DE69933932T2

DE69933932T2 - Ueberprüfung der gültigkeit der position eines flugzeuges unter zuhilfenahme von radar- und digitalen geländehöhen-daten

Info

Publication number: DE69933932T2
Application number: DE69933932T
Authority: DE
Inventors: M. Martin Timonium MORICI
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: WO2000002009A1; EP1093564A1; DE69933932D1; US6233522B1; EP1093564B1

Description

QUERVERWEISE AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität gegenüber der am 6. Juli 1998 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/092,026, die zu allen Zwecken hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flugzeugpositioniersysteme und insbesondere ein System und Verfahren zum Validieren einer Position eines Flugzeugs mit querverwiesenen Informationsquellen.
Eine Hauptursache für Flugzeugunfälle besteht in der Unfähigkeit von Positioniersystemen eines Flugzeugs, Piloten adäquat auf ihre wahre Position aufmerksam zu machen, insbesondere relativ zu Variationen bei dem Gelände um sie herum, wie etwa bei Hügeln und Bergen. Kürzliche Fortschritte bei Flugzeugnavigationssystemen haben zur Linderung des Problems, einen Piloten auf die Position eines Flugzeugs relativ zu Geländeelementen aufmerksam zu machen, viel beigetragen. Insbesondere beschreibt das US-Patent Nr. 5,839,080, im Besitz von AlliedSignal, ein „Terrain Awareness System" (TAS) („Geländewahrnehmungssystem"), um einen Piloten vor Geländegefahren innerhalb einer Nähe des Flugzeugs zu warnen. Zudem liefert das Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS – Verbessertes Bodennähewarnsystem) von AlliedSignal eine Anzeige von potentiell gefährlichem Gelände in einem Bereich um eine Position des Flugzeugs herum, während diese Position von dem Flugmanagementsystem (FMS) und/oder anderen Bordnavigationssystemen wie etwa einem GPS (Global Positioning System)-Empfänger gemeldet wird. Die Geländedaten werden aus einer Geländedatenbank wie etwa einer digitalen Geländehöhedatenbank (DTED – Digial Terrain Elevation Database) abgerufen.
Bei herkömmlichen Flugzeugpositioniersystemen können zwei Fehlerquellen vorliegen. Zum ersten kann es Fehler in der Geländedatenbank geben. Zweitens kann es Fehler in der gemeldeten Position des Flugzeugs geben.
Aus US 4,914,734 ist ein System bekannt, das eine Intensitätsbereichkorrelation zur Verwendung mit einem Geländehöhenradar und Infrarotemissivitätssysteme kombiniert, damit man ein simultanes Drei-Modi-Kartenanpassungsnavigationssystem erhält. Das Infrarotsystem erfaßt passive Geländeemissionen, während das Höhenfindungsradar die Zeit zwischen der Übertragung eines Radarsignals zum Boden und dem Empfangen einer Radarinformation mißt. Der Intensitätskorrelator verwendet die Radarinformationen, um Änderungen im Reflexionskoeffizienten des Geländes zu erfassen.
Aus US 4,910,674 ist ein Verfahren zur Navigation und seriellen Führung unter Ausnutzung von Höhendatenkorrelationen bekannt, wobei ein Korrelator geländespezifische Seehöhenreferenzdaten mit tatsächlich erfaßten und verarbeiteten Höhendaten vergleicht.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein Verfahren wie durch Anspruch 1 definiert bereit.
Das Verfahren kann die Merkmale eines beliebigen einzelnen oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 4 enthalten.
Die vorliegende Erfindung löst die Probleme des Stands der Technik, indem ein Flugzeugradar und eine Geländedatenbank verwendet werden, um Flugzeugpositionsinformationen zu korrelieren. Die vorliegende Erfindung kann auch von dem Flugzeugradar erfaßte Geländedaten verwen den, um die in einer Geländedatenbank gespeicherten Daten zu korrelieren und zu verifizieren.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flugzeugradar verwendet, um Geländereflexionsgraddaten zu erhalten. Die Geländereflexionsgraddaten werden dann unter Verwendung einer Teststatistik mit in einer Geländedatenbank gespeicherten Geländedaten verglichen. Die Teststatistik gibt den Grad an, zu dem die Radargeländereflexionsgraddaten und die Geländedatenbankdaten übereinstimmen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet die Erfindung ein Flugzeugwetterradar, um Geländeradarreflexionsgraddaten zu erhalten. Durch die Verwendung des Wetterradars entfällt die Notwendigkeit für ein getrenntes eigenes Radar und die damit assoziierten Einbußen hinsichtlich zusätzlicher Kosten und Gewicht.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Erfindung weiterhin ein Kippmanagementsystem und/oder -verfahren. Das Kippmanagementsystem gestattet, daß der Radarkippwinkel für ein optimales Scannen des Geländes eingestellt wird. Das Kippmanagementsystem reduziert auch die Arbeitslast des Piloten, indem die Notwendigkeit, das Kippen von Hand einzustellen, vermieden wird.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die vorliegende Erfindung eine Scan-Interleaving-Funktion, die es gestattet, daß das Wetterradar bei bestimmten Durchläufen das Wetter scannt und bei anderen Durchläufen das Gelände scannt. Die Interleaving- und Kippmanagementfunktion maximiert die Ausnutzung des Wetterradars und automatisiert den Geländedatensammelprozeß, wobei das Sammeln von Wetterdaten nicht beeinträchtigt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm eines Positionsvalidierungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Prozeßdiagramm zum Veranschaulichen der Hauptschritte eines Hypothesetestverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein vereinfachtes Prozeßdiagramm eines Verfahrens zum Validieren einer Position eines Flugzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Prozeßdiagramm, das einen Schritt des Korrelierees von Flugpositionssensordaten mit einer Geländedatenbank gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
5A-C zeigen Beispiele von korrelierten Daten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt die Kippwinkeloffsetreferenz als Funktion der Höhe für Starten und Landen gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein beispielhaftes Flußdiagramm für die Berechnung des Kippwinkels der Antenne relativ zur lokalen Horizontalebene des Flugzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In der Vorrichtung von 1 wird in einem Flugzeugpositioniersystem 100 eine Positionsvalidierungsvorrichtung allgemein mit der Referenzzahl 110 be zeichnet. Wie unten ausführlicher erörtert werden wird, akkumuliert das Positionsvalidierungssystem Positionsinformationen von aktiven Sensoren, wie etwa einem Radarsystem 120, und/oder einem Ladarsystem 130, einem Navigationssystem (NAV) 140 und/oder einem Flugmanagementsystem (FMS) 150. Von den Navigations- und Positionssystemen akkumulierte Daten werden in einem unten ausführlicher beschriebenen Prozeß mit von einer digitalen Geländehöhendatenbank (DTED) gelieferten Informationen korreliert.
Beschreibung der Eingaben
Die Radardaten von dem Radarsystem 120 werden bevorzugt von einem scannenden Bordwetterradar geliefert. Die Daten werden in einer Menge von gleichförmig beabstandeten Azimutwinkeln gesammelt, während die Antenne im Azimut über der Nase des Flugzeugs unter relativ flachen streifenden Winkeln (d.h. < 15°) gescannt wird. Das Radar produziert eine Karte der Signalstärke als Funktion von Entfernung und Azimut. Die Entfernung wird von der Einstellung der Entfernungsskala (RS – Range Scale) des Radars bestimmt, und der Azimut (AZ) wird von der Position der scannenden Antenne zum Zeitpunkt, zu dem der Impuls gesendet wird, bestimmt. Gepulste Wiederholungsfrequenzen (PRF – Pulsed Repetition Frequencies) im Bereich von 190Hz bis 6KHz werden bevorzugt in dem Korrelationsverarbeitungsalgorithmus verwendet. Die Radarsignalinformationen sollten hinsichtlich der Entfernung unzweideutig gehalten werden. In Übereinstimmung mit typischen Wetterradardisplays können die dem Korrelationsalgorithmus gelieferten Signale relativ zu einer Empfindlichkeits-Zeit-Steuerkurve (STC – Sensitivity Time Control) in 10dB-Schritten quantisiert werden. Diese STC-Kurve erhält ein Ziel von konstantem Querschnitt aufrecht, das unabhängig der Entfernung zu dem Ziel auf dem gleichen Quantisierungsniveau gehalten werden muß. Ein Mindestschwellwert wird auf etwa 10^–4 gesetzt, um eine maximale Wahrscheinlichkeit des Detektierens einer Rauschprobe als eine Signaldetektion aufrechtzuerhalten. Jede Zelle, die diesen Schwellwert übersteigt, wird als ein Bodenechostörfleck klassifiziert. Jede Zelle, die diesen Schwellwert nicht übersteigt, wird als eine Rauschinformation klassifiziert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die 3dB-Strahlbreite der Antenne sowohl hinsichtlich Azimut als auch Höhe ~3°. Die Entfernungsauflösung des Radars hängt von der Entfernungsskala des Radars ab und variiert zwischen 150m und 2700m.
In einer alternativen Ausführungsform werden von dem Ladar-System 130 die Ladar-(Laser Dectection and Ranging)-Daten bereitgestellt, dessen Daten auf ähnliche Weise wie die Radardaten bereitgestellt werden.
Das FMS 150 liefert Positionsinformationen und nutzt Eingaben von einem satellitenbasierten Navigationssystem, wie etwa dem GPS (Global Positioning System) 155, das Daten wie etwa die Länge, Breite, Höhe, den Kurs über Grund und den Bodenraum des Flugzeugs bereitstellt. Das FMS 150 kann auch ein FMS/IRS-Navigationssystem sein, das von GPS, VOR/DME und/oder DME/DME aktualisiert wird. Eine Geländedatenbank und/oder eine Flughafendatenbank, die nicht gezeigt sind, können ebenfalls Teil der Bordsysteme des Flugzeugs sein. Zu zusätzlichen Quellen für Höhendaten zählen der Radarhöhenmesser und der Luftdruckhöhenmesser, zur leichteren Darstellung ebenfalls nicht gezeigt.
Zu den NAV-Daten zählen die Flugzeugdynamik wie etwa Rollen, Nicken und Steuerkurs, Rollrate, Nickrate und Steuerkursrate. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Navigationssystemdaten in 64Hz-Inkrementen aktualisiert.
Die digitale Geländehöhendatenbank (DTED) 160 identifi ziert die maximale Geländehöhe innerhalb einer Datenbankzellgröße. Typische Zellgrößen für die Datenbank sind 15 Bogensekunden, 30 Bogensekunden und 60 Bogensekunden sowohl bei Breite als auch bei Länge. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Datenbank in dem WGS-84-System unter Verwendung von Breite, Länge aufrechterhalten und Höhen werden in Metern über Meereshöhe aufrechterhalten. Die Geländedaten können auch innerhalb einer bereits existierenden Flugzeugeinrichtung enthalten und von dieser geliefert werden, wie etwa beispielsweise einem oben beschriebenen EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System).
Hypothese-Testen
Aufgrund der statistischen Art der Radarsignale gibt es keine Möglichkeit, die gemeldete Position eines Flugzeugs definitiv zu bestätigen. Durch Anhäufen von Hinweisen von einer Vielzahl von Positionssystemen ist es jedoch möglich, die gemeldete Position des Flugzeugs angesichts aktiver Sensordaten und DTED-Daten als ein unwahrscheinliches Ereignis zurückzuweisen. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung basiert auf dem statistischen Konzept des Hypothese-Testens. Eine Teststatistik wird definiert, mit der bestimmt wird, ob ausreichend Hinweise vorliegen, um die Vermutung zurückzuweisen, daß die Informationen in dem DTED zusammen mit den Ausgaben von dem NAV des Flugzeugs und dem FMS mit den aktiven Sensormeßwerten übereinstimmen. Dieses Verfahren läßt sich auf Real-Beam-Radars, Monopulsradars und Laserradars anwenden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der erste Schritt bei dem Algorithmus zum Hypothese-Testen in dem Identifizieren einer Nullhypothese (H₀) und einer alternativen Hypothese (H_A), wobei:

H₀: = die Radardaten; NAV-Daten, FMS-Daten und/oder DTED-Daten stimmen mit der gemeldeten Position überein;
H_A: = die Radardaten; NAV-Daten, FMS-Daten und/oder DTED-Daten stimmen nicht mit der gemeldeten Position überein.

2

200

Bei Schritt 210 werden das Nullmodell (H₀) und das alternative Modell (H_A) identifiziert. Bei Schritt 220 wird eine Teststatistik (t) ausgewählt. Die Teststatistik ist definiert als der Anteil der Gesamtzahl klassifizierter Radarkartenzellen (Signal oder Rauschen), die durch die NAV-daten, FMS-Daten, DTED-Daten und Radarsystemimpulsantwort nicht erklärt werden können. Der Prozeß, anhand dessen Zellen als unerklärtes Rauschen oder unerklärtes Signal klassifiziert werden, ist in dem Flußdiagramm in 4 beschrieben.
Bei Schritt 230 wird ein Proberaum für t definiert, und bei Schritt 240 wird eine Wahrscheinlichkeit ρ gewählt, wobei ρ die Wahrscheinlichkeit ist, daß das Nullmodell H₀ falsch zurückgewiesen wird. Bei Schritt 250 wird der Proberaum derart in Akzeptanz- und Zurückweisungsgebiete unterteilt, daß
P (Zurückweisung |H₀)< ρ; und
P (Akzeptanz |H_A) so klein wie möglich ist.
Bei Schritt 260 wird ein Teststatistikwert = t erhalten und beobachtet. Bei Schritt 270 erfolgt eine Verarbeitungsentscheidung, wobei, wenn t ein Element des Zurückweisungsgebiets ist, H₀ zurückgewiesen und auf H_A geschlossen wird (oder darauf geschlossen wird, daß ein seltenes Ereignis eingetreten ist). Wenn t ein Element des Akzeptanzgebiets ist, dann gibt es ungenügend Hinweise zur Zurückweisung von H₀, oder mit anderen Worten stimmen die Daten mit H₀ überein und die gemeldete Position wird nicht zurückgewiesen.
3 veranschaulicht ein Verfahren 300 zum Validieren einer Position eines Flugzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei Schritt 310 werden eine gemeldete Position des Flugzeugs repräsentierende Signale empfangen. Die gemeldete Position ist eine Approximation einer tatsächlichen Position und enthält Werte, die für die oben unter Bezugnahme auf die Dateneingaben beschriebenen Positionsdaten repräsentativ sind. Bei Schritt 320 werden aktive Sensorsignale empfangen, die für Gelände eines Kartenbereichs um die tatsächliche Position des Flugzeugs herum repräsentativ sind. Die tatsächliche Position ist unbekannt. Bei Schritt 330 wird auf eine Datenbank von Geländeinformationen wie etwa beispielsweise von DTED zugegriffen. Der relevante Bereich für die Geländeinformationen, auf den zugegriffen wurde, entspricht dem in Schritt 320 von dem aktiven Sensor bereitgestellten Kartenbereich. Bei Schritt 340 werden die Radarsignale mit den Geländeinformationen korreliert, um eine Differenz dazwischen zu berechnen. Der Prozeß des Korrelierens wird unter Bezugnahme auf 4 viel ausführlicher beschrieben. Gemäß den bei Schritt 340 berechneten Informationen erfolgt bei Schritt 350 eine Entscheidung, ob die gemeldete Position gemäß einem vorbestimmten Schwellwert zurückgewiesen wird oder nicht.
Ein Schritt bei dem Hypothesetesten der vorliegenden Erfindung ist das Bestimmen einer geeigneten Teststatistik t. Es wird nun ein bevorzugter Prozeß 900 zum Bestimmen von t beschrieben und unter Bezugnahme auf 4. Eine Datenschnittstelle 401 sammelt Daten von einer oder mehreren Positionsinformationsquellen (402, 403 und 404). Insbesondere greift die Datenschnittstelle auf eine Datenbank 404 von Geländeinformationen zu, die zu einem von dem Radarbus 403 gelieferten Kartenbereich querverwiesen wird. Der erste Schritt 405 bei der Berechnung der Teststatistik besteht in der Herababtastung der Radardaten derart, daß eine Pixel- und/oder Zellauflösung der Radardaten an die der Geländedatenbank im wesentlichen angepaßt wird. Ein gleitender Maximalfilter wird sowohl bei Entfernung als auch Azimut verwendet, um bevorzugt eine 2:1-Überabtastung der Radardaten zu der Geländedatenbank bei der maximalen Entfernung der Radarbereichsskala zu erzielen.
Der Definiere-Dilation-Filterschritt 415 empfängt Radarparameter 410 von der aktiven Sensorquelle und berechnet die Impulsinformation des Radars als Funktion von Entfernung und Azimut. Die Impulsinformation wird dann in eine abnehmende Amplitudenreihenfolge und Aufrechterhalten von Offsets sowohl bei Entfernung als auch Azimut sortiert, und in einem Speicher des Positionsvalidierungssystems gelistet. Diese geordnete Liste wird verwendet, um zu bestimmen, ob eine Signalzelle durch das Impulsinformationsmuster des Radars erklärt werden kann. Als nächstes wird bei Schritt 420 die Azimut-Entfernung-Karte in Geländedatenbankpixel konvertiert, indem Azimut und Entfernung in eine Geländedatenbankpixelposition in der lokalen Bodenebene abgebildet werden.
Bei Schritt 425 wird für jede Entfernung-Azimut-Zelle in der Radarkarte eine Ober- und Untergrenzengeländedatenbankhöhe geschätzt. Die Obergrenze wird als die der Position der Mitte der Entfernung-Azimut-Zelle des Radars entsprechende Geländedatenbankpixelhöhe definiert. Die Untergrenze wird als das Minimum der 4- verbundenen Zellen in der Geländedatenbank um die Mitte der Entfernung-Azimut-Zelle des Radars herum abzüglich der DTED-Datenbankquantisierungsschrittgröße definiert. Ein "See-Test" wird bei Schritt 430 an der Geländedatenbankzelle durchgeführt. Eine Geländedatenbankzelle wird als „seeartig" erklärt, wenn ihre 8-verbundenen Nachbarn alle die gleiche Höhe aufweisen. Dies gilt auch, wenn es sich bei der Zelle bekannterweise um Wasser wie einen See oder einen Ozean handelt, in Erwartung von Radarinformationen von Geländemerkmalen, die keine signifikante Höhenvariation aufweisen. Informationen von kleinen Seen, Flüssen und Straßen decken einen kleinen Bruchteil der Azimutstrahlbreite ab und werden deshalb von einer Antennenimpulsantwort von den benachbarten Geländeinformationen „ausgefüllt". Die Radarinformationen von großen Wassermassen und befestigten Oberflächen unter flachen streifenden Winkeln sind durch einen sehr kleinen Radarquerschnitt (σ₀<-30 dBsm) gekennzeichnet. Diese Bereiche können fälschlicherweise als Schattengebiete oder Gebiete außerhalb der Höhenstrahlbreite der Antenne interpretiert werden, wenn sie nicht wie in Schritt 430 spezifisch berücksichtigt werden.
Für jede Entfernung-Azimut-Zelle in der Radarkarte wird unter Verwendung der in Schritt 435 berechneten Ober- und Untergrenzenhöhenschätzwerte ein Obergrenzen- und Untergrenzenwinkel zu der Geländedatenbankzelle berechnet. Die Position des Entfernungstors (RG – Range Gate) jedes Ober- und Untergrenzenwinkelschätzwerts wird für die Differenz zwischen Bodenentfernung und Schrägentfernung korrigiert. Die in Schritt 430 bestimmten „seeartigen" Daten werden ebenfalls für eine Bodenentfernung-zu-Schrägentfernung-Konvertierung korrigiert.
Bei Schritt 440 wird das optimale Kippen des Radarwinkels berechnet, dessen Ergebnis zurück an den Radar bus 403 geschickt wird. Ein Verfahren zum Berechnen eines optimalen Kippwinkels ist der Gegenstand der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung Nr. 60/092,025, Anwaltsaktenzeichen Nr. 543-98-004, das im Besitz von AlliedSignal ist, zu allen Zwecken durch Bezugnahme hier aufgenommen. Zwei Verfahren zur Verwendung mit der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die 6 und 7 unten beschrieben.
Bei dem Kippwinkelplan von 6 wird der Kippwinkel als eine Funktion von Flugphase und Höhe des Flugzeugs festgelegt. In 6 liefert der gegebene Winkel den Winkel, der sich am besten zum Betrachten atmosphäri scher Zustände ohne oder mit minimalen Bodenechostörflecken eignet. Dieser Plan kann verwendet werden, um eine Kippwinkeloffsetreferenz zur Verwendung durch die vorliegende Erfindung bereitzustellen, um zur Betrachtung von Gelände das Wetterradar um ein zusätzliches Ausmaß zu kippen.
7 beschreibt ein alternatives Verfahren zum Auswählen eines Kippwinkels unter Verwendung einer Geländedatenbank. Der Algorithmus kann den Geländebe trachtungswinkel direkt zur Verwendung während des geländebetrachtenden Radarscans berechnen oder es kann, wie in der Ausführungsform von 6, ein Offsetwinkel auf der Basis des zum Betrachten von Wetter verwendeten Kippwinkels verwendet werden.
Bei Schritt 445 werden mehrere Masken der Zellen definiert. Zuerst wird eine Randmaske zum Bestimmen des Suchentfernung einer Radars und deshalb eine zuverlässige Zellprobengröße bestimmt. Für jede Zelle wird eine Bezeichnung von „wahr" angewendet, wenn die gegenwärtige Zelle innerhalb der halben effektiven Azimutstrahlbreite des Rands des Azimutdurchlaufs des Radars liegt oder wenn die gegenwärtige Zelle innerhalb der halben effektiven Entfernungsauflösung der Maximalentfernung liegt. Diese „wahren" Zellen werden zu unzuverlässigen Quellen eines unerklärten Signals erklärt. Dies ist auf die Ungewißheit des Vorliegens von Signalquellen außerhalb der Entfernung-Azimut-Abdeckung des Radars zurückzuführen, die die Quelle von Signalinformationen innerhalb dieses Bereichs sein könnten. Zweitens wird eine binäre Signalmaske definiert, wobei eine bestimmte Zelle als „wahr" bezeichnet wird, wenn die Zelle größer ist als ein kleinster vorbestimmter Signalschwellwert; ansonsten wird sie auf „falsch" gesetzt. Ein „wahr"-Wert zeigt an, daß diese Zelle Signalinformationen enthält. ein „falsch"-Wert zeigt an, daß diese Zelle Rauschen enthält.
Bei Schritt 450 wird ein relevantes Gebiet bestimmt. Dieser Schritt identifiziert das erste Radarentfernungstor in jeder Azimutradialen, wo ein Signal vorliegt, und wo dieses Signal einem Winkel zu dem Gelände entspricht, der innerhalb der Null-zu-Null-Strahlbreite des Höhenstrahls des Radars liegt. Dieser Schritt identifiziert auch das letzte Entfernungstor in jeder Azimutradialen, wo ein Signal vorliegt.
Bei Schritt 455 wird ein Höhenwinkel zu Nahentfernungsdetektionen berechnet. Dieser Schritt bestimmt den Ober- und den Untergrenzwinkel zu dem Gelände, welches den ersten N-Entfernungstoren jenseits des in 3.3.8 definierten ersten Radarentfernungstors entspricht. Die Variable N stellt die Anzahl von Radarentfernungsabtastwerten innerhalb der Entfernungsimpulsantwort des Radars dar. In Radialen, in denen kein Signal vorliegt, werden der Ober- und der Untergrenzwinkel auf der Basis einer Mediananpassung des Ober- und des Untergrenzwinkels in den Radialen, die gültige Daten enthalten, interpoliert.
Bei Schritt 460 wird eine Maske eines relevanten Gebiets berechnet. Während dieses Schritts wird eine Zelle auf „wahr" gesetzt, wenn sich die Zelle innerhalb der in Schritt 445 definierten Nahentfernungs- und Fernentfernungsgrenzen befindet. Eine separate Maske setzt eine Zelle auf „wahr", wenn sich die Zelle innerhalb der Nahentfernung und Fernentfernung +N-Entfernungszellen, wie in Schritt 450 definiert, befindet. Die zusätzlichen N-Zellen stellen einen Bereich von Rauschzellen über die letzte Signalzelle hinaus dar, der vorliegen sollte, um einen Signal-Rausch-Übergangsbereich anzuzeigen. Wenn die Fernentfernung ⁺N-Zellen eine maximale vorbestimmte Entfernung übersteigt, wird die Maske nur auf das in der Entfernung-Azimut-Karte zur Verfügung stehende Maximalentfernungstor gesetzt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist N das Dreifache der Entfernungsauflösung des Radars.
Bei Schritt 465 wird eine Reihe von Signalzellen berechnet. Diese Zahl, N_signal, stellt eine Anzahl von Signalzellen dar, die in der Radar-Entfernung-Azimut-Karte vorliegen und unter Ausschluß der Zellen um die Ränder herum.
Für die oben bestimmte relevante Entfernung wird eine Reihe sichtbarer Zellen bestimmt durch Definieren von zwei Masken bei Schritt 470. Die erste Maske setzt eine Zelle auf „wahr", wenn sie nicht von irgendeiner anderen Zelle, die Radarsignalinformationen enthält, abgeschattet wird. Wenn dies der Fall ist, wird die Zelle als entlang einer direkten Blicklinie des Flugzeugs sichtbar angesehen. Der Schritt vergleicht den Untergrenzwinkel zu der ein Signal enthaltenden aktuellen Zelle mit dem maximalen Obergrenzwinkel aller ein Signal enthaltenden Zellen, die sich von der Entfernung her näher befinden als die aktuelle Zelle und in der gleichen Azimutradialen. Diese erste Maske wird verwendet, um zu bestimmen, ob Rauschzellen auf grund einer Sichtbarkeit entlang einer direkten Blicklinie nicht erläutert sind.
Die zweite Maske in Schritt 470 setzt eine Zelle auf „wahr", wenn sie möglicherweise entlang einer direkten Blicklinie sichtbar ist. Die Berechnung vergleicht den Obergrenzwinkel zu der aktuellen Zelle, die ein Signal enthält, mit dem maximalen Untergrenzwinkel aller ein Signal enthaltenden Zellen, die sich hinsichtlich der Entfernung näher befinden als die aktuelle Zelle und in der gleichen Azimutradialen. Diese zweite Maske wird verwendet, um zu bestimmen, ob Signalzellen aufgrund der Abwesenheit von sogar einer möglichen direkten Blicklinie nicht erläutert sind.
Bei Schritt 475 werden durch Definieren von zwei Masken In-Strahl und Außerhalb-von-Strahl-Masken berechnet. Die erste Maske setzt eine Zelle auf „wahr", wenn der Obergrenzwinkel zu der aktuellen Zelle innerhalb der kleinsten Strahlbreite des Radars relativ zu dem Obergrenzwinkel zu den nahegelegenen Zellen, wie sie in Schritt 455 definiert sind, liegt. Diese „In-Strahl"-Maske wird verwendet, um zu bestimmen, ob eine Rauschzelle nicht erläutert ist. Die kleinste Strahlbreite ist bevorzugt die 3dB-Strahlbreite des Höhenstrahls des Radars, kann aber auch entfernungsskalaabhängig sein.
Die zweite Maske setzt eine Zelle auf „wahr", wenn der Obergrenzwinkel zu der Zelle innerhalb der maximalen Strahlbreite des Radars relativ zu dem Obergrenzwinkel zu den in Schritt 455 definierten nahegelegenen Zellen liegt. Diese „Außerhalb-von-Strahl"-Maske wird verwendet, um zu bestimmen, ob eine Signalzelle nicht erläutert ist. Die maximale Strahlbreite ist bevorzugt die Null-zu-Null-Strahlbreite des Höhenstrahls des Radars.
Bei Schritt 480 wird eine erläuterte Signalmaske defi niert. Damit eine Zelle zu einem erläuterten Signal N_exsig erklärt wird, muß Signal wie in Schritt 455 gezeigt vorliegen, muß die Zelle wie nach Bestimmung durch Schritt 470 mindestens möglicherweise sichtbar sein und der Winkel zu der Zelle muß nach Definition durch den vorausgegangenen Schritt nicht „außerhalb-von-Strahl" liegen. Die Gesamtzahl erläuterter Signale, die sich nicht in der Nähe der Ränder befinden, wie in Schritt 445 definiert, werden zur Verwendung in der Berechnung der Teststatistik beibehalten.
Wenn eine bestimmte Zelle, die ein Signal enthält, durch Schritt 480 nicht erläutert werden kann, dann prüft ein Endtest bei Schritt 485 die Nähe dieser Zellen zu einer erläuterten Zelle. Dies erfolgt, indem die Impulsantwort hinab fortgeschritten wird, Schritt 415, von jeder erläuterten Signalzelle, Schritt 480, in Reihenfolge. Wenn am Punkt P mit Amplitude Q eine Zelle gegeben ist, wird erwartet, daß jedes Herabschreiten die Impulsantwort die Amplitude aufgrund von Punkt P reduzieren wird. Nachdem die Amplitude der Testzelle unter die kleinste Signalstärke abfällt, endet der Bereich der Unterstützung aufgrund des Punkts P. Um die Effekte von Empfängerrauschen zu kompensieren, wird die Suche für zusätzliche N dB fortgesetzt, nachdem die kleinste Signalstärke in dem Suchmuster detektiert worden ist. Alle Zellen innerhalb dieses Bereichs der Unterstützung, die zuvor nicht erläutert waren, werden nun durch die Impulsantwort des Radars erläutert und in einer separaten Maske aufgezeichnet.
Bei Schritt 490 werden nicht erläuterte Signalzellen, N_unexsig, bestimmt. Dieser Schritt identifiziert alle Signalzellen, die nicht wie in Schritt 480 erläutert sind, nicht bei Schritt 430 als seeartig bestimmt sind und keine Randzellen wie durch Schritt 445 bestimmt. Für jede nicht erläuterte Signalzelle wird ein Gewich tungsfaktor entsprechend dem Signalpegel in der nicht erläuterten Signalzelle akkumuliert, um eine Punktzahl anzugeben. Diese Punktzahl wird bei der Endberechnung der Teststatistik verwendet.
Bei Schritt 495, alle Rauschzellen, N_noise, beispielsweise Nicht-Signalzellen, die innerhalb des relevanten Gebiets liegen, wie durch 450 bestimmt, und einschließlich der zusätzlichen N-Entfernungstore jenseits der letzten Signalzelle. Die Anzahl dieser Zellen, die keine Randzellen sind, wird gezählt und werden bei der Berechnung der Teststatistik verwendet.
Auf der Basis der Anzahl von in Schritt 495 bestimmten Rauschzellen werden eine Reihe von nicht erläuterten Rauschzellen, N_unexnoise, identifiziert, wie in Schritt 500 gezeigt. Dieser Schritt identifiziert alle Zellen in dem relevanten Gebiet, einschließlich der zusätzlichen N-Entfernungstore jenseits der letzten Signalzelle, die „In-Strahl" liegen, direkt sichtbar, und die den in Schritt 495 identifizierten Rauschzellen entsprechen.
Bei Schritt 505 wird die Anzahl unzweideutiger, nicht erklärter Rauschzellen berechnet. Dieser Schritt identifiziert alle nicht erläuterten Rauschzellen in dem relevanten Gebiet, die keine Randzellen sind und seeartig sind. Aufgrund der Tatsache, daß mit Wasser bedeckte Geländezellen sich entweder als eine reflektie rende Oberfläche, beispielsweise kabbeliges Wasser, oder eine nicht-reflektierende Oberfläche, beispielsweise ruhiges Wasser, verhalten, sind solche Zellen zweideutig dahingehend, ob sie akteptabel sind oder nicht. Diese Zellen werden gezählt und aus der bei der Berechnung der Teststatistik zu verwendenden Gesamtzahl von Rauschzellen, N_ambnoise, entfernt.
Ebenfalls bei Schritt 505 wird eine zweite erzeugt, um alle Rauschzellen zu identifizieren, die nicht erläutert und unzweideutig sind. Berechnet wird diese Maske, indem alle nicht-seeartigen Zellen identifiziert werden, die keine Randzellen sind, und als nicht-erläuterte Rauschzellen identifiziert werden. Die Gesamtzahl unzweideutiger nicht-erläuterter Rauschzellen wird bei der Berechnung der Teststatistik N_unexnoise verwendet.
Bei Schritt 510 wird eine Anzahl von Zellen außerhalb der relevanten Entfernung, die als Signal N_sbesig gesehen werden sollte, berechnet. Schritt 505 identifizierte alle Rauschabtastwerte innerhalb des erweiterten relevanten Gebiets, die unzweideutige und nicht erläuterte Rauschzellen sind. Schritt 510 identifiziert nun alle jene Rauschabtastwerte in dem Vorwärtsgebiet; solche näher an dem Flugzeug hinsichtlich der Entfernung als die früher in Schritt 450 identifizierten Nahentfernungszellen.
Der Zweck dieses Schritts besteht darin, Rauschzellen zu identifizieren, die im relevanten Gebiet abgeschattete Signalzellen haben sollten. Die Berechnung dieses Schritts basiert auf dem Obergrenzwinkel zu einer Zelle in dem Vorwärtsgebiet. Dieser Winkel wird mit dem Obergrenzwinkel an der Signalvorderkante verglichen. Nach dem Entfernen von seeartigen Zellen, die sowieso Rauschen sein sollten, und Randzellen wird die Anzahl von Rauschzellen in dem Vorwärtsgebiet, die in dem relevaten Gebiet abgeschattete Signalzellen haben sollten, gezählt und bei Schritt 520 für die Berechnung der Teststatistik geliefert.
Die Berechnung der Endteststatistik ist gegeben durch:
Der Nenner enthält:

1) die Gesamtzahl von Signalzellen, die in der ganzen Entfernung-Azimut-Karte vorliegen, plus
2) die Gesamtzahl von Rauschzellen in dem relevanten Gebiet plus
3) die Gesamtzahl von Rauschzellen, die in dem Vorwärtsgebiet ein Signal sein sollten, minus
4) die Gesamtzahl von zweideutigen Rauschzellen, minus
5) die Anzahl von Signalzellen, durch Blicklinienberechnungen erläutert.

Der Teststatistiknenner enthält Idealerweise eine Min- destanzahl an Zellen. Teststatistiken, die weniger als die Mindestanzahl enthalten, sind von fragwürdiger Genauigkeit. Eine bevorzugte Anzahl an Zellen ist 200 und hängt von der Entfernungsskala des Radars ab.
Der Zähler wird berechnet, indem die gewichtete Anzahl aller nicht erläuterten Zellen summiert wird. Dies beinhaltet:

(1) die gewichtete Anzahl nicht erläuterter Signalzellen, plus
(2) die Gesamtzahl an nicht erläuterten Rauschzellen, plus
(3) die Gesamtzahl von Sollten-Sein-Signalzellen.

Die Teststatistik der vorliegenden Erfindung weist mehrere Vorteile auf. Insbesondere weist die Teststatistik der vorliegenden Erfindung, wenn keine unterscheidenden Bodeninformationen angegeben sind, eine Flugzeugposition nicht zurück. Die Teststatistik kann die Nullhypothese zurückweisen oder nicht zurückweisen bei begrenzten unterscheidenden Bodeninformationen und in hochkomplexem bergigem Gelände, kann verwendet werden, um nicht nur die Flugzeugposition zurückzuweisen, sondern kann auch verwendet werden, um die Flugzeugposition relativ zu der Geländedatenbankreferenz zu korrigieren.
Bei wenig oder keiner Variation beim Boden innerhalb des Radarkartenbereichs ist die Teststatistik gegenüber Breiten- und Längenfehlern indifferent, doch ist der Algorithmus gegenüber Höhenfehlern immer noch empfindlich. Wenn das Flugzeug über ebenes Gelände fliegt, liegt sogar bei Flugzeugpositionsfehlern hinsichtlich Breite und Länge keine Gefahr vom CFIT-Typ für das Flugzeug vor. Keine Warnungen werden ausgegeben, solange die Höhe nicht signifikant fehlerhaft ist. Wenn das Flugzeug über moderat hügeliges Gelände fliegt, werden Warnungen nur dann produziert, wenn sich in der Teststatistik ausreichend Hinweise akkumuliert haben, um die aktuelle Flugzeugposition als höchst unwahrscheinliches oder seltenes Ereignis zurückzuweisen. Wenn über eindeutige Geländemerkmale geflogen wird, ist es möglich, nicht nur den aktuellen Flugzeugpositionsschätzwert zurückzuweisen, sondern auch die lokale DTED nach der wahrscheinlichsten Flugzeugposition zu durchsuchen. Mehrere akzeptable Positionen können dann auf der Basis zusätzlicher Scans ausgeschlossen werden, bis nur eine Alternative verbleibt.
Ein weiterer Vorteil des Algorithmus der vorliegenden Erfindung ist seine Fähigkeit, quantisierte Radarsignalpegel auszunutzen. Bereiche, die bei Vorliegen von einen kleinen Querschnitt aufweisenden Zielen in der Regel abgeschattet wären, können ein Signal zurückschicken, wenn ein einen großen Querschnitt aufweisendes Ziel vorliegt. Indem die Impulsantwort herunter abgesucht wird, ist es möglich, zwischen einem Signal, das von einigen wenigen lokalen streuenden Zentren oder einem isolierten, einen großen Querschnitt aufweisenden Ziel verursacht wird, zu unterscheiden. Dies ermöglicht weiterhin die Validierung einer Position mit einer Radarantenne im Größenbereich von über 30'' Durchmesser herunter bis zu unter 12'' Durchmesser. Die Unterscheidung wird in diesem Fall reduziert, wenn die Antennengröße aufgrund von Strahlaufweitungseffekten reduziert wird, doch die Fülleffekte des breiteren Strahls werden ebenfalls durch Impulsantwortverarbeitung gehandhabt.
Es wird bevorzugt, daß Informationen von Bodenechostöreffekten detektierbar sind, wenn sie entlang der Blicklinie (LOS-Line of Sight) von der wahren Flugzeugposition aus sichtbar sind. Deshalb werden Radarparameter Idealerweise so ausgewählt, daß eine ausreichende Signalstärke erzeugt wird, die einen Störfleckendetektionsschwellwert auf Störflecken-Mit-Störflecken-Querschnitten (σ⁰) größer als –40 dBsm übersteigt.
Für Störfleckeninformationen mit RCS kleiner als –40 dBsm können zusätzliche Informationen verwendet werden, die nicht von der Amplitude spezifischer Bodenzellen abhängen. Dem Fachmann bekannte Monopulstechniken wie etwa beispielsweise Monopuls, sequentieller Monopuls, „amplitude lobing" und „lobe on receive", die verwendet werden, um Teilstrahlwinkelmessungen zu bestimmen, können mit dem vorliegenden Algorithmus verwendet werden, um Geländezellen zurückzuweisen, die nicht mit dem gemeldeten Flugzeugposition und DTED-Höhenschätzwert übereinstimmen. Das eigene US-Patent No. 5,831,570 beschreibt eine derartige Monopulstechnik.
Wetterinformationen haben den Effekt, daß sie den Hintergrundrauschpegel in einer Radarkarte anheben. Diese Wetterinformationen sind oftmals dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Doppler-Komponente aufweisen, die diese Informationen als Nicht-Geländemerkmale unterscheidet. Durch dynamisches Filtern der Radarsignalinformationen außerhalb der Hauptstrahlstörflecke können diese reflektierenden Merkmale im freien Raum signifikant reduziert werden. Die verbleibenden Wettermerkmale in der Karte erhöhen die Wahrscheinlichkeit, daß Rauschen als Geländereflexionen detektiert wird. Der Geländesignalschwellwert muß ausreichend hoch gesetzt werden, um diese Wetterinformationen zu eliminieren, damit durch sich langsam bewegendes Wetter verursachte falsche Geländesignalmeßwerte vermieden werden.
Das bekannte Vorliegen von Wasser, beispielsweise Ozeane und sehr große Seen, können starke Merkmale sein, worauf man sich insbesondere in Küstenbereichen verlassen kann. Diese Merkmale können auch zum großen Teil so in die Teststatistik integriert werden, wie die seeartigen Merkmale aufgenommen werden, mit der Ausnahme, daß auf einen See ausgerichtetes Rauschen einen erläuterten Rauschabtastwert darstellt – nicht einen zweideutigen nicht erläuterten Rauschabtastwert. Dies hat den Effekt, den Nenner zu erhöhen und somit den Bruchteil in der Teststatistik zu reduzieren, wodurch dies eine akzeptablere Ausrichtung wird, als ohne Kenntnis der Position von Seen und großen Wasserwegen.
5A-5C zeigen Beispiele von korrelierten Daten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5A ist ein simuliertes Radardatendisplay, das vier Ebenen von Displaydaten zeigt, wobei Ebene-1-Daten in dem 10-dB-Signalband liegen, Ebene 2 in dem 10-dB- bis 20-dB-Signal und Ebene 3 > 20 dB Signalpegel. In 5B sind an dem wahren Ort des Flugzeugs Geländedatenbankdatenbankdaten überlagerte simulierte Radardaten. Gelbe Konturen zeigen ein erläutertes Signal an, rote Konturen zeigen ein nicht erläutertes Signal an, grüne Konturen zeigen ein nicht erläutertes Rauschen an. Der Korrelationspunktwert von 0,0 zeigt alle durch INS-Daten, Radardisplaydaten, Geländedatenbank und Radarparameter erläuterte Signal- und Rauschzellen an. 5C sind Geländedatenbankdaten überlagerte simulierte Radardaten, wobei die Flugzeugposition mit einem Nordfehler von 1nmi und einem Ostfehler von 2nmi des wahren Orts des Flugzeugs gemeldet ist. Gelbe Konturen zeigen ein erläutertes Signal an, rote Konturen zeigen ein nicht erläutertes Signal an, grüne Konturen zeigen ein nicht erläutertes Rauschen an. Der Korrelationspunktwert von 0,588 gibt an, daß ein Positionsfehler detektiert worden ist.
Kippwinkelmanagement und Sensororientierung
Das Radar, Lidar, Wetterradar, das als Geländesensor verwendet wird, wird derart relativ zu dem Gelände orientiert, daß der Sensor das Gelände während seines Scans detektiert. Ein zu hoch eingestellter Kippwinkel wird bewirken, daß der Sensor über das Gelände hinausschießt und keine Geländedaten erhalten werden. Ein zu niedrig eingestellter Kippwinkel kann verhindern, daß der Sensor vor dem Flugzeug liegende hohe Spitzen detektiert. Der Kippwinkel wird deshalb bevorzugt automatisiert, um die Geländedateninformationen zu maximieren. Wenn sich der Sensor in einem Flugzeugwetterradar befindet, reduziert ein automatisches Kippmanagement die Arbeitslast des Piloten und verbessert die Fähigkeit des Wetterradars, diese Mehrfachaufgaben auszuführen. Wenn ein Wetterradar als der Sensor der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind außerdem die Radarscans bevorzugt derart verschachtelt, daß während bestimmter Scans Wetter erhalten wird und bei anderen Scans Geländedaten erhalten werden. US-Patent Nr. 5,831,570 beschreibt auch eine für diesen Zweck geeignete Verschachtelungsprozedur, und das Patent ist zu allen Zwecken durch Bezugnahme hier aufgenommen.
Ein Verfahren zum Steuern eines Kippwinkels kann unter Verwendung eines Höhenplans bewerkstelligt werden. Bei einer derartigen Ausführungsform ist der Kippwinkel zum Betrachten von Gelände definiert als eine Funktion von Flugphase und Höhe über Gelände. Beispielsweise kann der Radarkippwinkel für den Start auf einen spezifizierten Winkel und für jeweils 1000 Fuß Höhengewinn während Steigflugbeginn um eine vorbestimmte Anzahl von Graden herabgeschwenkt werden. Die Prozedur kann während des Sinkflugs umgekehrt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Geländedatenbank selbst verwendet, um den Kippwinkel automatisch zu berechnen. Eine derartige Datenbank ist in dem von AlliedSignal hergestellten EGPWS (Enhanced Ground Proximity Warning System) enthalten. Andere Datenbanken können verwendet werden. Diese Ausführungsform der Erfindung verwendet die unten beschriebenen Eingaben. 6 beschreibt einen Kippwinkelplan unter Verwendung dieser Eingaben zu einer Ausführungsform der Erfindung.
Eingaben

