NL2001704C2

NL2001704C2 - WARNING SYSTEM FOR GROUND OPERATIONS AIRCRAFT.

Info

Publication number: NL2001704C2
Application number: NL2001704A
Authority: NL
Inventors: Robertus Gerardus Boer
Original assignee: Robertus Gerardus Boer
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-20
Publication date: 2010-12-07
Also published as: NL2001704A1

Description

Waarschuwingssysteem voor grondoperaties vliegtuigenWarning system for ground operations aircraft

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor assisteren van de piloot in het vermijden van botsingen van het door hem bestuurde vliegtuig met 5 externe objecten gedurende de grondoperaties, en meer in het bijzonder op een systeem welke de piloot waarschuwt bij een dreigende botsing, waarbij gebruik wordt gemaakt van sensorsystemen in combinatie met middelen ter verkrijging van informatie betreffende de beweging en de fase van operatie van het vliegtuig.The present invention relates to a device for assisting the pilot in avoiding collisions of the aircraft controlled by him with external objects during ground operations, and more particularly to a system which warns the pilot in the event of an impending collision, use is made of sensor systems in combination with means for obtaining information regarding the movement and the phase of operation of the aircraft.

Met de uitvinding wordt beoogd de vliegoperatie veiliger te maken door de kans 10 op botsingen van het vliegtuig met andere objecten gedurende de grondoperaties van vliegtuigen te reduceren, evenals het efficiënter maken van de vliegoperatie door reparaties van vliegtuigen en verstoringen in de operatie ten gevolg van botsingen te voorkomen, en door piloten in een groter aantal situaties zonder hulp van buitenaf veilig te kunnen laten manoeuvreren waardoor de benodigde hoeveelheid grondpersoneel en 15 ondersteunend materiaal kan worden gereduceerd.It is an object of the invention to make the flight operation safer by reducing the chance of collisions of the aircraft with other objects during the ground operations of aircraft, as well as making the flight operation more efficient by repairs of aircraft and disruptions in the operation due to collisions. and by allowing pilots to safely maneuver in a larger number of situations without outside assistance, whereby the required amount of ground staff and supporting material can be reduced.

Het aantal bewegingen van vliegtuigen groeit explosief, maar het aantal vliegvelden blijft vrijwel gelijk. Vliegvelden kunnen in oppervlakte, door gebrek aan uitbreidingsmogelijkheden en vereiste investeringen, geen gelijke tred houden met deze 20 toename in bewegingen. Vliegtuigen worden steeds groter en met de toenemende grootte wordt het vanuit de cockpit voor de piloot lastiger te beoordelen of het vliegtuig vrij blijft van de overige objecten op de luchthaven. Door de toenemende concurrentie wordt de commerciële druk groter, het aantal grondmedewerkers geringer en de ondersteuning van de piloot neemt af. De laatste jaren is, mede ten gevolge hiervan, een 25 duidelijke stijging zichtbaar in het aantal botsingen tijdens de grondoperatie van vliegtuigen, voornamelijk op en rondom de opstelplaatsen van vliegtuigen.The number of aircraft movements is growing explosively, but the number of airports remains virtually the same. Due to a lack of expansion possibilities and required investments, airports cannot keep pace with this increase in movements. Aircraft are getting bigger and with increasing size it becomes more difficult for the pilot to assess whether the aircraft remains free of the other objects at the airport from the cockpit. Due to increasing competition, the commercial pressure is increasing, the number of ground staff is smaller and the support of the pilot is decreasing. In recent years, partly as a result of this, a clear increase has been visible in the number of collisions during the ground operation of aircraft, mainly at and around the aircraft places.

Botsingen van vliegtuigen tijdens de taxifase, hoewel in potentie zeer gevaarlijk voor inzittenden en omstanders, resulteren in meerderheid slechts in schade aan het vliegtuig en het externe object. De schade aan het vliegtuig dient te worden gerepareerd, 30 alvorens het vliegtuig weer luchtwaardig kan worden verklaard en kan worden ingezet voor de operatie. De reparatieduur van dergelijke schades varieert gewoonlijk van enkele dagen tot enkele weken. Mede gezien de grote concurrentie in de luchtvaart, 2 worden vliegtuigen bij luchtvaartmaatschappijen zeer strak ingepland en zijn er geen of nauwelijks reservetoestellen beschikbaar. Uitval van een vliegtuig ten gevolg van schade resulteert vaak in het annuleren van vele vluchten, waardoor externe capaciteit moet worden ingehuurd en passagiers moeten worden ondergebracht in hotels. De 5 indirecte schade van genoemde botsing bedraagt dan ook een veelvoud van de schade aan het vliegtuig zelf.Aircraft collisions during the taxi phase, although potentially very dangerous for occupants and bystanders, result in majority only in damage to the aircraft and the external object. The damage to the aircraft must be repaired before the aircraft can be declared airworthy again and can be used for the operation. The duration of repair for such damage usually varies from a few days to a few weeks. Partly in view of the strong competition in aviation, 2 aircraft are very tightly planned by airlines and there are no or hardly any spare aircraft available. Aircraft failure due to damage often results in cancellation of many flights, requiring external capacity to be hired and passengers to be accommodated in hotels. The indirect damage caused by said collision is therefore a multiple of the damage to the aircraft itself.

Waarschuwingssystemen voor dreigende botsingen in voertuigen zijn bekend. Een van deze systemen wordt gebruikt in auto’s als parkeerhulp. Deze 10 waarschuwingsystemen zijn gebaseerd op ultrasone geluids sensoren, meestal aangebracht in de voor- en/of achterbumper van het voertuig. Het principe van deze sensoren is vergelijkbaar met de bekende werking van een sonar aan boord van een onderzeeboot: een geluidssignaal wordt uitgezonden en vervolgens wordt de afstand tot een eventueel object bepaald aan de hand van de tijd benodigd voor de ontvangst van 15 het gereflecteerde signaal. Deze sensoren zijn slechts geschikt voor het meten van objecten op afstanden tot enkele meters en hebben daarmee onvoldoende bereik om de piloot in het vliegtuig in de betreffende fases van de grondoperatie effectief te ondersteunen.Warning systems for imminent collisions in vehicles are known. One of these systems is used in cars as parking assistance. These 10 warning systems are based on ultrasonic sound sensors, usually fitted in the front and / or rear bumper of the vehicle. The principle of these sensors is comparable to the known operation of a sonar aboard a submarine: a sound signal is transmitted and then the distance to a possible object is determined on the basis of the time required for receiving the reflected signal. These sensors are only suitable for measuring objects at distances up to a few meters and therefore have insufficient range to effectively support the pilot in the aircraft in the relevant phases of the ground operation.

