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Ein
erweitertes Bodennähe-Warnsystem („EGPWS") überwacht
mehrere Fluginstrumentationseingaben und bezieht sich auf eine Datenbank zur
Prüfung
der Anwesenheit von Bodennähe-Gefahren
in dem Weg eines Flugzeugs. Es erreicht dies durch Erhalten einer
zuverlässigen
Positionsfixierung mittels des Empfangs von Daten eines globalen
Positionierungssystems („GPS"), die durch andere
Navigationsdaten ergänzt
werden. Nachdem das EGPWS eine zuverlässige Positionsfixierung erhalten
hat, bezieht sich das EGPWS auf eine Terrain- und Hindernisdatenbank,
die durch eine Flughafendatenbank (kollektiv „Terrain") ergänzt wird. Auf der Basis der
aktuellen Position identifiziert das EGPWS Terraingefahren auf dem
projizierten Weg des Flugzeugs.
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Das
EGPWS identifiziert Gefahren auf dem projizierten Weg des Flugzeugs
durch Definieren eines Trios paralleler Wege, die den projizierten
Flugweg am Boden, der als Flugweg bekannt ist, und einen parallelen
oder Offset-Weg zu jeder Seite des Flugwegs, die um eine als Vorausschau-Detektions-Offset
bekannte Distanz verschoben sind, repräsentieren. Das EGPWS bestimmt,
welche Daten aus der Datenbank abgerufen werden sollen, indem bestimmt
wird, welche Zellen oder Subzellen Punkte auf beliebigen der drei
Linien enthalten oder berühren. Zusätzlich besteht
die derzeitige Praktik darin, den projizierten Flugweg um einen
kleinen Winkel nach außen
zu erweitern, um Terraingefahren außerhalb des Weges, die anwesend
sein können,
zu erkennen und vor ihnen zu warnen. Diese Spreizung nach außen der
Offset-Spuren verbessert die Erkennung von Gefahren durch den Piloten,
die im Verlauf einer Biegung eine Terraingefahr darstellen könnten. Seitenspanne
ist der Ausdruck für
diesen Winkel, der die Erkennungsenveloppe spreizt. In der derzeitigen Praktik
variieren weder das Vorausschau-Detektions-Offset noch die Seitenspanne
mit der Positionsbestimmungsquellengenauigkeit.
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Die
Datenbank in dem EGPWS kariert die Oberfläche der Erde mit Datenbankzellen.
Diese Zellen sind derartig definiert, daß Schwankungen ihrer Größe aufgrund
der Krümmung
der Erde minimiert werden. In jeder Zelle unterteilt die Datenbank
die Zellen in sechzehn Subzellen, die die Datenbank ihrerseits jeweils
abhängig
von dem Auflösungsgrad von
Terraininformationen, der zur Übermittlung
der darin existierenden Gefahren notwendig ist, in sechzehn Sub-Sub-Zellen unterteilt.
Die Datenbank speichert die höchste
Terrainhöhe
in einer Sub-Sub-Zelle in Verbindung mit dieser Sub-Sub-Zelle. Die
höchste der
sechzehn gespeicherten Sub-Sub-Zellen-Höhen in einer gegebenen Sub-Zelle
wird in Verbindung mit dieser Sub-Zelle gespeichert. Ähnlich wird die höchste der
sechzehn enthaltenen Sub-Zellen-Höhen in Verbindung mit der Zelle
gespeichert. Abhängig
von der Auflösungseinstellung
des EGPWS jeder der Zellen, Sub-Zellen
oder Sub-Sub-Zellen, die der projizierte Flugweg und die beiden
parallelen Spuren, die durch das Vorausschau-Detektions-Offset versetzt sind,
berührt,
wird der in Verbindung mit dieser Zelle gespeicherte Wert mit der
Flugzeughöhe
verglichen. (In der vorliegenden Besprechung bedeuten die Begriffe
Zelle und Sub-Zelle Unterteilungen in der Datenbank ohne Rücksicht
auf Grade von Zellensubordinations-Unterteilungen von Zellen, d.h. Sub-Zellen können eine
beliebige Unterteilung einer existierenden Unterteilung bedeuten).
Wenn der in Verbindung mit einer implizierten Sub-Zelle gespeicherte
Wert und die Momentanhöhe
in voreingestellte Grenzen in bezug auf einander fallen, wird eine
Warnung auf der Anzeige ertönen
oder aufblitzen.
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Bei
derzeitigen EGPWS könnten,
wenn das Vorausschau-Detektions-Offset
im Vergleich zu der Datenbank- Zellengröße groß ist, die
drei parallelen Wege möglicherweise
nicht alle Sub-Zellen in dem projizierten Flugweg implizieren. wenn
diese drei parallelen Wege stark beabstandet sind und wenn die Terraindifferenzen
unstetig und abrupt sind, ist es möglich, daß ein Terrainhindernis zwischen
die zwei der drei parallelen Wege fällt, wodurch dieses Hindernis
unerkannt bleibt.
