DE2938853A1

DE2938853A1 - Flaechennavigationssystem fuer luftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2938853A1
Application number: DE19792938853
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Willy 2803 Weyhe Hornfeld; Dipl.-Ing. Horst Dieter 2805 Stuhr Lerche; Dipl.-Ing. Heinz 2800 Bremen Wald
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen GmbH; Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1981-04-09
Also published as: GB2060306A; GB2060306B; FR2468883A1; FR2468883B1

Description

7923-10 Bremen, den 24. Aeptember 1979

Sm/Bw-ka 2338853

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Vereinigte Flugtechnische Werke—Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Flächennavigationssystera für Luftfahrzeuge

Die Lrfindung bezieht sich auf ein Flächennavigationssystem für Luftfahrzeuge mit einem vorbekannte Geländedatem einer zu überfliegenden Landschaft liefernden Speicher, die mit aktuell erfaßten Geländedaten in einem Korrelator zur Positionsbestimmung verarbeitet werden.

Bei Luftfahrzeugen werden seit einiger Zeit Navigationssysteme auf der Basis der Korrelation eingesetzt, um die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung zu steigern. Eine genaue Positionsbestimmung ist besonders bei Luftfahrzeugen für militärische Missionen sehr wichtig, weil hiervon der Erfolg der jeweiligen Mission abhängt. Von den bis jetzt bekannt gewordenen Navigationssystemen versprechen die mit Geländekorrelation arbeitenden die höchste Genau igkeit, wobei die vorhandene Stationsunabhängigkeit die zusätzliche Forderung nach Bordautonomie erfüllt.

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Die bekannten Navigationssysteme mit Korrelation arbeiten nach dem Prinzip der Höhenkorrelat ion, das heißt, es wird an diskreten Punkten die jeweilige Höhe zum Boden gemessen und die gemessenen Werte mit einer gespeicherten Referenzhöhe des Flugweges in einem Korrelator verarbeitet. Aus den Abweichungen und/oder Übereinstimmungen der aktuellen Meßwerte mit den gespeicherten Referenzhöhen kann anschließend eine Positionsbestimmung abgeleitet werden. Obwohl dieses Navigationssystem von seinem Aufbau her relativ unempfindlich gegenüber Änderungen der Gelandetopographic in kleinen Bereichen ist, gibt es Bedenken wegen der Geländeabhängigkeit und der laufend notwendigen Berücksichtigen von Topographieänderungen, da langfristig unberücksichtigte Änderungen zu unbrauchbaren Navi— gationsergebnissen führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein bordautonomes Navigationssystein vorzusehen, das auch bei Änderungen der Gelände— topographic in der Lage ist, präzise Navigationsergebnisse zu erzielen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erfassung der aktuellen Geländedaten ein Bildsensor eingesetzt ist, dessen die jeweilige Geländestruktur repräsentierenden Bildsignale nach Aufbereitung dem als Szenenkorrelator ausgebildeten Korrelator zugeführt sind, der zur Positionsbestimmung die Daten einer koordinatenmäßig bekannten geometrisch wesentlich kleineren Referenzstruktur vom Speicher erhält.

Das erfindungsgemäße Flächennavigationssystem ist ein zweidiemsio— nales Navigationssystem und hat gegenüber dem eindimensionalen Navigationsverfahren durch Höhenvergleich den Vorteil, höhenunabhängig zu sein. Hieraus folgt, daß Änderungen der Geländetopographie ohne Einfluß auf die Genauigkeit des Navigationsergebnisees sind bzw. eine wohlprofilierte Höhenstruktur nicht notwendig ist. Dabei ist es zweckmäßig, die Bildsignale des durch eine Basisnavigationeanlage gesteuerten Bildsensors einem Bildumsetzer zuzuführen zur Bildwandlung und Verknüpfung der Bilddaten mit einem dem Bildinhalt auf wesentliche Bildstrukturen zurückführenden Operator, mit den die Daten der

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gespeicherten und einen markenten Bildinhalt aufweisenden Referenz-Struktur bereits verknüpft sind. Die Daten der gespeicherten Referenzstruktur können dabei vor Beginn eines jeweiligen Einsatzes mit dem Operator verknüpft werden, wobei der Operator einen in verschiedenen Potenzen mehrfach vorkommenden Parameter aufweist, der in Abhängigkeit vom Bildinhalt des Referenzbildes für eine maximale Korrelationsspitze auf einen festen zwischen Null und Eins liegenden Wert festlegbar ist.

