WO2010034297A1

WO2010034297A1 - Flugzeuggestütztes detektionssystem

Info

Publication number: WO2010034297A1
Application number: PCT/DE2009/001326
Authority: WO
Inventors: Heinz-Georg Wippich
Original assignee: Eads Deutschland Gmbh
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-19
Publication date: 2010-04-01
Also published as: EP2329293A1; BRPI0918977A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flugzeuggestütztes Detektionssystem für Wetterdetektion, Kollisionswarnung im Luftraum und Sichtunterstützung im Landeanflug, welches als mm-Wellen-Radar ausgebildet ist (1) ist.

Description

Flugzeuggestütztes Detektionssystem

Die Erfindung betrifft ein flugzeuggestütztes Detektionssystem für Wetterdetektion, Kollisionswarnung im Luftraum und Sichtunterstützung im Landeanflug.

Ein bevorzugter Einbauort für Sensoren zur Detektion des Wetters (Wetterradar) oder zur Erfassung der Landebahn im Anflug ("Enhanced Vision") ist der Bug von Flugzeugen. Hier findet man typischerweise Wetterradare, die signifikante Wettererscheinungen, wie große und intensive Regengebiete auf bis zu über 100 km Entfernung erfassen können, aber auch Schwerwinde im Landeanflug detektieren und dem Piloten zur Anzeige bringen. Diese Radare, üblicherweise Systeme im S- Band oder im X-Band, beanspruchen in der Regel das verfügbare Einbauvolumen im Flugzeugbug. Daneben finden kompakte Infrarotkameras für die Abbildung der Landebahn bei reduzierten optischen Sichtbedingungen ebenfalls im Bugbereich des Flugzeugs Platz.

In der Zukunft werden weitere Sensoren zur Erfassung des Luftverkehrs in der Umgebung eines Flugzeugs von Bedeutung sein, um sogenannte nicht kooperative Verkehrsteilnehmer frühzeitig zu erfassen, ihre Flugabsicht zu erkennen und gegebenenfalls Maßnahmen zur Verhinderung gefährlicher Annäherungen einzuleiten. Diese Funktion ist als "Sense & Avoid" Fähigkeit bekannt geworden und konzentrierte sich bisher schwerpunktmäßig auf die Ausrüstung von nicht bemannten Luftfahrzeugen. Aber auch in bemannten Luftfahrzeugen wird diese Funktionalität in der Zukunft an Bedeutung gewinnen. Zum Einbau geeigneter Sensoren für diese Funktionalität werden Einbauorte im Flugzeug benötigt, die bereits durch andere Sensoren und Funktionalitäten, wie beispielsweise dem Wetterradar oder der Infrarotkamera zur Abbildung der Landebahn im Anflug, besetzt sind Somit benötigen die derzeit bekannten Detektionssysteme zur Ausführung der Funktionen:

Wetterdetektion,

- Kollisionswarnung im Luftraum (Enhanced Vision) und

- Sichtunterstützung im Landeanflug (Enhanced Vision) mehrere unterschiedliche Sensoren, was hinsichtlich des vorhandenen Bauraums sowie des Gewichts der einzelnen Sensoren problematisch ist.

In Pirkl, M., Tospann, FJ. : The HiVision MM-Wave Radar for Enhanced Vision Systems in Civil and Military Transport Aircraft; in Proc. SPIE VoI. 3088, 1997, S. 8 - 18 ist ein derartiges Detektionssystem im Detail beschrieben. Es nutzt ein mm- Wellen-Radar-Sensor (35 GHz) für die Anflugunterstützung. Ein separates X-Band Radar ist zur Detektion von Scherwinden vorgesehen. Die Kollisionswarnung soll ein optischer Sensor übernehmen. Die spezielle Arbeitsweise des mm-Wellen Radars (Scan-Verfahren) lässt eine andere als die dort beschriebene Funktionalität auf Grund des Gerätekonzeptes nicht zu.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flugzeuggestütztes Detektionssystem zu schaffen, mit dem eine Optimierung der Systemintegration hinsichtlich Volumen und Gewicht erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Patentansprüche 1und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Durch Installation eines mm-Wellen-Radar-Sensors (bevorzugt mit einer Betriebsfrequenz im Ka-Band, d.h. 26 - 40 GHz) an Stelle des heutigen Wetterradars können die Funktionen Sense & Avoid, Sichtunterstützung im Landeanflug (Enhanced Vision) und Scherwindwarnung, also gefährliche Wettersituationen im Anflugbereich, in einem Sensor integriert werden. Darüber hinaus liefert dieser Sensor im relevanten Entfernungsbereich von einigen km auch Informationen über eingeschlossene Gewitterwolken (Embedded CB), z.B. Kumulus Nimbus Bewölkung.