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Bei
derzeitigen EGPWS-Überwachungsvorrichtungen
könnten
unter Bedingungen eines Fluges auf niedriger Höhe, insbesondere wenn bergiges
Terrain existiert, Gefahren außerhalb
des Weges Warnungen verursachen, die nicht wünschenswert sind. Wenn die
Positionsbestimmungsquellengenauigkeit hoch ist, verschmälert das
derzeitige EGPWS zusätzlich
den projizierten Flugweg nicht durch Verkleinern des Vorausschau-Detektions-Offset.
Wenn der tatsächliche
Weg wohlfixiert ist, führt
ein zu großes Vorausschau-Detektions-Offset
dazu, daß Terrain außerhalb
des Weges Warnungen verursacht, die für den Piloten nicht hilfreich
sind. Diese sind als Ärgernis-Warnungen
bekannt.
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Wenn
eine Ärgernis-Warnung
häufig
genug ausgegeben wird, kann der Bediener beginnen, alle EGPWS-Warnungen
zu ignorieren, ob sie gültig
sind oder nicht, wodurch die Sicherheit kompromittiert wird. Das
EGPWS würde
seine Ziele eines sicheren Fluges erfüllen, wenn, statt das EGPWS
zu ignorieren oder auszuschalten, das EGPWS eine schmälere Projektion
des erwarteten Flugweges verwenden würde. Terrainobjekte, die gerade
eben außerhalb der
schmäleren
Flugwege liegen, würden
keine Warnungen hervorrufen. Mit weniger Warnungen würde der
Pilot diesen übrigen
EGPWS-Warnungen weiter Aufmerksamkeit schenken.
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Ein
weiteres Beispiel für
ein vorbekanntes Bodennähewarnsystem
findet sich in WO00/48050 offengelegt.
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Es
wird ein System benötigt,
das Ärgernis-Warnungen
reduziert und sicherstellt, daß innerhalb
des Vorausschau-Detektions-Offset keine Terrainzellen ausgelassen
werden.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ein verfahren zum Erzeugen einer Vorausschau-Enveloppe
zur Verwendung durch ein verbessertes Bodennähewarnsystem in einem Flugzeug,
mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen einer Terrain-Datenbank;
Empfangen
einer Positionsfixierung, einschließlich eines Positionsunbestimmtheitswerts;
Bestimmen
einer Datenbankauflösung
an der Positionsfixierung;
Erzeugen eines Detektions-Offsetwerts
und mindestens eines Detektions-Sub-Offsetwerts auf der Basis des
Positionsunbestimmtheitswerts und der Datenbankauflösung;
Empfangen
eines Flugweges; und
Erzeugen einer Vorausschau-Enveloppe auf
der Basis mindestens der empfangenen Positionsfixierung, der Datenbankauflösung, des
empfangenen Flugweges, des Detektions-Offsetwerts und des mindestens einen
Detektions-Sub-Offsetwerts.
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Vorzugsweise
enthält
die Positionsfixierung einen Wert der Distanz zur nächsten Start-/Landebahn.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Erzeugens einer Vorausschau-Enveloppe ferner den Schritt
des Erzeugens eines Seitenfeldwerts auf der Basis der Distanz zur nächsten Start-/Landebahn.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Empfangens einer Positionsfixierung ferner den Schritt des
Empfangens eines einen Zustand des Fluges auf niedriger Höhe anzeigenden
logischen Signals.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Erzeugens einer Vorausschau-Enveloppe ferner den Schritt
des Erzeugens eines Seitenfeldwerts auf der Basis der Anwesenheit
des einen Zustand des Fluges auf niedriger Höhe anzeigenden logischen Signals.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Erzeugens einer Vorausschau-Enveloppe ferner den Schritt
des Erzeugens eines Seitenfeldwerts auf der Basis der Anwesenheit
des einen Zustand des Fluges auf niedriger Höhe anzeigenden logischen Signals.
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Vorzugsweise
basiert der Schritt des Erzeugens von Detektions-Sub-Offsets auch
auf der Anwesenheit von Datenbank-Hochauflösung.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ferner ein verbessertes Bodennähewarnsystem
in einem Flugzeug, umfassend:
Mittel zum Übermitteln von Daten aus Navigationsinstrumentation,
einschließlich
eines globalen Positionsbestimmungssystems;
Mittel zum Bereitstellen
eines Flugweges und einer Positionsfixierung, einschließlich eines
Positionsunbestimmtheitswerts, auf der Basis der aus der Navigationsinstrumentation übermittelten
Daten;
Mittel zum Bereitstellen einer Terrain-Datenbank;
Mittel
zum Bestimmen einer Datenbankauflösung an der Positionsfixierung;
Mittel
zum Erzeugen eines Detektions-Offsetwerts und mindestens eines Detektions-Sub-Offsetwerts auf
der Basis des Positionsunbestimmtheitswerts und der Datenbankauflösung;
Mittel
zum Erzeugen einer Vorausschau-Enveloppe auf der Basis mindestens
der empfangenen Positionsfixierung, der Datenbankauflösung; des
Flugweges, des Detektions-Offsetwerts
und des mindestens einen Detektions-Sub-Offsetwerts.