Die Erfindung wird anhandeines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemälien Flächennavigationssystems, bei dem ein von einer Basisnavigatlonsanlage 1 gesteuerter Bildsensor 2 zur Aufnahme von Bildsignalen des jeweils überflogenen Operationsgebietes eingesetzt ist. Bei der Basisnavigationsanlage handelt es sich um eine Navigationsanlage, die in der Lage ist, eine Positionsbestimmung als Grob— aussage vorzunehmen. Mit einer solchen Basisnavigationsanlage ist ein Luftfahrzeug heute üblicherweise ausgerüstet. Die vom Bildsensor 2 aufgenommenen Bildsignale werden über einen Bildumsetzer 3 einer Korrekturstufe 4 zugeleitet, welche durch die Basisnavigationsanlage 1 ebenfalls beeinflußt wird. Nach der Bildkorrektur sind die aktuell erfaßten Bildsignale über eine Aufbereitungsstufe 5 einem Szenen— korrelator 6 zugeleitet, der durch eine eingebbare adaptive Schwelle 7 steuerbar ist. Neben den aktuellen Bildsignalen erhält der Szenenkorrelator 6 Referenzbildsignale von einem durch die Basisnavigationsanlage 1 steuerbaren Speicher B. Ein Kaiman-Filter 9§ das vom Szenenkorrelator 6 angesteuert wird, steht darüberhinaus noch mit der Basisnavigationsanlage 1 in einer gegenseitigen Funktionsverbindung und gestattet eine Vorhersage über künftige Positionsbestimmungen.

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Während eines Kinsatzcs erzeugt der durch die Basisnavigations— anlage 1 gesteuerte Bildsensor 2 Bildsignale, die dem Bildumsetzer 3 zugeführt sind. Der Bildumsetzer 3 besteht aus einem Analog-Digital-Wandler und einem Bildspeicher zur kurzzeitigen Zwischenspeicherung der gewandelten Bilddaten. Das Ausgangssignal des Bildumsetzers 3 stellt somit in digitaler Form die Grauwertverteilung der jeweils aufgenommenen Geländestruktur dar und wird in der Korrekturstufe 4 auf Differenzen gegenüber dem Referenzbild überprüft und gegebenenfalls Korrigiert* Dabei können Differenzen, die aufgrund unterschiedlicher Fluglagen und/oder unterschiedlicher Flugrichtungen entstanden sind, durch Vergrößern und/oder Drehen der die Geländestruktur repräsentierenden Bilddaten eliminiert werden. Nach der Korrekturstufe gelangen die Bilddaten auf die Aufbereitungsstufe 5» mo sie mit einem Operator verknüpft werden. Der Operator besteht aus der nachfolgend aufgeführten Formel

'*■ /> ²\ ² χ -x(1+x ; χ

2 2_X2 2x

—x(l + x ) (l + x ) —x(l+x )