Ook binnen de vliegtuigindustrie behoren waarschuwingssystemen voor botsingen 20 tot de stand der techniek, doch worden nog niet toegepast. Bij toepassing van afstandsensoren op vliegtuigen is de vereiste meetafstand veel groter dan bij auo’s. Door deze grotere meetafstand is niet alleen de afstand tot, maar ook de positie van het externe object ten opzichte van het vliegtuig van belang om valse waarschuwingen van het systeem te voorkomen. Bekende waarschuwingssystemen, als PCT/US2005/033321, 25 zijn daarom gebaseerd op bundelgestuurde signalen, zoals radar en lidar, de equivalent van radar gebruik makend van (laser)licht in plaats van radiogolven. Radar en lidar zenden radiopulsen resp. lichtpulsen in een nauwkeurig bepaalde richting en detecteren reflecties. Deze gerichte systemen kunnen de positie van het object ten opzicht van het vliegtuig bepalen, maar hebben als nadeel dat zij technisch ingewikkeld zijn, kostbaar 30 en storingsgevoelig. Dit is mogelijk een reden waarom in de burgerluchtvaart dergelijke systemen nog niet zijn toegepast.In the aircraft industry, collision warning systems 20 are well-known in the art, but are not yet being used. When using distance sensors on aircraft, the required measuring distance is much larger than with auos. Due to this larger measuring distance, not only the distance to, but also the position of the external object relative to the aircraft is important to prevent false warnings from the system. Known warning systems, such as PCT / US2005 / 033321, 25 are therefore based on beam-controlled signals, such as radar and lidar, the equivalent of radar using (laser) light instead of radio waves. Radar and lidar send radio pulses resp. light pulses in an accurately determined direction and detect reflections. These targeted systems can determine the position of the object relative to the aircraft, but have the disadvantage that they are technically complex, costly and susceptible to malfunction. This may be a reason why such systems have not yet been applied in civil aviation.

33

Afhankelijk van de fase in de operatie dient de inrichting wel of geen waarschuwingen te genereren bij de detectie van objecten. Bekende waarschuwingssystemen hebben geen automatische herkenning van de van toepassing zijnde fase in de operatie en zijn in een aantal gevallen uitgerust met schakelaars om de 5 fase in de operatie in te stellen. Het handmatig instellen van de vluchtfase door de piloot is gevoelig voor foute instellingen en vereist extra handelingen in de cockpit op tijdstippen dat het van belang is dat de aandacht van de piloot zich buiten het vliegtuig bevindt.Depending on the phase in the operation, the device must generate warnings or not when detecting objects. Known warning systems do not have automatic recognition of the applicable phase in the operation and are in some cases equipped with switches to set the phase in the operation. The pilot's manual setting of the flight phase is susceptible to incorrect settings and requires additional actions in the cockpit at times when it is important that the pilot's attention is outside the aircraft.

10 Het is daarom de bedoeling van onderhavige uitvinding een inrichting te verschaffen welke genoemde nadelen niet vertoont en de piloot kan ondersteunen in de grondoperatie van het vliegtuig. Het is de bedoeling van onderhavige uitvinding een inrichting te verschaffen welke genoemde veiligheidsrisico’s met betrekking tot de grondoperatie vermindert, schade aan en uitval van vliegtuigen ten gevolge van 15 botsingen voorkomt, eenvoudig te implementeren en te onderhouden is, relatief goedkoop is en geen handelingen van de piloot vereist in kritische fases van de operatie.It is therefore the intention of the present invention to provide a device which does not have the aforementioned disadvantages and can support the pilot in the ground operation of the aircraft. It is the object of the present invention to provide a device which reduces the aforementioned safety risks with regard to ground operation, prevents damage to and failure of aircraft due to collisions, is easy to implement and to maintain, is relatively inexpensive and does not involve any actions of the aircraft. pilot required in critical phases of the operation.

Deze doelstelling wordt bereikt door sensorsystemen op het vliegtuig aan te brengen welke in staat zijn de positie van externe objecten ten opzichte van het vliegtuig 20 te bepalen, dit te combineren met de voorspelde rijbaan van het vliegtuig en de piloot te waarschuwen ingeval een dreigende botsing. De veiligheid van de operatie kan hierdoor worden verbeterd doordat de piloot, aan de hand van deze waarschuwing, de rijbaan en grondsnelheid van het vliegtuig kan aanpassen en daarmee een botsing kan voorkomen. De efficiëntie van de operatie wordt verbeterd doordat minder schades aan het vliegtuig 25 behoeven te worden hersteld, de integriteit van de operatie wordt beter gewaarborgd door het uitblijven van verstorende schades en de piloot in een groter aantal situaties zelfstandig, zonder externe hulp, het vliegtuig kan manoeuvreren waardoor de benodigde hoeveelheid grondpersoneel en ondersteunend materiaal kan worden gereduceerd.This objective is achieved by mounting sensor systems on the aircraft capable of determining the position of external objects relative to the aircraft, combining this with the predicted trajectory of the aircraft and alerting the pilot in the event of an imminent collision. The safety of the operation can be improved because the pilot can adjust the runway and ground speed of the aircraft on the basis of this warning and thus prevent a collision. The efficiency of the operation is improved because fewer damage to the aircraft need to be repaired, the integrity of the operation is better guaranteed by the absence of disruptive damage and the pilot can independently, without external help, the aircraft in a larger number of situations. maneuvering so that the required amount of ground staff and supporting material can be reduced.

