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ERFINDUNGSGEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Flugzeugdisplays einschließlich eines Primary Flight Displays
(PFD), das im Cockpit eines Flugzeugs verwendet wird, und insbesondere
ein Primary Flight Display, das visuelle Symbologie wiedergibt,
die eine Flugzeugposition relativ zu vertikalen Referenzebenen anzeigt.
Die Referenzebene kann horizontal sein, um eine feste Höhe oder
einen Satz von Höhenreferenzen
darzustellen, oder unter einem festen Winkel über oder unter der Horizontalen,
um ein steigendes oder sinkendes Flugzeug darzustellen.
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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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Linienflugzeuge und Militärflugzeuge
sind mit einer Vielzahl von Cockpitinstrumenten ausgestattet. Zu
diesen Instrumenten zählen
Navigationsgeräte,
Funkgeräte,
Meßgeräte, Flugcomputer
und CRT-Displays, die sich dazu eignen, das Flugzeug zu steuern
und dem Piloten während
des Flugs ein Situationsbewußtsein über das
Flugzeug zu vermitteln. Eine Art von Displaydaten ist die vertikale
Flugzeugposition relativ zur Barometerhöhe oder ein vertikaler Flugweg
relativ zu einem Bodenreferenzpunkt (Landebahnschwelle) oder einem
vorbestimmten Wegpunkt. Konventionelle Flugdisplays liefern in der
Regel Piloten Darstellungen von mit alter Technologie ausgeführten mechanischen
Anzeigegeräten
wie etwa Zeigern auf einem Ziffernblatt oder einer Skala oder ein
Display mit einem sich bewegenden Band.
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Es besteht der Wunsch, durch den
Einsatz intuitiver Höhen-
und Vertikalwegfehlerdisplays das Situationsbewußtsein über das Flugzeug zu verbessern.
Das verbesserte Situationsbewußtsein
ist sowohl für
den handgesteuerten Flug als auch für den an einen Autopiloten
gekoppelten Flug wichtig. Indem dem Piloten ein verbessertes Situationsbewußtsein vermittelt
wird, ist die Fähigkeit
zur Überwachung
der Steuerorgane und zum Reagieren auf ein Problem viel besser und
folglich kann die Betriebssicherheit des Flugzeugs verbessert werden.
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Ein derartiger Versuch zur Verbesserung
des Flugzeugsituationsbewußtseins
des Piloten durch Verwendung von intuitiven Höhen- und Vertikalflugwegfehlerdisplays
ist aus dem US-Patent 5,798,713 bekannt, das ein Flugzeugdisplay
aufweist, das ein Mittel zum Anzeigen von Flugzeugsituationsinformationen
enthält,
wobei der Horizont in mehreren Farbtönen entsprechend dem Längsneigungswinkel
des Flugzeugs angezeigt wird. Außerdem werden die vertikalen
Abweichungen von einem festgelegten Flugweg im simulierten Horizont
als farbige Markierungen auf senkrechten Peripherien einer festgelegten
Streckenschneise angezeigt. Ein im voraus berechneter festgelegter
Flugweg wird durch dreieckige Segmente dargestellt, die die im voraus
berechnete Position und Höhe,
den im voraus berechneten Kurs und die im voraus berechnete Luftposition
des Flugzeugs anzeigen, wobei das erste der Segmente gemäß dem Steuerkurs
des Flugzeugs ausgerichtet wird.
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Das aus der US-Patentschrift 5,798,713
bekannte Display ist insofern mit Mängeln behaftet, als es unter
anderem kein Mittel für
den Piloten zum Bestimmen von vertikalen und horizontalen Flugzeugsituationsinformationen
in drei Dimensionen enthält, das
die Fähigkeit
des Piloten, den Flug des Flugzeugs zu überwachen und zu steuern, verbessert.
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KURZE DARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt
ein Luftfahrtsystem wie in Anspruch 1 definiert bereit.
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Das System kann die Merkmale eines
beliebigen oder mehrerer der abhängigen
Ansprüche
2 bis 13 aufweisen.
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Die vorliegende Erfindung stellt
auch ein Luftfahrtdisplay wie in Anspruch 14 definiert bereit.
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Das Display kann die Merkmale eines
beliebigen oder mehrerer der abhängigen
Ansprüche
15 bis 20 enthalten.
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Die vorliegende Erfindung erreicht
technische Vorteile als ein Primary Flight Display in der Luftfahrt,
das dreidimensionale (3D) Symbologie anzeigt, die die Flugzeugsituation
angibt, einschließlich Höhen- und
Vertikalwegfehlerdisplays. Die Symbologie enthält sowohl ein 3D-Vertikalflugwegfehlersymbol
sowie eine 3D-Höhenleiter.