χ χ (l+x ) X

wobei der in verschiedenen Potenzen vorkommende Parameter χ in Abhängigkeit vom Bildinhalt für eine maximale Korrelationsspitze einen festen zwischen Null und Eins liegenden Wert annimmt. Vor einer jeweiligen Mission wird dieser Parameter χ am Referenzbild ermittelt und im Operator der Aufbereitungsstufe 5 berücksichtigt. Durch diese Verknüpfung mit dem angegebenen Operator wird die Geländestruktur des aktuell aufgenommenen Bildes auf wesentliche Bildstrukturen zurückgeführt, so daß der anschließende Korrelationsvorgang im Szenen— korrelator 6 je nach Bildgröße über entsprechend viele Parallelver— arbeitungsweg~ und eine adaptive Schwelle 7 zu einer Echtzeitkorre— lation führt. Die adaptive Schwelle sorgt dafür, daß nur die Teilkorrelationsvorgänge durchgeführt werden, bei denen das Ausgangs— signal die feste aber einstellbare Schwelle überschreitet. Zur Korrelation erhält der Szenenkorrelator 6 vom durch die Basisnavigationsanlage 1 gesteuerten Speicher 8 die Referenzbilder, die vor dem Einsatz ebenfalls mit dem angegebenen Operator verknüpft wurden* Die

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Referenzbilder beinhalten eine im aktuellen Bild zu suchende markante Struktur, und sie sind wesentlich kleiner als das aktuelle Bild.

Das erfindungsgemaüe Navigationssystem ist allwettertauglich, weil für den Bildsensor 2 verschiedene Sensoren zum Eineatz gelangen können. Ls ist möglich, dafür Infrarotsensoren, Radarsensoren oder MW-Radiometer einzusetzen, wodurch das Flächennavigationssystea in bezug auf die Bildsensoren auch kompatibel ist.

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Claims

79^3-10 Bremen, den 24. September 1979

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Patentansprüche

- 1.) I Flächennavigationssystem für Luftfahrzeuge mit einem vorbe— — kannte Geländedaten einer zu Überfliegenden Landschaft liefernden Speicher, die mit aktuell erfaßten Geländedaten in emem Korrelator zur Positionsbestimmung verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erfassung der aktuellen Geländedaten ein Bildsensor (2) eingesetzt ist, dessen die jeweilige Geländestruktur repräsentierenden Bildsignale nach Aufbereitung dem als Szenenkorrelator (6) ausgebildeten Korrelator zugeführt sind, der zur Positionsbestimmung die Daten einer koordinatenmäßig bekannten geometrisch wesentlich kleineren Referenzstruktur vom Speicher (8) erhält.
2.) Flächennavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bildsignale des durch eine Basisnavigationsanlage (l) gesteuerten Bildsensors (2) einem Bildumsetzer (3) zur Erzeugung digitaler Bilddaten zugeführt sind, die danach in einer Aufbereitungsstufe (5) mit einem den Bildinhalt auf wesentliche Bildstrukturen zurückführenden, mit den Daten des gespeicherten Referenzbildes ebenfalls verknüpften Operators verknüpft werden.

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3.) Flächennavigatio^nsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Daten der gespeicherten Referenzstruktur vor einem jeweiligen Einsatz mit dem Operator verknüpft werden und daß der Operator einen in verschiedenen Potenzen mehrfach vorkommenden Parameter (x) aufweist, der in Abhängigkeit vom Bildinhalt des Referenzbildes für eine maximale Korrelationsspitze auf einen festen zwischen Null und Eins liegenden Wert festlegbar ist.
4·) Flächennavigationssystera nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Szenenkorrelator

(6) mehrere Parallelverarbeitungswege aufweist, die zur Erzielung einer Echtzeitkorrelation und je nach Bildgröße der aktuellen Geländestruktur in Abhängigkeit eineredaptiven Schaltschwelle (7) belegbar sind.
5·) Flächennavigationssystem nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die adaptive Schaltschwelle

(7) die Parallelverarbeitungswege für Teilkorrelationsvorgänge durchschal tot, bei denen das erzeugte Ausgangssignal einen veränderbaren, für den jeweiligen Einsatz fest eingestellten Schwellwert überschreitet.
6.) Flächennavigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die dem Szenenkorrelator (6) zugeführten Daten der aktuellen Geländestruktur über eine Korrekturstufe (4) zum Ausgleich von Differenzen zwischen aktuellem und Referenzbild unterschiedlicher Fluglagen und/oder unterschiedlicher Flugrichtung geleitet sind.

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ORIGINAL INSPECTED