SE520914C2 - Förfarande för beröringsfri mätning av avstånd och läge till flygplan vid dockning, jämte anordning härför - Google Patents

Description

75 20 25 30 520 914 Den numera mest använda tekniken för att mäta avståndet, och i vissa fall flygplanets läge relativt nämnda centrumlinje, är avståndsmätande lasrar. Det finns ett litet antal företag inom detta område. Vissa använder denna teknik. Dessa företag är bl.a. föreliggande sökande och det svenska företaget Safe- gate International AB och RLG Corporation i USA.

Exempelvis företagen Honeywell och Siemens använder en video- baserad teknik. En videokameras noggrannhet är i grunden be- roende av kamerans upplösning och mätavståndet. Eftersom man vid video måste förlita sig på kontrasten mellan mätobjektet och omgivningen så kommer externa faktorer såsom regn, dimma, snö och ljusförhållanden att påverka mätresultatet. Videotek- nik är därför en mindre bra teknik.

Laserteknik är överlägsen videotekniken, bl.a. på grund av att mätningen blir mer exakt tack vare att mätningen i sig sker med hög noggrannhet, att mätpunkterna på objektet, d.v.s. flygplanet, är små och att omgivningen inte stör.

Dessutom varierar inte den absoluta mätnoggrannheten i nämn- värd grad med avståndet vid lasermätning.

Emellertid finns ett problem med existerande dockningssystem där laser används. Enligt internationella bestämmelser för föreliggande utrustning skall utrustningen själv indikera om utrustningens mätningar är felaktiga. Det finns för närvaran- de inget system som uppfyller detta krav till fullo. Denna brist hos existerande system innebär en stor risk, dels genom att felaktig avstàndsindikering kan ges, dels genom att en felindikering inte ges till piloten i ett dockande flygplan.

Sådana bristande funktioner i befintliga system har lett till incidenter och olyckor.

K:\Patent\020102SE\Slutföre]äggande 03-06-1 1.doc , 2003-06-11 70 75 20 25 30 520 914 Ett känt lasersystem är så anordnat att den avståndsmätande lasern mäter avståndet mot en känd referens för kontroll av mätnoggrannhet och funktion, exempelvis en reflektor som är belägen i en annan riktning från lasern än den mätvolym inom vilken lasern mäter mot dockande flygplan. För det fall refe- rensmätningen ger ett avstånd som tillräckligt väl överens- stämmer med det kända avståndet till reflektorn anses lasern mäta rätt. Därefter vidtager endast mätning mot ett förväntat flygplan. Det nämnda kända systemet hinner inte med att både kontrollera mätnoggrannhet och funktion genom att mäta mot en reflektor och samtidigt utföra mätningar mot ett flygplan un- der dockning. Detta hinns inte med på grund av att lasern är anordnad att skanna ett stort antal mätpunkter i en eller två dimensioner inom mätvolymen, medan referensmätningen sker i en helt annan riktning. Med mätvolym menas den två- eller tredimensionella rymd som lasern avkänner genom att sända ut respektive mottaga laserstrålar.

Detta kända system innebär således att det inte finns någon kännedom om huruvida lasern mäter rätt avstånd till ett an- nalkande flygplan eller om den överhuvudtaget mäter avstånd.

På grund av väderförhållanden kan det utsända laserljuset absorberas, vilket av lasern uppfattas som att mätavståndet ligger utanför dess räckvidd.