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Vorzugsweise
basieren die Mittel zum Erzeugen einer Vorausschau-Enveloppe ferner
diese Enveloppe auf einem logischen Signal, das einen Zustand eines
Fluges auf niedriger Höhe
anzeigt, das aus den Mitteln zum Übermitteln von Daten empfangen
wird.
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Die
vorliegende Erfindung liefert ferner ein Computerprogrammprodukt,
das bewirkt, daß ein Computer
die folgenden Schritte ausführt:
Bereitstellen
einer Terrain-Datenbank;
Empfangen einer Positionsfixierung,
einschließlich eines
Positionsunbestimmtheitswerts;
Bestimmen einer Datenbankauflösung an
der Positionsfixierung;
Erzeugen eines Detektions-Offsetwerts
und mindestens eines Detektions-Sub-Offsetwerts auf der Basis des
Positionsunbestimmtheitswerts und der Datenbankauflösung;
Empfangen
eines Flugweges; und
Erzeugen einer Vorausschau-Enveloppe auf
der Basis mindestens der empfangenen Positionsfixierung, der Datenbankauflösung, des
empfangenen Flugweges, des Detektions-Offsetwerts und des mindestens einen
Detektions-Sub-Offsetwerts.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Empfangens einer Positionsfixierung ferner den Schritt des
Empfangens eines einen Zustand des Fluges auf niedriger Höhe anzeigenden
logischen Signals, und wobei der Detektions-Offsetwert auf der Basis
des Flug auf niedriger Höhe
anzeigenden logischen Signals erzeugt wird.
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Vorzugsweise
umfaßt
der Schritt des Erzeugens einer Vorausschau-Enveloppe ferner den
folgenden Schritt:
Auswählen
eines Seitenfeldwerts auf der Basis der Anwesenheit des Flug auf
niedriger Höhe
anzeigenden logischen Signals.
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Vorzugsweise
basiert die Vorausschau-Enveloppe ferner auf einem Seitenfeldwert,
wobei eine Spreizung der Vorausschau-Enveloppe auf dem Seitenfeldwert
basiert.
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Vorzugsweise
umfaßt
die Datenbank ferner Orte von Start-/Landebahnen, und wobei der
Schritt des Erzeugens einer Vorausschau-Enveloppe ferner die folgenden
Schritte umfaßt:
Vergleichen
gespeicherter Orte von Start-/Landebahnen mit einer Flugzeug-Momentanposition;
Auswählen einer
nächsten
Start-/Landebahn auf der Basis der verglichenen Orte von Start-/Landebahnen;
Berechnen
des Werts der Distanz zur nächsten Start-/Landebahn;
und
Erzeugen des Seitenfeldwerts ferner auf der Basis des Werts
der Distanz zur nächsten
Start-/Landebahn.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Systems der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
graphische Darstellung des Abbildungsverfahrens, mit dem die vorliegende
Erfindung die distinkten Zellen der Datenbank erzeugt;
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3 eine
graphische Darstellung der Architektur und Beziehung der gespeicherten
Informationen in der Datenbank der vorliegenden Erfindung insbesondere
in bezug auf die drei Auflösungsebenen von
Zellen in der Datenbank;
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4 eine
graphische Darstellung der vorliegenden Erfindung;
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5 ein
Flußdiagramm
des von dem System der vorliegenden Erfindung ausgeführten erfindungsgemäßen Verfahrens;
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6 ein
Verfahren zum Berechnen des Detektions-Offset, so wie es das in 5 dargelegte Verfahren
erfordert;
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7 das
Verfahren zum Bestimmen des Detektions-Sub-Offset, so wie es das in 5 dargelegte
Verfahren erfordert;
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8 das
Verfahren zum Bestimmen des Seitenfeldes, so wie es das in 5 dargelegte
Verfahren erfordert.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Wie
in 1 gezeigt, gibt das EGPWS dem Piloten eines Flugzeugs
einen Vorausschau-Terrainratschlag und Warnanzeigen eines Zustands
gefährlichen
Fluges. Das EGPWS enthält
einen Prozessor 12, ein Navigationssystem 14 und
eine Datenbank 16. Im Betrieb fixiert der Prozessor 12 zuerst
die Position des Flugzeugs unter Verwendung von Navigationsdaten
aus dem Navigationssystem 14, wie etwa einem globalen Positionsbestimmungssystem (GPS);
oder einem Flugleitsystem („FMS"). Nachdem der Prozessor 12 die
Position des Flugzeugs fixiert hat, projiziert der Prozessor 12 einen
Flugweg vorwärts
auf der Basis des Flugzeug-Flugweges. Dieser projizierte Flugweg
definiert das Terrain, von dem der Prozessor 12 erwartet,
daß das
Flugzeug darüber fliegen
wird.
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Mit
einem projizierten Flugweg ruft der Prozessor 12 dann höchste Erhebungen
ab, die in einer Datenbank in Verbindung mit dem Terrain, von dem der
Prozessor 12 erwartet, daß das Flugzeug darüber fliegen
wird, und dem Terrain, über
dem die Offsets des Flugweges verlaufen werden, gespeichert sind.
