DE69918677T2

DE69918677T2 - Verfahren zur horizontalen leitweglenkung eines flugzeuges zwischen zwei verpflichteten punkten

Info

Publication number: DE69918677T2
Application number: DE69918677T
Authority: DE
Inventors: F. Bonhoure; F. Inglese
Original assignee: Thales Avionics SAS
Current assignee: Thales Avionics SAS
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2019-12-18
Also published as: FR2787895A1; WO2000039650A1; ES2222044T3; US6349258B1; DE69918677D1; FR2787895B1; EP1057086B1; EP1057086A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Bestimmung einer von einem Flugzeug zu verfolgenden horizontalen Bahn, um von einem verpflichteten Punkt zu einem anderen unter Einhaltung der durch Kurvenradiusvorgaben und Streckenannäherungsrichtungs- oder Kursvorgaben aufgestellten Bedingungen, die an den verpflichteten Punkten zu berücksichtigen sind, zu gelangen.
Wie in dem amerikanischen Patent US 5,774,818 angeführt, das insbesondere eine Berücksichtigung der Erdkrümmung bei der Verfolgung einer Flugphase mit konstantem Kurs über große Distanzen durch ein Flugzeug betrifft, wird bisher die horizontale Bahn, die während einer Mission zu verfolgen ist, aus einer punktierten Linie erstellt, die durch die verpflichteten Punkte verläuft, wobei sich zwischen den geradlinigen Bahnsegmenten, die nach einer konstanten Strecke oder einem konstanten Kurs durchlaufen werden, Kurvenabschnitte befinden. Diese punktierte Linie wird nicht zufällig gewählt, sondern in Abhängigkeit von herkömmlichen Kriterien der Optimierung der Länge der Spur am Boden und der Steuermöglichkeiten des Flugzeuges. Diese Wahl und somit die Erstellung der horizontalen Bahn, die während einer Mission zu verfolgen ist, erfordern derzeit umfassende Berechnungsmittel, die an Bord der Flugzeuge noch nicht vorhanden sind. Die zu verfolgende horizontale Bahn wird somit durch am Boden befindliche Mittel zum Zeitpunkt der Vorbereitung einer Mission berechnet.
Wenn sie am Boden definiert ist, werden die Elemente der während einer Mission zu verfolgenden horizontalen Bahn, nämlich die Aufeinanderfolge von geradlinigen Segmenten und Kurvenabschnitten, aus denen sie sich zusammensetzt, sowie die für die Wege jedes der geradlinigen Segmente und der Kurvenabschnitte erforderlichen Vorgabegeschwindigkeiten, in eine derartige Form gebracht, dass sie von dem Flugsteuerungssystem des Flugzeuges ausgewertet werden können.
Ein geradliniges Segment wird durch die geografischen Koordinaten seiner Enden und eventuell durch eine Streckenorientierungsrichtung oder einen Kurs definiert, während die Kurvenabschnitte durch einen Mittelpunkt und einen Krümmungsradius definiert sind.
Für die Verfolgung der horizontalen Vorgabebahn vergleicht das Flugsteuerungssystem eines Flugzeuges ständig die tatsächliche geografische Position des Flugzeuges, wie sie aus den Lokalisierungsmessungen hervorgeht, die von der Bearbeitung der Informationen stammen, die von seiner Trägheitszentrale und/oder von Lokalisierungsgeräten, wie beispielsweise Satellitenlokalisierungsgeräten oder dergleichen, geliefert werden, mit der geografischen Position, die es auf der horizontalen Vorgabebahn haben soll. Es leitet aus diesen Vergleichen eine seitliche Abweichung und eine Streckenabweichung ab und überträgt diese beiden Abweichungen mit Hilfe einer Äquivalenztabelle mit zwei Eingaben: seitliche Abweichung und Streckenabweichung, in Steuerbefehle, die an die Steuerflächen mit Hilfe des Flugsteuerungssystems des Flugzeugs angelegt werden.
Eine solche Vorgangsweise hat insofern Nachteile, als es während einer Mission nicht selten vorkommt, dass ein Flugzeug seinen Flugplan auf Grund von unvorhergesehenen Ereignissen, beispielsweise einer Panne oder des Auftretens einer gefährlichen Zone auf der verfolgten Bahn, ändern muss. Die neue zu verfolgende Bahn, die sich von der ursprünglich vorgesehenen unterscheidet, wurde weder vorher vorbereitet, noch in die entsprechende Form gebracht, um von dem Flugsteuerungssystem des Flugzeugs bearbeitet werden zu können, das in diesem Fall nicht verwendet werden kann. Der Pilot muss somit wieder die Kontrolle der Flugbefehle übernehmen, um selbst eine neue Bahn zu verfolgen, die es ermöglicht, das durch das Auftreten des Ereignisses entstandene Problem zu lösen.
