an das Manöverneuplanungssystem 104 und den IGCAS-Bus 14 geliefert.
Das Bodenkorrelationssystem 60 enthält, wie oben erwähnt, auch ein Manöverneuwarnungssystem 104, das von dem Missionsrechner 24, dem Flugzeugmodell 39 und dem Bodenkollisionskorrelationssystem 108 Signale empfängt. Das Manöverneuplanungssystem 104 verwendet dann diese Eingaben, um die dazwischenliegenden Flugsegmente auf der Grundlage der von dem Missionsrechner 24 gelieferten Fluginformationen und den Kollisionsbedingungsanzeigen, wie sie durch das Bodenkollisionskorrelationssystem 108 geliefert werden, entsprechend neu zu planen. Die Eingabe von dem Flugzeugmodell liefert eine Anzeige über die Möglichkeit der Rettung und Vermeidung von Kollision auf der Grundlage der Manövrierbarkeit des Flugzeugs. Durch das Bodenvermeidungsneuplanungssystem werden auch die kritischen Punkte bestimmt, an denen Rettungsmanöver unternommen werden müssen, um eine Bodenkollision zu vermeiden. Diese kritischen Punkte werden dann über den Ausgang 112 an den IGCAS-Bus 14 übermittelt.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 8, wo ein Logikflußdiagramm gezeigt ist, das die von dem Bodenkorrelationssystem 60 verwendete Logik darstellt. Der Prozeß wird gestartet und bewegt sich sofort zu Block 180, wo die Flugbahn des Flugzeugs auf den Boden abgebildet wird. Bei diesem Schritt werden Höhendaten erhalten, die demjenigen Gelände entsprechen, über das das Flugzeug fliegen wird, was zu einer Bodenflugbahndatenmenge führt.
Als nächstes bewegt sich der Prozeß zu Schritt 182 weiter, in dem die Bodenflugbahn normiert wird. insbesondere wird bei diesem Prozeß die höchste Höhe für einen bestimmten inkrementellen Teil der Bodenflugbahn bestimmt und danach die normierte Höhe für dieses Inkrement der Flugbahn als gleich der der höchsten Höhe oder geringfügig über der der höchsten Höhe bezeichnet. Diese Normierung gestattet auch, daß das System einen gewissen Fehlerspielraum in das System aufnimmt, indem es einen Sicherheitsspielraum zu den normierten Flugbahndaten addiert.
Im Prozeßschritt 184 wird die Kollisionsbedingungskorrelation durchgeführt. Bei diesem Prozeß werden die normierten Flugbahndaten und die vertikalen Flugbahndaten (einschließlich aller projizierten möglichen Flugbahnen) korreliert, um zu bestimmen, ob ein Durchschnitt dieser Daten existiert. Ein Durchschnitt zeigt an, daß eine Kollisionsbedingung existiert und entsprechende Warnungen und eine Missionsneuplanung unternommen werden sollten. Im Block 186 wird eine Entscheidung getroffen, ob eine Kollisionsbedingung existiert. Wenn keine Kollisionsbedingung existiert, dann ist der Prozeß abgeschlossen und bewegt sich zu seinem Ende im Block 292 weiter.
