DE69629384T2

DE69629384T2 - Anlegesystem für ein flugzeug

Info

Publication number: DE69629384T2
Application number: DE69629384T
Authority: DE
Inventors: Carl Dennis RICHMAN; Caesar Daniel LORTI; Douglas Bradley OSTMAN; Rolf Krumes; Y. Eden MEI; Gilberto Dibenedetto
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1995-10-12
Filing date: 1996-09-30
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2016-10-01
Also published as: EP0855065A1; US5675661A; EP0855065B1; DE69629384D1; JP2001507827A; WO1997014114A1; EP0855065A4

Description

Technischer Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft die Führung eines Flugzeugs von einer Rollbahn bzw. einem Taxiway in einen Andockplatz und insbesondere ein System, das automatisch ein ankommendes Flugzeug und das Andockgebiet betrachtet, um das Flugzeug und jegliche Hindernisse, die in dem Fahrweg des Flugzeugs sein können, zu erfassen, das gespeicherte Modelle des Flugzeugs mit dem Flugzeug abgleicht, um die Orientierung des Flugzeugs und einen Verfolgungspunkt des Flugzeugs, wie zum Beispiel das Bugrad, zu bestimmen, und das einem Pilot des Flugzeugs Instruktionen anzeigt für das Leiten des Flugzeugs entlang des gewünschten Fahrweges in den Andockplatz.
Eine häufige Erscheinung in Flughäfen ist das Rollen eines Flugzeugs entlang einer Rollbahn und in eine Andockstelle, wo sich eine Gelenk- und Teleskopbrücke von einem Passagierkorridor zu einer Tür des Flugzeugs erstreckt, um den einfachen Einstieg und Ausstieg der Passagiere in und aus dem Flugzeug bereitzustellen. Während sowohl kleine als auch große Flugzeuge die Andockanlagen verwenden können, wird die Passagierbrücke hauptsächlich für die größeren Flugzeuge verwendet. Häufig ist der Platz in der Andockstation für die größeren Flugzeuge beschränkt, so daß nicht viel zusätzlicher Platz verfügbar ist für Wendemanöver, für das Umgehen bzw. Umfahren von nahegelegenen Flugzeugen und Servicefahrzeugen und für das Positionieren des Flugzeugs an einem bestimmten Ort für die Verwendung der Passagierbrücke. Eine Andockstation kann bereitgestellt werden mit einer gekrümmten Führungslinie, die auf den Asphalt gemalt ist, um als eine Führung zu dienen, welcher der Pilot bei der Steuerung des Flugzeugs in die Andockstation folgt, so daß das Bugrad des Flugzeugs der Führungslinie entlang folgt. Ein Haltepunkt ist ebenso auf der Führungslinie gezeichnet, um den Ort des Bugrads zu kennzeichnen, um das Flugzeug zum Stehen zu bringen. Häufig muß eine oder mehrere Personen des Bodenpersonals eingesetzt werden, um den Pilot beim Führen des Flugzeugs in den Andockplatz zu unterstützen, wobei einer hiervon vor dem Flugzeug im Blickfeld des Piloten steht und Handsignale bereitstellt, einschließlich des Winkens mit Lampen bei Nacht, um den Pilot für das Steuern des Flugzeugs und für das Stoppen des Flugzeugs an dem bestimmten Haltepunkt zu dirigieren.
Der begrenzte Bereich des Andockplatzes, insbesondere für das größere Flugzeug in Verbindung mit der Notwendigkeit für die präzise Positionierung des Flugzeugs stellt ein Problem für den Pilot bei der Führung des Flugzeugs in den Andockplatz dar. Viele Versuche, das Problem zu vermindern, wurden unternommen einschließlich der Verwendung von Spiegeln, um den Pilot beim Überwachen der Führungslinie zu helfen, und der vorhin erwähnten Verwendung des Bodenpersonals, um dem Pilot zu helfen. Andere mögliche Lösungen für das Problem wären unerwünscht als übermäßig komplex in Bezug auf elektrische und/oder mechanische Komponenten und könnten Schwie rigkeiten bei der Integration in existierende Cockpit-Elektronik und bei der Kommunikation für das Bereitstellen der Führungsinformation direkt in das Cockpit darstellen.
Die DE 43 01 637 A1 beschreibt einen Prozeß und ein System für das Andocken eines Flugzeugs. Der Flugzeugtyp wird dem Andocksystem von dem Flughafenhauptgebäude berichtet. Um ein relativ großes Meßsignal bereitzustellen, wird der Bugkonus des Flugzeugs unter Verwendung eines Laserstrahls abgetastet. Die Position des Flugzeugs wird aus gemessenen Werten bestimmt durch Vergleichen dieser mit Zielwerten eines Bugkonusmusters, das gemäß dem Typ des Flugzeugs, das andocken soll, vorbestimmt wird.
Die US 5,321,772 zeigt einen digitalen Bildprozessor für die Verwendung in einem Waffenführungssystem, in dem der Ausgang von einer linearen Anordnung von elektro-optischen Sensoren in einen RAM-Bildspeicher geladen wird, der Teil eines Mikroprozessors bildet, basierend auf einem Musteranpassungsprozessor. Der Musteranpassungsprozessor paßt vorbestimmte zweidimensionale Muster an durch Vergleichen dieser mit dem Ausgang von der linearen Anordnung der elektrooptischen Sensoren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorerwähnten Probleme werden überwunden und andere Vorteile werden bereitgestellt durch ein Andocksystem für Flugzeuge, das in Übereinstimmung mit der Erfindung völlig eigenständig ist, so daß jegliche Integration mit existierender Cockpit-Elektronik und Kommunikation vermieden werden kann, das an einem Punkt, der innerhalb des Andockplatzes von Vorteil ist und der das ankommende Flugzeug überblickt und im Blick des Piloten ist, installiert werden kann, und das eine große und einfache Anzeige hat, die leicht von dem Pilot durch die Windschutzscheibe des Cockpits beobachtet werden kann, wenn das Flugzeug sich entlang der Rollbahn fortbewegt und während des Einbiegens eines Flugzeugs von der Rollbahn in den Andockplatz.
Der Betrieb des Andocksystems basiert auf der Verwendung von Modellen von dreidimensionalen Bildern von Kandidatenflugzeugen für das Dock und die Auswahl von einer der Vorlagen als ein Modell, das von einem Computer in der Art und Weise eines computerunterstützten Konstruktionsverfahrens (CAD) gedreht und skaliert werden kann. Ein Bild des ankommenden Flugzeugs wird durch die Verwendung des VErmessungsschaltkreises eines Laserradars (Ladar) erreicht. Durch das Vergleichen des Bildes mit dem rotierten und skalierten Modell kann das Bild interpretiert werden, um den gegenwärtigen Ort und die Orientierung des ankommenden Flugzeugs zu zeigen. Wenn das Bild von dem Laserradar aktualisiert wird, dann wird der Bewegungspfad des Flugzeugs, aufeinanderfolgende Orte und wie er durch Orientierungen des Flugzeugs dargestellt wird, bestimmt und mit dem erforderlichen Bewegungspfad für das bestimmte Flugzeug verglichen. Abweichungen zwischen den zwei Bewegungspfaden werden bemerkt und führen zu der Erzeugung von Korrekturanzeigesignalen, beispielsweise in der Art von Pfeilen, die dem Pilot dargestellt werden. rekturanzeigesignalen, beispielsweise in der Art von Pfeilen, die dem Pilot dargestellt werden. Das Bremsen des Flugzeugs an dem bestimmten Haltepunkt wird ebenso angezeigt. Während der anfänglichen Stufen des Ansatzes wird die Bibliothek von Vorlagen gegenüber dem Flugzeugbild korreliert, um das Flugzeug für die Auswahl der Vorlage zu identifizieren, die als Modell dient. Ebenso wird das Radar mit seinem Scanner verwendet, um die Anwesenheit von Hindernissen innerhalb eines Bereiches, der den erforderlichen Bewegungspfad umgrenzt, zu lokalisieren und zu signalisieren. Dadurch ist der Pilot in der Lage, das Flugzeug schnell und sicher in die Andockstation zu leiten für das Ineingrifftreten von ein oder mehreren Passagierbrücken mit einem oder mehreren Typen des Flugzeugs.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die oben erwähnten Aspekte und andere Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung zusammen mit den begleitenden Figuren beschrieben, in denen:
1 eine stilisierte Ansicht eines Flugzeugs ist, das in ein Dock in einem Flughafen rollt, wobei das Dock mit einem Flugzeugandocksystem ausgestattet ist, das in Übereinstimmung mit der Erfindung konstruiert ist,
2 ein Diagramm des Andocksystems von 1 ist,
3 ein Blockdiagramm eines Signalprozessors des Systems von 2 ist,
4 ein Blockdiagramm eines Laserradars des Systems von 2 ist,
5 eine Schnittansicht eines optischen Scanners des Radars von 4 ist, wobei der Scanner rotierende Keile hat,
6 eine perspektivische Ansicht von zwei holografischen optischen Elementen in einer alternativen Ausführungsform des Scanners des Radars von 4 ist, wobei die Anordnungen der optischen Elemente mit 90° orientiert gezeigt sind als ein Beispiel für das Ablenken eines Strahls in sowohl der horizontalen als auch der vertikalen Richtung, und
7 ein Abtastmuster eines Strahls ist, das durch Drehen der Keile oder optischen Elemente des Scanners mit unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten erhalten wird.
Identisch bezeichnete Elemente, die in verschiedenen Zeichnungen auftauchen, beziehen sich auf dasselbe Element in den unterschiedlichen Figuren.
Detaillierte Beschreibung
1 zeigt eine unvollständige Ansicht eines Flughafens 10, in der eine Gruppe von drei Gebäuden 12, 14 und 16 gezeigt ist, die beispielhaft ein Dock bzw. eine Andockstation 18 für ein Flugzeug 20, das sich entlang des Taxiway 22 der Andockstation 18 nähert, teilweise einschließen. Die Längsrichtung des Taxiways 22 ist senkrecht zu der Längsrichtung des Docks 18 orientiert. Eine Führungslinie 24 wird in dem Taxiway 22 für ein Bugrad 26 des Fahrwerks des Flugzeugs 20 bereitgestellt. Während des Rollens steuert ein Pilot des Flugzeugs 20 das Flugzeug 20 so, daß das Bugrad 26 auf der Führungslinie gehalten wird und ermöglicht somit eine sichere Annäherung zu dem Bereich der Andockstation 18. Für eine sichere Führung des Flugzeugs 20 in das Dock 18 erstreckt sich eine weitere Führungslinie 28 von der Taxiwayführungslinie 24 mittels eines gebogenen Pfades in das Dock 18 bis zu einem Haltepunkt 30 am Ende der Führungslinie 28. Der Haltepunkt 30 markiert den Ort des Bugrades 26 mit Beendigung des Andockprozesses für das Flugzeug 20, um dadurch sicherzustellen, daß eine Passagierbrücke 32 bequem in Lagegenauigkeit mit einer Tür 34 des Flugzeugs 20 plaziert werden kann für den Einstieg und den Ausstieg von Passagieren aus bzw. in das Flugzeug 20. Zusätzliche Haltepunkte, wie durch einen Haltepunkt 36 dargestellt werden kann, können bereitgestellt werden für die Führung eines Flugzeugs (nicht gezeigt) mit Abmessungen, die sich von denen des Flugzeugs 20 unterscheiden. Ein zentraler Bereich 38 des Docks 18, der ausschließlich für die Verwendung durch das Flugzeug 20 reserviert ist, wird durch zwei gestrichelte Linien 40 und 42 begrenzt. Das Flugzeugservicegerät 44 wird außerhalb des zentralen Bereichs 38 gehalten, zum Beispiel hinter der Linie 40, wie beispielhaft dargestellt ist. Wenn die Servicegeräte 44 versehentlich in dem zentralen Bereich 38 des Docks 18 verbleiben würden, würden die Servicegeräte ein Hindernis für das sich nähernde Flugzeug 20 darstellen und würden eine Gefahr darstellen, wenn sie von dem Pilot des Flugzeugs 20 nicht bemerkt werden.
In Übereinstimmung mit der Endung stellt ein Flugzeugandocksystem 36 Führungsinformation dem Pilot in Form von Steuer- und Geschwindigkeitsbefehlen zur Verfügung und warnt den Pilot bei einem Hindernis. Das System 46 ist vollständig innerhalb eines Gehäuses 48 aufgenommen, das an einem vorteilhaften Punkt lokalisiert ist für das Überblicken des Docks 18 und der durch das Cockpitfenster 50 von dem Pilot eingesehen werden kann, wenn sich das Flugzeug 20 entlang des Taxiways 22 vor dem Einbiegen in das Dock 18 nähert. Ein solch geeigneter Ort für das System 46 liegt an dem inneren Ende des Docks 18 hinter dem Ende der Führungslinie 28, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Falls gewünscht, kann das System 46 mit seinem Gehäuse 48 auf einem Sockel montiert sein. Aufgenommen in das System 46 ist ein Laserradar 54, das den Bereich des Docks 18 sowohl in der Höhe als auch im Drehwinkel mit einem Strahl 56 abtastet, wie zum Beispiel ein Schmalbündel Infrarotstrahlung, um ein Bild eines Flugzeugs oder eines Hindernisses, das innerhalb des Docks 18 präsent sein kann, zu erhalten. Ebenso innerhalb des Systems 46 aufgenommen sind die Elektronik 58, die innerhalb des Gehäuses 48 lokalisiert ist für die Verarbeitung von Bilddaten des Radars 54, und eine Anzeige 60, die dem Pilot Instruktionen präsentiert. Insbesondere sei bemerkt, daß innerhalb des begrenzten Platzes des Docks 18 es schwierig oder unmöglich für den Pilot ist, die Führungslinie 28 zu sehen und die Struktur des Flugzeugs 20 es verhindert, daß der Pilot die Position des Bugrades 26 relativ zu der Führungslinie 28 sieht. Der Pilot benötigt somit Hilfe bei dem Andocken des Flugzeugs 20, wobei die Hilfe entweder durch Bodenpersonal oder vorzugsweise durch das Flugzeugandocksystem 46 der Erfindung bereitgestellt werden kann.
2 zeigt das Flugzeugandocksystem 46, das die Details der Elektronik 58 beinhaltet. Das Laserradar bzw. Ladar 54 gibt Zieldaten in der Form von Höhen- (EL), Azimuth- (AZ) und Bereichs- (R) Daten für jeden Punkt eines Ziels, zum Beispiel ein Flugzeug oder ein Hindernis, aus, das Licht von dem Strahl 56 (1) zurück zu dem Radar 54 reflektiert. Die Zieldaten werden in einem Speicher 62 gespeichert. Die Ansammlung von Zieldatenpunkten, die in dem Speicher 62 gespeichert sind, bilden ein dreidimensionales Bild des Ziels. Um die Zieldaten zu interpretieren, um zu bestimmen, welches Flugzeug vorhanden sein könnte, weist die Elektronik 58 einen Speicher 64 auf, der eine Bibliothek von Flugzeugvorlagen speichert, und einen Koordinatenumwandler 66 auf, der die Ansicht einer ausgewählten Vorlage durch Drehen und/oder Skalieren und/oder Verschieben der Vorlage umwandelt, so daß sie so nahe wie möglich mit dem Zielbild, das in dem Speicher 62 abgelegt ist, übereinstimmt. Jede der Vorlagen ist eine dreidimensionale Darstellung eines Kandidatenflugzeugs, für das das System 46 eine Führung bereitstellt. Ein Korrelator 68 vergleicht die Schablone, die von dem Konverter 66 ausgegeben wird, mit dem Zielbild, das von dem Speicher 62 ausgegeben wird, um die Qualität der Übereinstimmung zwischen der Vorlage und dem Bild zu bestimmen.
Die bevorzugte Ausführungsform verwendet die Merkmalsextraktion von den Ladardaten. Der Vergleich mit gespeicherten Merkmalen ist vergleichbar zu der Schrift hier, der 3D CAD-Vergleich ist jedoch nicht gültig, da es keine anzeigbare Daten geben würde, die wie ein Flugzeug aussähen. Merkmale, wie zum Beispiel ein Bugrad und Intraradabstände der Flügelräder und Höhe und Größe von Flügeln, Rumpf und Seitenruder würden verwendet, um den Typ des Flugzeugs zu bestimmen. Ein Übereinstimmungstreiber 70 reagiert auf die Signale, die von dem Korrelator 68 ausgegeben werden für das Antreiben des Konverters 66, um mehr Drehung um ein oder mehrere Drehachsen bereitzustellen, wie zum Beispiel das Gieren, das Rollen und das Nicken, und um eine Skalierung und ein Verschieben einzuführen, wie es erforderlich sein kann, um die Vorlage an das Bild anzupassen. In dem Fall, daß von der gegenwärtigen Vorlage eine geeignete Übereinstimmung erhalten werden kann, weist der Treiber 70 einen Adreßgenerator 72 an, damit er den Speicher 64 adressiert, um die nächste einer Reihe von möglichen Vorlagen auszugeben für das Übereinstimmen mit dem Radarbild. Das Übereinstimmungsverfahren setzt in dieser Art und Weise fort, falls nötig, bis alle Vorlagen eingesetzt wurden. In dem Fall, in dem keine geeignete Übereinstimmung erhältlich ist, berichtet das System 46 dem Pilot, daß keine Führung verfügbar ist durch das Übertragen von „keine-Übereinstimmung"-Signale über die Leitung 74 von dem Treiber 70 an die Anzeige 60.
Die Verwendung von dreidimensionalen Vorlagen einschließlich des Drehens und Skalierens der Vorlagen für das Betrachten der Vorlage mit unterschiedlichen Sichtwinkeln und mit unterschiedlichen Abständen ist auf dem Gebiet der computerunterstützten Konstruktion (CAD) gut bekannt, wo es zahllose Anwendungsprogramme für Computer gibt, um die vorgenannten Funktionen des Konverters 66 auf den Vorlagen bereitzustellen. Die Funktionen des Konverters 66, des Korrelators 68 und des Treibers 70 werden in 2 in getrennten Blöcken gezeigt, um die Erklärung der Erfindung zu vereinfachen. Die Schaltkreise des Konverters 66, des Korrelators 68 und des Treibers 70 können jedoch, falls gewünscht, durch die Verwendung eines geeigneten programmierten Computers (nicht gezeigt) implementiert werden.
Die Elektronik 58 weist weiterhin einen Speicher 76, einen Korrelator 78 und einen Signalprozessor 80 auf. Der Speicher 76 speichert Daten, die den Andockbereich (1) beschreiben, insbesondere den Zentralbereich 38, der frei von Hindernissen ist. Die Führungslinie 28 wird ebenso als ein Satz von Vorlagepunkten innerhalb des Speichers 76 abgelegt. In den Flugzeugvorlagen, die in dem Speicher 64 gespeichert sind, wird das Bugrad von jeder Vorlage gesondert identifiziert. Dies ermöglicht dem Korrelator 68, den Ort des Bugrades in einem Zielbild zu identifizieren und den Bugradort über die Leitung 82 an den Prozessor 80 auszugeben. Führungsliniendaten werden ebenso von dem Speicher 76 an den Prozessor 80 angewendet. Dies ermöglicht es dem Prozessor 80, den Ort des Bugrades relativ zu der Führungslinie 28 zu bestimmen, was einen Positionsfehler auf der Leitung 84 ist, wie im folgenden beschrieben wird, und um dem Pilot zu signalisieren, nach links oder rechts zu steuern, um das Bugrad auf oder nahe der Führungslinie 28 zu halten. Die vorhergehenden Daten, die zu dem Prozessor 80 geliefert werden, ermöglichen es dem Prozessor 80 ebenso, ein Geschwindigkeitsführungssignal an die Anzeige 60 auszugeben, was ein Geschwindigkeitsfehlersignal auf der Leitung 86 ist, wie im folgenden beschrieben wird, wobei die Anzeige in der Lage ist, dem Pilot das Bremsen und das Stoppen des Flugzeugs 20 zu signalisieren. Das Ziel ist es nicht, das Bugrad auf der Führungslinie zu halten, sondern das Flugzeug an dem exakten Ort zu parken. Dieses würde ein völlig unterschiedliches Verfahren für das Steuern des Flugzeugs erzwingen.
Das vollständige Ladarbild, einschließlich jeglichem Flugzeug und/oder jeglichem möglichen Hindernis, wird von dem Speicher 62 zu dem Korrelator 78 geliefert zusammen mit den Andockbereichsdaten, die von dem Speicher 76 zu dem Korrelator 78 geliefert werden. Dies ermöglicht es dem Korrelator 78, die Bilddaten mit den Andockbereichsdaten zu vergleichen, um zu bestimmen, ob ein Hindernis vorhanden ist. In dem Fall, daß das Radarbild ein Objekt in einem Bereich des Docks 18 zeigt, der frei sein sollte, gibt der Korrelator 78 ein Signal über die Leitung 88 zu der Anzeige 60 aus, die die Anwesenheit eines Hindernisses anzeigt. In Antwort auf das Hindernissignal auf der Leitung 88 stellt die Anzeige 60 ein Hinderniswarnsignal dem Pilot dar, der Abhilfe schaffende Maßnahme ergreifen kann, wie zum Beispiel das Anhalten des Flugzeugs 20, bis das Hindernis entfernt wird. Um das schnelle und mühelose Lesen einer Botschaft auf der Anzeige 60 zu erlauben, kann die Anzeige 60 einen Pfeil einsetzen, um einen Ablenkbefehl darzustellen. Andere Symbole und/oder Worte, konstant oder blinkend, können eingesetzt werden, um einen Endhalt, ein Hindernis oder einen Abstand bis zum Haltepunkt zu signalisieren.
In 3 weist der Prozessor 80 zwei Vergleicher 90 und 92, eine Geschwindigkeitseinheit 94, einen Speicher 96 und zwei Signalgeneratoren 98 und 100 auf. Im Betrieb werden Führungsliniendaten auf der Leitung 102 und der Bugradort auf der Leitung 82 dem Vergleicher 90 zur Verfügung gestellt, um den seitlichen Offset des Bugrads 26 (1) von der Führungslinie 28 (1) zu bestimmen, und um den Abstand des Bugrads 26 zu dem Ende der Führungslinie 28 zu bestimmen. Der seitliche Offset wird von dem Vergleicher 90 zu dem Signalgenerator 98 geliefert, der ein Signal auf der Anzeige 60 erzeugt, das den Pilot dirigiert, um geradeaus zu fahren und nach rechts zu lenken oder nach links zu lenken. Der Abstand von dem Ende wird als eine Adresse zu dem Speicher 96 zusammen mit der Zielidentität, die als eine Adresse von dem Anschluß A des Speicher 64 ( 2) zu dem Anschluß A des Speichers 96 geliefert wird, angewendet. Der Speicher 96 speichert die gewünschte Flugzeuggeschwindigkeit als eine Funktion des Orts des Bugrads auf der Führungslinie 28 für jeden Flugzeugtyp, so daß das Flugzeug 20 (1) an dem erforderlichen Stoppunkt 30, 36 (1) zum Halten gebracht wird. Der Abstand, der bis zu dem erforderlichen Haltepunkt zu durchlaufen ist, wird von dem Speicher 96 zu der Anzeige 60 für die Darstellung für den Pilot ausgegeben. Die Geschwindigkeitseinheit 94 berechnet die Abstandsschrittgrößen zwischen aufeinanderfolgenden Orten des Bugrades und teilt eine Abstandsschrittweite durch die verstrichene Reisezeit, um die tatsächliche Flugzeuggeschwindigkeit auszugeben. Die tatsächliche Geschwindigkeit der Geschwindigkeitseinheit 94 wird mit der gewünschten Geschwindigkeit von dem Speicher 96 von dem Vergleicher 92 verglichen, um zu bestimmen, ob das Flugzeug sich zu schnell bewegt. Der Komparator 92 treibt den Signalgenerator 100 an, um das Signal auf der Leitung 86 auszugeben für die Darstellung auf der Anzeige 60, die den Pilot anweist, mit der gegenwärtigen Geschwindigkeit fortzufahren oder langsamer zu werden oder zu halten.
In einer alternativen Ausführungsform des Prozessors 80 kann, falls gewünscht, ein zusätzlicher Signalglättungsschaltkreis in den Vergleicher 90 und in die Geschwindigkeitseinheit 94 aufgenommen werden, um dem Effekt eines elektrischen Rauschens, das vorhanden sein kann, entgegen zu wirken. Beispielsweise kann in dem Vergleicher 90 ein Integrator oder ein Mittelungsfilter (nicht gezeigt) eingesetzt werden, um ein Offsetsignal und ein Abstandssignal auszugeben, die auf einem Durchschnittswert der Bugradorte basieren, die während einer Mittelungszeit von einer halben Sekunde oder einer Sekunde gemessen wurden. In einem weiteren Beispiel kann die Geschwindigkeitseinheit 94 den Verlauf der Bugradorte in der Form eines Graphen abspeichern, der zu einem elektronischen Schaltkreis (nicht gezeigt) geliefert wird für das Ableiten des Graphen, um eine erste Ableitung zu erhalten, die die Flugzeuggeschwindigkeit ist, und eine zweite Ableitung zu erhalten, die die Flugzeugbeschleunigung ist. Das Ladar 54 (2) arbeitet bei einer ausreichend hohen Abtastrate und Datenrate, um eine Aktualisierung der Flugzeugposition mit zumindest näherungsweise vier Aktualisierungen pro Sekunde bereitzustellen, um ein Glätten der Daten, die auf der Anzeige 60 präsentiert werden, zu ermöglichen, wodurch das Betrachten der Anzeige 60 durch den Pilot vereinfacht wird.
Unter Bezug auf 4 weist das Ladar 54 einen Lasertransmitter 104, Kollimationsoptik 106 einschließlich eines Strahlaufnehmers 180, wie zum Beispiel einen halbversilberten Spiegel, der gestrichelt gezeigt ist, ein Teleskop 110 und einen Scanner 112 auf, einschließlich eines ersten optischen Keils 114 und eines zweiten optischen Keils 116 für das Einfügen eines zweidimensionalen Abtastmusters in einem Abstrahlstrahl, der von dem Teleskop 110 erzeugt wird. In bevorzugten Ausführungsformen werden Beugungsoptiken, wie zum Beispiel holografische optische Elemente, verwendet anstelle eines physikalischen Keils. Weiterhin kann das Teleskop außerhalb der Achse und gedreht konstruiert sein, wodurch die Keile ganz und gar eliminiert werden. Der abgetastete Strahl ist bei 56 in den beiden 1 und 4 gezeigt. Der Transmitter 104 setzt eine Festkörperlaserdiode ein, die bei einer Frequenz des elektro-magnetischen Spektrums in der Mitte zwischen dem sichtbaren und dem Infrarot (IR) Spektrum betrieben wird, vorzugsweise bei einer nahen Infrarotwellenlänge von 843 Nanometern, und näherungsweise eine Leistung von 180 Watt ausgibt. Andere Abschnitte des elektro-magnetischen Spektrums können konsistent mit der Produktion eines Strahls 56, der augensicher ist, eingesetzt werden, um jegliche Verletzung des Pilots oder anderen Personals, das in dem Dock anwesend sein kann, zu verhindern. Der Transmitter 104 wird durch Taktsignale angetrieben, die von einer Systemtakteinheit 118 erzeugt werden, die eine Uhr (nicht gezeigt) beinhaltet, wobei die Taktsignale den Transmitter triggern, um Pulse mit optischer Energie mit einer Rate im Bereich von näherungsweise 65000 bis 100000 Pulsen pro Sekunde zu erzeugen. Die Pulsbreite liegt in dem Nanosekundenbereich, um eine Bereichsauflösung von näherungsweise 1 Fuß bereitzustellen. Die Strahlung, die von dem Transmitter 104 ausgegeben wird, wird von der Optik 106 kollimiert und von dem Teleskop 110 fokussiert, um den Strahl 56 bereitzustellen. Energie, die von dem Flugzeug oder einem anderen Objekt in dem Dockbereich reflektiert wird, erscheint als Zielecho und wird von dem Scanner zurück zu dem Teleskop 110 zu der Optik 106 geleitet, wobei der Aufnehmer 108 das Zielecho zu einem Detektor 120 für optische Energie leitet. Beispielhaft kann der Detektor 120 eine Siliziumlawinenfotodiode für die Umwandlung der optischen Energie in elektrische Energie einsetzen.
Der erste optische Keil 114 wird um eine optische Achse des Teleskops 110 mit einem Motor 122 gedreht, um den Strahl 56 in azimutaler Richtung abzulenken, wobei die Drehgröße von einem Winkelkodierer (oder Aufnehmer) 124 erfaßt wird, der Pulse, die die Drehposition des optischen Keils 114 bezeichnen, erzeugt. In gleicher Weise wird der zweite optische Keil 116 um die optische Achse des Teleskops 110 mittels eines Motors 126 gedreht, um den Strahl 56 in Höhenrichtung abzulenken, wobei die Größe der Drehung von einem Winkelkodierer 128 erfaßt wird. Die Motoren 122 und 126 werden durch die Antriebselektronik 130 aktiviert. Ebenso ist in dem Ladar 54 ein Bereichsprozessor 132 und ein Computer 134 aufgenommen. Die Operationen des Bereichsprozessors 132, des Computers 134 und der Keilantriebselektronik 130 sind mit dem Betrieb des Tansmitters 104 durch Taktsignale der Takteinheit 118 synchronisiert.
Die Takteinheit 118 stellt dem Bereichsprozessor 132 ein Taktsignal zur Verfügung, das den Moment der Transmission eines Radarpulses von dem Transmitter 104 bezeichnet. Der Empfang eines Echos, das von der Transmission herrührt, wird dem Bereichsprozessor 132 durch ein Echosignal, das von dem Detektor 120 mit Empfang des reflektierten optischen Signals von dem Detektor 120 ausgegeben wird, berichtet. Die Zeit, die zwischen der Transmission des Ladarsignals bis zum Empfang eines Echos verstrichen ist, wird von dem Bereichsprozessor 132 als der Bereich der reflektierenden Oberfläche eines Ziels, das das Echo verursacht, interpretiert. Mehrfachreflexionen oder Echos, die von einem einzelnen Radarpuls resultieren, stellen mehrfach reflektierende Oberflächen, wie zum Beispiel Oberflächen des Hauptflügels und des Rumpfes des Flugzeugs, dar. Die Bereiche dieser reflektierenden Oberflächenelemente werden von dem Bereichsprozessor 132 zu dem Computer 134 geleitet. Die Keilwinkelsignale, die von den Kodierern 124 und 128 erzeugt werden, stellen die azimutale und Höhenkoordinaten des Satzes von Echos dar, die aus einer einzelnen Transmission eines Pulses durch den Tansmitter 104 herrühren. Die Keilwinkelsignale werden von den Kodierern 124 und 128 an den Computer 134 angelegt. Dadurch hat der Computer eine dreidimensionale Ortsadresse jeder der vorhergehenden oberflächenreflektierenden Element in Form von Bereichswerten, Azimutalwerten und Höhenwerten. Die optischen Keile 114 und 116 richten den nächsten übertragenen Puls des Transmitters 104 in einer leicht unterschiedlichen Richtung des Abtastmusters aufgrund der Drehung der Keile 114 und 116 durch die Motoren 122 und 126. Echos, die von dem nächsten Radarpuls herrühren, beschreiben weitere oberflächenreflektierende Elemente, die in dem Computer in Form von dreidimensionalen Ortsadressen eingeloggt werden. Diese Oberflächenelemente bilden zusammen ein Bild des Ziels, was ein Flugzeug oder ein Hindernis oder beides sein kann. Diese Zieldaten werden von dem Radar 54 zu dem Speicher 62 ausgegeben, um ein Bild des Ziels bereitzustellen.
5 zeigt eine Schnittansicht des Scanners 112 für eine mögliche Orientierung der Keile 114 und 116 relativ zueinander. Jeder Keil 114, 116 ist aus einem optisch durchlässigen Material konstruiert, wie zum Beispiel Glas, und wird innerhalb eines umlaufenden Randes 136 gehalten. Die Ränder 136 treten mit den entsprechenden Motoren 122, 126 und den Kodierern 124, 128 von 4 in Eingriff für das Steuern des Strahls 56 und für das Berichten der Orientierung des Strahls 56. Bei einer alternativen Ausführungsform des Scanners 112 von 4 zeigt 6 einen Scanner 112A, der holografische optische Elemente 138 und 140 anstatt der Keile 114 und 116 von 5 einsetzt. Jedes der Elemente 138 und 140 wird aus einem optisch durchlässigen Material konstruiert und wird mit einem Satz von Nuten und verzahnten Rillen in Art eines Fragments einer Fresnelschen Zonenplatte bereitgestellt, wobei die Abstände der Nuten und der Rillen in einer gut bekannten Art und Weise variiert. Jedes der Elemente 138 und 140 ist in der Lage, einen Strahlungspfad, der sich durch das entsprechende Element 138, 140 ausbreitet, abzulenken. Das Element 138 kann innerhalb des ersten der Ränder 136 von 5 statt des Keils 114 plaziert sein, und das Element 140 kann in dem zweiten Rand 136 statt des Keils 116 plaziert sein. Beispielhaft sind die Keile 114 und 116 in 5 in einer Rotationsbeziehung von 180° für die Übertragung des Strahls 56 in einer Richtung parallel zu der Achse des Teleskops 110 (4) dargestellt, während die holografischen optischen Elemente 138 und 140 mit einer relativen Drehung von 90° bei gleichen Höhen- und Azimutalwinkeln dargestellt sind.
Beispielsweise kann in der Konstruktion des Scanners 112 der Keilwinkel 25° für jeden der Keile 114 und 116 sein. Der resultierende Durchmesser des Abtastmusters, das in 7 gezeigt ist, beträgt 175 Meter bei einem Abstand von 100 Metern. Wenn einer der optischen Keile mit 1500 Umdrehungen pro Minute (rpm) gedreht wird und der zweite der Keile mit 1740,642 rpm gedreht wird, wird das Abtastmuster von 7 innerhalb einer Abtastsekunde erzeugt, mit einer weiteren Verzahnung von aufeinanderfolgenden Abtastpfaden mit nachfolgenden Drehungen der Keile 114 und 116. Das Abtastmuster von 7 ist beispielhaft gezeigt und andere Formen der Abtastung können eingesetzt werden, wie zum Beispiel die Verwendung oder eine Rasterabtastung, die durch geeignete Drehung der optischen Keile erhalten wird.
Es versteht sich, daß die oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung nur illustrativ sind und daß Modifikationen hieran sich dem Fachmann ergeben. Folglich wird diese Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt angesehen, sondern soll nur durch die angefügten Ansprüche beschränkt werden.

Claims

Andocksystem (46) für Flugzeuge, das aufweist: eine Abbildungseinrichtung (54, 62) für das Betrachten des Gebietes eines Andockplatzes (18) und eines Flugzeuges (20), das sich dem Andockplatz nähert, wobei die Abbildungseinrichtung dreidimensionale Bilder und Orte des Flugzeuges und von Hindernissen in dem Andockgebiet zur Verfügung stellt, eine Schablonen- bzw. Vorlageneinrichtung (64, 66) für das zur Verfügung stellen von dreidimensionalen Vorlagen einer Mehrzahl von Flugzeugkandidaten, wobei die Vorlageneinrichtung eine Einrichtung für das Drehen und für das Skalieren jeder der Vorlagen beinhaltet, eine Einrichtung (68) für das Korrelieren des Flugzeugbildes der Abbildungseinrichtung mit einer Mehrzahl der Vorlagen, um eine der Vorlagen auszuwählen, damit sie als ein Modell dient und um das Flugzeug zu identifizieren, wobei die Korrelationseinrichtung (68) die Orientierung des Flugzeuges ausgibt, eine Einrichtung (80), die auf das Flugzeugbild und das Modell reagiert für das Lokalisieren eines bestimmten Teiles des Flugzeuges, eine Einrichtung (80) für das Vergleichen eines Ortes des bestimmten Teiles des Flugzeuges relativ zu einem vorbestimmten Fahrweg zu dem Andockplatz, eine Einrichtung (60) für das Signalisieren von Führungsdaten zu einem Piloten des Flugzeuges für das Lotsen des Flugzeuges entlang des Fahrweges zu dem Andockplatz und eine Einrichtung (78), die mit der Abbildungseinrichtung (54, 62) verbunden ist, für das Identifizieren der Anwesenheit von einem der Hindernisse in dem Andockgebiet, und wobei die Signalisierungseinrichtung (60) die Anwesenheit von einem der Hindernisse in dem Andockgebiet signalisiert.
System (46) nach Anspruch 1, wobei die Abbildungseinrichtung (54, 62) ein optisches Laserradar (54) aufweist mit einer Visiereinrichtung für die optische Abtastung für das zur Verfügung stellen einer dreidimensionalen Darstellung des Flugzeuges in dem Flugzeugbild und wobei das Modell ein dreidimensionales Modell ist.
System (46) nach Anspruch 1, wobei das bestimmte Teil des Flugzeuges ein Teil des Fahrgestells ist.
System (46) nach Anspruch 3, wobei das bestimmte Teil das Bugrad (26) des Flugzeuges ist.
System (46) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Signalisierungseinrichtung (60) eine Anzeige aufweist, die im Blickfeld des Piloten ist, wenn sich das Flugzeug dem Andockplatz nähert, wobei die Anzeige eine Anweisung an den Piloten darstellt.
System (46) nach Anspruch 5, wobei die Anweisung eine Anzeige eines Pfeils aufweist.
System (46) nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, das weiterhin ein Gehäuse (48) aufweist, wobei die Abbildungseinrichtung (54, 62), die Modelleinrichtung (64, 66), die Korrelationseinrichtung (68) und die Anzeige innerhalb des Gehäuses lokalisiert sind.
System (46) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Vorlageneinrichtung (64, 66) ein dreidimensionales Modell des Flugzeuges (20), das sich dem Andockplatz (18) über den Taxiway (22) nähert, zur Verfügung stellt, wobei eine Mittellinie (24) des Taxiways senkrecht zu einer Mittellinie des Andockplatzes verläuft, wobei das System (46) weiterhin eine Einrichtung aufweist für das Sichten des Flugzeuges während der Fahrt des Flugzeuges (20) entlang des Taxiways und während des Annäherns des Flugzeuges zu dem Andockplatz, einschließlich eines Einschwenkens des Flugzeuges von dem Taxiway zu dem Andockplatz, wobei die Sichteinrichtung ein Bild des Flugzeuges während der Fahrt des Flugzeuges entlang des Taxiways und während des Annäherns des Flugzeuges an den Andockplatz einschließlich des Einschwenkens des Flugzeuges von dem Taxiway in den Andockplatz zur Verfügung stellt, wobei die Korrelationseinrichtung (68) Teil einer Datenverarbeitungseinrichtung ist für das Korrelieren der Daten des Bildes mit Daten des Modells während der Fahrt entlang des Taxiways und während der Annäherung durch Drehen des Modells, um den Ort und die Orientierung des Flugzeuges relativ zu den Mittellinien des Taxiways und des Andockplatzes zu bestimmen, und das System (46) weiterhin eine Einrichtung aufweist für das Erzeugen von Anweisungen für die Korrektur des Flugzeugortes und der Orientierung.
System (46) nach Anspruch 8, wobei die Anweisung erzeugende Einrichtung eine Einrichtung für das Anzeigen der Anweisungen zu einem Piloten des Flugzeuges von einer Position außerhalb des Flugzeuges beinhaltet.
System (46) nach Anspruch 9, wobei in der das Modell bereitstellenden Einrichtung das Modell ausgewählt wird als eine beste Anpassung an ein Bild eines Flugzeuges, das aus einer Mehrzahl von Flugzeugvorlagen ausgewählt wird.
System (46) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Abbildungseinrichtung (54, 62) eine Ansicht eines Flugzeuges (20), das sich dem Andockplatz (18) über einen Taxiway (22) mit einer Mittellinie, die senkrecht zu einer Mittellinie des Andockplatzes verläuft, nähert, zur Verfügung stellt, wobei die Korrelationseinrichtung (68) den Korrelationsprozeß mit dem Bild eines Flugzeuges, das entlang dem Taxiway sowie auch in dem Andockort fährt, durchführt.