Um den Piloten der Aufgabe der Flugsteuerung zu entheben, auch im Falle von unvorhergesehenen Situationen, wurde bereits vorgeschlagen, die Flugzeuge mit einem zusätzlichen Rechner auszustatten, der ihm neue Bahnen vorschlagen kann, die eine Lösung des entstandenen Problems ermöglichen. Allerdings eine solche Ausrüstung ist sehr kostspielig und entspricht nicht zur Gänze den Bedürfnissen des Piloten, da es eine lange Reaktionszeit besitzt, die oft mit den Reaktionszeiten, die von einem Piloten eines Flugzeuges gefordert werden, nicht vereinbar sind. Ferner entsprechen die vorgeschlagenen Bahnen oft schlecht dem aufgeworfenen Problem, sind nicht genau genug und sind nicht direkt von dem Flugsteuerungssystem ausführbar, wobei der Pilot selbst die Kontrolle der Flugbefehle sicher stellen muss, indem er die Anweisungen zur vorgeschlagenen Bahn befolgt, die ihm geliefert werden.
Ferner setzt die Wiederaufnahme des normalen Weges der Mission voraus, dass der Pilot die ursprünglich vorgesehene Vorgabebahn ohne die Hilfe des Flugsteuerungssystems anfliegt, welches automatisch nur eine geringe Positionsabweichung korrigieren kann.
Die Änderungen der Bahn während der Mission bei einer nicht vorhersehbaren Streckenänderung, die in einer selben Situation sehr unterschiedlich sein können, da sie zur Gänze der Initiative des Piloten überlassen werden, und die nicht in einer direkt von dem Navigationssystem des Flugzeuges auswertbaren Form vorhanden sind, schaden der Genauigkeit des Timings der Mission, da sie Vorsprünge oder Verzögerungen hervorrufen, die vom Piloten schwer genau bewertbar sind, der sie nun nur auf nicht perfekte Weise ausgleichen kann. Ferner verpflichtet die große Eventualität von unvorhergesehenen Veränderungen der verfolgten Bahn während der Mission dazu, einen großen Sicherheitszuschlag hinsichtlich der Treibstoffmenge an Bord vorzusehen, was zu Lasten der Tragfähigkeit des Flugzeuges geht.
Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile vermeiden.
Sie soll auch die Aufgabe des Piloten erleichtern, indem sie ihn der Navigationsprobleme in Zusammenhang mit einer unvorhergesehenen Streckenänderung zu Gunsten des Flugsteuerungssystems des Flugzeuges enthebt. Zu diesem Zweck wird ein Verfahren zur Leitweglenkung vorgeschlagen, das wenig Rechenleistung erfordert und von dem Flugsteuerungssystem des Flugzeuges bei jeder Streckenänderung ausgeführt werden kann, um die zu verfolgende Bahn zu aktualisieren und die an der Bahn vorgenommenen Veränderungen sofort in den Flugplan aufzunehmen, damit das Navigationssystem diese im Echtzeitverfahren berücksichtigen kann und von selbst die Genauigkeit des Timings der Mission nach dem Anfliegen der Vorgabebahn aufrecht erhalten kann, indem auf die Geschwindigkeit des Flugzeuges in dem Zeitraum vor diesem Anfliegen eingewirkt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur horizontalen Leitweglenkung eines Flugzeuges zwischen zwei verpflichteten Punkten unter Einhaltung der durch Kurvenradiusvorgaben und Streckenorientierungs- oder Kursvorgaben aufgestellten Bedingungen, die an den verpflichteten Punkten zu berücksichtigen sind.