Föreliggande uppfinning löser detta problem.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett förfaran- de för beröringsfri mätning av avstånd till flygplan vid po- sitionering av flygplanet, såsom vid dockning eller parke- ring, där en scannande laser, tillhörig en avståndsmätare, är riktad mot ett område längs en centrumlinje utmed vilken ett flygplan är avsett att förflyttas vid positioneringen och be- K:\Patent\020102SE\S|utfi5reläggande 03-06-1Ldoc , 2003-06-11 70 75 20 25 30 520 914 lägen i en position framför ett flygplan som positioneras, vilken laser är anordnad att utsända mätpulser stegvis i oli- ka vinklar för att därigenom avkänna en förutbestämd mätvo- lym, och utmärkes av, att nämnda laser bringas att vara ka- librerad med avståndet från lasern till marken för åtminstone vissa av nämnda vinklar, av att lasern bringas att under po- sitionering av ett flygplan mäta avståndet vid nämnda vinklar och av att de uppmätta avstånden bringas att jämföras med nämnda kalibrerade avstånd i en dator tillhörig avståndsmäta- ren samt av att vid en förutbestämd överensstämmelse lasern anses mäta korrekt avstånd.

Vidare hänför sig uppfinningen till en anordning av det slag och med de huvudsakliga särdrag som anges i patentkravet 10.

Nedan beskrives uppfinningen närmare, delvis i samband med bifogade figurer, där - figur l visar ett flygplan sett från sidan i två olika positioner - figur 2 visar ett flygplan uppifrån i två olika positioner - figur 3 schematiskt visar ett blockschema över en anordning enligt uppfinningen - figur 4 visar en schematisk display vilken är avsedd att ge information till en pilot i ett dockande flygplan.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande och en anordning för beröringsfri mätning av avstånd till flygplan vid positionering av flygplanet, såsom vid dockning eller parkering. En scannande laser förefinns som tillhör en av- stàndsmätare 1. Lasern 2 är riktad utmed en centrumlinje 3 utmed vilken ett flygplan 4 är avsett att förflyttas vid po- sitioneringen och belägen i en position framför ett flygplan som positioneras. Normalt är avståndsmätaren 1 monterad på en K:\Patent\020102SE\Slutfi5reläggande 03-06-1 Ldoc , 2003-06-1 1 70 75 20 25 30 520 914 flygplatsbyggnads vägg 5. Den kan också vara monterad på en stolpe på flygplatsens platta om positionering, exempelvis parkering, av ett flygplan skall ske på längre avstånd från en flygplatsbyggnad.

Lasern 2 är anordnad att utsända mätpulser stegvis i olika vinklar, såsom schematiskt illustreras i figur 1 med linjerna 6 för att därigenom avkänna en förutbestämd mätvolym. Utsän- dandet sker genom att laser har en rörlig spegel mot vilken laserpulser riktas.

En känd dylik laser utsänder ljuspulser i små vinkelsteg om 0.125 grader. I figur 1 visas för tydlighets skull vinkelsteg om 1 grad. Den kända lasern är en ögonsäker lågeffektlaser som utsänder infrarött ljus.

I exemplet i figur 1 illustreras vidare mätning mot marken upp till ett avstånd A på 100 meter. Det kortaste mätavstån- det i figur 1 är B om 25 meter, vilket motsvarar ett avstånd på ungefär 2 meter framför flygplanets 4 noshjul. Denna posi- tion är flygplanets stopposition.

I figur 1 illustreras knippet av laserstrålar 6 inom en vin- kel v av 15 grader. Avståndsmätaren 1 med lasern 2 kan vara placerad exempelvis ungefär 5 - 10 meter över marknivå.

Normalt utsänds dock laserstrålar både uppåt och nedåt, såsom illustreras i figur 3. Exempelvis är vinkeln v 20 grader upp- åt och 25 grader nedåt räknat från horisontalplanet.

Enligt uppfinningen bringas nämnda laser 2 att vara kalibre- rad med avståndet från lasern till marken för åtminstone vis- sa av nämnda vinklar, d.v.s. utmed vissa av linjerna 6. La- K:\Patent\020 1 02SE\S1utföre1äggande 03 -06-1 Ldoc , 2003-06-11 70 75 20 25 30 520 914 sern 2 bringas att under positionering av ett flygplan 4 mäta avståndet vid nämnda vinklar. De uppmätta avstånden bringas att jämföras med nämnda kalibrerade avstånd i en dator 7 tillhörig avståndsmätaren l. Vid en förutbestämd överensstäm- melse anses lasern mäta korrekt avstånd.

