DE4328573C2 - All-weather vision system for helicopters - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Allwettersichtsystem für Hubschrauber unter Einsatz eines Radargerätes mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an all-weather vision system for helicopters using a radar device with a synthetic aperture on the base rotating antennas according to the preamble of claim 1.
Aus der US 3 896 446 ist ein System mit einem Realapertur-Radar bekannt, dessen Antennen im Zentrum angebracht sind; und aus der US 4 924 229 ist es bekannt, SAR-Systeme mit einem Navigationssystem zu versehen. Für RO- SAR-Konzeptionen sind diese Ausführungsformen nicht geeignet.A system with a real aperture radar is known from US Pat. No. 3,896,446, whose antennas are placed in the center; and from US 4,924,229 it is known to provide SAR systems with a navigation system. For RO These embodiments are not suitable for SAR conceptions.
Aus der DE 39 22 086 C1 der Anmelderin ist ein Radargerät (ROSAR-Gerät) bekannt geworden, bei dem mindestens eine Antenne zum Senden und Empfan gen von Radarimpulsen am Ende eines rotierenden Armes, beispielsweise eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreuzes oberhalb der Rotorachse, angeordnet ist. Die empfangenen Signale werden demoduliert und zwischen gespeichert und anschließend mit Referenzfunktionen korreliert.DE 39 22 086 C1 from the applicant is a radar device (ROSAR device) become known in which at least one antenna for transmission and reception conditions of radar pulses at the end of a rotating arm, for example a helicopter rotor or a turnstile above the rotor axis, is arranged. The received signals are demodulated and between saved and then correlated with reference functions.
Ein derartiges Radargerät kann in Echtzeit im On-line-Betrieb verwendet und nach speziellen Modifikationen nicht nur zur Landehilfe, sondern auch zur Zielaufklärung und Zielverfolgung eingesetzt werden.Such a radar device can be used in real time in online operation and after special modifications not only for landing aid, but also be used for target clarification and target pursuit.
Dieses vorbeschriebene System nun auch zu einem Allwettersichtsystem auszubauen, ist bisher noch unbekannt und soll die Aufgabe lösen, bei guter Vertikalauflösung die Lateralauflösung eines Allwettersichtsystems zu erhöhen und eine optimale Flugführung nach einem Radarbild zu ermög lichen.This system described above now also becomes an all-weather vision system To expand, is still unknown and should solve the task at good vertical resolution the lateral resolution of an all-weather vision system to increase and to enable optimal flight guidance according to a radar image lichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei spiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen. This object is achieved by the measures outlined in claim 1 solves. Refinements and developments are in the subclaims and in the description below is an embodiment game explained. The figures in the drawing supplement these explanations.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Schemabild eines Systemaufbaus in einem Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a schematic diagram of a system structure in one embodiment,
Fig. 2 ein Blockschaltbild bezüglich des Systemaufbaus der einzusetzen den Bauelemente, Fig. 2, the use of a block diagram with respect to the system configuration of the components,
Fig. 3 ein Schemabild bezüglich verschiedener Rotorkonfigurationen (3-Blatt-, 4-Blatt-, 5-Blatt-Rotoren) Fig. 3 is a schematic image with respect to various rotor configurations (3-sheet, 4-leaf, 5-blade rotors)
Fig. 4 ein Schemabild bezüglich der möglichen horizontalen Lageebenen der Arme des Radarsystems, Fig. 4 is a schematic diagram relating the possible horizontal position levels of the arms of the radar system,
Fig. 5 eine Seiten- und Draufsicht auf einen mit dem aerodynamisch aus gebildeten ROSAR-System ausgerüsteten Hubschrauber, Fig. 5 is a side and top view of a the aerodynamically formed from equipped ROSAR system helicopter,
Fig. 6 eine Seiten- und Draufsicht auf einen mit einem aerodynamisch verkleideten ROSAR-System ausgerüsteten Hubschrauber. Fig. 6 is a side and top view of a flask equipped with an aerodynamically faired ROSAR system helicopter.