1. beispielsweise Flugzeughöhe relativ zur Meereshöhe (alt)
2. beispielsweise Flugzeugposition, in Breite (lat)
3. beispielsweise Flugzeugposition, in Länge (lng)
4. Geländedatenbank [trn (ilat, ilng)], wobei ilat den Breitenindex und ilng den Längenindex darstellt
5. Radarentfernungsskala in beispielsweise nautischen Meilen (10, 20, 40, 80, 160, 320) (RS)
6. Datenbankzellgröße in beispielsweise nautischen Meilen (0,25, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0) (CS)
7. Halbleistungs-Höhenstrahlbreite des Wetterradars, beispielsweise in Graden (d.h. die Winkelentfernung von der Hauptantennenachse – gemessen in der vertikalen Ebene, die die Hauptantennenachse enthält – bei der die Signalstärke auf die Hälfte des Höchstwerts abfällt) (elbw)
8. Flugzeugsteuerkurs relativ zu Nord (wobei positiv im Uhrzeigersinn von Nord ist) (hdg)

Der Plan von 7 bestimmt zuerst die Werte der Flugzeugpositionsvariablen. Dann werden für jeden Breitenindex innerhalb der Radarentfernungsskala und innerhalb von 90 Grad des Flugzeugsteuerkurses die kleinsten und größten Längenindices innerhalb jener gleichen Grenzen bestimmt. Der Breitenindex wird dann auf den kleinsten Breitenindex innerhalb der Entfernungsskala und innerhalb von 90 Grad des Flugzeugsteuerkurses gesetzt, und der Längenindex wird auf den kleinsten Längenindex innerhalb der Entfernungsskala und innerhalb von 90 Grad des Flugzeugsteuerkurses und den Breitenindex schneidend gesetzt. Eine maximale Winkelvariable (MaxAng) wird erzeugt und auf negativ 90 Grad gesetzt. Der Plan von 7 berechnet dann den Abstand zwischen dem Flugzeug und dem Geländedatenbankpunkt, der dem Breiten- und Längenindex entspricht.
Unter Kompensation der Erdkrümmung und Radarbeugung gemäß dem Fachmann bekannten Techniken wird der Höhenwinkel zwischen dem Flugzeug und der Geländedatenbankzelle (ElAng) gemessen und mit der größten Winkelvariablen verglichen. Wenn der Höhenwinkel größer ist als der größte Winkel, dann wird der größte Winkel gleich dem Höhenwinkel gesetzt. Wenn der Höhenwinkel nicht größer als der größte Winkel ist, wird der Längenindex um eins erhöht. Der Längenindex wird dann mit dem größten Längenindex innerhalb der Entfernungsskala und innerhalb von 90 Grad des Flugzeugsteuerkurses und den Breitenindex schneidend verglichen. Wenn der Längenindex nicht größer ist als der größte Längenindex, dann schleift der Algorithmus zurück zur Berechnung des Abstands zwischen dem Flugzeug und dem Geländedatenbankpunkt, der dem Breiten- und Längenindex entspricht. Wenn der Längenindex größer ist als der größte Längenindex, dann wird der Breitenindex um Eins erhöht. Der Breitenindex wird dann mit dem größten Breitenindex innerhalb der Entfernungsskala und innerhalb von 90 Grad des Flugzeugsteuerkurses verglichen. Wenn der Breitenindex nicht größer ist als der größte Breitenindex, dann wird der Längenindex gleich dem kleinsten Längenindex innerhalb der Entfernungssskala und innerhalb von 90 Grad des Flugzeugsteuerkurses und den Breitenindex schneidend gesetzt, und das Verfahren schleift zurück zu der Berechnung des Abstands zwischen dem Flugzeug und dem Geländedatenbankpunkt, der dem Breiten- und Längenindex entspricht. Wenn der Breitenindex größer ist als der größte Breitenindex, dann wird der Kippwinkel berechnet, indem der größte Winkel zu der Halbleistungs-Höhenstrahlbreite des Wetterradars addiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Kippwinkel der Wetterradarantenne immer dann neu berechnet, wenn sich das Flugzeug aus einer Datenbankzelle herausbewegt, die Entfernungsskala ändert oder beim Flugzeugsteuerkurs eine Änderung vornimmt.
Die vorausgegangene Beschreibung von spezifischen Ausführungsformen wird vorgelegt, damit jeder Fachmann die vorliegende Erfindung herstellen oder verwenden kann. Die verschiedenen Modifikationen an diesen Aus führungsformen ergeben sich dem Fachmann ohne weiteres, und die hierin definierten generischen Prinzipien können ohne die Verwendung der erfindungsgemäßen Fähigkeit auf andere Ausführungsformen angewendet werden. Beispielsweise kann die Teststatistikberechnung in einem Bordflugrechner durchgeführt werden. Analog kann die Erfindung vollständig in Softwarecode verkörpert werden, der sich in einem Computerspeicher befindet und von einem Prozessor ausgeführt wird. Somit soll die vorliegende Erfindung nicht auf die hierin gezeigten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern es soll hier der größtmögliche Schutzbereich eingeräumt werden, der mit den hierin offenbarten Prinzipien und neuartigen Merkmalen vereinbar ist, und wie durch die folgenden Ansprüche definiert.

Claims

Verfahren zum Validieren einer Position eines Flugzeugs, umfassend die folgenden Schritte: (i) Empfangen (Schritt 310) von Signalen, die für eine gemeldete Position des Flugzeugs repräsentativ sind, wobei die gemeldete Position eine Approximation einer tatsächlichen Position ist; (ii) Empfangen (Schritt 320) aktiver Sensorsignale, die für Gelände eines Kartenbereichs um die tatsächliche Position des Flugzeugs herum repräsentativ sind, wobei der Kartenbereich aus mehreren Zellen besteht, wobei jede Zelle definiert wird durch einen Schnittpunkt eines von mehreren gleichförmig beabstandeten Azimutwinkeln und einer von mehreren Entfernungsskalen; (iii) Zugreifen (Schritt 330) auf eine Datenbank von Geländeinformationen entsprechend dem Kartenbereich; (iv) Korrelieren (Schritt 340) der Sensorsignale mit den Geländeinformationen, um eine Differenz dazwischen zu berechnen; weiterhin gekennzeichnet durch: (a) Zurückweisen (Schritt 350) der gemeldeten Position des Flugzeugs, wenn die Differenz einen vorbestimmten Schwellwert übersteigt, wobei die Differenz definiert wird durch eine Teststatistik t mit einem Bereich 0 < t < t_max und berechnet wird als
wobei (i) N_unexsig eine gewichtete Zahl unerklärter Signalzellen ist, wobei ein Signal von dem aktiven Sensor in einer Zelle zurückgeschickt wird, von der die Datenbank anzeigt, daß sie Rauschen sein sollte, (ii) N_unexnoise eine Gesamtzahl unerklärter Rauschzellen ist, wobei ein Rauschen von dem aktiven Sensor in einer Zelle zurückgeschickt wird, von der die Datenbank anzeigt, daß dort ein Signal sein sollte, (iii) N_sbesig eine Anzahl von Rauschzellen ist, die Signalzellen sein sollten, da ein Winkel zu Vordergrundrauschzellen Signalzellen in dem relevanten Gebiet haben sollte, (iv) N_signal eine Gesamtzahl von Signalzellen ist, die in dem relevanten Gebiet vorliegen, (v) N_noise eine Gesamtzahl von Rauschzellen ist, die in dem relevanten Gebiet vorliegen, (vi) N_ambnoise eine Gesamtzahl von Rauschzellen ist, die doppeldeutig sind, (vii) N_exsig eine Teilmenge der Gesamtzahl von Signalzellen ist, die dadurch erläutert werden, daß sie entlang einer Blicklinie des aktiven Sensors sichtbar sind, und (vii) wobei t berechnet und mit dem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird, wobei der vorbestimmte Schwellwert einen Wert größer als Null aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aktive Sensor Radar ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Korrelierens weiterhin umfaßt: (a) Abstimmen (Schritt 420) von Grenzen und Zellauflösung der Radarsignale an Grenzen und Zellauflösung der Geländeinformationen; (b) Definieren (Schritt 445) einer binären Signalmaske für Zellen innerhalb der Grenzen, wobei. die binäre Signalmaske für eine Zelle "wahr" ist, wenn ein Radarsignal der Zelle größer ist als ein kleinster Signalschwellwert, um das Vorliegen eines Signals anzuzeigen, und ansonsten "falsch" ist, um das Vorliegen von Rauschen anzuzeigen; (c) Definieren (Schritt 450) eines relevanten Gebiets als einen Teilbereich des Kartenbereichs; (d) Bestimmen (Schritt 470) einer Anzahl von Zellen innerhalb des relevanten Gebiets, die innerhalb der Blicklinie des Flugzeugs sichtbar sind; (e) Bestimmen (Schritt 475) einer Anzahl von Zellen innerhalb des relevanten Gebiets, die sich innerhalb des Strahls befinden, so daß eine Zelle innerhalb einer Breite eines Strahls des aktiven Sensors eingrenzbar ist; und (f) für jede sichtbare und innerhalb des Strahls liegende Zelle, die "wahr" ist, Klassifizieren (Schritt 480) der Zelle als erläutert.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin mit dem folgenden Schritt: (a) wenn die gemeldete Position zurückgewiesen wird, Durchsuchen der Geländedatenbank nach einer justierten gemeldeten Position.