Der Prozessor 12 justiert die Offsets und das Seitenfeld
als Reaktion auf die Flugzeughöhe,
Größe von Terrainzellen
und der Flugzeugdistanz von der Start-/Landebahn. Zu diesem Zweck
enthält
der Prozessor 12 eine Flughafendatenbank sowie eine Terraindatenbank 16.
Da der Prozessor 12 variierende Bedürfnisse an Terraininformationen
besitzt, enthält die
Terraindatenbank 16 verschiedene Auflösungen abhängig von der Topographie des
konkreten interessierenden geographischen Gebiets oder der Qualität und des
Grades. an Detail, die bzw. der für das fragliche Terrain verfügbar ist.
Unter Vergleich der abgerufenen Erhebungen mit der derzeitigen Höhe des Flugzeugs
bestimmt der Prozessor 12 welche etwaigen Terrainerhebungen,
die in der Terraindatenbank 16 aufgezeichnet sind, die
eine Bedrohung für
das fliegende Flugzeug darstellen. Eine vollständigere Definition dieses Prozesses
findet sich in dem US-Patent
Nr. 5,839,080, ausgegeben am 17.11.1998 an Müller et al.
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Wie
bereits erwähnt,
erfordert der Prozessor 12 eine Datenbank, die Referenzen
für das
gesamte Terrain in der Nähe
des Flugweges des Flugzeugs enthält.
Diese Datenbank ist dafür
strukturiert, variierende Auflösungen
von Terraindaten als Funktion der Topographie des Terrains sowie
der Distanz zu Flughäfen
bereitzustellen. Um Auflösung
zu definieren, verwendet die Datenbank die Dimensionen der Seiten
rechteckiger Zellen. Zum Beispiel ist bei einem Flughafenanflug
in nächster
Nähe der
Start-/Landebahn, wenn das Flugzeug dem Terrain sehr nahe kommen
wird, eine relativ hohe Auflösung
nützlich. Unter
Verwendung dieser selben Logik kann die Datenbank Zellen einer hohen
Auflösung
von ungefähr 1/4
bis 1/8 Seemeilen enthalten, wodurch Terrain in der Nähe des Flughafens
repräsentiert
wird, und einer mittleren Auflösung
von zum Beispiel 1/2 bis 1 Seemeilen zur Repräsentation des übrigen Terrains in
einem Radius von 30 Meilen von dem Flughafen. Außerhalb des 30-Meilen-Radius
von dem Flughafen reicht eine noch gröbere Auflösung aus.
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Ein
einziges gleichförmiges
Verfahren ist notwendig, um das gesamte wahrscheinliche Terrain auf
die Datenbank abzubilden. Traditionelle Mittel zur globalen Positionsbestimmung
auf der Basis von Höhen-
und Breitengraden sind naheliegend. Unter erster Bezugnahme auf 2 unterteilt
die Datenbank 16 die Erdoberfläche in eine Vielzahl von Breitengradbändern 50,
die zum Beispiel jeweils etwa 4 Breitengrade repräsentieren.
Jedes Breitengradband 50 wird dann in mehrere Longitudinalsegmente 52 aufgeteilt,
wobei jedes Segment etwa 4 Längengrade
repräsentiert.
Am Äquator
ist jedes Longitudinalsegment 52 ein Quadrat von etwa 256
Seemeilen auf einer Seite. Auf der Basis dieses Äquatormodells werden alle übrigen Zellen
definiert, um eine relativ konstante Segmentgröße aufrecht zu erhalten. Dieses Schema
zum Definieren von Segmenten der Erdoberfläche reduziert somit die Anzahl
der Longitudinalsegmente 52 pro Breitengradband 50 für Bänder, die den
Polen näher
sind.
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Nachdem
die Segmente über
die Oberfläche der
Erde hinweg definiert wurden, ist der Flächeninhalt in jedem Segment
ohne weiteres bekannt. Die Breiten- und Längengrade, die der derzeitigen
Flugzeugposition entsprechen, definieren spezifisch das Segment,
das das Flugzeug enthält.
Zum Beispiel ruft das Flugzeug über
dem Breitengrad X das X entsprechende Band 50 auf. Als
nächstes
bestimmt der Prozessor 12, welches der mit diesem Band 50 assoziierten
Longitudinalsegmente 52 den spezifischen Ort enthält, entweder
durch eine Nachschlagetabelle oder durch Berechnung.
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Gemäß diesem
Schema entsprechen mit jedem Longitudinalsegment 52 assoziierte
Daten der höchsten
Höhe des
Terrains oder von Hindernissen in diesem Segment. Wie bereits erwähnt, ist
jedes der Segmente 52 ein Quadrat mit ungefähr 256 Seemeilen
auf einer Seite. Wie in 3 gezeigt, können diese Longitudinalsegmente 52 in
verschiedene Zellen und wiederum in Sub-Zellen zerlegt werden, um verschiedene
Auflösungsgrade
bereitzustellen. Zum Beispiel zerlegt das System jedes Segment 52 in eine
Vielzahl von Zellen 54, wobei jede Zelle 54 ein ungefähres Quadrat
von 64 Seemeilen auf einer Seite ist, um dem Prozessor 12 eine
sehr grobe Auflösung
bereitzustellen. Die Zellen 54 können ihrerseits weiter in eine
Anzahl von Sub-Zellen 56 unterteilt werden, die zum Beispiel
jeweils ein ungefähres Quadrat
von 16 Meilen auf einer Seite sind, um dem Prozessor 12 eine
grobe Auflösung
bereitzustellen. Ähnlich
kann dasselbe Schema dann weiter diese Sub-Sub-Zellen in Quadrate
von 4 Seemeilen (siehe 60), und dann mit einer Seemeile
auf einer Seite (siehe 62) unterteilen. In der Umgebung
um Flughäfen kann
es sogar wünschenswert
sein, die Sub-Zellen 60 in kleinere Sub-Zellen 62 zu
zerlegen, um eine noch größere Auflösung von
zum Beispiel Quadraten mit 1/4 Seemeilen auf einer Seite bereitzustellen.