30 430 4

De sensorsystemen van de inrichting volgens onderhavige uitvinding, welke op diverse delen van het vliegtuig kunnen worden aangebracht, zijn gebaseerd op afstandsbepaling middels niet-gericht uitgezonden radiosignalen, waarbij gebruik wordt gemaakt van twee of meer zendantennes, in combinatie met twee of meer 5 ontvangstantennes. In een voorkeursuitvoering zijn de ontvangstantennes in staat radiosignalen afkomstig van meerdere zendantennes te onvangen en te verwerken. Door de verstreken tijd tussen het moment van uitzending van het radiosignaal en het moment van ontvangst van het, op het object gereflecteerde, radiosignaal te bepalen kan de som van de afstanden tussen het object en de betreffende zend- en 10 ontvangstantennecombinatie worden bepaald. Om over het vereiste detectiebereik vrij te blijven van ongewenste reflecties met het vliegtuig en de grond, wordt gebruik gemaakt van zendantennes met een beperkt (horizontaal) stralingsveld. In deze uitvoeringsvorm kunnen de posities van meerdere objecten binnen het bereik van het sensorsysteem tegelijkertijd worden gedetecteerd.The sensor systems of the device according to the present invention, which can be arranged on various parts of the aircraft, are based on distance determination by means of non-directionally transmitted radio signals, wherein use is made of two or more transmitting antennas, in combination with two or more receiving antennas. In a preferred embodiment, the receiving antennas are capable of receiving and processing radio signals from a plurality of transmitting antennas. By determining the elapsed time between the moment when the radio signal is transmitted and the moment when the radio signal reflected on the object is received, the sum of the distances between the object and the relevant transmitting and receiving antenna combination can be determined. In order to remain free of undesired reflections with the aircraft and the ground over the required detection range, transmitting antennas with a limited (horizontal) radiation field are used. In this embodiment, the positions of multiple objects within the range of the sensor system can be detected simultaneously.

15 In een voorkeursuitvoering zijn de sensorsystemen van de inrichting volgens onderhavige uitvinding gebaseerd op een frequentiegemoduleerd radiosignaal. De frequentie van het uitgezonden radiosignaal varieert in de tijd en is een bekende, en in een uitvoeringsvorm instelbare, functie van de tijd (frequentiemodulatie). Door het meten van de verschilfrequentie van het actueel uitgezonden signaal en het, op het 20 object gereflecteerde, ontvangen signaal kan men, aan de hand van het bekende frequentieverloop van het uitgezonden signaal, de verstreken tijd tussen uitzenden en ontvangst van het signaal bepalen, en daarmee de som van de afstanden tussen het reflecterende object en de zend- en ontvangstantenne. Bij deze wijze van afstandsbepaling zijn zeer kleine detectieafstanden bij een grote nauwkeurigheid 25 mogelijk en is er sprake van bewezen technologie welke relatief ongevoelig is voor storingen. Deze wijze van afstandsbepaling is bekend en wordt, gebruik makend van een enkelvoudige zendantenne en een enkelvoudige ontvangstantenne, reeds gebruikt in radiohoogtemeters ter bepaling van de vlieghoogte ten opzichte van de grond.In a preferred embodiment, the sensor systems of the device according to the present invention are based on a frequency modulated radio signal. The frequency of the broadcast radio signal varies with time and is a known, and in one embodiment adjustable, function of time (frequency modulation). By measuring the difference frequency of the currently transmitted signal and the received signal reflected on the object, it is possible to determine, on the basis of the known frequency variation of the transmitted signal, the elapsed time between transmission and reception of the signal, and thus the sum of the distances between the reflecting object and the transmitting and receiving antenna. With this method of distance determination, very small detection distances with a high accuracy are possible and there is proven technology that is relatively insensitive to malfunctions. This method of determining the distance is known and, using a single transmitting antenna and a single receiving antenna, is already used in radio altimeters to determine the flight height relative to the ground.

In een voorkeursuitvoeringsvorm wordt de positie van het object in een 30 verwerkingseenheid vergeleken met de geometrie en de rijbaan van het vliegtuig. In een uitvoeringsvorm worden de actuele posities van de beweegbare stuurvlakken en hulpvlakken in de geometriebepaling van het vliegtuig meegenomen, De rijbaan wordt 5 bepaald uit een combinatie van stand- of stuurgegevens van de bestuurbare gedeeltes van het landingsgestel van het vliegtuig, rotatiesnelheid van de wielen, of rijbaan en grondsnelheidsinformatie afkomstig uit het navigatiesysteem, waaronder traagheidsplatform(en) en/of satellietnavigatiesyste(e)m(en). Op basis van deze 5 gegevens wordt een dreigende botsing van het vliegtuig met het externe object door de verwerkingseenheid bepaald en wordt een waarschuwing in de vorm van geluidssignalen, gesproken tekstboodschappen, visuele signalen, en/of schematische weergave op een beeldscherm aan de piloot doorgegeven.In a preferred embodiment, the position of the object in a processing unit is compared with the geometry and the trajectory of the aircraft. In one embodiment, the current positions of the movable control surfaces and auxiliary surfaces are included in the geometry determination of the aircraft. The roadway is determined from a combination of position or control data of the controllable parts of the landing gear of the aircraft, rotational speed of the wheels, or roadway and ground speed information from the navigation system, including inertia platform (s) and / or satellite navigation system (s). On the basis of this data, an imminent collision of the aircraft with the external object is determined by the processing unit and a warning in the form of audio signals, spoken text messages, visual signals, and / or schematic representation is transmitted to the pilot on a screen.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn inschakeling van sensorsystemen en 10 waarschuwingen afhankelijk van de fase van de operatie, de grondsnelheid en bewegingsrichting van het vliegtuig, de stand van de bestuurbare gedeeltes van het landingsgestel en/of de gegevens van de flight-ground sensor.In a preferred embodiment, the activation of sensor systems and warnings depend on the phase of the operation, the ground speed and direction of movement of the aircraft, the position of the controllable parts of the landing gear and / or the data of the flight-ground sensor.

Een onderscheid met bestaande waarschuwingssystemen voor het vermijden van 15 botsingen is de wijze van positiebepaling van de externe objecten: de inrichting volgens onderhavige uitvinding maakt gebruik van meerdere zendantennes welke niet-gerichte radiosignalen uitzenden en meerdere ontvangstantennes waarbij de positie van een extern object aan de hand van meerdere afstandsbepalingen middels goniometrische functies in een verwerkingseenheid wordt bepaald.A distinction with existing warning systems for avoiding collisions is the method of determining the external objects: the device according to the present invention uses a plurality of transmitting antennas which transmit non-directional radio signals and a plurality of receiving antennas in which the position of an external object is based on of multiple distance determinations by means of trigonometric functions in a processing unit is determined.