Der allgemeine Erfindungsgedanke sieht vor, ein Allwettersichtsystem aufzuzeigen, das Informationen eines Radarsensors auf ROSAR-Basis mit Informationen der bordeigenen Navigations- und Flugführungssysteme zu einer künstlichen Sicht für den Piloten zu kombinieren und anzuzeigen, wobei das Radar die Drehbewegungen rotierender Arme ausnutzt.The general idea of the invention is an all-weather vision system to show the information of a radar sensor based on ROSAR Information from the on-board navigation and flight guidance systems to combine and display an artificial view for the pilot, the radar taking advantage of the rotating movements of rotating arms.
Fig. 2 zeigt den Systemaufbau des Allwettersichtsystems für Hubschrauber mit verschiedenen Erweiterungsmöglichkeiten. Zentrale Komponente ist der Radarsensor mit dem angeschlossenen Radar-Prozessor/Bild- Prozessor/Hin dernisprozessor, in dem die vom Navigations-Computer/Symbol -Generator erzeugte Flugführungsinformation dem Radarbild und der Hindernisdarstel lung überlagert wird. Dieses komplexe Bild gelangt dann auf einem Cock pit-Display zur Anzeige. Die von Präzisionskreiseln und Beschleunigungs sensoren zur Bewegungskompensation erzeugten Daten können gleichzeitig im Navigationscomputer zur Lageberechnung verwendet werden. Ein optiona ler Radarhöhenmesser ergänzt die barometrische Höhenmessung und erhöht die Sicherheit für den Landeanflug. Ein Autopilot-System erhöht den Pi lotenkomfort für den Streckenflug. Ein solches System ließe sich auch mit dem Navigationscomputer und dem Hindernisprozessor so kombinieren, so daß bei unmittelbarer Hindernisbedrohung für den Hubschrauber der Au topilot geeignete Ausweichmanöver einleitet. Für den Flug unter Instru mentenflugbedingungen sind konventionelle Radionavigationssysteme an den Navigationscomputer angeschlossen. Zusätzliche Positionsgenauigkeit für Strecken- und Landeanflüge kann durch die Integration einer Satelliten navigationsanlage (GPA, Differentielles GPS oder Relationales GPS) er reicht werden. Eine weitere sinnvolle Ergänzung des Allwettersichtsy stems ist ein digitales Kartensystem mit Straßen- und Flugplatzkarten. Fig. 2 shows the system structure of the all-weather vision system for helicopters with various expansion options. The central component is the radar sensor with the connected radar processor / image processor / Hinnis processor, in which the flight guidance information generated by the navigation computer / symbol generator is superimposed on the radar image and the obstacle display. This complex picture is then displayed on a cockpit display. The data generated by precision gyroscopes and acceleration sensors for motion compensation can be used simultaneously in the navigation computer to calculate the position. An optional radar altimeter complements the barometric altitude measurement and increases safety for the approach. An autopilot system increases pilot comfort for cross-country flights. Such a system could also be combined with the navigation computer and the obstacle processor so that the autopilot initiates suitable evasive maneuvers in the event of an immediate obstacle to the helicopter. Conventional radio navigation systems are connected to the navigation computer for flight under instrument flight conditions. Additional position accuracy for route and landing approaches can be achieved by integrating a satellite navigation system (GPA, Differential GPS or Relational GPS). Another useful addition to the all-weather viewing system is a digital map system with street and airfield maps.
Wie die Fig. 1 und 3 veranschaulichen, werden die Antennenträgerarme des nachfolgend beschriebenen Radarsystems auf dem Rotorkopf so angeordnet, daß sie je nach Anzahl der Rotorblätter in der dementsprechenden Winkel halbierenden zwischen den Rotorblättern liegen. Hierbei können diese Ar me in einer oder paarweise in mehreren übereinanderliegenden Ebenen - wie Fig. 4 veranschaulicht - positioniert sein. Die Arme (beispielsweise Drehkreuz) selbst enthalten an ihren Enden je eine oder mehrere radial ausgerichtete Radarantennen, die aerodynamisch geformt oder mit einem aerodynamischen Verkleidungskörper versehen sind (Fig. 5 und 6).As illustrated in FIGS. 1 and 3, the antenna support arms of the radar system described below are arranged on the rotor head in such a way that, depending on the number of rotor blades, they lie in half at the corresponding angle between the rotor blades. Here, these arms can be positioned in one or in pairs in several superimposed levels, as illustrated in FIG. 4. The arms (for example turnstile) themselves each contain at their ends one or more radially oriented radar antennas which are aerodynamically shaped or are provided with an aerodynamic covering body ( FIGS. 5 and 6).