Mit dem erfindungsgemäßen mm-Wellen-Radar können somit neben der Durchführung der Funktionen Kollisionswarnung und Sichtunterstützung im Landeanflug auch Wetterinformationen gewonnen werden, bei gleichzeitiger Optimierung der Systemintegration hinsichtlich Volumen und Gewicht.

Zur Ergänzung der Wetterinformationen kann in dem Flugzeug zusätzlich ein Wetter-Datenlink vorhanden sein, über den sämtliche für den Streckenflug benötigten Wetterinformationen übertragen werden können. Damit entfällt die Notwendigkeit entsprechender bordeigener Sensorik, welche Wettererscheinungen auf hohe Distanzen erfassen und anzeigen kann. Die Wetterinformationen sind über der gesamten Flugroute an Bord verfügbar.

Am Flugzeugbug wird somit zur Ausführung der genannten drei Funktionen nur noch ein einziger Sensor benötigt. Das oben beschriebene Problem des knappen Einbauraums am Bug ist somit nicht mehr vorhanden.

Das erfindungsgemäße Detektionssystem ist sowohl für bemannte als auch für unbemannte (UAV) Flugzeuge geeignet.

Kollisionswarnung im Luftraum

Die Erfassung von Luftfahrzeugen bis zu einem Entfernungsbereich von einigen km, beispielsweise definiert durch entsprechende Luftverkehrsregeln für den Sichtflugbetrieb (Sehen, Erkennen von Absichten und vermeiden gefährlicher Annäherungen), erfordert in der Regel Radarsensoren mit einer definierten Winkel- und Entfernungsauflösung zur Detektion auch kleiner Objekte, wie Ultra-Leichtfugzeugen oder Gleitschirmfliegern. Eine hierfür sehr gut geeignete Betriebsfrequenz liegt im mm-Wellenbereich, in dem die notwendige Antennenapertur relativ zu beispielsweise X-Band Sensoren (10 GHz) klein gehalten werden kann. Die kompakte Bauweise derartiger mm-Wellen-Radare führt auch zu einer Volumen- und Gewichtsreduzierung und vereinfacht den Einbau in Flugzeuge, auch in Bugkonturen kleiner Reiseflugzeuge oder in sogenannte Wingpods (Flügelgehäuse) bei einmotorigen Flugzeugen. Unter der Annahme, dass gerade bei verminderten Sichtbedingungen die nicht kooperativen Verkehrsteilnehmer erkannt werden müssen, sind Radar- Sensoren wesentlich besser geeignet als optischen Sensoren. Dies schließt jedoch die Fusion mit optischen Sensoren nicht aus.

Sichtunterstützunq im Landeanfluq

Landeanflüge werden bei reduzierten Sichtbedingungen mit radiobasierten Landesystemen, wie dem Instrumenten-Landesystem (ILS) oder mit Unterstützung durch die Satellitennavigation durchgeführt. Je nach Art und Verfahren teilt man den instrumentengestützten Anflug in verschiedene Kategorien, gemäß der Ausführung des Landesystems und der korrespondierenden Flugzeugausrüstung ein. So spricht man vom Nichtpräzisionsanflug, bei dem eine laterale Instrumentenführung erfolgt, bis zum Präzisionsanflug der Kategorien I, Il und III (a,b,c) mit lateraler und vertikaler Führung mit jeweils reduzierten Entscheidungsminima und Landebahnsichten bis letztlich zur Landung ohne Sicht (CAT III c).

Es gibt nun durchaus Situationen, in denen ein Flughafen mit einem CAT I System ausgerüstet ist, das Flugzeug über ein entsprechendes Empfangssystem verfügt und die Crew berechtigt ist, eine derartige Landung durchzuführen, die wetterbedingten Sichtverhältnisse der genannten Landekategorie aber nicht mehr entsprechen.