2020

In het volgende zal de inrichting volgens onderhavige uitvinding in meer detail worden uitgelegd aan de hand van een uitvoeringsvorm, met verwijzing naar bij gevoegde tekeningen, waarin fig. 1 een schematische weergave toont van het vliegtuig met afzonderlijke delen 25 van een gedeelte van de inrichting, waarbij detectie is gebaseerd op twee zendantennes en twee ontvangstantennes; en fig. 2 een schematische weergave toont van het vliegtuig en het stralingsveld van de twee zendan tennes; en fig. 3 en 4 een overzicht geven van de bij fig. 1 behorende signaalwegen; en 30 fig. 5 een visueel overzicht geeft van de positiebepaling van de externe objecten aan de hand van de ontvangen signalen.In the following, the device according to the present invention will be explained in more detail with reference to an embodiment, with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a schematic representation of the aircraft with separate parts of a part of the device, wherein detection is based on two transmitting antennas and two receiving antennas; and Fig. 2 shows a schematic representation of the aircraft and the radiation field of the two transmitting tennes; and FIGS. 3 and 4 provide an overview of the signal paths associated with FIG. 1; and Fig. 5 gives a visual overview of the position determination of the external objects on the basis of the received signals.

66

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor assisteren van de piloot in het vermijden van botsingen van het vliegtuig 1 met externe objecten 13 (waar in de tekst niet wordt gedifferentieerd naar 13A en 13B wordt met 13 beide objecten 13A en 13B bedoeld) gedurende de grondoperaties, gebruik makend van sensorsystemen 5 waarvan de afstandsbepaling is gebaseerd op frequentieverschilmeting van frequentiegemoduleerde niet-gerichte radiosignalen,The invention relates to a device for assisting the pilot in avoiding collisions of the aircraft 1 with external objects 13 (where the text does not differentiate between 13A and 13B, 13 refers to both objects 13A and 13B) during ground operations using sensor systems whose distance determination is based on frequency difference measurement of frequency modulated non-directional radio signals,

De inrichting is uitgerust met een centrale verwerkingseenheid 12, welke aan de hand van regelmatig verzamelde gegevens, afkomstig van diverse sensorsystemen, de locatie van externe objecten rondom het vliegtuig bepaalt en dit combineert met de 10 bepaalde rijbaan van het vliegtuig. De centrale verwerkingseenheid 12 is in staat de informatie van de diverse sensorsystemen te ontvangen en te verwerken. ïn een uitvoeringsvorm is de inrichting in staat een of meerdere vliegtuigsystemen te ondervragen.The device is equipped with a central processing unit 12 which, on the basis of regularly collected data from various sensor systems, determines the location of external objects around the aircraft and combines this with the determined runway of the aircraft. The central processing unit 12 is capable of receiving and processing the information from the various sensor systems. In one embodiment, the device is capable of interrogating one or more aircraft systems.

De inrichting is uitgerust met een of meerdere sensorsystemen. Een sensorsysteem 15 bestaat uit een lokale verwerkingseenheid 5, transducers met zendantennes 7 en 8, en sensoren met ontvangstantennes 70 en 80. De lokale verwerkingseenheid 5 is in staat informatie van de sensoren te ontvangen en te verwerken, en de transducers aan te sturen. De lokale verwerkingseenheid 5 is in staat, aan de hand van de regelmatig verzamelde gegevens afkomstig van de aangesloten sensoren, de locatie van objecten 20 ten opzichte van de ontvangstantennes te bepalen. In een uitvoeringsvorm is de verwerkingseenheid in staat een interne integriteitcontrole uit te voeren. In een uitvoeringsvorm is de inrichting in staat een of meerdere aangesloten sensoren en transducers te ondervragen en te testen op juist functioneren. De lokale verwerkingseenheid 5 is in staat met de centrale verwerkingseenheid 12 te 25 communiceren teneinde de verkregen informatie betreffende de gedetecteerde externe objecten, de status van het sensorsysteem, alsmede het ingestelde bereik en de gevoeligheid van het sensorsysteem uit te wisselen.The device is equipped with one or more sensor systems. A sensor system 15 consists of a local processing unit 5, transducers with transmitting antennas 7 and 8, and sensors with receiving antennas 70 and 80. The local processing unit 5 is able to receive and process information from the sensors, and to control the transducers. The local processing unit 5 is able to determine the location of objects 20 relative to the receiving antennas on the basis of the regularly collected data from the connected sensors. In one embodiment, the processing unit is capable of performing an internal integrity check. In one embodiment, the device is capable of interrogating one or more connected sensors and transducers and testing them for proper functioning. The local processing unit 5 is able to communicate with the central processing unit 12 in order to exchange the obtained information regarding the detected external objects, the status of the sensor system, as well as the set range and the sensitivity of the sensor system.

Ter bepaling van een dreigende botsing van het gedetecteerde externe object met het door de piloot bestuurde vliegtuig, wordt in de centrale verwerkingseenheid 12 de 30 geometrische informatie van het vliegtuig 1 vergeleken met de verkregen informatie van de lokale verwerkingseenheden 5 betreffende de relatieve posities van externe objecten 13. Zodra externe objecten 13 binnen een bepaalde tijdspanne een kritische 7 veiligheidszone rondom vliegtuig 1 dreigen te penetreren, wordt een waarschuwing aan de piloot gegenereerd. De vorm en de omvang van de veiligheidszone is afhankelijk van de grondsnelheid van het vliegtuig. Ingeval een dreigende botsing van vliegtuig 1 met een extern object 13 door de centrale verwerkingseenheid 12 wordt gedetecteerd, wordt 5 deze informatie aan de piloot gepresenteerd in de vorm van geluidssignalen en/of gesproken tekstboodschappen middels luidspreker(s) 14, waarschuwingslamp(en) 15 en/of presentatie op beeldscherm(en) 16. In moderne vliegtuigen zijn deze systemen 14 t/m 16 veelal al aanwezig en gekoppeld aan een centrale aansturingseenheid voor waarschuwingsmiddelen 17. In een uitvoeringsvorm is de centrale verwerkingseenheid 10 12 gekoppeld, al dan niet middels een databus, met de aansturingseenheid 17. In een uitvoeringsvorm worden de posities en de omvang, zoals bepaald uit de ontvangen signalen, van externe objecten 13 ten opzichte van het vliegtuig schematisch op het beeldscherm 16 weergegeven.To determine an imminent collision of the detected external object with the aircraft controlled by the pilot, in the central processing unit 12 the geometric information of the aircraft 1 is compared with the information obtained from the local processing units 5 concerning the relative positions of external objects 13. As soon as external objects 13 threaten to penetrate a critical 7 safety zone around aircraft 1 within a certain period of time, a warning is generated for the pilot. The shape and size of the safety zone depends on the ground speed of the aircraft. In the event that an imminent collision of aircraft 1 with an external object 13 is detected by the central processing unit 12, this information is presented to the pilot in the form of audio signals and / or spoken text messages via loudspeaker (s) 14, warning lamp (s) 15 and / or presentation on screen (s) 16. In modern aircraft these systems 14 to 16 are often already present and coupled to a central control unit for warning means 17. In one embodiment the central processing unit 12 is coupled, whether or not by means of a data bus, with the control unit 17. In one embodiment, the positions and the extent, as determined from the received signals, of external objects 13 relative to the aircraft are schematically displayed on the screen 16.