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Mit
jeder dieser Zellen und Sub-Zellen assoziiert enthält die Datenbank
einen Kopfteil 70, der die Referenzhöhe enthält, die der höchsten Höhe für Zelle
bzw. Sub-Zelle entspricht. Dieser Kopfteil könnte auch ein Flag enthalten,
um anzuzeigen, wann für bestimmte
geographische Gebiete keine weitere Unterteilung erforderlich ist.
Zum Beispiel würden
für den
Ozean repräsentierende
Segmente alle Sub-Zellen dieselbe maximale Höhe aufweisen und somit wäre keine
weitere Unterteilung erforderlich. Für geographische Gebiete wie
etwa bergige Gebiete und Gebiete in der Umgebung eines Flughafens,
werden die Longitudinalsegmente 52 wie oben besprochen unterteilt.
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4 ist
eine Visualisierung des Verfahrens des EGPWS 20 von 1 zur
Verwendung der Informationen in der Terraindatenbank für Vorausschau-Terrainbewußtheit.
Die Positionen des Flugzeugs, sein Flugweg und seine geometrische
Höhe werden
außerhalb
des Prozessors 12 bestimmt, und diese Daten sind dem Prozessor 12 verfügbar. Das Projizieren
des Flugzeugs entlang seinem aktuellen Flugweg und auf die Erdoberfläche ergibt
einen Flugweg 72. Der Flugweg 72 ist eine Linie,
die abhängig von
der benutzten Auflösung
durch mehrere Datenbankzellen oder -Sub-Zellen verläuft. Wie
aus der vorausgehenden Besprechung hervorgeht, wird die Größe der relevanten
Zelle oder Sub-Zelle mit der Art des Terrains und der wahrscheinlichen
Höhe eines über das
Terrain fliegenden Flugzeugs variieren. Die Anzahl der Zellen oder
Sub-Zellen, durch die der Flugweg 72 verläuft, wird
durch die Vorausschaudistanz („LAD") begrenzt, die der
Prozessor 12 gemäß derzeitigen
Verfahren bestimmt.
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Der
derzeitige Prozessor 12 bestimmt ein für das Flugzeug geeignetes Detektions-Offset 92.
Mit diesem Offset bestimmt der Prozessor 12 zwei zu dem
Flugweg 72 parallele Spuren. wenn zum Beispiel das Flugzeug
sich an dem Punkt (X, Y) befindet und entlang und über dem
Flugweg 72 gerichtet ist, führt die Verschiebung der Momentanposition
des Flugzeugs (X, Y) um das Detektions-Offset 92 in jeder
zu dem Flugweg 72 senkrechten Richtung zu zwei neuen Punkten
(X', Y') und (X'', Y''). Das Transponieren
des Flugweges auf jeden dieser beiden neuen Punkte führt zu zwei
parallelen Spuren 74 bzw. 76. Jede verläuft durch
eine Anzahl diskreter Zellen oder Sub-Zellen.
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Um
den Detektionsweg zu verbreitern, spreizt der Prozessor 12 den
Umfang der Detektion durch Versetzen der beiden parallelen Spuren 74 und 76 um
einen kleinen konfigurierbaren Winkel, was zu den Spuren 94 und 96 führt. Ähnlich verlaufen
diese Spuren durch eine Anzahl zusätzlicher diskreter Zellen oder
Sub-Zellen. Wenn der Flugweg 72, die Offsets 74 und 76 und
die Seitenfelder 94 und 96 zusammen verwendet
werden, ruft jede Bewegung des Flugzeugs das Aufrufen der Höhen hervor,
die mit einem Muster von Zellen um das Flugzeug herum assoziiert
sind.
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Die
vorliegende Erfindung erweitert und dämpft auch dieses Muster aufgerufener
Höhen unter
spezifischen Umständen,
insbesondere Flug auf niedriger Höhe. Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung ändert ein
derzeitiger Prozessor 12 den Betrag des Detektions-Offset 92 nicht,
wenn die Auflösung
gegebenenfalls feiner wird. Mit feineren Sub-Zellen-Auflösungen könnten gesamte
Sub-Zellen durch den Flugweg, die parallelen Spuren und die Seitenfeldspuren
verfehlt werden.
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Die
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung implementiert eine Vielzahl von Sub-Offsets 80 und 82 mit
gleichem Abstand zwischen dem Flugweg und den beiden Offsetspuren 94 und 96 von
der Momentan- Flugzeugposition.