In einem solchen Fall kann ein zusätzliches Sensor- und Anzeigesystem dazu benutzt werden, sich die regulären Sichtbedingungen synthetisch zu schaffen und eine Landung zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang spricht man von einem Enhanced Vision System, deren bekannte Vertreter Infrarotkameras mit einer entsprechenden Darstellung der Anflugsicht im Cockpit sind. Mittels des erfindungsgemäßen mm-Wellen Sensors kann diese Funktionalität unter Nutzung entsprechender Signal- und Datenverarbeitung zur synthetischen Erzeugung einer Außensicht, in diesem Fall der Darstellung des Verlaufs der Landebahn, verwendet werden. Somit unterstützt der erfindungsgemäße Multifunktions-Sensor neben der Wetterdetektion, der Erfassung anderer Luftfahrzeuge in der Nähe des eigenen Luftfahrzeugs und der Darstellung der Landebahn im Anflug drei Funktionen in einem Sensor, für die heute bekannte Lösungen jeweils einen eigenen Sensor benötigen.

Eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Detektionssystems ist in einer Figur als Blockdiagramm dargestellt. Der multifunktionale mm-Wellen-Sensor 1 wird im Bug des Luftfahrzeugs 5 installiert. Er weist eine hohe Winkel- und Entfernungsauflösung auf und liefert seine Daten an einen Prozessor 2, der abhängig von der Betriebsart des Sensors 1 die jeweils dazugehörende Anzeigedaten an ein Multifunktionsdisplay 4 im Cockpit oder im Falle des Enhanced Vision Modes ein Bild an ein Head-Up Display 3 übergibt. Es können dabei mehrere Modi simultan verwendet werden, beispielsweise die Detektion von Scherwinden im Anflug und den Enhanced Vision Mode oder die Wetterdetektion bei gleichzeitigem Sense & Avoid Betrieb.

Eine auf den jeweils verfügbaren Wetterdatenlink abgestimmte Antenne 10 (verbunden mit dem zugehörigen Datenlink-Empfänger 11) an der Rumpfoberseite, empfängt die Wetterdaten und übergibt diese an einen zweiten Prozessor 12, der die Darstellung der funkübertragenen Wetterdaten auf dem gleichen Multifunktionsdisplay 4 übernimmt, auf dem auch die üblichen Navigations- und Sense & Avoid Daten zur Darstellung kommen.

Soweit im Flugzeug 5 ein Empfangssystem für elektrische Entladungen in der Luft (Stormscope) vorhanden ist, können die Daten dieses Systems zur Darstellung von Blitzen in Gewittern ebenfalls verwendet werden. Heutige Displays lassen die Überlagerung dieser unterschiedlichen Informationen zu.

Claims

Patentansprüche:

1. Flugzeuggestütztes Detektionssystem, das eingerichtet ist, die Funktionen:

- Wetterdetektion,

- Kollisionswarnung im Luftraum und

- Sichtunterstützung im Landeanflug,

auszuführen, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektionssystem ein mm- Wellen-Radar (1 ) ist.

2. Detektionssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mm- Wellen-Radar (1 ) einen Erfassungsbereich von mehreren km aufweist, um andere Luftverkehrsteilnehmer zu erfassen und deren Flugabsicht zu bewerten und dem Piloten geeignete Warnungen bei gefährlichen Annäherungen liefert.

3. Detektionssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mm-Wellen-Radar (1) auf Entfernungen von mehreren km gefährliche Wettererscheinungen, wie eingeschlossene Kumulus-Nimbus-Bewölkung in Gewittern erkennen kann und dem Piloten Informationen zur Anzeige bezüglich des Flugweges liefert.

4. Detektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mm-Wellen-Radar (1) im Landeanflug gefährliche Scherwinde erkennen kann und diese Informationen dem Piloten zur Anzeige bringt.

5. Detektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mm-Wellen-Radar (1) aus den Bodenechos im Landeanflug den Verlauf der Landebahn erkennen kann und dem Piloten eine synthetische Darstellung der Landebahn liefert.

6. Detektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Multifunktionsdisplay (4) oder ein Head-Up-Display aufweist, auf dem die Informationen des mm-Wellen~Radars dargestellt werden können.

7. Flugzeug (5), das die folgenden Komponenten umfasst:

ein Detektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, einen Datenlink (10) zur Bereitstellung von Wetterinformationen für den Streckenflug.

8. Flugzeug (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funkempfänger vorhanden ist, mit dem signifikante Wettererscheinungen, wie elektrische Entladungen bei Blitzen erfasst werden können.

9. Flugzeug (5) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das mm-Wellen-Radar im Bug des Flugzeugs (5) oder in einem Wingpod angeordnet ist.