Durch diese Symbole kann der Pilot intuitiv und schnell die Situation
des Flugzeugs bezüglich
eines Gleitwegs und einer Zielhöhe
bestimmen. Das Vertikalflugwegfehlerdisplay wird zu einer Bodenreferenznavigationsquelle
wie etwa einem Gleitwegfunkfeuer in Beziehung gesetzt, das an dem
Anflugende einer Landebahn angeordnet ist, während der 3D-Höhenmesser zu einer Höhenquelle
und Zieldaten in Bezug gesetzt wird. Die 3D-Wegfehlersymbologie
zeigt an, ob sich das Flugzeug über
oder unter dem Gleitweg befindet. Die 3D-Vertikalflugwegfehlersymbologie
verbessert das Situationsbewußtsein,
indem sie dem Piloten gestattet, den Flugwegwinkel direkt zu beobachten
und entsprechend Korrekturen vorzunehmen.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Luftfahrtsystem
und ein Luftfahrtdisplay für
ein Flugzeug mit einer Einrichtung, die mindestens ein Eingangssignal
empfängt,
das die Flugzeugsituation anzeigt, und als Reaktion Situationssignale
liefert. Das Display umfaßt
weiterhin eine Displayeinrichtung, die die Situationssignale empfängt und
ein 3D-Sichtdisplay erzeugt, das 3D-Symbologie enthält, die
die Flugzeugsituation anzeigt. Die 3D-Symbologie enthält ein 3D-Wegfehlersymbol,
das zu der Bodenreferenznavigationsquellen-Symbologie in Bezug gesetzt
wird und das einen Vertikalflugwegfehler des Flugzeugs anzeigt.
Die 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie enthält bevorzugt mindestens ein
dreieckiges keilförmiges
Symbol, das sich in Richtung der Bodenwegnavigationsquelle verjüngt. Bevorzugt
enthält
die 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie ein Paar gegenüberliegender
dreieckiger Symbole, die sich jeweils in Richtung der Bodenreferenznavigationsquelle
verjüngen.
Das Paar gegenüberliegender
dreieckiger Symbole ist durch eine Symbologie miteinander verbunden,
die ein Rollen des Flugzeugs anzeigt. Außerdem ist das Paar gegenüberliegender
dreieckiger Symbole durch eine Symbologie miteinander verbunden,
die eine Längsneigung
des Flugzeugs anzeigt.
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Das Sichtdisplay erzeugt weiterhin
eine Symbologie, die eine Lage des Flugzeugs anzeigt, wobei diese
Lagesymbologie bevorzugt eine Lagekugel umfaßt. Das 3D-Sichtdisplay enthält weiterhin eine 3D-Höhensymbologie,
die die Flugzeughöhe
relativ zu einer gewünschten
Höhe anzeigt.
Diese 3D-Höhensymbologie
umfaßt
dreieckige Symbole, die sich in Richtung von Punkten bei der gegebenen Höhe in einer
unendlichen Entfernung vor dem Flugzeug verjüngen.
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Das Luftfahrtdisplay vereinigt die
Lagekugel, das Horizontalsituationsdisplay, das Vertikalabweichungsdisplay
und ein Querabweichungsdisplay zu einem 3D-Bild und enthält auf dieses
Bild überlagerte Flugwegvektorsymbole.
Die 3D-Symbologie stellt eine wesentliche Verbesserung des Situationsbewußtseins über die
Flugzeugposition relativ zu Bodenreferenznavigationsquellen dar
und gibt einen Hinweis auf den gegenwärtigen Flugweg und die gegenwärtige Flugweggeschwindigkeit.
Dieses 3D-Display verbessert das Situationsbewußtsein und gestattet Piloten,
das Flugzeug genauer zu steuern und die Leistung des automatischen Flugsteuersystems leichter
zu überwachen.
Das Display vereinigt die 3D-Quer- und Vertikalabweichungsdisplays
mit Lage, Höhe
und Steuerkurs, damit man eine einzige integrierte Ansicht der Flugwegsituation
erhält.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockschaltbild einer Flugzeugsensorreihe, die Situationsinformationen
an das Primary Flight Display gemäß der vorliegenden Erfindung
liefert, wodurch man ein 3D-Flugwegvektorsymbol erhält;
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2 ist
ein Blockschaltbild des Primary Flight Display gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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3 ist
eine Ansicht des PFD-Displayschirms mit 3D-Flugwegfehler-Symbologie, die ein entlang
eines Gleit wegs und entlang eines bevorzugten Kurses über Grund
positioniertes Flugzeug veranschaulicht;
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4 ist
eine Darstellung des PFD-Displayschirms, wenn das Flugzeug von der
Landebahn weit weg und geringfügig über dem
Gleitweg positioniert ist, wie durch die Vertikalflugwegfehler-Symbologie und
die Höhensymbologie
dargestellt;
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5 ist
eine Ansicht des PFD-Displayschirms, wenn sich das Flugzeug im wesentlichen über dem
Gleitweg befindet;
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6 ist
eine Darstellung des PFD-Displayschirms, wenn sich das Flugzeug
unter dem gewünschten
Gleitweg befindet und nach rechts zurück zu einem gewünschten
Kurs über
Grund fliegt; und
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7 ist
eine Ansicht des PFD-Displayschirms, wenn sich das Flugzeug geringfügig über einem
gewünschten
Gleitweg und in der Nähe
der Landebahn befindet, so daß sich
die 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie und die Querflugwegfehler-Symbologie
in Richtung des Endes der angezeigten Landebahn verjüngen und
dieses Ende schneiden.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 1 wird bei 10 allgemein
ein Funktionsblockdiagramm eines Primary Flight Display 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt, das funktionell an bei 12 allgemein gezeigte verschiedene
Flugzeugelektroniksysteme angekoppelt und mit diesen verbunden ist.