In den Stirnflächen der Antennenträgerarme - wie in Fig. 1 skizziert - sind ein oder mehrere Sende- und Empfangsantennenpaare mit unterschied licher Elevationsausrichtung integriert. Dadurch kann die Elevationsauf lösung den jeweiligen Bedürfnissen oder Einsatzzwecken des Radarsystems angepaßt werden.In the end faces of the antenna support arms - as outlined in FIG. 1 - one or more pairs of transmit and receive antennas with different elevation orientations are integrated. As a result, the Elevationsauf solution can be adapted to the particular needs or purposes of the radar system.
Die Sende- und Empfangselektronik des Radars wird nun teilweise in die rotierenden Antennenträgerarme integriert und teilweise in einem mitro tierenden Elektronikraumgehäuse - der zentrisch in der Rotorachse des Hubschraubers liegt - eingebaut. Vorzugsweise wird in diesem zentralen Raum auch die spannungsstabilisierte Stromversorgung integriert. The transmitter and receiver electronics of the radar are now partially in the rotating antenna support arms integrated and partially in a mitro electronics room housing - the center of the rotor axis of the Helicopter is - installed. Preferably in this central The voltage-stabilized power supply is also integrated in the room.
Nun ist bekannt, daß bei der ROSAR-Signalbearbeitung nicht von einer idealen Kreisbahn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ausgegangen wer den kann, denn die Antennenarmspitzen weisen während eines Umlaufes nicht zu unterschätzende Abweichungen auf. Daher werden bei dem vorlie genden Allwettersichtsystem - wie in Fig. 2 skizziert - Beschleunigungs sensoren vorzugsweise nahe der Antennen angeordnet, die die relativen Abweichungen von der Kreisbahn erfassen und für die Bewegungskompensa tion bereitstellen.Now it is known that when ROSAR signal processing is not an ideal circular path with constant angular velocity, who can, because the antenna arm tips have deviations that should not be underestimated during a revolution. Therefore, in the present all-weather system, as outlined in FIG. 2, acceleration sensors are preferably arranged near the antennas, which detect the relative deviations from the circular path and provide them for the movement compensation.
Die Empfangselektronik, die vorzugsweise im Zentrum oberhalb des Rotor kopfes angeordnet ist, bereitet die empfangenen Radarsignale als ZF-Si gnale auf, die durch den Rotorschaft - wie in Fig. 1 skizziert - mit Hilfe eines Drehkopplers in den nichtrotierenden Teil des Hubschraubers übertragen und dem digitalen Radarprozessor zugeführt werden. Diese Da tenübertragung kann über Lichtleiter optisch oder über Koaxkabel bzw. Hohlleiter elektrisch erfolgen.The receiving electronics, which is preferably arranged in the center above the rotor head, prepares the received radar signals as IF signals, which are transmitted through the rotor shaft - as outlined in FIG. 1 - with the help of a rotary coupler into the non-rotating part of the helicopter and the digital radar processor. This data transmission can take place optically via optical fibers or electrically via coaxial cables or waveguides.
Weiterhin ist die Vorwärtsgeschwindigkeit des Hubschraubers zu berück sichtigen und hierfür ist eine kontinuierliche Geschwindigkeitsmessung erforderlich, die zur Bewegungskompensation herangezogen wird. Hierfür ist entweder eine hochpräzise Inertialnavigationseinheit erforderlich oder eine Auswerteinheit für Satellitennavigationsdaten oder noch besser eine autonome Dopplerauswertung des ausgesandten Radarsignals.The forward speed of the helicopter must also be considered view and this is a continuous speed measurement required, which is used for motion compensation. Therefor either a high-precision inertial navigation unit is required or an evaluation unit for satellite navigation data or even better an autonomous Doppler evaluation of the transmitted radar signal.
Als weitere Komponente für die Bewegungskompensation ist die genaue und exakte Lage der Rotationsebene der Antennenträgerarme erforderlich. Die genauen Werte hierzu werden entweder über den normalen Navigationskrei sel des Hubschraubers geliefert, oder über spezielle im Rotorkopfauf satzzentrum plazierte Präzisionskreisel.Another component for motion compensation is the exact and exact position of the plane of rotation of the antenna support arms required. The exact values for this are either via the normal navigation circle supplied with the helicopter, or via a special one in the rotor head center of precision placed.