Kalibreringen utföres, efter det att lasern monterats upp och installerats, genom att mätningar sker mot marken utan stö- rande föremål utmed mätsträckan. Åtminstone vissa av dessa mätvärden lagras i ett minne tillhörigt datorn 7.

Jämförelsen med dessa kalibrerade avstånd i datorn 7 sker med aktuella mätvärden under pågående positionering av ett flyg- plan.

Som ovan nämnts varierar inte den absoluta mätnoggrannheten med avståndet nämnvärt vid lasermätning. Detta medför att det räcker med att mäta mot en eller flera ställen på marken.

Kända system för mätning mot flygplan med dylik laserteknik innefattar mjukvara medelst vilken man kan konstatera att man mäter mot ett inkommande flygplan.

När ett flygplan skall positioneras, svänger flygplanet in på centrumlinjen 3, såsom visas till höger i exemplet enligt fi- gur 1 och 2.

Mätning sker vid olika höjdzoner över marken när ett flygplan förväntas inkomma. Laserstrålarna är därvid inte riktade så att de träffar marken, utan strålarna förväntas reflekteras mot ett flygplan. När dylika strålar reflekteras anses ett flygplan ha detekterats.

K:\Patent\020102SE\S1utföreläggande 03-06-1Ldoc , 2003-06-11 70 75 20 25 30 520 914 Det kan härvid konstateras att olika närliggande avstånd fås för laserpulser utsända i närliggande vinklar, vilken olikhet i avstånd motsvarar flygplanskroppens form i dess främre par- ti.

Enligt uppfinningen sker även mätning mot marken. Det är den- na mätning som illustreras i figur l. Ovannämnda mätning i olika höjdzoner illustreras inte i figur 1. I exemplet i fi- gur l träffar den översta av linjerna, motsvarande en viss vinkel, marken under flygplanet. Om detta avstånd är ett av de kalibrerade avstånden jämföres detta med det lagrade ka- librerade avståndet. Flygplanet fortsätter åt vänster i figur l. Därvid kommer flygplanet att bryta nämnda översta linje, varvid lasern kommer att mäta ett kortare avstånd än det ka- librerade avståndet för denna vinkel. Om emellertid lasern mäter avstånd motsvarande de kalibrerade avstånden för andra vinklar mäter lasern fortfarande rätt, varför det uppmätta kortare avståndet är mätt mot ett föremål, d.v.s. flygplanet.

När flygplanet fortsätter att röra sig åt vänster i figur 1 bryts linjer 6 en efter en.

Genom uppfinningen sker referensmätningar mot marken hela ti- den genom att de faktiskt uppmätta avstånden jämföres med de nämnda kalibrerade värdena.

Enligt en mycket föredragen utföringsform bringas nämnda da- tor att jämföra åtminstone vissa uppmätta avstånd till märken och utföra nämnda jämförelse med de kalibrerade värdena under hela dockningen.

För det fall lasern skulle gå sönder eller att något annat fel, mäter rätt avstånd i ett visst vinkelläge jämfört med det ka- såsom ett datafel, skulle uppträda så att lasern inte K:\Patent\020102SE\Slutföreläggande 03-06-1 Ldoc , 2003-06-1 1 70 75 20 25 30 520 914 librerade upptäcks således detta omedelbart. Detsamma gäller om lasern inte förmår mäta något avstånd i ett visst vinkel- läge. Detta kan bero på att ljuset inte reflekteras i till- räcklig utsträckning eller att andra föremål än ett flygplan finns utmed flygplanets intaxningslinje, men avsaknad av nå- got mätt avstånd kan likaväl bero på att avståndsmätaren inte fungerar felfritt.