Eine Sensorreihe 14 mit mehreren Flugzeugsituationsinformationseinrichtungen
liefert, wie zu sehen ist, Flugzeugsituationsinformationen an das
Primary Flight Display 10. Wie bald unter Bezugnahme auf
die Figuren beschrieben und veranschaulicht wird, empfängt das Primary
Flight Display 10 die verschiedenen Flugzeugsituationsinformationen
von der Sensorreihe 14, verarbeitet diese Informationen
und zeigt die verschiedenen Informationen einschließlich 3D-Flugwegfehlersymbolen
visuell an. Dieses Display weist verbesserte Positionsinformationen
auf, damit der Pilot ein besseres Situationsbewußtsein erhält. Durch die 3D-Symbologie
kann der Pilot intuitiv das Situationsbewußtsein über das Flugzeug erhalten,
wodurch die Fähigkeit
des Piloten, die Flugsteuerorgane zu überwachen, das Flugzeug zu
steuern und auf ein Problem viel besser zu reagieren, verbessert
wird, wodurch die Betriebssicherheit des Flugzeugs verbessert wird.
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Zunächst unter Bezugnahme auf die Flugzeugsituationsinformationseinrichtungen,
die die Sensorreihe 14 umfassen, liefern die verschiedenen Einrichtungen
eine Menge Flugzeuginformationen. Zu diesen Einrichtungen zählen IAS 20,
IAS-Rate 22, Flugweg 24, Längsneigung 26, Rollen 28,
Höhe 30, Höhenrate 32,
Energiezustand 34, Landebahn-/Kursführung 36, Gleitweg-/Höhenführung 38 und
Navigationskarte 40. Die diese Flugzeugsituationsinformationen
liefernden jeweiligen Einrichtungen 14 sind durch kommerziell
erhältliche
Quellen erhältlich.
Die Sensorreihe 14 liefert die verschiedenen zugeordneten
Flugzeugsituationsinformationen an jeweilige Recheneinrichtungen,
damit die angezeigten Informationen schließlich an das Primary Flight
Display 10 geliefert werden. Wie in 1 gezeigt, kann eine IMC-(Instrument
Meteorological Conditions = Instrumentenflugwetterbedingungen)-Einrichtung 42 die von
der Sensorreihe 14 erzeugten Flugzeugsituationsinformationen
an das Primary Flight Display 10 liefern. Eine Flugkommandoanlage 44 empfängt, wie ebenfalls
zu sehen ist, alle Flugzeugsituationsinformationen von der Sensorreihe 14,
um das Berechnen einer bevorzugten Flugweg- und Flugzeugsteuerung zu
unterstützen
und auf Leitung 46 mehrere Ausgangssignale, einschließlich eines
Längsneigungsund
Rollbefehls, an den bei 50 gezeigten Piloten/Autopiloten
zu liefern. Der Pilot/Autopilot 50 kann dann als Reaktion
die Leistung einstellen und die Nase des Flugzeugs ausrichten, um
das Flugzeug entsprechend zu reagieren. Die Flugzeugreaktion wird schließlich durch
die Sensorreihe 14 erfaßt, und man erhält eine
Rückkopplungsschleife.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
kann der Schirm des Primary Flight Display 10 vom Piloten
visuell beobachtet werden und er liefert dem Piloten ein visuelles
Positions- und Situationsbewußtsein, wenn
der Pilot das Flugzeug von Hand steuert und wenn der Pilot die Betriebscharakteristiken
des Autopiloten beobachtet. Das Primary Flight Display 10 liefert
ein integriertes Geschwindigkeits- und Positionsdisplay (IVPD),
das sich für
großformatige
Displays eignet. Durch das Display 10 wird die Darstellung existierender
und neuer Informationen auf dem Primary Flight Display des Piloten
wesentlich verbessert.