Zusätzliche
parallele Spuren wie zum Beispiel 84 und 86 mit
Ursprung an jedem dieser neuen Sub-Offset-Punkte 80 und 82 verlaufen
durch viele weitere Zellen oder Sub-Zellen. Der Prozessor 12 wählt Sub-Offsets
dergestalt, daß Sub-Offset-Distanzen
kleiner als die feinste Auflösung
sind, die der Prozessor 12 benutzt; der Prozessor 12 ruft
Erhebungen von allen Zellen zwischen den beiden Offset-Spuren ab.
In 4 sind nur zwei solche Sub-Offsetspuren 84 und 86 gezeigt,
obwohl jede beliebige geeignete Anzahl funktionieren würde. Als
Ergänzung
der derzeitigen Praktik werden maximal vier solche Sub-Offsets auf
jeder Seite verwendet, schnellere Prozessoren werden aber in der
Lage sein, mit immer feineren Auflösungen zu arbeiten, was zu
einer größeren Anzahl
von Sub-Offsets
führt.
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Eine
andere Ausführungsform
derselben Erfindung behandelt die Seitenfelder 94, 96.
Beim derzeitigen Betrieb verwendet der Prozessor 12 einen kleinen
Winkel zwischen 1 und 3° zum
Ausspreizen der Seitenfelder 94, 96. Dieser Winkel
wird zur Zeit durch Konfigurieren einer Variablen gesetzt, die dann in
der gesamten Zeit, während
der der Prozessor 12 im Airframe residiert, konstant bleibt.
Der Winkel variiert nicht mit den Flugbedingungen oder mit der Nähe zum Flughafen.
Wie bei der vorherigen Besprechung der Breite der Offsets würde eine
Verminderung des Seitenfeldwinkels in bestimmten Flugbedingungen
die Anzahl von Ärgernis-Warnungen, die aufgrund
der Erkennung von Gefahren außerhalb
der Spur auftreten könnten,
reduzieren. Bei der vorliegenden Erfindung setzt der Prozessor 12 somit, wenn
der Prozessor 12 Bedingungen eines Fluges auf niedriger
Höhe erkennt,
auf der Basis der Eingaben aus dem Datenbus den Seitenfeldwinkel
auf Null.
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5 zeigt
ein bevorzugtes Verfahren 200 der vorliegenden Erfindung.
Um die Vorausschau-Enveloppe zu dämpfen, entnimmt der Prozessor 12 zuerst
Daten über die
Flugbedingung des Flugzeugs aus der Fluginstrumentation des Flugzeugs
bei 210. Der Prozessor 12 erhält die geometrische Höhe, die
Funkhöhe
und die GPS-Höhe
von der Fluginstrumentation im Cockpit des Flugzeugs sowie Flugweg,
Geschwindigkeit, Lage und Positionsunbestimmtheit. Aus der Konstellation
dieser Daten bestimmt der Prozessor 12 die notwendigen
Bedingungen zum Setzen des Anzeige-Flags für Flug auf niedriger Höhe. Zusätzlich speichert
der Prozessor 12 bei 210 Position, Richtung und
Positionsunbestimmtheit direkt aus der Instrumentation.
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Nach
dem Registrieren der Flugbedingungsdaten berechnet der Prozessor 12 bei 220 das
notwendige Detektions-Offset
gemäß dem Verfahren, das
in 6 dargelegt wurde. Mit gegebenem berechnetem Offset,
der Positionsunbestimmtheit, der Datenbankauflösung an der Momentan-Flugzeugposition
und der Anwesenheit oder Abwesenheit des Anzeige-Flags für Flug auf
niedriger Höhe
unterteilt der Prozessor 12 das berechnete Detektions-Offset gemäß dem in 7 dargelegten
Verfahren in eines oder mehrere Sub-Offsets 230. Dann berechnet
der Prozessor 12 die Distanz zu der nächsten Start-/Landebahn und
erkennt wieder die Anwesenheit oder Abwesenheit des Anzeige-Flags
für Flug
auf niedriger Höhe
und setzt entsprechend das Seitenfeld der Vorausschau-Enveloppe
bei 250. Nachdem die Abmessungen der gedämpften Vorausschau-Enveloppe
bestimmt wurden, untersucht der Prozessor 12 die nun gedämpfte Vorausschau-Enveloppe
gemäß den Verfahren
des derzeitigen EGPWS bei 270.
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6 zeigt
ein bevorzugtes Verfahren 220 zur Berechnung des Detektions-Offset 92.
Zuerst muß der
Prozessor 12 wie oben bestimmen, ob sich bei 222 das
Flugzeug in einem Zustand des Fluges auf niedriger Höhe befindet.
Falls das Flugzeug sich auf einem Flug auf niedriger Höhe befindet,
wählt der Prozessor 12 einen
niedrigeren Koeffizienten (bei einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
dieser Koeffizient eins oder 1) im Einklang mit einem kleineren Offset
von dem Flugweg bei 226. Wenn sich das Flugzeug nicht auf
einem Flug auf niedriger Höhe
befindet, verwendet der Prozessor 12 einen größeren Koeffizienten
(bei einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
dieser Koeffizient anderthalb oder 1,5) im Einklang mit einem größeren Offset
bei 224.