Ovan har endast mätning mot ett område längs centrumlinjen 3 berörts. Detta kräver i sin enklaste form endast att den scannande lasern är anordnad att scanna vertikalt i en dimen- sion. Emellertid kan området ha viss bredd i horisontell led.

Vidare kan det vara placerat på ena sidan om centrumlinjen.

Vad gäller kontrollmätningar vid kalibrerade vinklar och av- stånd mot marken är det betydelselöst om dessa sker på eller vid sidan om centrumlinjen.

Emellertid kan även nämnda beröringsfria mätning av avstånd bringas att även mäta flygplanets läge relativt nämnda cent- rumlinje. Detta kan ske genom att den scannande lasern är an- ordnad att scanna vertikalt och horisontellt, d.v.s. i två dimensioner. Härigenom kan det, genom att avstånden till flygplanets främre parti inte är symmetriska med avseende på centrumlinjen, detekteras på vilken sida om centrumlinjen som flygplanet är förskjutet.

Enligt en mycket viktig utföringsform bringas nämnda dator 7 att vid en större avvikelse än nämnda förutbestämda överens- stämmelse avge en signal till det positioneringssystem i vil- ket lasern 2 ingår att på en display eller motsvarande i an- slutning till lasern indikera för en pilot att positione- ringssystemet är ur funktion.

K;\Patent\020102SE\Slutf"óreläggande 03 -06-1 Ldoc , 2003-06-1 1 70 15 20 25 30 520 914 I figur 4 visas schematiskt en sådan display 8 av känt slag.

Lasern markeras med ett fönster 9 genom vilket laserstrålar utsändes och mottages. Med siffran 10 betecknas en enslinje- indikator enligt det svenska patentet nr. 8105509-7, vilken bygger på moaréteknik. När flygplanet befinner sig på cent- rumlinjen ser piloten ett vertikalt svart streck ll på ens- linjeindikatorn 10. Dylika kända displayer 8 är också försed- da med textfält där bland annat flygplanstyp anges. Dylika displayer är ofta anslutna l3 till ett för flygplatsen cent- ralt datasystem i vilket bland annat information om flyg- planstyp som skall positioneras finns. När flygplanet nått sin stoppunkt indikeras detta genom att i textfältet 12 ange " sToP ”_ Att för piloten indikera att positioneringssystemet är ur funktion görs lämpligen just genom att datorn 7 bringas att styra ut displayen 8 att ange ” STOP ” i textfältet. Denna information kan lagras i en s.k. log-fil i dockningssystemets dator och även sändas vidare till andra datorsystem inom och utom flygplatsen.

I figur 3 betecknar linjen 14 den högst riktade laserstràlen för avståndsmätning och linjen 15 den mest nedàtriktade la- serstràlen.

Enligt en föredragen utföringsform är lasern 2 så inriktad att dess mätvolym innefattar att mätpulser utsänds mot marken även när ett förväntat flygplan 4 nått dess stoppunkt under positioneringen. Detta illustreras i figur l med strålarna 13 som träffar marken framför noshjulet när flygplanet är i dess vänstra läge.

K:\Palent\020102SE\Slulföre1äggande 03-06-1l.doc , 2003~06-1l 10 15 20 25 30 520 914 lO Enligt en utföringsform bringas lasern 2 att vara så inriktad att mätning mot marken sker endast bortom den punkt, från la- sern sett, där plattan skall vara fri för flygplanet. Närmast lasern, d.v.s. mellan flygplanets stoppunkt och flygplans- byggnaden kan fordon och utrustning befinna sig vilket skulle medföra att lasern mätte avstånd till exempelvis ett sådant fordon, vilket avstånd inte skulle sammänfalla med motsvaran- de kalibrerade avstånd. Därvid skulle en falsk felindikering uppträda på displayen 8.

Enligt en annan utföringsform bestäms det vid mättillfället maximala mätavståndet genom mätning mot marken exempelvis när en positionering påbörjas. Därefter bringas avståndsmätaren 5 att bortse från mätvärden mot föremål eller motsvarande på längre avstånd än nämnda maximala mätavstånd under positione- ringen.

Ovan har ett antal utföringsformer beskrivits. Det är dock uppenbart att uppfinningen kan modifieras vad gäller val av laser, vinkelområden etc., utan att den grundläggande tanken, nämligen att under avståndsmätningens gång kontrollera av- ståndsmätarens funktion och mätnoggrannhet mot kalibrerade avståndsvärden som erhållits vid mätning mot marken.

Föreliggande uppfinning skall därför inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna ram.

K:\Patent\O20102SE\Slutfi5reläggande 03-06-1 Ldoc , 2003-06-11

Claims (18)

10 75 20 25 30 520 914 ll Patentkrav

1. l. Förfarande för beröringsfri mätning av avstånd till flyg- plan vid positionering av flygplanet, såsom vid dockning el- (2), är riktad mot ett område längs en centrum- ler parkering, där en scannande laser tillhörig en av- (1), utmed vilken ett flygplan (4) ståndsmätare linje (3) är avsett att för- flyttas vid positioneringen och belägen i en position framför är anordnad ett flygplan som positioneras, vilken laser (2) att utsända mätpulser (6) stegvis i olika vinklar för att därigenom avkänna en förutbestämd mätvolym, k ä n n e - att nämnda laser (2) t e c k n a t a v, bringas att vara ka- librerad med avståndet från lasern (2) till marken för åtmin- stone vissa av nämnda vinklar, av att lasern (2) bringas att under positionering av ett flygplan (4) mäta avståndet vid nämnda vinklar och av att de uppmätta avstånden bringas att jämföras med nämnda kalibrerade avstånd i en dator (7) till- hörig avståndsmätaren (1) samt av att vid en förutbestämd överensstämmelse lasern (2) anses mäta korrekt avstånd.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda beröringsfria mätning av avstånd bringas att även mäta flygplanets (4) sidoläge relativt nämnda centrumlinje (3).

3. Förfarande enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a t a v, att vid en större avvikelse än nämnda förutbestämda överensstämmelse bringas nämnda dator (7) att avge en signal till det positioneringssystem i vilket lasern (2) ingår att på en display (8) eller motsvarande i anslutning till lasern indikera för en pilot att positioneringssystemet är ur funk- tion. K:\Patent\O20102SE\SlutfBrelägga.nde 03-O6-1Ldoc , 2003-06-11 70 75 20 25 30 520 914 12

4. Förfarande enligt krav l, 2 eller 3, k ä n n e t e c k ~ n a t a v, att lasern (2) inriktas så att dess mätvolym in- nefattar att mätpulser utsänds mot marken även när ett för~ väntat flygplan (4) nått dess stoppunkt under positionering- en.

5. Förfarande enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t a V, att nämnda dator (7) bringas att jämföra åtminstone vissa uppmätta avstånd till marken och utföra nämnda jämförelse med de kalibrerade värdena under hela positioneringen. 4 eller 5,

6. Förfarande enligt krav 1, 3, k ä n n e t e c k~ n a t a v, att den scannande lasern (2) är anordnad att scanna i ett vertikalplan. k ä n n e -

7. Förfarande enligt krav l, 2, 3, 4 eller 5, t e c k n a t a V, att den scannande lasern (2) är anordnad att scanna i ett vertikalplan och i ett horisontalplan. 6 eller 7,

8. Förfarande enligt krav 1, 2, 3, 4, 5, k ä n - n e t e c k n a t att lasern (2) a v, bringas att vara så inriktad att mätning mot marken sker endast bortom den punkt, från lasern sett, där plattan skall vara fri för flygplanet (4).

9. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a V, att det vid mättillfället maximala matav- ståndet bestäms genom mätning mot marken och av att därefter avståndsmätaren (1) bringas att bortse från mätvärden mot fö- remål eller motsvarande på längre avstånd än nämnda maximala mätavstànd. K:\Patent\O20102SE\Slutfóreläggande 03-06-1 Ldoc , 2003-06-1 l 70 75 20 25 30 520 914 13

10. Anordning för beröringsfri mätning av avstånd till flyg- plan vid positionering av flygplanet, såsom vid dockning el- ler parkering, innefattande en scannande laser (2), tillhörig en avståndsmätare (l), som är riktad mot ett område längs en centrumlinje (3) utmed vilken ett flygplan (4) är avsett att förflyttas vid positioneringen och som är belägen i en posi- tion framför ett flygplan som skall positioneras, vilken la- ser (2) är anordnad att utsända mätpulser stegvis i olika vinklar för att därigenom avkänna en förutbestämd mätvolym, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda laser (2) är kalib- rerad med avståndet från lasern till marken för åtminstone vissa av nämnda vinklar, av att lasern (2) är anordnad att under positionering av ett flygplan (4) mäta avståndet vid nämnda vinklar och av att en dator (7) tillhörig avståndsmä- taren (l) är anordnad att jämföra de uppmätta avstånden med nämnda kalibrerade avstånd, samt av att vid en förutbestämd överensstämmelse datorn (7) är anordnad att behandla laserns (2) mätresultat som ett korrekt avstånd.

11. ll. Anordning enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a d a v, är anordnad att medelst nämnda berö- (4) sido- att nämnda dator (7) ringsfria mätning av avstånd även mäta flygplanets läge relativt nämnda centrumlinje (3).

12. Anordning enligt krav lO eller ll, k ä n n e t e c k - n a d a v, att vid en större avvikelse än nämnda förutbe- stämda överensstämmelse är datorn (7) anordnad att avge en signal till det positioneringssystem i vilket lasern (2) in- går att på en display (8) eller motsvarande i anslutning till lasern (2) indikera för en pilot att positioneringssystemet ar ur funktion. K:\Patent\020102SE\Slutföre1äggande 03-06-1Ldoc , 2003-06-11 70 75 20 25 30 520 914 14

13. Anordning enligt krav 10, ll eller 12, k ä n n e t e c k- n a d a v, att lasern (2) är så inriktad så att dess mätvo- lym innefattar att mätpulser utsänds mot marken även när ett förväntat flygplan (4) nått dess stoppunkt under positione- ringen.

14. Anordning enligt krav 13, k ä n n e t e c k n a d a v, att nämnda dator (7) är anordnad att jämföra åtminstone vissa uppmätta avstånd till marken och utföra nämnda jämförelse med de kalibrerade värdena under hela positioneringen.

15. Anordning enligt krav 10, 11, 12, 13 eller 14, k ä n n e- t e c k n a d a v, att den scannande lasern (2) är anordnad att scanna i ett vertikalplan. k ä n -

16. Anordning enligt krav 10, 11, 12, 13 eller 14, n e t e c k n a d a v, att den scannande lasern (2) är an- ordnad att scanna i ett vertikalplan och i ett horisontal- plan.

17. Anordning enligt krav 10, ll, 12, 13, 14, 15 eller 16, k ä n n e t e c k n a d a v, att lasern (2) är så inriktad att mätning mot marken sker endast bortom den punkt, från lasern sett, där plattan skall vara fri för flygplanet (4).

18. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d a v, att avståndsmätaren (1) är anordnad att vid mättillfället mäta det maximala mätavståndet genom mät- ning mot marken och av att därefter avståndsmätaren (1) är anordnad att bortse från mätvärden mot föremål eller motsva- rande på längre avstånd än nämnda maximala mätavstånd. K:\Patent\020102SE\Slutföreläggande 03-06-11.doc , 2003-06-11