Wenn eine Kollisionsbedingung existiert, bewegt sich der Prozeß weiter zum Neuplanen des Fluges und Produzieren von vorhergesagten Bodenvermeidungsmanövern im Schritt 188. Wenn eine Missionsneuplanung geschehen ist, aber in dem Sinne noch nicht beendet ist, daß das System noch nicht zuversichtlich ist, daß es zu keiner Kollision kommen wird, dann geht der Prozeß zurück zu Schritt 180, um den Bodenkorrelationsprozeß für die von neuem umgeplante Flugbahn neu zu initiieren. Wenn jedoch die Neuplanung von dem System nochmals geprüft worden ist, bewegt sich der Prozeß zu seinem Ende bei 192 weiter.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 9 veranschaulicht ein Vermeidungssteuer- und - führungssystem 70. Wie in dieser Figur gezeigt, empfängt das Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 die Eingabe 112 über den kritischen Punkt der Bodenvermeidung von dem Bodenkorrelationssystem 50, die Eingabe 114 über die IGCAS-Steuermodenauswahl von der IGCAS-Steuerung 90, eine Flugzeugzustandsvektoreingabe von dem Trägheitsnavigationssystem 28, eine Flugsteuermodenzustandseingabe von dem Flugsteuersystem 35 und eine Missionsrechnermodenzustandseingabe von dem Missionsrechner 24. Mit allen diesen Eingaben werden entsprechende Führungssteuerbefehle geliefert, um eine mögliche Bodenkollision zu vermeiden. In dem Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 ist eine IGCAS-Steuer- und -führungsmodenlogik 122, ein Nick-, Roll- und Schubziel- und -abweichungsgenerator 124, ein Nickachsensteuer- und -befehlsgenerator 126, ein Rollachsensteuer- und -befehlsgenerator 127 und ein Schubachsensteuer- und -befehlsgenerator 128 enthalten.
Die von dem Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 empfangenen ersten Signale sind das Flugsteuersystemmoduszustandssignal von dem Flugsteuersystem 35, die IGCAS-Steuermodusauswahl von der IGCAS-Steuerung 90 und das Missionsrechnerzustandssignal von dem Missionsrechner 24. Aus diesen Signalen bestimmt die IGCAS-Steuer- und -führungsmodenlogik 122, wieviel Steuerung das IGCAS- System hat. Das System kann beispielsweise so konfiguriert sein, daß die volle Steuerung von Flugaktivitäten von dem IGCAS-System gehandhabt wird oder nur Flugdirektorbefehlscues den Piloten geliefert werden. Das System kann aber auch so konfiguriert sein, daß es Warnungen und Anzeigen liefert, um den Piloten auf Kollisionsbedingungen hinzuweisen und die Piloten über Vermeidungsmanöver anzuweisen. Der Status der IGCAS-Steuerung wird als ein IGCAS-Steuermodensignal zu einem Nick-, Roll- und Schubziel- und - abweichungsgenerator 124 übermittelt, damit es entsprechende Steuersignalbefehle erzeugen kann.
Der Nick-, Roll- und Schubziel- und -abweichungsgenerator 124 empfängt das IGCAS- Steuermodensignal zusammen mit dem Flugzeugzustandsvektor von dem Trägheitsführungssystem 28 und dem Signal 112 über die kritischen Punkte bei der Bodenvermeidung. Das Signal 112 über die kritischen Punkte bei der Bodenvermeidung setzen sich aus den Orten zusammen, an denen irgendeine Art von Ausweichaktion unternommen werden muß. Der Kollisionsvermeidungssteuergenerator 124 empfängt diese Befehle und bestimmt die entsprechende Flugart, die erforderlich ist, um die mögliche Kollision mit dem Boden zu vermeiden. Diese Ausweichflugbahn bzw. das Ausweichmanöver, wie sie bzw. es durch den Kollisionsvermeidungssteuergenerator 124 