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Das Display 10 vereinigt
Symbologie einschließlich Lagekugel,
Horizontalsituationsdisplay, Querabweichungsdisplay und Vertikalabweichungsdisplay
zu 3D-Bildern und überlagert
die 3D-Flugwegfehler-Symbologie auf dieses Bild. Durch diese 3D-Symbologie
erhält
man eine erhebliche Verbesserung beim Situationsbewußtsein über die
Flugzeugposition relativ zu Bodenreferenznavigationsquellen und
eine Angabe über
den aktuellen Flugweg und die Flugweggeschwindigkeit.
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Das verbesserte Display 10 liefert
technische Vorteile, indem es traditionelle Cockpitleistungsanzeigen
wie etwa Fluggeschwindigkeit, Höhe, vertikale
Geschwindigkeit und so weiter mit traditionellen Steueranzeigen,
einschließlich
Lage und Leistung zu neuen integrierten 3D-Symbologieelementen kombiniert,
die der Pilot direkt steuert, einschließlich der Flugwegvektorgruppe.
Die vorliegende Erfindung erzielt weiterhin technische Vorteile
durch Umwandeln der Lagekugel und des Steuerkursdisplays in ein einziges
3D-Display.
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Zunächst wird unter Bezugnahme
auf 2 ein Blockschaltbild
des Primary Flight Display 10 gemäß der vorliegenden Erfindung
gezeigt. Das PFD 10 enthält, wie man sehen kann, eine
Flugzeugsituationsschnittstelle 52, die von den verschiedenen Flugzeugsituationssensoren,
die kollektiv in 1 als
Sensorreihe 14 gezeigt sind, viele Eingaben empfängt. Diese
Schnittstelle 52 koppelt diese Flugzeugsituationsinformationen
an eine mikroprozessorbasierte Steuerung 54. Die Steuerung 54 verarbeitet diese
verschiedenen Situationsinformationen und besitzt verschiedene Softwareprogramme
zur Verarbeitung der verschiedenen Informationen als Ganzes zur
schließlichen
Anzeige. Das PFD 10 ist mit mehreren Displaytreibern 56 ausgestattet,
die Displayinformationen von der Steuerung 54 empfangen
und schließlich
einen Displayschirm 58 ansteuern, um diese Informationen
visuell in einem 3D-Format darzustellen. Der Displayschirm 58 kann
ein CRT-, ein LCD- oder ein anderes geeignetes Display zur visuellen
Anzeige der Situationsinformationen enthalten. Durch an die Steuerung 54 angekoppelte
Eingabeeinrichtungen 60, wie etwa zugeordnete Tastenfelder oder
Berührungsfeldeinrichtungen
in der Nähe
der Displayschirme 58 kann das Display 58 modifiziert werden.
Beispielsweise kann der Pilot verschiedene Eingabeknöpfe 60 verwenden,
um die Größe des Sichtdisplays
zu modifizieren, um verschiedene Schirme zum Anzeigen zu wählen, um
verschiedene Informationen zu dem angezeigten Schirm hinzuzufügen oder
von diesem zu entfernen, und so weiter.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 wird ein durch den Displayschirm 58 des
Primary Flight Displays 10 gemäß der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erzeugtes 3D-Sichtdisplay gezeigt. Das
PFD 10 weist, wie man sehen kann, den Displayschirm 58 und
mehrere Steuerknöpfe 60 auf,
durch die der Pilot die verschiedenen Displays und Informationen,
die angezeigt werden, auswählen
und steuern kann. Die unterschiedliche, auf dem Schirm 58 des
Displays 10 angezeigte Symbologie wird nun recht ausführlich beschrieben.
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Zunächst wird, wie allgemein bei 70 gezeigt, eine
3D-Flugwegfehler-Symbologie
angezeigt. Die 3D-Flugwegfehler-Symbologie 70 besteht,
wie man sehen kann, aus zwei Komponenten, einer 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 und
einer 3D-Querflugwegfehler-Symbologie 74. Alle diese 3D-Flugfehlersymbole
verjüngen
sich zu einem Fluchtpunkt und haben dort ihren Ursprung. Dieser
Fluchtpunkt zeigt Bodenreferenznavigationsquellen, wie etwa ein Gleitwegfunkfeuer
für den
Gleitweg und einen Landekurssender für den Kurs über Grund an, die jeweils am
Anflugende einer Landebahn angeordnet sind und dort ihren Ursprung
haben, wie in 7 dargestellt.
In dieser Figur ist die Start- und Landebahn nicht gezeigt, da das
Flugzeug vom Flughafen weit entfernt ist. Die Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 und
die Horizontalflugwegfehler-Symbologie 74 werden unter
Bezugnahme auf die folgenden Figuren bald näher erörtert. Die Flugzeuggeschwindigkeit wird
bei 78 angezeigt.