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Nachdem
der geeignete Koeffizient gewählt wurde,
multipliziert der Prozessor 12 bei 228 das Maß der Positionsunbestimmtheit
mit dem gewählten Koeffizienten,
um ein Produkt zu produzieren. Dieses Produkt spiegelt grob eine „Fehlerreserve" wieder, die einen
gegebenen Flugzustand und eine gegebene Positionsunbestimmtheit
definiert. Die Auswahl des Koeffizienten könnte umfassen, abhängig davon, welches
Maß der
Positionsunbestimmtheit der Prozessor 12 benutzt, den Koeffizienten
mit geeigneten Korrekturfaktoren zu konfigurieren. Zu dieser Fehlerreserve
addiert der Prozessor 12 die Basisbreite, um zu dem geeigneten
Offset 228 zu kommen. Die Basisbreite ist der minimale,
für sicheren
Flug notwendige Seitenabstand.
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Bei
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist die Positionsunbestimmtheit, die
der Prozessor 12 benutzt, die Horizontal-Nutzzahl („HFOM"). Der Vorteil besteht
darin, daß die
HFOM bei der Berechnung der Position direkt von dem GPS verfügbar ist.
Die HFOM schätzt
die Qualität
des Satellitenempfangs aus bestimmten Daten, darunter „Reste" und die Latenz der
Differenz-Korrekturen. Das GPS wendet auf jeden Meßwert eine
HFOM an, so daß,
wenn der Meßwert
gut ist (innerhalb einer gewählten
Nutzzahlgrenze), er verwendet wird oder, wenn der Meßwert schlecht
ist (außerhalb
der gewählten
Nutzzahlgrenze), er weggelassen wird. Die Nutzzahl wird in Metern
gemessen und reicht von 1 bis etwa 300; vorzugsweise weniger als 10.
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Die
HFOM ist die beste Schätzung
des GPS des möglichen
Fehlers in seiner Positionslösung
anhand der Informationen, die ihm zu diesem spezifischen Zeitpunkt
verfügbar
sind. Sie ist eine Anzeige der Konfidenz in der Positionsfixierung,
die naturgemäß invers
mit der Genauigkeit der Fixierung variiert. Eine höhere HFOM
zeigt eine niedrigere Konfidenz an, bedeutet aber nicht, daß die Positionslösung tatsächlich sehr
falsch ist – sie
könnte „genau
richtig" sein.
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Das
berechnete Detektions-Offset 92 bestimmt die äußeren Ränder des „Trident", das durch den Flugweg
und die parallelen Offset-Spuren wie in 4 dargestellt
gebildet wird. Nachdem diese Breite bestimmt wurde, wählt der
Prozessor 12 die Anzahl und Position der übrigen „Tines" für das Trident, d.h.
die Sub-Offsets für
parallelere Spuren. Zu diesem Zweck beschreibt 7 die
notwendigen Schritte zur Bestimmung des Betrags der Detektions-Sub-Offsets 230.
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In 7 hängt das
Verfahren zum Erzeugen der Detektions-Sub-Offsets 230 von
der Auflösung der
Datenbank an dem Punkt der Momentan-Flugzeugposition ab. Bei der
Beschreibung der Datenbank, die notwendig ist, um das Terrain der
obigen Erdoberfläche
zu beschreiben, hat die Datenbank ein Flag in den Daten plaziert,
als die Datenbank die feinste verfügbare Auflösung erreichte. Dieser Auflösungsgrad
definiert die „oberste
Stufe", die für einen bestimmten
in der Datenbank repräsentierten
geographischen Ort gilt. In jedem Fall ist auf dieser geflagten
Ebene eine feinste Auflösung
verfügbar.
Diese Auflösung
könnte
in bestimmten Fällen 16 Seemeilen
betragen, und in anderen Fällen
könnte
sie sogar nur ¼ Seemeile
betragen. Diese Distanz ist als die „Zellenbreite der obersten
Stufe" bekannt.
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Die
Momentan-Flugzeugposition definiert die geltende oberste Stufe und
wird ihrerseits durch ihren Breiten- und Längengrad definiert. Der Längengrad ist
eine Anzeige des Innenwinkels zwischen der Momentan-Flugzeugposition
in bezug auf den Äquator. Er
ist im wesentlichen die Winkelverschiebung auf der Erdoberfläche von
dem Äquator;
die Pole sind dabei um 90° von
dem Äquator
verschoben.
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Die
Größe der Zellen
variiert nicht sehr von Äquator
zum Pol aufgrund der oben beschriebenen Entwurfsbeschränkungen
der Datenbank. Da diese Zellen dafür ausgelegt wurden, Daten über ähnliche Bereichssektionen
der Erdoberfläche
zu enthalten, werden diese Zellen schrittweise zu der Drehachse mehr
geneigt, während
sie von dem Äquator
verschoben werden. Um diese Zellen zu entzerren, dividiert der Prozessor 12 jede
Zellenbreite der obersten Stufe durch den Kosinus des Breitengrads,
wodurch die Momentanposition des Flugzeugs bei 232 beschrieben
wird. Der resultierende Quotient ist ein Skalierungsfaktor für die Berechnung
des Detektions-Offsets.
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Der
Skalierungsfaktor ist eine grobe Approximation der notwendigen Trennung
von Sub-Offsets, die zwischen dem Flugweg und jeder der beiden Detektions-Offsetspuren
notwendig ist, um jede der Zellen der obersten Stufe in einem durch
den Flugweg 72 und die Offsetspuren 74 und 76 definierten „Trident" ordnungsgemäß zu treffen.
Um die Sub-Offsetspuren zu plazieren, wird das Offset dann durch
diesen Skalierungsfaktor dividiert, um zu einer Anzahl von Sub-Offsetspuren
zu kommen, die der Prozessor 12 dann bei 234 zwischen
die Offsetspuren und den Flugweg legt. Die bevorzugte Ausführungsform
kappt diese Zahl bei 236 bei einem Maximum von vier Sub-Offsetspuren, aber
mit immer feinerer Auflösung,
die mit schnelleren Prozessoren verfügbar werden könnte, könnte eine
größere Anzahl
von Sub-Offsets angebracht sein.
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Wenn
die maximale Anzahl von Sub-Offsets, die durch Dividieren des Offsets
durch die Skalierung angegeben wird, bei 236 das Maximum
(in diesem Fall 4) übersteigt,
wird bei 240 der effektive Quotient auf dieses Maximum
gesetzt. In allen anderen Fällen 238,
rundet der Prozessor 12, wenn der resultierende Quotient
aus der Division des Offsets durch den Skalierungsfaktor keine ganze
Zahl ist, den Quotienten auf die nächst größere ganze Zahl. Der gerundete Quotient
gibt an, wie viele Sub-Offsetspuren der Prozessor 12 zwischen
den Flugweg 72 und die Detektions-Offsetspur 74, 76 legt.
Das Detektions-Offset 92 wird
bei 242 durch den effektiven Quotienten dividiert, um zu
einer Sub-Offset-Distanz zu kommen.
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In 8 bestimmt
der Prozessor 12 das entsprechende Seitenfeld 710.
Wie bei den vorausgehenden Subroutinen ist der erste Schritt 252 die
Bestimmung der Anwesenheit des Flags für Flug auf niedriger Höhe in dem
Register. Wenn das Flag für Flug
auf niedriger Höhe
anwesend ist, wird das Seitenfeld sofort auf 0° gesetzt, um Ärgernis-Warnungen über Gefahren
außerhalb
des Weges bei 254 zu minimieren. Wenn sich das Flugzeug
nicht auf einem Flug auf niedriger Höhe befindet, bestimmt die Distanz
zu der nächsten
Start-/Landebahn das Seitenfeld, das für Flug gemäß einem konfigurierbaren Profil
geeignet ist. Bei dieser Ausführungsform
wird für Distanzen
von weniger als 8 Seemeilen das Seitenfeld auf ein Grad Spreizung
gesetzt. Für
Distanzen von mehr als 9 Seemeilen wird das Seitenfeld auf zwei
Grad gesetzt. Für
Distanzen zwischen 8 und 9 Seemeilen variiert das Seitenfeld linear
mit der Distanz zwischen ein und zwei Grad.
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Der
Prozessor 12 vergleicht die Momentan-Flugzeugposition bei 256 mit
den gespeicherten Start-/Landebahnorten. Der Prozessor 12 sortiert Start-/Landebahnen
nach Distanz von der Momentan-Flugzeugposition und berechnet dann
die Distanz zu der nächsten
Start-/Landebahn,
d.h. das Offset von der nächsten
Start-/Landebahn.
Diese Sortierung erfolgt jedesmal, wenn der Prozessor 12 die
Momentan-Flugzeugposition aktualisiert.
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Wenn
die Momentanposition des Flugzeugs bei 258 um mehr als
neun Seemeilen von der nächsten
Start-/Landebahn versetzt ist, setzt der Prozessor 12 bei 260 das
Seitenfeld auf zwei Grad. Wenn dagegen die Momentanposition des
Flugzeugs bei 262 um weniger als acht Seemeilen versetzt
ist, wird das Seitenfeld bei 264 auf ein Grad gesetzt.
Wenn das Offset zwischen acht und neun Seemeilen liegt, setzt der Prozessor 12 das
Seitenfeld in Grad bei 266 auf eine Zahl, die gleich der
Distanz von der Start-/Landebahn in Seemeilen minus sieben (eins
minus acht) ist. Dies ermöglicht
einen glatten Übergang
von dem für
Flug auf normaler Höhe
verwendeten größeren Suchgebiet
und der beim Anflug implizierten schmalen Suche.
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Obwohl
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, können wie
bereits erwähnt
viele Änderungen
vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Zum Beispiel statt das Seitenfeld so zu setzen, daß es bei
einem Offset zwischen der Start-/Landebahn und der Momentan-Flugzeugposition
von zwischen sieben und zehn Seemeilen variiert, anstelle von zwischen
acht und neun Seemeilen.