Het botsingsgevaar wordt gerelateerd aan de eigen beweging over de grond. Een 15 object, welke in een rechte lijn geen botsingsgevaar oplevert, kan bij het wenden van het vliegtuig botsingsgevaar opleveren. Om deze wending te detecteren wordt gebruik gemaakt van de rijbaan en de grondsnelheid van het vliegtuig. De rijbaan wordt bepaald uit de standinformatie van het bestuurbare neuswiel 11 en grondsnelheid wordt bepaald uit de rotatiesnelheid en de rotatierichting van de wielen 9 en 10.The collision hazard is related to your own movement over the ground. An object which does not present a collision hazard in a straight line can present a collision hazard when turning the aircraft. The roadway and the ground speed of the aircraft are used to detect this turn. The roadway is determined from the position information of the steerable nose wheel 11 and ground speed is determined from the rotation speed and the direction of rotation of the wheels 9 and 10.

20 Aangezien de externe objecten zelf ook een bewegend object kunnen zijn, is de centrale verwerkingseenheid 12 in staat, de verkregen informatie betreffende de externe objecten 13 te combineren met de rijbaan en de grondsnelheid van het vliegtuig 1 om de (relatieve) rijbaan en de grondsnelheid van het externe object vast te stellen. Analoog aan de eigen beweging, kan een extern object welke zich in een rechte lijn beweegt als 25 geen bedreiging worden beschouwd, maar bij een wending tot een gevaar verworden. Teneinde een dergelijke wending te onderkennen is de centrale verwerkingseenheid 12 middels programmatuur in staat de verkregen informatie van de externe objecten 13 te verwerken tot een rijbaan en een grondsnelheid van dit object en bij een dreigende botsing een waarschuwing naar de piloot te doen uitgaan.Since the external objects themselves can also be a moving object, the central processing unit 12 is able to combine the information obtained regarding the external objects 13 with the carriageway and the ground speed of the aircraft 1 around the (relative) carriageway and the ground speed. of the external object. Analogously to one's own movement, an external object that moves in a straight line can not be considered a threat, but can turn into a danger when turned. In order to recognize such a turn, the central processing unit 12 is able to process the information obtained from the external objects 13 into a roadway and a ground speed of this object and to issue a warning to the pilot in the event of an impending collision.

3030

Om ethervervuiling te voorkomen worden transducers van sensorsystemen alleen ingeschakeld wanneer het de operatie ten dienste kan zijn. Transducers van voorwaarts 8 gerichte sensorsystemen zijn ingeschakeld indien en zolang voorwaartse grondsnelheid van het vliegtuig wordt gedetecteerd; transducers van achterwaarts gerichte sensorsystemen indien en zolang achterwaartse grondsnelheid van het vliegtuig wordt gedetecteerd; en transducers van sensorsystemen voor de detectie van objecten bij de 5 staart van het vliegtuig bij achterwaartse grondsnelheid of bij een scherpe bocht, afgeleid uit de rijbaan van het vliegtuig. Gedurende kritische fases in de vluchtuitvoering, zoals de start en de landingsfase, gedetecteerd door een hoge grondsnelheid van het vliegtuig, alsmede gedurende de vlucht, gedetecteerd door de, in de luchtvaart bekende, flight-ground sensor 18, worden de transducers van alle 10 sensorsystemen automatisch uitgeschakeld.To prevent airborne pollution, sensor system transducers are only switched on when it can serve the operation. Transducers of forward-facing sensor systems are switched on if and as long as the aircraft's forward ground speed is detected; transducers of rear-facing sensor systems if and as long as the aircraft's rear ground speed is detected; and transducers of sensor systems for the detection of objects at the tail of the aircraft at rear ground speed or at a sharp turn, derived from the runway of the aircraft. During critical flight execution phases, such as the take-off and landing phase, detected by a high ground speed of the aircraft, as well as during the flight, detected by the aviation-known flight-ground sensor 18, the transducers of all 10 sensor systems are automatically switched off.

Om valse waarschuwingen, ten gevolge van onder andere zijlobben van de zendantennes en neerslag als sneeuw en regen, te voorkomen is de lokale verwerkingseenheid 5 in een uitvoeringsvorm in staat, zelfstandig of op instructie van centrale verwerkingseenheid 12, het bereik en de gevoeligheid van het sensorsysteem 15 in te stellen. Het bereik 79 en 89 van het sensorsysteem wordt ingesteld door een maximaal frequentieverschil tussen uitgezonden en ontvangen signalen als relevant signaal te accepteren; de gevoeligheid wordt ingesteld door een minimale veldsterkte van de ontvangen signalen voor objectdetectie te vereisen. Externe objecten welke wél worden gedetecteerd doch geen gevaar vormen, zoals vogels, worden door de 20 programmatuur van de centrale verwerkingseenheid 12 aan de hand van hun specifieke reflectie-eigenschappen en beweging uitgefilterd.In order to prevent false warnings as a result of, among other things, side lobes of the transmitting antennas and precipitation such as snow and rain, the local processing unit 5 is capable, independently or on instruction of central processing unit 12, of the range and sensitivity of the sensor system 15 to set. The range 79 and 89 of the sensor system is set by accepting a maximum frequency difference between transmitted and received signals as a relevant signal; the sensitivity is set by requiring a minimum field strength of the received signals for object detection. External objects which are detected but do not pose a danger, such as birds, are filtered out by the software of the central processing unit 12 on the basis of their specific reflection properties and movement.