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Immer noch unter Bezugnahme auf 3 zeigt der Displayschirm 58,
wie man sehen kann, auch mehrere gleichmäßig beabstandete 3D-Höhensymbole 80 mit
darin angezeigter jeweiliger Höhensymbologie
an. Die Höhensymbole 80 umfassen,
wie man sehen kann, eine dreieckige keilförmige Symbologie, die sich
in Richtung der festgelegten Höhe
in einer unendlichen Entfernung vor dem Flugzeug verjüngt. Die
Höhensymbole
können
mit der Längsneigung
des Flugzeugs geneigt werden, um Steigflug oder Sinkflug darzustellen.
Durch die Höhensymbole 80 kann
der Pilot intuitiv die gegenwärtige
Höhe und die
Höhenänderungsrate
des Flugzeugs bezüglich der
Sollhöhe
bestimmen und sich dieser bewußt
sein.
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Es wird auch eine Lagekugel 86 angezeigt, die
sofort die Richtung angibt, in die die Nase des Flugzeugs zeigt,
damit der Pilot beim Steuern des Flugzeugs auf und entlang dem richtigen
Gleitflug unterstützt
wird. Entlang der Unterseite des Displays sind mehrere gleichmäßig beabstandete
3D-Quersymbole 90 angezeigt, wobei sich jedes Symbol 90 in Richtung
der Navigationsbodenreferenz wie etwa dem auf dem Boden angeordneten
Landekurssender verjüngt.
Wenn das Flugzeug entlang dem gewünschten Kurs über Grund
in Richtung der Landebahn fliegt, richtet sich die 3D-Querflugwegfehler-Symbologie 74 auf
das mittlere Symbol 90 aus, wie in 3 gezeigt. Falls das Flugzeug rechts
oder links von dem richtigen Kurs über Grund positioniert ist,
verschiebt sich die 3D-Querflugwegfehler-Symbologie 74 entsprechend,
wie in den folgenden Figuren bald gezeigt wird. Die Symbole 92 sind
vorgesehen, um bekannte Punkte der Abweichung von dem angestrebten
Gleitweg anzuzeigen, die in der Regel als Punkte (Dots) bezeichnet
werden.
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An der Oberseite des Displays 58 sieht
man ein dreieckiges Vertikalreferenzsymbol 94 und ein zum
Vertikalreferenzsymbol 94 in Bezug gesetztes dreieckiges
Rollsymbol 96, um das Rollen des Flugzeugs bezüglich einer
wahren vertikalen Orientierung anzuzeigen. Es sind auch mehrere
gleichmäßig beabstandete
Strichsymbole 98 angezeigt. Das Rollsymbol 96 dreht
sich entlang den Strichen 98, um das relative Rollen des
Flugzeugs bezüglich
der Vertikalen anzuzeigen. Jeder Strich kann beispielsweise 2 Grad
darstellen. Wenn beispielsweise das Flugzeug 6 Grad nach
rechts rollt, wird das Rollsymbol 96 im Uhrzeigersinn vom
Vertikalreferenzsymbol 94 auf den dritten Strich 98 zeigen.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 wird die 3D-Flugwegfehler-Symbologie 70 dargestellt, wenn
das Flugzeug in einer großen
Entfernung von einer Landebahn und entlang einem richtigen Kurs über Grund
geringfügig über einem
richtigen Gleitweg positioniert ist. Die 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 weist,
wie man sehen kann, ein Paar gegenüberliegender dreieckiger Keilsymbole auf,
die jeweils bei 100 gezeigt sind, wobei sich jedes Symbol 100 in
Richtung der jeweiligen entfernten bodenbasierten Navigationsreferenz
wie etwa dem nicht gezeigten Landebahngleitwegfunkfeuer verjüngt. Wie
man sehen kann, erstreckt sich ein Paar paralleler horizontaler
Liniensymbole 102 zwischen den Enden der Vertikalflugwegfehlerkeilsymbole 100. Wie
in 4 gezeigt, ist das
Flugzeug über
dem richtigen Gleitweg positioniert, wenn die horizontalen Liniensymbole 102 unter
dem Horizontsymbol 82 positioniert sind. Um das Flugzeug
auf dem richtigen Gleitweg abzusenken, kann der Pilot das Flugzeug durch
Verringerung der Längsneigung
des Flugzeugs, wie durch Absenken der Position der in 4 gezeigten Lagekugel 86 angezeigt
ist, und durch Reduzieren der Geschwindigkeit absenken.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 5 wird das Display 58 dargestellt,
das den Schirm zeigt, wenn sich das Flugzeug im wesentlichen über dem richtigen
Gleitweg befindet. Die gegenüberliegenden Vertikalflugwegfehlerkeilsymbole 100 werden
wie dargestellt paralleler zueinander, verjüngen sich aber dennoch zur
landbasierten Navigationseinrichtung wie etwa dem Gleitwegfunkfeuer.