Erfindungsgemäß ist dieses Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht:

– zwei so genannte Zielkreise zu bestimmen, die den verpflichteten Ausgangspunkt, Anfangspunkt genannt, entlang der Richtung der Streckenorientierungs- oder Kursvorgabe, Anfangsstreckenrichtung genannt, tangieren und entlang dieser Richtung, somit mit umgekehrten Wegrichtungen ausgerichtet sind und einen Radius aufweisen, der der Kurvenradiusvorgabe am Anfangspunkt entspricht,
– zwei so genannte Einfangkreise zu bestimmen, die den verpflichteten Ankunftspunkt, Endpunkt genannt, entlang der Richtung der endgültigen Streckenorientierungs- oder Kursvorgabe, Endstreckenrichtung genannt, tangieren und entlang dieser Richtung, somit mit umgekehrten Wegrichtungen ausgerichtet sind und einen Radius aufweisen, der der Kurvenradiusvorgabe am Endpunkt entspricht,
– jenen der beiden Einfangkreise, erster Einfangkreis genannt, zu erfassen, der sich auf derselben Seite der Strecke wie der Anfangspunkt befindet, die vom Endpunkt ausgeht und entlang der Streckenorientierungsvorgabe, die am Endpunkt einzuhalten ist, Endstrecke genannt, ausgerichtet ist,
– einen der Zielkreise und einen der Einfangkreise als Träger der Bahn in Abhängigkeit von der Position des Anfangspunktes in Bezug auf den ersten Einfangkreis auszuwählen,
– eine Bahn zu definieren, die drei Abschnitte umfasst: – einen ersten Abschnitt, der von einer kreisförmigen Anfangszielkurve der allgemeinen Richtung des Endpunktes gebildet ist, die ausgehend vom Anfangspunkt mit der Richtung der Anfangsstreckenorientierungsvorgabe eingeschlagen wird, und der unter Beschreibung eines Teils der Kontur des gewählten Zielkreises unter Einhaltung seiner Wegrichtung weiterverfolgt wird, – einen zweiten Abschnitt, der von einer geraden Ziellinie mit konstanter Strecke entlang einer Tangente an den gewählten Zielkreis für die kreisförmige Anfangskurve und an den gewählten Einfangkreis gebildet ist, wobei die Tangente in Richtung des Endpunktes und in die Richtung jedes der Kreise an den Tangierungspunkten ausgerichtet ist, – einen dritten Abschnitt, der von einer kreisförmigen Endeinfangkurve gebildet ist, die die Kontur des gewählten Einfangkreises, der am Ende der geraden Ziellinie unter Einhaltung seiner Wegrichtung erreicht wird, bis zum Endpunkt, der mit der Vorgaberichtung der Endstrecke erreicht wird, übernimmt, und
– das Flugzeug diese so definierte Bahn verfolgen zu lassen.

Dank dieser Vorkehrungen wird die gewünschte Bahn durch eine minimale Anzahl von Berechnungen erhalten, unter Berücksichtigung aller möglichen Situationen hinsichtlich der Positionen der Anfangs- und End- und Streckenpunkte. Dieses Verfahren ermöglicht es ferner, die kürzeste Bahn auszuwählen, bevor sie zu berechnen. Daraus ergibt sich, dass dieses Verfahren sehr gut für die Echtzeitbestimmung der Bahn eingesetzt werden kann. Die auf diese Weise berechnete Bahn wird unter Berücksichtigung der Manövriermöglichkeiten des Flugzeugs erhalten. Sie ermöglicht somit das genaue Überfliegen der Anfangs- und Endpunkte mit vorgesehenen Kursen.
Im Allgemeinen sind die automatischen Flugsteuerungsvorrichtungen derart ausgeführt, dass sie Phasen von geraden Linien und Kurven mit konstantem Radius ausführen, wobei die durch dieses Verfahren erhaltene Bahn somit vollkommen dazu geeignet ist, in eine solche Vorrichtung eingegeben zu werden.
Nach einer ersten Besonderheit der Erfindung wendet das Verfahren das Übereinkommen an, nach dem der erste Zielkreis jener ist, der dieselbe Wegrichtung wie der erste Einfangkreis hat. Dank diesem Übereinkommen wird in den meisten Fällen der Einfangkreis C1 gewählt.
Das Verfahren umfasst die Wahl des ersten Zielkreises, wenn sich der Anfangspunkt in dem ersten Einfangkreis befindet, und die Wahl des ersten Einfangkreises, wenn der erste Zielkreis nicht die Endstrecke schneidet, die durch den Endpunkt verläuft, oder den zweiten Einfangkreis schneidet, und die Wahl des zweiten Einfangkreises, wenn der erste Zielkreis die Endstrecke schneidet, aber nicht den zweiten Einfangkreis schneidet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit, den Bedingungen der Strecke und der verpflichteten Punkte zu entsprechen, auch wenn sich der Endpunkt sehr nahe dem Anfangspunkt befindet, wobei die Manövriermöglichkeiten des Flugzeugs berücksichtigt werden.
Es ist anzumerken, dass in diesem Fall die Wahl der Ziel- und Einfangkreise unter Bezugnahme auf einfache und hinsichtlich der Berechnungszeit wenig aufwendige geometrische Berechnungen erfolgt.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung umfasst das Verfahren die Wahl des ersten Einfangkreises a priori, wenn sich der Anfangspunkt nicht in dem ersten Einfangkreis befindet.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung umfasst das Verfahren die Wahl des ersten Zielkreises und des ersten Einfangkreises, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:

– der Anfangspunkt befindet sich nicht in dem ersten Einfangkreis, und
– der zweite Zielkreis scheidet den ersten Einfangkreis.

Falls sich der Anfangspunkt nicht in dem ersten Einfangkreis befindet und der zweite Zielkreis nicht den ersten Einfangkreis schneidet, wird der Zielkreis in Abhängigkeit von der Anfangsstrecke und der entlang der durch den Anfangspunkt verlaufenden Tangente an den ersten Einfangkreis ausgerichteten Strecke gewählt.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung, wenn folgende Bedingungen erfüllt ist:

– der Anfangspunkt befindet sich stromaufwärts zum Endpunkt außerhalb des ersten Einfangkreises, und
– der erste Zielkreis schneidet die Endstrecke, aber nicht den zweiten Einfangkreis,

In diesem Fall wird die Wahl der einen oder der anderen Kombination durchgeführt, je nachdem, ob der erste Zielkreis vorher gewählt wurde oder nicht.
Auf diese Weise ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, den Zielkreis und den Einfangkreis, die zu verwenden sind, um die gewünschte Bahn zu bestimmen, zu wählen. Es ermöglicht es ferner, die Fälle zu begrenzen, in denen aufwendigere Tangentenberechnungen durchgeführt werden müssen.
Eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nachstehend als nicht einschränkendes Beispiel unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
1 schematisch die elektronische Ausrüstung an Bord eines Flugzeuges darstellt, die den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht;
2 zwei Ziele oder verpflichtete Punkte auf der Strecke zeigt, zwischen denen das erfindungsgemäße Verfahren eine Bahn bestimmt;
die 3a bis 3i verschiedene Fülle von jeweiligen Positionen von Anfangs- und Endzielen und von Anfangs- und Endstreckenrichtungen darstellen, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt werden;
4 in Form eines Flussdiagramms die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders gut für den Einsatz von elektronischen Einrichtungen an Bord eines Flugzeugs geeignet. Wie in 1 dargestellt, umfassen diese Einrichtungen einen Rechner 1, der an einen oder mehrere Bildschirme 2 angeschlossen ist, einen Massespeicher 9. Dieser Rechner 1 ist beispielsweise über ein Datenübertragungsnetz 8, die Busse des Flugzeugs, mit den Sensoren und Fluginstrumenten 6 an Bord, den Flugsteuerungen 4, einer automatischen Flugsteuerungsvorrichtung 5 und einer digitalen Datenübertragungseinheit 7, beispielsweise vom Typ „data link", verbunden. Auf diese Weise kann der Rechner 1 im Echtzeitverfahren die Daten, die von den anderen elektronischen Einrichtungen an Bord ausgesendet werden, empfangen, nämlich insbesondere die geografische Position des Flugzeugs, seine Höhe, seine Geschwindigkeit und seinem Zustand.
Die automatische Flugsteuerungsvorrichtung umfasst einen Speicher, in dem die laufende Bahn aufgezeichnet ist, die das Flugzeug verfolgt, wobei diese Bahn von einer Aufeinanderfolge von Geradensegmenten zwischen einem Ausgangspunkt und einem Bestimmungspunkt gebildet ist, wobei diese Segmente durch Kreisbögen verbunden sind.
Der Massespeicher 9 enthält die Charakteristika des Flugzeugs und insbesondere die Daten, die seine Manövriermöglichkeiten definieren, wie beispielsweise der minimale Kurvenradius in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, sowie alle Daten zu der jeweiligen Mission. Der minimale Kurvenradius kann auch durch den Faktor der maximal zulässigen Last vom Piloten im automatischen Flugsteuerungsmodus angegeben werden.
Die Daten der Mission umfassen insbesondere:

– kartografische Daten, die es dem Rechner 1 ermöglichen, auf dem Bildschirm 2 das Bild einer geografischen Karte von der während der Mission überflogenen Zone anzuzeigen,
– Daten zur Navigation, beispielsweise die geografische Position und die Charakteristika der Funkbaken und für das Flugzeug während der Mission zugänglichen Flughäfen,
– die Daten zur vorgesehenen Bahn, die es dem Rechner ermöglichen, auf dem Bildschirm diese Bahn über dem Bild der Karte einzublenden,
– die Position und die Ausdehnung möglicher zu vermeidender gefährlicher Zonen, und
– die Witterungsbedingungen, die während der Mission in der überflogenen Zone vorhergesagt sind.

Die Daten zur vorgesehenen Bahn umfassen die Position der verpflichteten Punkte in Verbindung mit einer Eintreffzeit und eine Überflughöhe.
Alle diese Daten können jederzeit geändert werden, entweder direkt vom Piloten oder den Sensoren und Instrumenten an Bord, oder durch Informationen, die über die Funkverbindung erhalten werden. Es erscheint somit wünschenswert, im Echtzeitverfahren eine neue Bahn bestimmen zu können. Diese Bestimmung kann auf eine Aufeinanderfolge von Berechnungen von Bahnsegmenten zurückzuführen sein, die durch einen Anfangspunkt I und einen Endpunkt F begrenzt und jeweils einer Anfangsstrecke r_I und einer Endstrecke r_F zugeordnet sind. Die Anfangsstrecke r_I und die Endstrecke r_F sind ausgerichtete Achsen, die durch die Punkte I bzw. F verlaufen, und bilden einen Anfangsstreckenwinkel θ_I und einen Endstreckenwinkel θ_F, die in Bezug auf die Richtung Norden N zwischen –180° und +180° erfasst werden und im Uhrzeigersinn ansteigend sind (2).
Gemäß der Erfindung ist der Anfangspunkt 2 zwei Zielkreisen R1 und R2 zugeordnet, die bei I die Anfangsstrecke r_I tangieren und einen Radius r_R haben, der dem vorgesehenen Zielkurvenradius des Flugzeugs entspricht. Ebenso ist der Endpunkt F zwei Einfangkreisen C1 und C2 zugeordnet, die bei F die Endstrecke r_F tangieren und einen Radius r_C haben, der dem vorgesehenen Einfangkurvenradius des Flugzeugs entspricht. Jeder Einfang- oder Zielkreis ist einer bestimmten Wegrichtung durch die jeweiligen Richtungen der Anfangsstrecke r_I und der Endstrecke r_F zugeordnet.
Ferner wird das Übereinkommen angewendet, nach dem der erste Einfangkreis C1 auf derselben Seite der Endstrecke r_F, die durch den Endpunkt F verläuft, wie der Anfangspunkt I angeordnet ist, so dass der Kreis C1 der bevorzugte Einfangskreis ist. Der erste Zielkreis R1 ist jener, der in dieselbe Richtung wie der erste Einfangkreis C1 durchlaufen wird, auf Grund der jeweiligen Richtungen von r_I und r_F.
Die 3a bis 3i stellen verschiedene Ausführungsbeispiele der Punkte I und F und der Strecken r_I und r_F dar. In diesen Figuren sind die Zielkreise R1, R2 und die Einfangkreise C1, C2 in unterbrochenen Linien dargestellt, während die gewählte und berechnete Bahn in vollen Linien dargestellt ist.
In 4, die die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt, die vom Rechner 1 ausgeführt werden, besteht der erste Schritt 11 darin zu bestimmen, ob sich der Anfangspunkt I in dem Einfangkreis C1 befindet oder nicht.
Zu diesem Zweck wird die Distanz Δ zwischen dem Anfangspunkt und dem Tangierungspunkt am Kreis C1 der Tangente T1 an diesen Kreis, die durch den Punkt I geht, mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet: Δ2 = (Elm – sgn(Elm)rC 2 + DI,F 2 – rC 2 (1)wobei:
Elm der metrische Seitenabstand oder die gekennzeichnete Distanz zwischen dem Anfangspunkt I und der ausgerichteten Achse r_F, die durch den Endpunkt F verläuft und die Richtung der Endstrecke r_F hat, ist, wobei Elm positiv gewählt wird, wenn er sich links von der Achse r_F befindet, sgn(Elm) = 1, wenn Elm ≥ 0, und sgn(Elm) = –1 im umgekehrten Fall,
D_IF die Distanz zwischen dem Punkt I und dem Punkt F, projiziert auf die Endstrecke r_F ist, und r_C der Radius der Einfangkreise ist.