Het sensorsysteem is in staat meerdere objecten tegelijkertijd te detecteren en de (tweedimensionale) positie van elk van de objecten in het stralingsvlak van de zendantennes ten opzichte van de ontvangstantennes 70 en 80 te bepalen. De 25 frequentiemodulatiekenmerken van de uitgezonden signalen zijn bekende functies van de tijd. In een uitvoeringsvorm zijn de genoemde frequentiemodulatiekenmerken in een aantal varianten instelbaar door de lokale verwerkingseenheid 5 waardoor interferentie met andere sensorsystemen, al dan niet na detectie van interferentie, kan worden voorkomen. Het uitgezonden signaal van zendantenne 8 is heeft soortgelijke 30 frequentiemodulatiekenmerken als het uitgezonden signaal van zendantenne 7 maar heeft een vast frequentieverschil met het uitgezonden signaal van zendantenne 7. Het frequentieverschil tussen beide uitgezonden signalen is zodanig dat binnen het bereik 9 van de sensor geen signaal verwarring wordt veroorzaakt. In een uitvoeringsvorm is de verschilfrequentie instelbaar door lokale verwerkingseenheid 5. De zendantennes 7 en 8 hebben een horizontaal stralingpatroon en een beperkte uitzendhoek [zie fig. 2], Het stralingspatroon van beide zendantennes blijft over het bereik van het sensorsysteem 5 vrij van het grondoppervlak en vliegtuigonderdelen. Dergelijke richtingsgevoelige zendantennes behoren tot de stand der techniek,The sensor system is capable of detecting multiple objects at the same time and determining the (two-dimensional) position of each of the objects in the radiation plane of the transmitting antennas relative to the receiving antennas 70 and 80. The frequency modulation characteristics of the transmitted signals are known functions of time. In one embodiment the said frequency modulation characteristics are adjustable in a number of variants by the local processing unit 5, whereby interference with other sensor systems, whether or not after detection of interference, can be prevented. The transmitted signal from transmitting antenna 8 is similar to frequency modulation characteristics as the transmitted signal from transmitting antenna 7 but has a fixed frequency difference with the transmitted signal from transmitting antenna 7. The frequency difference between the two transmitted signals is such that no signal confusion within the range 9 of the sensor is caused. In one embodiment the difference frequency is adjustable by local processing unit 5. The transmitting antennas 7 and 8 have a horizontal radiation pattern and a limited transmitting angle [see Fig. 2]. The radiation pattern of both transmitting antennas remains free of the ground surface over the range of the sensor system 5 and aircraft parts. Such direction-sensitive transmitter antennas are well-known in the art,

In het stralingsveld van zendantennes 7 en 8 bevinden zich twee objecten 13A en 13B. De door de transducers middels zendantennes 7 en 8 uitgezonden signalen 10 reflecteren op de externe objecten 13A en 13B en worden ontvangen door ontvangstantennes 70 en 80. De sensoren middels ontvangstantennes 70 en 80 zijn in staat de gereflecteerde signalen afkomstig van beide zendantennes 7 en 8 te ontvangen en te verwerken. Door het frequentieverschil tussen de ontvangen signalen in de ontvangstantennes 70 en 80 en de actuele uitgezonden signalen van de zendantennes 7 15 en 8 te meten, kan men, middels de bekende frequentiemodulatiekenmerken van de uitgezonden signalen, de verstreken tijd tussen uitzending en ontvangst en daarmee de afstanden van de diverse signaalwegen bepalen. Door het vaste frequentieverschil tussen de uitgezonden signalen zijn de sensoren in staat onderscheid te maken tussen de gereflecteerde signalen afkomstig van beide zendantennes. Voor de eenvoud van de 20 tekeningen wordt ervan uit gegaan dat de zendantennes 7 en 8 op (vrijwel) gelijke posities gelegen zijn als respectievelijk ontvangstantennes 70 en 80 [zie fig. 5].Two objects 13A and 13B are located in the radiation field of transmitting antennas 7 and 8. The signals 10 transmitted by the transducers by means of transmitter antennas 7 and 8 reflect on the external objects 13A and 13B and are received by receiver antennas 70 and 80. The sensors by receiver antennas 70 and 80 are capable of receiving the reflected signals from both transmitter antennas 7 and 8. received and processed. By measuring the frequency difference between the received signals in the receiving antennas 70 and 80 and the current transmitted signals from the transmitting antennas 7 and 8, one can, by means of the known frequency modulation characteristics of the transmitted signals, the elapsed time between transmission and reception and hence the determine the distances of the various signal paths. Due to the fixed frequency difference between the transmitted signals, the sensors are able to distinguish between the reflected signals from both transmitting antennas. For the sake of simplicity of the drawings, it is assumed that the transmitting antennas 7 and 8 are situated at (substantially) the same positions as receiving antennas 70 and 80 [see Fig. 5].

In de grafiek behorende bij ontvangstantenne 70 corresponderen de gecorrigeerde signalen 73 en 76 [zie fig.5] met respectievelijk signaalwegen <7S1+7R1> en <7S2+7R2> [zie fig.3], waarbij het uitgezonden signaal alkomstig is van zendantenne 7; 25 de gecorrigeerde signalen 63 en 66 [zie fig.5] zijn afkomstig van zendantenne 8, en corresponderen met respectievelijk signaalwegen <8S2+8R4> en <8S1+8R3> [zie fig.4],In the graph associated with receiving antenna 70, the corrected signals 73 and 76 [see FIG. 5] correspond to signal paths <7S1 + 7R1> and <7S2 + 7R2> [see FIG. 3], the transmitted signal coming from transmitting antenna 7, respectively. ; The corrected signals 63 and 66 [see FIG. 5] come from transmitting antenna 8, and correspond to signal paths <8S2 + 8R4> and <8S1 + 8R3> [see FIG. 4], respectively

De oorsprong van de grafieken met assenkruis 71/72 en 61/62 ligt in de ontvangstantenne 70. De as 72 geeft de signaalsterkte voor de ontvangen signalen 73 en 30 76 weer; de as 71 geeft de gecorrigeerde signaalweg aan. De ontvangen signaalweg is de afstand vanaf zendantenne 7 naar het reflecterende object en weer terug naar ontvangstantenne 70. Om te komen tot de gecorrigeerde signaalweg wordt, bij (vrijwel) 10 gelijke positie van zend- en ontvangstantenne, de helft van de gevonden signaalweg als gecorrigeerde signaalweg genomen (het gevonden signaal heeft de weg heen én terug afgelegd). Bij (vrijwel) gelijke positie van zend- en ontvangstantenne kunnen rondom ontvangstantenne 70 twee concentrische schillen voor signalen 73 en 76 worden 5 bepaald, begrensd door respectievelijk de cirkelparen 74/75 en 77/78. Binnen deze schillen bevinden zich de reflecterende objecten.The origin of the graphs with axes 71/72 and 61/62 lies in the receiving antenna 70. The axis 72 represents the signal strength for the received signals 73 and 76; the axis 71 indicates the corrected signal path. The received signal path is the distance from transmitting antenna 7 to the reflective object and back to receiving antenna 70. In order to arrive at the corrected signal path, with (almost) the same position of transmitting and receiving antenna, half of the signal path found is corrected signal path taken (the signal found has traveled back and forth). With (almost) the same position of transmitting and receiving antenna, two concentric shells for signals 73 and 76 can be determined around receiving antenna 70, bounded by the circle pairs 74/75 and 77/78, respectively. The reflective objects are located within these shells.

Bij assenkruis 61/62 geeft de as 62 eveneens de signaalsterkte voor signalen 63 en 66 weer, maar voor de as 61 is de gecorrigeerde signaalweg afwijkend van as 71. De ontvangen signaalweg is in dit geval de afstand vanaf zendantenne 8 naar het 10 reflecterende object en vervolgens naar ontvangstantenne 70, hetgeen betekent dat eerst de afstand van zendantenne 8 tot ontvangstantenne 7 van de ontvangen signaalweg moet worden afgetrokken voordat de helft van de resterende ontvangen signaalweg als gecorrigeerde signaalweg wordt genomen. Aangezien de zendantenne 8 en de ontvangstantenne 70 op geruime afstand van elkaar zijn gelegen, dient voor de signalen 15 63 en 66 gebruik te worden gemaakt van begrenzende ellipsenparen, 64/65 en 67/68 voor de bepaling van de schillen waarbinnen de reflecterende objecten zich bevinden. Bij de genoemde ellipsenparen vormen de bij de signaalweg behorende zend- en ontvangstantenne de brandpunten van de ellips, en de grenzen van de gecorrigeerde signaalweg op de lange as van de ellips de grootte van de ellips.At axis cross 61/62, the axis 62 also indicates the signal strength for signals 63 and 66, but for the axis 61 the corrected signal path is different from axis 71. In this case, the received signal path is the distance from transmitting antenna 8 to the reflective object. and then to receiving antenna 70, which means that the distance from transmitting antenna 8 to receiving antenna 7 must first be subtracted from the received signal path before half of the remaining received signal path is taken as the corrected signal path. Since the transmitting antenna 8 and the receiving antenna 70 are situated at a considerable distance from each other, for the signals 63 and 66 use must be made of limiting pairs of ellipses, 64/65 and 67/68 for determining the shells within which the reflective objects are located. are located. In the aforementioned ellipse pairs, the transmitting and receiving antenna associated with the signal path form the focal points of the ellipse, and the limits of the corrected signal path on the long axis of the ellipse constitute the magnitude of the ellipse.

20 Overeenkomstig corresponderen voor ontvangstantenne 80 de signalen 83, 86, 93 en 96 met <8S1+8R1>, <8S2+8R2>, <7S1+7R3> en <7S2+7R4>; de assenkruisen 81/82 en 91/92; en de bijbehorende schillen.Accordingly, for receiving antenna 80, the signals 83, 86, 93 and 96 correspond to <8S1 + 8R1>, <8S2 + 8R2>, <7S1 + 7R3> and <7S2 + 7R4>; the axis crosses 81/82 and 91/92; and the accompanying peels.

Op basis van de verkregen schillen kan de lokale verwerkingseenheid 5 de positie van de externe objecten bepalen. Op geen enkele as zijn meer dan twee signalen 25 gevonden, hetgeen betekent dat zich twee externe objecten binnen het meetbereik van het sensorsysteem bevinden. De tweedimensionale posities 51 en 52 van de externe objecten worden bepaald daar waar de verkregen schillen van vier signalen, elk afkomstig uit één van de vier afzonderlijke signaalwegcombinaties, elkaar overlappen. Als controle op valse reflecties en interferentie met anderen sensorsystemen dienen de 30 schillen behorende bij de signalen 63 en 66 een grote mate van overlap te hebben met die van signalen 93 en 96, waarbij slechts kleine verschillen op basis van richtingsafhankelijke reflectie-eigenschappen aanwezig kunnen zijn.On the basis of the obtained shells, the local processing unit 5 can determine the position of the external objects. No more than two signals were found on any axis, which means that two external objects are within the measuring range of the sensor system. The two-dimensional positions 51 and 52 of the external objects are determined where the obtained shells of four signals, each originating from one of the four separate signal path combinations, overlap each other. As a check for false reflections and interference with other sensor systems, the shells associated with signals 63 and 66 should have a large degree of overlap with those of signals 93 and 96, with only small differences based on direction-dependent reflection properties being present .

1111

Voor meer dan twee objecten werkt de objectdetectie analoog.Object detection works analogously for more than two objects.