Wie dargestellt wird die obere Oberfläche jedes Keilsymbols 100 sichtbarer,
was veranschaulicht, daß die
durch den Gleitweg definierte Ebene für den Piloten sichtbarer wird,
da sich das Flugzeug über
der Gleitwegebene befindet. Die verbindenden horizontalen Liniensymbole 102 sind,
wie man sehen kann, noch weiter unter dem Horizontsymbol 82 positioniert,
um anzuzeigen, daß das
Flugzeug wesentlich über
dem Gleitweg positioniert ist. Um das Flugzeug auf den richtigen
Gleitweg zurückzubringen,
kann der Pilot die Längsneigung
des Flugzeugs weiter reduzieren, wie etwa durch erhebliches Absenken
der Lagekugel 86 wie gezeigt unter das Horizontsymbol 82 und
Reduzieren der Geschwindigkeit. Wie in 5 gezeigt, verjüngen sich alle Höhensymbole 80 nach
oben in Richtung des Horizontsymbols 82. Außerdem wird die
obere längliche
Oberfläche
der Querflugwegfehler-Symbologie 74 sichtbarer,
wenn das Flugzeug über
dem Gleitweg positioniert ist. Wie in 5 gezeigt,
ist das Flugzeug richtig entlang dem Kurs über Grund ausgerichtet, wodurch
die Querflugwegfehler-Symbologie 74 auf den mittleren Strich
von Symbolen 90 ausgerichtet ist. Das Flugzeug fliegt horizontal,
wie durch das auf das Vertikalreferenzsymbol 94 ausgerichtete
Rollsymbol 96 angegeben wird. Es sind auch sich quer erstreckende
Symbole in Inkrementen von 15 Grad angezeigt, die angeben, in welchem
Winkel sich das Flugzeug über
dem gewünschten
Gleitweg befindet. Diese Symbole sind in Inkrementen von 15 Grad
bereitgestellt, was in 5 bei 15, 30 und 45 gezeigt ist.
Die Quersymbologie 102 befindet sich geringfügig über der
Angabe von 15 Grad, wodurch das sich quer erstreckende horizontale
Liniensymbol 102 relativ zu den sich quer erstreckenden
Symbolen angibt, daß sich
das Flugzeug etwa 13 Grad über
dem Gleitweg in 5 befindet. Die
Position des horizontalen Liniensymbols 102 bezüglich auf
diese Angaben von 15 Grad liefert weiterhin dem Piloten eine Angabe
darüber,
wie weit sich das Flugzeug über
oder unter dem richtigen Gleitweg befindet.
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Mit der 3D-Symbologie, allein oder
in Kombination, kann der Pilot intuitiv die Situationsposition und
-lage des Flugzeugs bezüglich
des richtigen Gleitwegs und Kurses über Grund bestimmen. Zusammen
liefern das Vertikalflugwegfehlerkeilsymbol 100, das sich
quer erstreckende horizontale Liniensymbol 102, die 15
Grad Markierungen und die Position der Querflugwegfehlersymbologie 74 ein 3D-Display,
um die relative Position des Flugzeugs anzugeben. Wieder definieren
die Symbole 100 und die Symbole 102 zusammen eine
Gleitwegebene, und sie werden zusammen durch die Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 dargestellt.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 6 wird das Display 58 gezeigt,
bei dem die Symbologie zusammen in drei Dimensionen anzeigt, daß sich das Flugzeug
sowohl unter dem gewünschten
Gleitweg als auch links vom gewünschten
Kurs über
Grund befindet. Wie dargestellt ist, kann man den Boden der durch
die 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 gezeigten
Gleitwegebene sehen. Das sich quer erstreckende horizontale Liniensymbol 102 befindet sich über dem
Horizontsymbol 82 und in der Nähe der 15 Grad Markierung,
um darzustellen, daß sich das
Flugzeug etwa 15 Grad unter dem Gleitweg befindet, und zwar mit
Referenz auf die Bodennavigationsquelle wie etwa das Gleitwegfunkfeuer.
Die Querflugwegfehler-Symbologie 74 befindet
sich 2 Striche rechts von der mittleren Symbologie 90,
was angibt, daß sich
das Flugzeug etwa 10 Grad links vom gewünschten Kurs über Grund
befindet, wobei jeder Strich Inkremente von etwa 5 Grad vom Kurs über Grund
darstellt. Da sich das Flugzeug in 6 links vom
gewünschten
Kurs über
Grund befindet, kann man die linke Seite der dreieckigen Querflugwegfehler-Symbologie 74 sehen.