bestimmt wird, wird dann an den Nickachsensteuergenerator 126, den Rollachsensteuergenerator 127 und den Schubsteuergenerator 128 geliefert. Jedes dieser Systeme (Nickachsensteuergenerator 126, Rollachsensteuergenerator 127 und Schubsteuergenerator 128) liefert die entsprechenden Einstellungen und Befehle, um das gewünschte Ausweichmanöver durchzuführen. Der Nickachsensteuergenerator 126 und der Rollachsensteuergenerator 127 liefert die entsprechenden Nick- und Rollbefehle (Nicksteuerbefehle 116 und Rollsteuerbefehle 117), um das oben erwähnte Ausweichmanöver durchzuführen und zu veranlassen, während der Schubsteuergenerator 128 die entsprechendenden Schubeinstellungen bestimmt, um das gewünschte Manöver zu erreichen, und übermittelt diese Informationen über den Schubsteuerbefehl 118. Diese Signale werden dann über den IGCAS-Bus 14 und den Avionikbus 20 zu dem IGCAS-Flugsteuerrechner 135 und entsprechenden Führungssystemen übertragen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 10 ist ein Logikflußdiagramm gezeigt, das die Logik veranschaulicht, die von dem Vermeidungssteuer- und -führungssystem 70 verwendet wird, um Flugs euerbefehle zu erzeugen, die eine Bodenkollision vermeiden. Im Schritt 200 beginnt der Prozeß mit dem Bestimmen des Steuermodus, unter dem das System arbeitet. Wenn das IGCAS-System nicht mit dem Flugsteuerrechner gekoppelt ist, erzeugt der Prozeß keinen Flugsteuerbefehl. Wenn das System eingeschaltet ist, bewegt sich der Prozeß zu Schritt 202, in dem Nick-, Roll- und Schubziele und -abweichungen berechnet werden. Dies geschieht mit Informationen von der vorhergesagten Vermeidungsbahn und der Trägheitsnavigation 28. Nach der Berechnung von Zielen und Abweichungen können mit diesen Informationen die eigentlichen Flugdirektorbefehle, um dem Piloten den Einsatz zu geben, und die Flugsteueraktuatorbefehle, um zu veranlassen, daß das Flugzeug Ausweichmanöver unternimmt, erzeugt werden. Im Block 204 werden mit den Nickachsenzielen und -abweichungen Nickachsenflugdirektor- und Flugsteuerbefehle erzeugt. Ähnlich werden im Block 206 mit den Rollachsenzielen und -abweichungen Rollachsenflugdirektor- und Flugbefehle erzeugt. Im Block 208 schließlich werden die Schubziele und -abweichungen verwendet, um Schubachsenflugdirektor- und Schubsteuerbefehle zu erzeugen.
Nachdem die Grundlagen der Erfindung in der bevorzugten Ausführungsform dargestellt und beschrieben worden sind, sollte es dem Fachmann offensichtlich sein, daß die Erfindung in Anordnung und Einzelheit modifiziert werden kann, ohne daß von diesen Grundlagen abgewichen wird. Wir beanspruchen alle Modifikationen, die in dem Schutzbereich und der Idee der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Bodenkollisionsvermeidungssystem zur Verwendung in einem Hochleistungsflugzeug mit einem Missionssteuersystem (24), einem Navigationssystem (28), einer digitalen Geländehöhendatenbank (32), aktiven Geländesensoren (38) und einem Radarhöhenmesser (26), wobei das Bodenkollisionsvermeidungssystem (10) folgendes umfaßt:

a) ein Ortsgeländeinformationssystem (40), das Eingaben von dem Missionssteuersystem, dem Navigationssystem, den aktiven Geländesensoren und dem Radarhöhenmesser mit Geländeinformationen in der digitalen Geländehöhendatenbank zusammenführt, um ein aktuelles Profil der Höhe und der Art des Geländes zu erzeugen, über dem sich das Flugzeug im Einsatz befindet;

b) ein an das Missionssteuersystem angekoppeltes Flugbereichsvorhersagesystem (50) zum Liefern eines ersten und zweiten Flugbereichs, wobei der erste Bereich eine sofortige Vorhersage der Flugbahn des Flugzeugs auf einer aktuellen Flugbahn ist und der zweite Bereich eine Steigbahn vorhersagt, die erforderlich ist, um dem möglicherweise in dem ersten Bereich existierenden Gelände auszuweichen;

c) ein an das Ortsgeländeinformationssystem und das Flugbereichsvorhersagesystem angekoppeltes Bodenkorrelationssystem (60) zum Korrelieren von Geländehöhendaten mit dem ersten und zweiten Flugbereich, um Bahnhöhendaten zu liefern, die spezifische Bodenhöhendaten anzeigen, über die sich das Flugzeug bewegt;

d) ein an das Bodenkorrelationssystem und das Flugbereichsvorhersagesystem angekoppeltes Kollisionsregel- und -führungssystem (70), das feststellt, daß eine Bodenkollisionsbedingung existiert, wenn die Erzeugung des zweiten Flugbereichs durch das Flugbereichsvorhersagesystem nicht länger möglich ist, und dann mindestens ein standardmäßiges Ausweichmanöver zur Vermeidung von Kollision mit dem Gelände berechnet; und

e) ein an das Kollisionsregel- und -führungssystem angekoppeltes Kollisionswarnsystem (80), um einen Alarm zu erzeugen, wenn die Kollisionsbedingung existiert.

2. System nach Anspruch 1, wobei das Alarmsystem einen Warnsummer umfaßt.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, mit einem an das Kollisionswarnsystem (80) angekoppelten Anzeigesystem (84), um eine Sichtanzeige zu erzeugen, die die Kollisionsbedingung darstellen kann.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei als Reaktion auf den von dem Kollisionswarnsystem (80) erzeugten Alarm das Kollisionsregel- und -führungssystem (70) ein berechnetes Ausweichmanöver festlegt, das, wenn es ausgeführt wird, die Kollisionsbedingung vermeidet.

5. System nach Anspruch 4, wobei das berechnete Ausweichmanöver einen Nicksteuerbefehl, einen Rollsteuerbefehl und einen Schubsteuerbefehl enthält.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Flugzeugdynamikmodell (39), das die Arbeitsdynamik des Flugzeugs angibt, wobei das Flugbereichsvorhersagesystem, das Kollisionsregel- und - führungssystem und das Kollisionswarnsystem auf das Flugzeugdynamikmodell zugreifen können:

7. System nach Anspruch 6, wobei das Flugzeugdynamikmodell (39) Flugzeugreaktionszeiten, Flugzeugdynamikleistungscharakteristiken und Pilotenreaktionszeiten enthält.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Flugphasenüberwachungsvorrichtung (56), die verfolgt, in welcher Flugphase sich das Flugzeug befindet, und die Phaseninformationen an das Flügbereichsvorhersagesystem (50) liefert.

9. Verfahren zum Vermeiden einer Kollision zwischen einem Flugzeug und dem Boden, mit den Schritten:

a) Bestimmen der Flugzeughöhe und eines ersten vorhergesagten Flugbereichs, wobei der erste vorhergesagte Flugbereich die aktuelle Flugbahn des Flugzeug ist;

b) Erzeugen eines vertikalen Profils, das Geländehöhen enthält, über denen sich das Flugzeug gerade befindet, und wobei die Geländehöhen dem Gelände entsprechen, über das der erste vorhergesagte Bereich verläuft, wobei die Geländehöhen aus einer Zusammenführung einer digitalen Geländehöhendatenbank und Eingaben von aktiven Geländesensoren, Trägheitsnavigationssystem und Radarhöhenmesser erzeugt werden;

c) kontinuierliches Bestimmen eines zweiten vorhergesagten Flugbereichs, in den das Flugzeug aus dem ersten vorhergesagten Flugbereich steigt, um etwaige Kollisionen mit dem Gelände zu vermeiden;

d) Bestimmen, das eine Kollisionsbedingung existiert, wenn ein zweiter vorhergesagter Flugbereich, der dem Flugzeug gestattet, etwaige Kollisionen mit dem Gelände entlang dem ersten vorhergesagten Flugbereich zu vermeiden, nicht erzeugt werden kann;

e) Warnen des Piloten, wenn eine Kollisionsbedingung existiert, und Festlegen eines Ausweichmanövers, das die Kollisionsbedingung vermeidet; und

f) Darstellen des Ausweichmanövers für den Piloten über eine Multifunktionsanzeige.