In een voorkeursuitvoering wordt als frequentiebereik de frequentie van de radiohoogtemeters van vliegtuigen, zijnde 4,2 tot 4,4 GHz, gebruikt. Deze frequentie is 5 een beschermde frequentie en mag alleen voor luchtvaartdoeleinden worden gebruikt. De benodigde uitgezonden signaalsterkte is slechts een fractie van de voor de radiohoogtemeter benodigde sterkte, aangezien het benodigde afstandsbereik van de inrichting volgens onderhavige uitvinding veel kleiner is van het benodigde afstandsbereik van de radiohoogtemeter. Door het kleinere afstandsbereik van de 10 inrichting volgens onderhavige uitvinding, alsmede om interferentie met de bestaande radiohoogtemeters te voorkomen, worden andere frequentiemodulatiekenmerken gebruikt dan de frequentiemodulatiekenmerken van de bestaande radiohoogtemeters. Door het horizontale stralingspatroon van de zendantennes, de geringe signaalsterkte, en de instelbare en van de radiohoogtemeter afwijkende frequentiemodulatiekenmerken is 15 de kans op storing van radiohoogtemeters van vliegtuigen nihil.In a preferred embodiment the frequency range used is the frequency of the radio altimeters of aircraft, being 4.2 to 4.4 GHz. This frequency is a protected frequency and may only be used for aviation purposes. The required transmitted signal strength is only a fraction of the strength required for the radio altimeter, since the required distance range of the device according to the present invention is much smaller than the required distance range of the radio altimeter. Due to the smaller distance range of the device according to the present invention, as well as to prevent interference with the existing radio height meters, other frequency modulation characteristics are used than the frequency modulation characteristics of the existing radio height meters. Due to the horizontal radiation pattern of the transmitting antennas, the low signal strength, and the adjustable frequency modulation characteristics that deviate from the radio altimeter, the chance of interference with radio altimeters of aircraft is nil.

Bij voorkeur maakt de inrichting gebruik van gegevens zoals deze worden verzonden op databussen (zoals de in de luchtvaart gebruikelijke AR1NC 429 databus), welke de elektronische boorduitrusting (14 t/m 17) in het vliegtuig 1 met elkaar verbinden. Hierop worden op geregelde tijdstippen gegevens verzonden, welke voor de 20 inrichting volgens onderhavige uitvinding van belang zijn. De centrale verwerkingseenheid 12 heeft tevens een aansluiting met de databussen van de van belang zijnde systemen van de elektronische boorduitrusting van het vliegtuig en is in staat gegevens te versturen, ontvangen en verwerken en naar de, voor de inrichting van belang zijnde, systemen.The device preferably uses data as it is sent on data buses (such as the AR1NC 429 data bus customary in aviation), which connect the electronic on-board equipment (14 to 17) in the aircraft 1 to each other. Data is then transmitted at regular intervals, which are important for the device according to the present invention. The central processing unit 12 also has a connection with the data buses of the relevant systems of the electronic on-board equipment of the aircraft and is capable of sending, receiving and processing data and to the systems of interest to the device.

25 In de bovenstaande beschrijving wordt onder een centrale verwerkingseenheid en een lokale verwerkingseenheid een rekeneenheid verstaan die gegevens verwerkt, zoals een computer onder besturing van software, waar nodig met bijbehorende digitale en/of analoge schakelingen. Een computer kan voorzien zijn van een afzonderlijke verwerkingseenheid, maar tevens van meerdere, eventueel parallel werkende, 30 verwerkingseenheden. Tevens kan een computer voorzien zijn van functionaliteit op afstand, waarbij verwerking van gegevens plaatsvindt op verschillende afstand van elkaar gelegen locaties.In the above description, a central processing unit and a local processing unit are understood to mean a computer unit which processes data, such as a computer under control of software, where necessary with associated digital and / or analog circuits. A computer can be provided with a separate processing unit, but also with several processing units, possibly operating in parallel. A computer can also be provided with remote functionality, whereby data processing takes place at different distances from each other.

1212

Voor de deskundige zal het duidelijk zijn dat vele modificaties en wijzigingen mogelijk zijn in de hierboven beschreven voorkeursuitvoering van de inrichting volgens de uitvinding.It will be clear to the skilled person that many modifications and changes are possible in the preferred embodiment of the device according to the invention described above.

Claims

An automatic warning system for avoiding collisions during ground operations of an aircraft, comprising two or more transducers for transmitting radio signals; two or more sensors for receiving radio signals; means for determining a phase in the operation; warning means to inform the pilot; processing means connected to said transducers, sensors, means for determining the phase in ground operations, and the warning means, wherein the processing means are adapted to determine an imminent collision of the aircraft with an external object by determining the position of the object relative to the object of the aircraft, to combine this with the roadway and the ground speed of the aircraft and the pilot in the event of an imminent collision; Characterized in that for determining the position of an external object use is made of several distance determinations on the basis of non-directed transmitted radio signals.

2. Automatic warning system according to claim 1, wherein for a distance determination use is made of a frequency difference measurement between a frequency modulated broadcast radio signal and a received radio signal.

3. Automatic warning system according to claim 1, wherein for a distance determination use is made of a time determination between a broadcast radio signal with a time-distinguishing characteristic and a received radio signal.

Automatic warning system according to claims 1 or 2, wherein a frequency modulation characteristic of a broadcast radio signal is adjustable.

Automatic warning system according to claims 1 or 3, wherein a time-distinguishing characteristic of a broadcast radio signal is adjustable.

Automatic warning system according to one of the preceding claims, wherein the frequency difference between two or more broadcast radio signals is a fixed value.

Automatic warning system according to claims 1 to 5, wherein the frequency difference between two or more broadcast radio signals is adjustable.

8. Automatic warning system as claimed in any of the foregoing claims, wherein a sensor can distinguish several radio signals as transmitted by the plurality of transducers and can process them separately.

9. Automatic warning system according to one of the preceding claims, wherein light signals are used instead of radio signals.

The automatic warning system of claims 1 to 8, wherein the frequency of a broadcast radio signal is in the frequency range of 4.2 to 4.4 GHz.

11. Automatic warning system according to any one of the preceding claims, wherein use is made of a position of a movable control surface and / or an auxiliary surface of the aircraft.

12. Automatic warning system according to one of the preceding claims, wherein use is made of a direction of rotation of a wheel of the aircraft. 25

An automatic warning system according to any one of the preceding claims, wherein use is made of a rotation speed of a wheel of the aircraft.

14. Automatic warning system according to one of the preceding claims, wherein use is made of a flight-ground sensor.

Automatic warning system according to one of the preceding claims, wherein use is made of the position information or the control information of a controllable part of the landing gear of the aircraft.

16. Automatic warning system according to one of the preceding claims, wherein the processing means are adapted to control the warning means in the event of an imminent collision in order to provide the pilot with information about an imminent collision.

17. Automatic warning system according to the preceding claim, wherein the warning means comprise sound means, lighting means and / or schematic warnings on a screen.