Außerdem
verjüngen
sich die Höhensymbole 80,
wie man sehen kann, alle in Richtung auf das Horizontsymbol 82,
das, wie zu sehen ist, vom linken unteren Teil des Schirms zum rechten
oberen Teil des Schirms in einem Winkel verläuft, um anzugeben, daß das Flugzeug
nach rechts gerollt ist. Zum Kompensieren wird das Flugzeug nach
links gerollt, was dadurch angegeben wird, daß das Rollsymbol 96 etwa
2,5 Striche links vom Vertikalreferenzsymbol 94 positioniert
ist. Um das Zurücknavigieren
des Flugzeugs zu dem durch die Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 definierten
Gleitweg zu unterstützen,
kann die Nase des Flugzeugs nach oben gezogen werden, wie durch
die Lagekugel 86 angegeben ist, und ausreichend Leistung
angelegt werden, um eine ausreichende Flugzeuggeschwindigkeit zu
erzielen. Die Symbole 92 geben auch an, in genau welchem
Grad das Flugzeug sich über
oder unter dem Gleitweg befindet. In 6 stellt
jeder durch das Symbol 92 dargestellte Strich etwa 7,5 Grad
dar. Somit erstreckt sich das linke Symbol 100, wie in 6 gezeigt, in der Nähe des zweiten
Striches über
dem mittleren Strich, was einen Horizontalflug angibt, weshalb angegeben
ist, daß sich
das Flugzeug 15 Grad unter dem gewünschten Gleitweg befindet.
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Nunmehr unter Bezugnahme auf 7 wird gezeigt, daß das Flugzeug
geringfügig über der
Gleitwegebene und in der Nähe
der bei Symbol 110 angegebenen Landebahn positioniert ist.
Das Landebahnsymbol 110 ist als ein Rechteck angegeben,
wobei die Bodennavigationsquellen wie etwa Gleitwegfunkfeuer und
Landekurssender, am Anflugende der Landebahn in Bezug gesetzt sind,
wie man sehen kann. Die ganze Vertikalflugwegfehler-Symbologie
100 verjüngt sich,
wie man sehen kann, zum Ende des Landebahnsymbols 110 an
der Navigationsquelle, das heißt
dem Gleitwegfunkfeuer, und endet dort. Wenn sich das Flugzeug der
Landebahn nähert,
konvergieren somit das linke und rechte Symbol 100 zueinander
und schneiden einander beim Landebahnsymbol 110. 7 veranschaulicht, daß das Flugzeug
entlang dem richtigen Kurs über
Grund positioniert ist, was dadurch angegeben ist, daß die Querflugwegfehler-Symbologie 74 über dem
mittleren Symbol 90 ausgerichtet ist und sich zu einem
Landekurssender am Ende der Landebahn verjüngt. Die Lagekugel 86 ist
geringfügig
unter dem Horizontsymbol 82 positioniert, um anzugeben,
daß die
Flugzeugnase geringfügig
nach unten gerichtet ist, damit das Flugzeug auf den richtigen Gleitweg
gelenkt wird. Das Flugzeug fliegt im Horizontalflug, wie dadurch
angegeben ist, daß das
Rollsymbol 96 auf das Vertikalreferenzsymbol 94 ausgerichtet
ist. Die Höhe
des Flugzeugs wird durch die in den Höhensymbolen 80 gezeigten
Zahlen angezeigt. Jedes Symbol 80 stellt, wie gezeigt, eine
Höhenabweichung
von etwa 500 Fuß dar.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung,
wie in den verschiedenen Figuren dargestellt, besitzt der Pilot
ein verbessertes Situationsbewußtsein
und kann den Flugwegwinkel direkt beobachten und Korrekturen entsprechend
vornehmen. Der Pilot kann die Längsneigung/Lage
und Geschwindigkeit des Flugzeugs ständig korrigieren, um die Höhe, den Gleitweg
oder einen anderen Flugweg beizubehalten, da der Pilot sich auch
des Geschwindigkeitsvektors des Flugzeugs bewußt ist. Querkorrekturen des Flugzeugs
können
auch hinsichtlich Winddrift kompensiert werden, da die Querposition
des Flugwegfehlersymbols dargestellt ist. Der Pilot kann den richtigen
Vorhaltewinkel zum Kompensieren von Seitenwinden finden, da dies
automatisch geschieht, wenn der Pilot den Kurs über Grund steuert, wie durch
die Querflugwegfehler-Symbologie 74 veranschaulicht, anstatt
den Steuerkurs des Flugzeugs zu steuern. Sowohl die Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 als auch
die Querflugwegfehler-Symbologie 74 sind dreidimensionale
Symbole, die sich mit einem ausgewählten Kurs oder einem erwünschten
Kurswinkel in Richtung auf einen Fluchtpunkt auf der Horizontlinie verjüngen. Beide
Flugwegfehlersymbole 72 und 74 geben sowohl die
Höhe des
Flugzeugs über
dem ausgewählten
Kurs als auch den gewünschten
Kurs über
Grund dar, wie durch das Ausmaß der
seitlichen und oberen Oberfläche
des jeweiligen Symbols angezeigt, das sichtbar ist.
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Wie in 5 gezeigt,
ist beispielsweise ein größerer Teil
der oberen Oberfläche
der 3D-Symbole 100 und 74 sichtbar, wenn sich
das Flugzeug weiter über
dem ausgewählten
Kurs und dem gewünschten Kurswinkel
befindet. Wenn sich das Flugzeug links oder rechts von einem gewünschten
Kurs oder Kurswinkel befindet, wird die jeweilige seitliche Oberfläche der
verschiedenen 3D-Symbole sichtbarer, wie in 6 dargestellt. Wie in 6 gezeigt, sind sowohl die linke Seite
der Querflugwegfehler-Symbologie 74 als auch die linke
Seite des rechten Symbols 100 zu sehen, wodurch die rechte
Oberfläche
des linken Symbols 100 zu sehen ist. Außerdem ist der Fluchtpunkt
der Symbole 100 von dem Horizontsymbol 82 aus
nach rechts und von dem Fluchtpunkt der Querflugwegfehler-Symbologie 74 nach
rechts verschoben, um anzugeben, daß sich das Flugzeug links vom
gewünschten
Kurs oder vom gewünschten Kurswinkel
befindet. Zusammen gestatten die 3D-Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 und
die 3D-Querflugwegfehler-Symbologie 74 dem
Piloten, intuitiv zu bestimmen, ob sich das Flugzeug über oder
unter einem gewünschten
Gleitweg befindet und ob sich das Flugzeug links oder rechts vom
ausgewählten
Kurs oder dem gewünschten
Kurswinkel befindet oder nicht. Somit wird jedes dieser Symbole nicht
ausschließlich
zum Bestimmen einer Orientierung verwendet. Vielmehr können durch
das dreidimensionale Merkmal jedes Symbols 72 und 74 viele Informationen
wie beschrieben bestimmt werden.
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Bei Anflügen nach dem Instrumentenlandesystem
(ILS) und dem handgesteuerten Landesystem (MLS) wird die Querflugwegfehler-Symbologie 74 auf
eine Weise angezeigt, die die Höhe
des Flugzeugs über
dem Boden angibt. Da der Winkel des Kurses über Grund sich aufgrund eines
starken Seitenwinds erheblich vom Steuerkurs unterscheiden kann,
das heißt
ein großer
Driftwinkel, wird die Steuerkursskala anstatt auf den Steuerkurs
auf den Kurs über
Grund zentriert. Indem die Steuerkursskala auf den Kurs zentriert
wird, bleiben die Flugwegfehlersymbole 72 und 74 in
der Mitte des Displays und die Kurslinien-/Landebahnsymbologie bewegt
sich relativ zu den Flugwegfehlersymbolen 72 und 74.
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Zusammengefaßt stellt das verbesserte Primary
Flight Display 10 wesentliche Verbesserungen für Piloten,
wodurch die Fähigkeit
zum Steuern des Flugzeugs verbessert wird, und ein verbessertes
Situationsbewußtsein
bereit. Die von dem Display 10 angezeigte 3D-Symbologie
stellt im Flugzeugsteuerparadigma des Piloten eine fundamentale Änderung dar,
die die Arbeitsbelastung wesentlich und meßbar reduziert. Mit dem Display 10 der
vorliegenden Erfindung erhält
der Pilot eine bessere Fugzeugsteuerung mit weniger Aufwand, zwei
anscheinend diametral entgegengesetzte Merkmale. Das Display 10 der
vorliegenden Erfindung erzielt technische Vorteile und bewerkstelligt
diese Leistung durch Kombinieren traditioneller Cockpitleistungsangaben,
das heißt
Fluggeschwindigkeit, Höhe,
vertikale Geschwindigkeit und so weiter, und traditioneller Steuerangaben,
einschließlich
Lage und Leistung, zu den neuen integrierten Symbologieelementen
der Flugwegvektorgruppe, die durch die Vertikalflugwegfehler-Symbologie 72 und
die Querflugwegfehler-Symbologie 74 dargestellt
wird, die der Pilot direkt steuern kann. Die 3D-Symbole liefern
zusammen ein 3D-Bild,
das die Flugwegfehlersymbole enthält und das Bewußtsein des
Piloten zum Steuern des Flugzeugs verbessert, um die Leistung des
automatischen Flugsteuersystems genau und leichter zu überwachen.
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Wenngleich die Erfindung im Hinblick
auf eine spezifische bevorzugte Ausführungsform beschrieben worden
ist, ergeben sich dem Fachmann bei der Lektüre der vorliegenden Anwendung
viele Abweichungen und Modifikationen. Deshalb sollen die beigefügten Ansprüche angesichts
des Stands der Technik so breit wie möglich ausgelegt werden und
alle derartigen Abweichungen und Modifikationen einschließen.