Wenn Δ² negativ ist, bedeute dies, dass sich der Punkt I innerhalb des Einfangkreises C1 befindet. In diesem Fall wird der Kreis R1 als Zielkreis gewählt (Schritt 12). Der Einfangkreis wird dann bestimmt, je nachdem, ob der Zielkreis R1 die Endstrecke r_F, die durch den Punkt F verläuft, schneidet oder nicht (Schritt 13) und den Einfangkreis C2 schneidet oder nicht (Schritt 14).
Die Bedingung des Schrittes 13 wird überprüft, indem folgende Menge berechnet wird: Y1 = |Elm| – rR (1–cos(θI–θF)) (2)wobei r_R der Radius der Zielkreise R1, R2 ist und |Elm| der Absolutwert der gekennzeichneten Distanz Elm ist.
Die Bedingung des Schrittes 14 wird überprüft, indem die Distanz L1 zwischen den Mittelpunkten der Kreise R1 und C2 durch die folgenden Formeln berechnet wird: X1 = DIF – sgn(Elm)·rR·sin(θI – θF) (3) L12 = X12 + (Y1 + rR + rC)2 (4)
Wenn der Kreis R1 nicht die Endstrecke r_F schneidet, d.h. Y1 ≥ 0, wird der Kreis C2 (und somit auch die Endstrecke r_F) geschnitten, d.h. L1² ≤ (r_R + r_C)², und der gewählte Kreis ist der Kreis C1 (Schritt 15). Im umgekehrten Fall, d.h. wenn der Kreis R1 die Endstrecke r_F (Y1 < 0) aber nicht den Kreis C2 schneidet (L1² > (r_R + r_C)²), ist der gewählte Einfangkreis der Kreis C2 (Schritt 16).
Diese drei Fälle sind in den 3a bis 3c dargestellt, in denen die zu berechnenden Bahnen Kreisbögen, die dem ersten Zielkreis R1 bzw. den Einfangkreisen C1 (3a und 3c) oder C2 ( 3b) angehören, sowie ein Bahnsegment mit konstanter Strecke umfassen, das den Zielkreis R1 und den gewählten Einfangkreis C1 oder C2 tangiert.
Im zweiten Abschnitt des Flussdiagramms, das in 4 dargestellt ist und dem Fall entspricht, in dem sich der Anfangspunkt I nicht in dem ersten Einfangkreis C1 befindet (Δ² > 0), wird a priori der Kreis C1 als Einfangkreis ausgewählt (Schritt 17). In Schritt 18 wird bestimmt, ob der zweite Zielkreis R2 den ersten Einfangkreis C1 schneidet oder nicht. Zu diesem Zweck werden die folgenden Werte berechnet: X2 = DIF – sgn(Elm)·rR·sin(θI – θF) (5) Y2 = |Elm| – sgn(Elm) – rR(1–cos(θI - θF)) (6) L22 = X22 + (Y2 + sgn(Elm)(rR + rC)2 (7)
Wenn der Kreis R2 den Kreis C1 (L2² ≤ (r_R – r_C)² schneidet, wird der erste Zielkreis R1 gewählt (Schritt 21). Dieser Fall ist beispielsweise in 3g dargestellt.
Im umgekehrten Fall (L2² > (r_R + r_C)²) wird in Schritt 19 das Vorzeichen des Abstandes (θ_I – θ_T), zurückgeführt zwischen –180° und +180°, zwischen dem Anfangsstreckenwinkel θ_I und dem Winkel θ_T der den Kreis C1 tangierenden Strecke T1, die durch den Anfangspunkt I verläuft, geprüft.
Zu diesem Zweck wird der Streckenwinkel θ_T in Abhängigkeit vom Endstreckenwinkel θ_F durch die folgenden Gleichungen erhalten:
wobei α = (θ_T – θ_F)
Daraus ergibt sich, dass:
wobei atan die Arkustangensfunktion ist und der Winkel α zwischen –180° und +180° unter Berücksichtigung der jeweiligen Vorzeichen von sin α und cos α berechnet wird.
Wenn der Streckenabstand (θ_I – θ_T) dasselbe Vorzeichen wie Elm hat, was beispielsweise den in den 3d und 3h dargestellten Fällen entspricht, wird der Zielkreis R1 gewählt (Schritt 21). Im umgekehrten Fall wird der Kreis R2 gewählt (Schritt 20), wie in 3i dargestellt.
Die in den Schritten 19 bis 21 durchgeführte Bearbeitung kommt einer Wahl des Zielkreises, der einer Linkskurve entspricht, wenn der Streckenabstand (θ_I – θ_T) positiv ist, und des Zielkreises gleich, der einer Rechtskurve entspricht, wenn dieser Streckenabstand negativ ist. Wenn dieser Streckenabstand gleich Null ist, bedeutet dies, dass der Tangensstreckenwinkel θ_T dem Anfangsstreckenwinkel θ_I entspricht und die vorgesehene Bahn keine Anfangszielkurve umfasst.
Falls der Zielkreis R1 gewählt wurde und dieser Kreis die Strecke r_F aber nicht den Kreis C2 schneidet und sich der Anfangspunkt I stromaufwärts zum Endpunkt F befindet, wenn die Richtung der Endstrecke r_F betrachtet wird (Schritt 22), wird die Wahl des Einfangkreises C1 revidiert, um den Kreis C2 zu wählen (Schritt 23), wie in 3e dargestellt.
Wenn die Kurvenzielkreise und die Einfangkreise bestimmt sind, setzt das Verfahren ganz herkömmliche und einfache Berechnungen zur Bestimmung der Tangierungspunkte der Tangente an beiden ausgerichteten Kreisen ein, um schließlich eine von einer automatischen Flugsteuerungsvorrichtung ausführbare Bahn zu erhalten.
In der vorhergehenden Beschreibung verwendet das erfindungsgemäße Verfahren nur eine einzige Arkustangens-Rechnung, die hinsichtlich der Rechenleistung aufwendig ist, und zwar nur dann, wenn sich der Anfangspunkt I nicht in dem Einfangkreis C1 befindet oder wenn der Zielkreis R2 diesen nicht schneidet. Dieses Verfahren ermöglicht es somit, die Fälle zu verringern, in denen die Arkustangens-Funktion verwendet werden muss.

Claims

Verfahren zur horizontalen Leitweglenkung eines Flugzeuges zwischen zwei verpflichteten Punkten (I, F) unter Einhaltung der durch Kurvenradiusvorgaben und Streckenorientierungs- oder Kursvorgaben (rI, rF) aufgestellten Bedingungen, die an den verpflichteten Punkten (I, F) zu berücksichtigen sind, wobei eine Bahn definiert wird, die von zwei Kreisbögen gebildet ist, die durch ein Geradensegment verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht: zwei so genannte Zielkreise (R1, R2) zu bestimmen, die den verpflichteten Ausgangspunkt, Anfangspunkt (I) genannt, entlang der Richtung der Streckenorientierungs- oder Kursvorgabe, Anfangsstreckenrichtung (rI) genannt, tangieren und entlang dieser Richtung (rI), somit mit umgekehrten Wegrichtungen ausgerichtet sind und einen Radius aufweisen, der der Kurvenradiusvorgabe am Anfangspunkt (I) entspricht, zwei so genannte Einfangkreise (C1, C2) zu bestimmen, die den verpflichteten Ankunftspunkt, Endpunkt (F) genannt, entlang der Richtung der endgültigen Streckenorientierungs- oder Kursvorgabe, Endstreckenrichtung (rF) genannt, tangieren und entlang dieser Richtung (rF), somit mit umgekehrten Wegrichtungen ausgerichtet sind und einen Radius aufweisen, der der Kurvenradiusvorgabe am Endpunkt (F) entspricht, jenen der beiden Einfangkreise (C1 oder C2), erster Einfangkreis genannt, zu erfassen, der sich auf derselben Seite der Strecke wie der Anfangspunkt (I) befindet, die vom Endpunkt (F) ausgeht und entlang der Streckenorientierungsvorgabe (rF), die am Endpunkt (F) einzuhalten ist, Endstrecke genannt, ausgerichtet ist, einen der Zielkreise (R1 oder R2) und einen der Einfangkreise (C1 oder C2) als Träger der Bahn in Abhängigkeit von der Position des Anfangspunktes (I) in Bezug auf den ersten Einfangkreis (C1) auszuwählen, eine Bahn zu definieren, die drei Abschnitte umfasst: einen ersten Abschnitt, der von einer kreisförmigen Anfangszielkurve der allgemeinen Richtung des Endpunktes (F) gebildet ist, die ausgehend vom Anfangspunkt (I) mit der Richtung der Anfangsstreckenorientierungsvorgabe (rI) eingeschlagen wird, und der unter Beschreibung eines Teils der Kontur des gewählten Zielkreises (R1, R2) unter Einhaltung seiner Wegrichtung weiterverfolgt wird, einen zweiten Abschnitt, der von einer geraden Ziellinie mit konstanter Strecke entlang einer Tangente an den gewählten Zielkreis (R1 oder R2) für die kreisförmige Anfangskurve und an den gewählten Einfangkreis (C1, C2) gebildet ist, wobei die Tangente in Richtung des Endpunktes (F) und in die Richtung jedes der Kreise (R1 oder R2 und C1 oder C2) an den Tangierungspunkten ausgerichtet ist, einen dritten Abschnitt, der von einer kreisförmigen Endeinfangkurve gebildet ist, die die Kontur des gewählten Einfangkreises (C1, C2), der am Ende der geraden Ziellinie unter Einhaltung seiner Wegrichtung erreicht wird, bis zum Endpunkt (F), der mit der Vorgaberichtung der Endstrecke (rF) erreicht wird, übernimmt, und das Flugzeug diese so definierte Bahn verfolgen zu lassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es das Übereinkommen anwendet, nach dem der erste Zielkreis (R1) jener ist, der dieselbe Wegrichtung wie der erste Einfangkreis (C1) hat.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es die Wahl (12) des ersten Zielkreises (R1), wenn sich der Anfangspunkt (I) in dem ersten Einfangkreis (C1) befindet (11), und die Wahl (15) des ersten Einfangkreises (C1), wenn ferner der erste Zielkreis (R1) nicht die Endstrecke (rF) schneidet (13), die durch den Endpunkt (F) verläuft, oder den zweiten Einfangkreis (C2) schneidet (14), und die Wahl (16) des zweiten Einfangkreises (C2) umfasst, wenn der erste Zielkreis (R1) die Endstrecke (rF) schneidet (13), aber nicht den zweiten Einfangkreis (C2) schneidet (14).
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es die Wahl (17) des ersten Einfangkreises (C1) a priori umfasst, wenn sich der Anfangspunkt (I) nicht in dem ersten Einfangkreis (C1) befindet (11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es die Wahl (21) des ersten Zielkreises (R1) und des ersten Einfangkreises (C1) umfasst, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist: der Anfangspunkt (I) befindet (11) sich nicht in dem ersten Einfangkreis (C1), und der zweite Zielkreis (R2) schneidet (18) den ersten Einfangkreis (C1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn sich der Anfangspunkt (I) nicht in dem ersten Einfangkreis (C1) befindet (11) und der zweite Zielkreis (R2) nicht den ersten Einfangkreis (C1) schneidet (18), es die Wahl (20, 21) des Zielkreises (R) in Abhängigkeit von der Anfangsstrecke (rI) und der entlang der durch den Anfangspunkt (I) verlaufenden Tangente (T1) an den ersten Einfangkreis (C1) ausgerichteten Strecke umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es die Bestimmung (19) des Streckenabstandes (θ_I – θ_F) zwischen der durch den Anfangspunkt (I) verlaufenden, den ersten Einfangkreis (C1) tangierenden Strecke (T1) und der Anfangsstrecke (rI) umfasst, wobei die Streckenwinkelwerte zwischen –180° und +180° angenommen werden, und – wenn, dieser Streckenabstand positiv ist, es die Wahl (20, 21) des Zielkreises (R), der einer Linkskurve entspricht, umfasst, – wenn dieser Streckenabstand negativ ist, es die Wahl des einer Rechtskurve entsprechenden Zielkreises umfasst, und – wenn dieser Streckenabstand gleich Null ist, die zu berechnende Bahn keine Anfangszielkurve umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn folgende Bedingung erfüllt ist: – der Anfangspunkt (I) befindet sich stromaufwärts zum Endpunkt (F) außerhalb des ersten Einfangkreises (C1), und – der erste Zielkreis (R1) schneidet die Endstrecke (rF), aber nicht den zweiten Einfangkreis (C2), es die Wahl (21, 23) des ersten Zielkreises (R1) und des zweiten Einfangkreises (C2) oder die Wahl (20, 17) des zweiten Zielkreises (R2) und des ersten Einfangkreises (C1) umfasst.
verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn ferner der erste Zielkreis (R1) vorher gewählt (18, 19) wurde, es die Wahl (23) des zweiten Einfangkreises (C2) umfasst, andernfalls es die Wahl (20, 17) des zweiten Zielkreises (R2) und des ersten Einfangkreises (C1) umfasst.