Die so verarbeiteten oder aufbereiteten Radarinformationen werden als fotoähnliche Bilder auf einem Bildschirm im Cockpit des Hubschraubers zur Darstellung und Ansicht gebracht. Sie können auch durch einen Pro jektor auf die Innenfläche der Windschutzscheibe des Cockpits projiziert werden oder auf einem helmmontierten Display dargestellt werden. Für die Erzeugung der Bilddarstellung werden die Teilbilder der Antennen mit un terschiedlichen Elevationswinkeln miteinander verknüpft und geglättet, wobei wichtige Details für das Zusammensetzen des Gesamtbildes die über das Radarecho gewonnenen Entfernungsinformationen liefern. Natürlich gilt hier: je präziser diese Entfernungsinformationen sind, desto genau er kann das Gesamtbild konstruiert werden und desto besser ist das somit erhaltene Allwettersichtsystem. Hierzu ist noch anzuführen, daß problem los auch eine Überlagerung der Bilder mit anderen Symboliken zur Flug führung etc. möglich ist.The radar information processed or prepared in this way is stored as photo-like images on a screen in the cockpit of the helicopter brought to representation and view. You can also go through a pro projected onto the inside surface of the cockpit windshield or be shown on a helmet-mounted display. For the Generating the image representation, the sub-images of the antennas with un different elevation angles linked and smoothed, with important details for the composition of the overall picture the over provide the range information obtained from the radar echo. Naturally applies here: the more precise this distance information is, the more accurate he can construct the overall picture and the better it is preserved all weather system. It should also be mentioned that problem also an overlay of the pictures with other symbols for the flight leadership etc. is possible.
Claims (5)
- a) die Radarantennen auf dem Rotorkopf in der Winkelhalbierenden zwischen den Rotorblättern in einer oder paarweise übereinander liegenden Ebenen positioniert werden,
- b) in den Stirnflächen der Antennenträgerarme Sende- und Empfangs antennenpaare mit unterschiedlicher Elevationsausrichtung inte griert sind,
- c) die Radar-Sende/Empfangselektronik sowohl in den rotierenden An tennenträgerarmen als auch in einem mitrotierenden Elektronik raumgehäuse zusammen mit der Stromversorgung integriert ist,
- d) zur Bewegungskompensation Beschleunigungssensoren, zur Messung der Vorwärtsgeschwindigkeit entsprechende Einrichtungen und zur Lage der Rotationsebene der Antennenträgerarme Präzisionskreisel angeordnet sind und
- e) eine Einrichtung zur Darstellung der Radarinformationen als pho toähnliches Bild auf einem Bildschirm im Cockpit positioniert ist, wobei für die Erzeugung der Bilddarstellung die Teilbilder der Antennen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln durch ent sprechende Signalverarbeitungsprozessoren verknüpft und geglät tet werden.
- a) the radar antennas are positioned on the rotor head in the bisector between the rotor blades in one or two levels one above the other,
- b) are integrated in the end faces of the antenna carrier arms transmitting and receiving antenna pairs with different elevation orientation,
- c) the radar transmission / reception electronics are integrated in the rotating antenna carrier arms as well as in a rotating electronics housing together with the power supply,
- d) for the motion compensation, acceleration sensors, appropriate devices for measuring the forward speed and for the position of the plane of rotation of the antenna carrier arms, precision gyros are arranged and
- e) a device for displaying the radar information is positioned as a photo-like image on a screen in the cockpit, the partial images of the antennas with different elevation angles being linked and smoothed for the generation of the image representation by corresponding signal processing processors.
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| Nethaway | Advances in helicopter avionics |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLER-BENZ AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 80804 M |
|
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AKTIENGESELLSCHAFT, 8099 |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AEROSPACE AG, 85521 OTTOBRUNN, DE |
|
| 8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: EUROCOPTER DEUTSCHLAND GMBH, 86609 DONAUWUERTH, DE |
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| R082 | Change of representative |
Representative=s name: GPI & ASSOCIES, FR Representative=s name: , |
|
| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |