DE2551771A1

DE2551771A1 - Verfahren und vorrichtung zum anzeigen der geographischen position eines gesteuerten fahrzeugs

Info

Publication number: DE2551771A1
Application number: DE19752551771
Authority: DE
Inventors: Francis Boyer
Original assignee: Societe Francaise dEquipements pour la Navigation Aerienne SFENA SA
Current assignee: Societe Francaise dEquipements pour la Navigation Aerienne SFENA SA
Priority date: 1974-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1976-05-26
Also published as: FR2291479A1; US4053893A; FR2291479B1; DE2551771C2; GB1523618A

Description

MANITZ, FINSTERWALD & GRÄMKOW

München, den "18.11.1975 S 3151

SOOIETE 5¹RANGAISE D'EQUIPEMENTS POUR 3LA NAVIGATION AERIENNE

S.F.E.N.A.

Aerodrome de Villacoublay, VELIZY-¥ILLA.COUBLÄ.Y, Yvelines

Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Anzeigen der geographischen Position eines gesteuerten Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die dem Pilot eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, kontinuierlich seine geographische Position anzeigt, wobei diese auf einer Karte ausgedrückt wird.

Es sind bereits zahlreiche Vorrichtungen dieser Art im Betrieb oder in Entwicklung. Diese Vorrichtungen bedienen sich der folgenden drei Haupttechniken:

- Systeme mit Karten, die durch elektromechanische Einrichtungen abgerollt werden,

- Systeme mit Karten, die durch optische Einrichtungen projiziert werden (Filme), und

- Systeme mit synthetischen Karten, die elektronisch erzeugt wer-

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DR. G. MANITZ · DIPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-IN G. W. GRAMKOW ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

β MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART OO (BAD CANNSTATT) MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 7270

TEL. (089) SS 42 II. TELEX 6-29672 PATMF SEELBERGSTR.23/28.TEL.(0711)56 72 61 POSTSCHECKi MÖNCHEN 77062 - 80S

Diese Systeme besitzen gewisse Nachteile, die ihre allgemeine Benutzung beschränken: sie sind groß, schwer und kostspielig und bei den Systemen, die Angaben über die Infrastruktur des Bodens und die einzuhaltenden Routen machen, sind die Perioden, in denen die Karten auf den neuesten Stand gebracht werden, relativ lang. Außerdem ist bei der zuletzt genannten Kategorie die Fehlergefahr bei der Bestückung der Speicher hoch.

Diese Einrichtungen werden im wesentlichen in Kampffahrzeugen und in manchen Linienflugzeugen benutzt.

Die Erfindung gestattet u.a. die Verringerung dieser Nachteile, da die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht ein spezifisches kartographisches Netz speichert, sondern im Gegenteil so eingerichtet ist, daß sie die entsprechenden Karten benutzen kann, die den Unterlagen der Besatzung entnommen werden und die wesentlich häufiger veröffentlicht und auf den neuesten Stand gebracht werden. Diese Karten erhöhen außerdem auf keinen Fall die Fehlergefahr bei den von der Besatzung benutzten Informationen über die Infrastruktur.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine approximativ ausgerichtete geographische Karte bzw. ein Kartenabschnitt mit beliebiger Faltung und beliebigem Format benutzt wird und das mit Hilfe ein und derselben Einrichtung einerseits Grundinformationen zu jedem gewählten Zeitpunkt identifiziert und auf einen Rechner übertragen werden und andererseits zu jedem Zeitpunkt die geographische Position des Fahrzeugs auf der Karte unter der Einwirkung des Rechners angezeigt wird, der außerdem veränderliche Funknavigationsinformationen empfängt.

.Das Verfahren besteht ferner darin, daß die Funktion der Identifizierung der Grundkoordinaten und die Funktion der Anzeige der geographischen Position auf ein und dieselbe Punktmarke . konzentriert werden, die einerseits durch den Benutzer selbst und andererseits automatisch durch Einwirkung des Rechners über der Karte verschoben werden kann,, ngo22/0727

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine leicht bedienbare und sicher arbeitende, kompakte Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. Λ eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung,

Fig. 2 eine ähnliche Ansicht, wobei die inneren Mechanismen dargestellt sind, und

Fig. 3 eine schematische Darstellung, die die Anzeigevorrichtung und die mit ihr verbundenen Geräte zeigt.

Die erfindungsgemäße Anzeigevorrichtung besitzt einen Schlitz 1, der das Innere auf drei Seiten zugänglich macht und der durch einen oberen Teil 2 einen Seitenteil 3 und einen unteren Teil 4-abgegrenzt ist.

Im oberen Teil ist ein Fenster 5 vorgesehen, durch welches die Bezugskarte G beobachtet wird, die in den Schlitz 1 der Vorrichtung eingeschoben wurde.

In dem Seitenteil befinden sich die wesentlichen Mechanismen der Vorrichtung.

Im unteren Teil befindet sich eine Andrückvorrichtung, die im folgenden noch beschrieben wird.

Die Anzeigevorrichtung kann auf der Bordtafel installiert sein oder am Oberschenkel des Benutzers mit Hilfe eines Halters'und eines Gurts befestigt werden.

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In dem zweiten Pall werden die von der Aniseigevorrichtung aus erzeugten Befehle und Informationen, die von einem Rechner 0 der Anzeigevorrichtung gelieferten Steuerimpulse und die zu ihrem Betrieb notwendigen Speisespannungen durch ein biegsames Kabel übertragen, das an der Anzeigevorrichtung angebracht ist und in einen an der Bordtafel befestigten- Anschluß eingesteckt wird.

Die Vorrichtung wird durch einen besonderen Ein-Aus-Schalter unter Spannung gesetzt, der auf der Bordtafel angeordnet ist.

Wird die Vorrichtung eingeschaltet, so verschwindet unter der Einwirkung eines Elektromagnets ein rotes Signal PWR (Fig. 1).

Zu Beginn der Benutzung befinden sich verschiedene Druckknöpfe DiVIE (Abstand ρ ), VOR1 (Winkel Θ) und VOR2 (Fig. 1) in der Ruhestellung (herausgetretene Stellung).

Ein Bedienungshebel 6 (Fig. 2) betätigt ein System von zwei Armen 7> cLie durch eine Querachse 8 miteinander fest verbunden sind. Auf diesen beiden Armen liegt eine Platte 9 auf, die dazu dient, die Karte an die Innenfläche des Fensters 5 anzudrücken. Eine durch einen der Arme komprimierte Feder 10 erleichtert die Verriegelung in der oberen Stellung und wirkt einer Entriegelung zu ungewünschter Zeit entgegen. Der Hebel 6 überträgt in der' Entriegelungsstellung mit Hilfe eines Mikrokontakts (nicht dargestellt) eine ständige Information zur Nullstellung der Speicher des■Rechners.

Die Karte, die so¹ gefaltet ist, daß die Nutz zone im Umfang des Fensters sichtbar wird, wird zwischen die Andruckplatte und die Innenfläche des Fensters in einer solchen Stellung eingeschoben, daß sich die Meridiane annähernd vertikal erstrecken, wobei sich der Norden der Karte oben am Fenster befindet.

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Durch Betätigung des Verriegelungshebels 6 wird die Karte blockiert, indem sie gegen die Innenfläche des Fensters angedrückt wird.

Wenn sich die geeignete Karte von dem vorhergehenden !lug her noch in der Vorrichtung befindet, wobei das Andrucksystem verriegelt ist, ist es nicht erforderlich, sie herauszunehmen.

Wenn das System unter Spannung ist und die Karte eingeschoben und verriegelt ist, so schaltet der Rechner ein Signallicht "Alarm A" (Fig. 1) ein, das dem Benutzer anzeigt, daß er die Sequenz ausführen muß, die die zur Berechnung erforderlichen Grundangaben liefert.

Zwischen den Gläsern des Fensters, das aus einem doppelten Glas oder einer doppelten transparenten Platte besteht, sind zwei gabelförmige und voneinander unabhängige Zeiger 11 angeordnet, die von außen durch Knöpfe 12, die sich am Rand des Fensters oberhalb und unterhalb des Fensters befinden, betätigt werden und von dem Benutzer mit ein und demselben Meridian der Karte in Übereinstimmung gebracht werden. Die ßabelform der Zeiger gestattet ihre, beste Einstellung unabhängig von den Flugbedingungen, wobei die Gabel jedes Zeigers den Meridien umgreift.

Zwei einander zugeordnete Potentiometer 13 liefern nun dem Rechner Informationen über die Winkelstellung der Karte bezüglich der Anzeigevorrichtung. Diese Informationen sind abhängig von den jeweiligen Stellungen der Zeiger.

Der Rechner behandelt diese Informationen so, daß er aus ihnen ein ständiges Korrekturglied ableitet, das gespeichert wird. Diese Speicherung wird durch eine Einwirkung des Benutzers auf den Druckknopf I bewirkt. Da_durch wird bewirkt, daß das Signallicht A eine Sekunde lang erlischt, was anzeigt, daß die Angabe berücksichtigt wurde und daß die Phase normal abgelaufen

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— (ρ —

Verm das Anzeigelicht A wieder aufleuchtet, stellt der Benutzer die auf der Karte angegebene magnetische Abweichung mit Hilfe eines Knopfes Dein, dereinen Zeiger vor einer Skala verschiebt.

Ein dem Knopf zugeordnetes Kodierorgan überträgt die Abweichungsinformation auf einen Speicher. Dies wird wie oben bewirkt.

Auf dieselbe Weise und aus denselben Gründen erlischt das Anzeigelicht A für eine Sekunde. Wenn das Anzeigelicht wieder aufleuchtet, stellt der Benutzer numerisch den Maßstab der Karte ein, falls dieser sich von dem Maßstab der bei dem vorhergehenden Plug benutzten Karte unterscheidet. Hierzu wirkt er auf drei Rollen E (Pig.1) ein, die die Zahlen von 0 bis 9 tragen. Die rechteste Rolle zeigt die Navigationszehntel/Zoll an. Ein mit den Rollen verbundenes Kodiersystem überträgt den festgehaltenen Maßstabswert, der durch den Druckknopf I gespeichert wird. Das Signallicht A erlischt und leuchtet erst wieder im einer Panne oder eines Tests während des Betriebs auf.

Auf der linken Seite der Vorderfläche (Fig.1) sind drei Druckknöpfe (DME, VOR1 und V0R2) vorgesehen, die, wie bereits gesagt wurde, zu Beginn der Benutzung sich in der herausgetretenen Stellung befinden müssen. Jedem von ihnen ist ein kleines Anzeigelicht 14- zugeordnet.

Diese Druckknöpfe gestatten die Wahl des !Typs des Funknavigationsbezugs in Abhängigkeit von den während des betreffenden Plugs verwendbaren Punknavigationssendern.

Es sei nun der Pail untersucht, in dem man in der Fläche des .Pensters über eingebaute Sender VOR und DME verfügt: der Benutzer wählt zunächst die Frequenz auf den Empfängern aus. Dann drückt er den Druckknopf DME ein. Das entsprechende Signallicht leuchtet auf und zeigt dem Benutzer an, daß die Vorgänge, durch die die Bewegungen eines Fadens 15 (Pig.2), der eine

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Punktmarke 16 trägt, ausgelöst werden, durchgeführt werden können. Der Benutzer wirkt nun auf ein Rädchen G (Länge) so ein, daß der Faden durch den Punkt der Karte läuft, der die Funknavigationssender DME darstellt. Das Rädchen, das mit einer Rückstellung auf Null versehen ist und mit einem Potentiometer verbunden ist, wirkt über die Ausgangsstufe des Rechners auf einen Motor 17 ein.

Der Motor überträgt seine Bewegung über ein Getriebe 18 auf ein mehrtouriges Potentiometer 19 und auf eine Kette 20, die mit einem Wagen 21 verbunden ist.

Die bewegliche Einheit, die durch die Kette angetrieben wird und aus dem Wagen, einer Trommel 22, und einem von Rohren 24-getragenen Nutrollenhalter 23 besteht, bewegt sich seitlich und nimmt den Faden 15 mit. Die Führung wird durch eine mit Längsnuten versehene Achse 25 gewährleistet.

Wenn der Faden in die gewünschte Stellung gebracht wurde, wirkt der Benutzer auf ein Rädchen L (Breite) so ein, daß die Punktmarke auf den den Funknavigat ions sender darstellenden Punkt der Karte gebracht wird.

Das Rädchen L, das wie das Rädchen G ausgebildet ist, wirkt über die Ausgangsstufe des Rechners auf einen Motor 26 ein.

Der Motor überträgt seine Bewegung über ein Getriebe 27 auf ein mehrtouriges Potentiometer 28 und auf die mit Längsnuten versehene Achse 25. Die Trommel 22 ist mit der mit Längsnuten versehenen Achse bezüglich Drehbewegungen fest verbunden. Der die punktförmige Marke tragende Faden ist um die Trommel in mehreren Windungen gewickelt. Die Rückleitung des Fadens geht über Spannungsnutrollen 29 im Inneren eines der Rohre 24 vor sich.

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Wenn nun die Punktmarke mit dem den Funknavigationssender darstellenden Punkt der Karte in Übereinstimmung ist, dann speichert der Benutzer die Positionsinformation durch den Druckknopf I. Diese Information wird dem Rechner durch die mehrtourigen Potentiometer geliefert. Die Aufnahme der Information durch den Speicher bewirkt die Erlöschung des dem Druckknopf DME zugeordneten Signallichtes. Die Rädchen sind unwirksam und der Rechner hält den Mechanismus an und erwartet einen zweiten Bezug·

Sobald das Signallicht erloschen ist, kann der Benutzer die zweite Einrichtung wählen: durch Eindrücken des Druckknopfes V0R1 leuchtet das entsprechende Signallicht auf, was dieselbe Bedeutung wie im Fall von DME hat.

Da im vorliegenden Fall die Funknavigationssender miteingebaut sind, erhält man den den Sender "VOR darstellenden Punkt unmittelbar und die Einwirkung auf I bewirkt ihre Speicherung und die Erlöschung des zugeordneten Signallichtes.

Bei der Wahl der Einrichtungen VOR1 und Y0R2 wäre es erforderlich, zwei getrennte Bestimmungen vorzunehmen, wie es bei der Einrichtung DIvIE beschrieben wurde.

Nach der Speicherung der zweiten Einrichtung paßt der Rechner die Peilungs- und Distanzinformationen an, die er von den Empfängern R (YOR und DME) erhält.

Diese Informationen werden unter Berücksichtigung der gespeicherten Korrekturglieder behandelt, so daß zwei Signale U (x) und V (y) erzeugt werden, die den Motor 17 bzw. den Motor 26 steuern. Die Punktmarke 16, die das Fahrzeug darstellt, gelangt an einen Punkt, der bezüglich der Karte die gegenwärtige Stellung des Flugzeugs anzeigt. Während des Fluges behandelt der Rechner ständig die Informationen der Empfänger VOR und DME und die Punktmarke beschreibt auf der Karte die kontinuierliche Route des Flugzeugs und informiert den Benutzer ständig über seine Position, .· wodurch die Abweichungen und Korrekturen verringert werden.

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Wenn der Benutzer während des Flugs entscheidet, als Bezug einen Sender zu benutzen, dessen Position günstiger ist, wirkt er auf den Druckknopf der betreffenden Einrichtung ein und bringt ihn dadurch in die Ruhestellung. Nach der Einstellung des entsprechenden Empfängers auf die neue Frequenz wirkt er wieder auf den Druckknopf ein. Das diesem zugeordnete Signallicht leuchtet auf.

Der Benutzer wirkt auf die Rädchen G- und L auf die oben bei der Wahl der Einrichtung DME beschriebene Weise ein, so daß die Position des neuen Senders angezeigt wird. Nach Speicherung dieser Information durch Einwirkung auf den Druckknopf I erlischt das dem betreffenden Druckknopf zugeordnete Signallicht und die das Fahrzeug darstellende Punktmarke zeigt die gegenwärtige Position des Flugzeuges an. Die Anzeigevorrichtung nimmt wieder ihre Funktion auf. Eine Einwirkung auf die Rädchen G und L ist nun.ohne Wirkung. Dieses Verfahren ist auf alle Fälle anwendbar, und zwar entweder auf eine Positionsänderung unter Beibehaltung desselben Bezugstyps oder auf eine Änderung des Bezugstyps (beispielsweise VOR-VOR anstelle von VOR-DME).

Zwei zusätzliche Druckknöpfe WPT1,und WPT2 (Punkte der Route), die jeweils mit einem Signallicht 30 versehen sind, sind rechts von dem Signallicht A angeordnet.

Diese Druckknöpfe gestatten es, dem Rechner durch dasselbe Wähl- und Anzeigeverfahren wie bei den Bezügen ein Ziel oder zwei aufeinanderfolgende Ziele oder Zwischenpunkte auf der Route anzugeben. Der Rechner, der die Position des oder der Ziele gespeichert hat, liefert dem Selbststeuergerät PA die Informationen, die Führung des Flugzeugs zu dem ersten gewählten Ziel und dann gegebenenfalls zu dem zweiten Ziel gestatten.

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Schließlich kann der Benutzer auf der Glasscheibe, die die Vorderseite des Fensters bildet, mit Hilfe eines geeigneten Stiftes mehr oder weniger komplexe Routen aufzeichnen, die ihm die sichere und bequeme Durchführung des Fluges auf diesen Routen durch manuelle oder einfache automatische Steuerung gestatten.

- Patentansprüche 609822/0727

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Anzeige der geographischen Position eines mit einem Rechner ausgerüsteten, gesteuerten Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet , daß eine annähernd ausgerichtete geographische Karte oder ein geographischer Kartenabschnitt mit beliebiger Faltung und beliebigem Format benutzt wird und daß mit Hilfe ein und derselben Ausbildung von Einrichtungen einerseits Grundinformationen identifiziert und zu jedem gewählten Zeitpunkt auf den Rechner übertragen werden, und zwar Ausrichtungsbezug auf einen Meridian der Karte, Bezug der magnetischen Abweichung der Karte, Bezug des Maßstabes der Karte, Koordinaten mindestens eines auf der Karte gewählten Funknavigationssenders, Koordinaten mindestens eines gewählten Ziels auf der Karte und gegebenenfalls Koordinaten mindestens eines Zwischenpunktes der Route, und andererseits zu jedem Zeitpunkt auf der Karte unter der Einwirkung des Rechners, der außerdem die veränderlichen Funknavigationsinformationen des gewählten Senders empfängt, die geographische Position des Fahrzeugs angegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Identifizierung der Grundkoordinaten und die Funktion der Angabe der geographischen Stellung auf eine gemeinsame Punktmarke konzentriert sind, die über der Karte bewegt werden kann, und zwar einerseits durch den Benutzer selbst, der diese Punktmarke auf der Karte mit einem Funknavigationssender, mit einem Ziel oder mit einem Punkt der Route, wobei die Koordinaten dieser Punkte auf den Rechner übertragen sind, in Übereinstimmung bringen kann, und andererseits automatisch durch Einwirkung des Rechners, der die veränderlichen Funknavigationsinformationen, die er emfängt, unter Berücksichtigung der empfangenen Grundinformationen behandelt.

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3. Verfahren nach. Anspruch 1, dadurch gekennz eichn e t , daß man die Funktion der Identifizierung der .Grundbezüge (Ausrichtung auf den Meridian, magnetische Abweichung und Maßstab) mit Hilfe von getrennten Einrichtungen erhält, die dem Piloten zur Verfugung stehen.
4-. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Identifizierung der Ausrichtung durch in Übereinstimmungbringen einer Ausrichtungseinrichtung mit dem Meridian der Karte vor sich geht.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch g e k e η η «- zeichnet , daß die Karte eine gebräuchliche Navigationskarte sein kann, die in kurzen Zeitabständen auf den neuesten Stand gebracht wird.
6. Kompakte, leicht bedienbare und sicher arbeitende Vorrichtung zur Anzeige der geographischen Position zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet , daß sie einen auf drei Seiten offenen Schlitz (1) zur Aufnahme der grob ausgerichteten Karte, die gegebenenfalls gefaltet ist und hervorstehen kann, und ein darüber angeordnetes Fenster (5) besitzt, wobei die Punktmarke (16) entweder von dem Benutzer selbst oder durch Einwirkung der Ausgangssignale des Rechners in der Fläche des Fensters verschoben werden kann und jede Stellung in dem Fenster einnehmen kann.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausrichtung mit dem Meridian der Karte aus Zeigern (11) besteht, die mit dem Meridian in Übereinstimmung gebracht werden, wobei zwei zugeordnete Transduktoren (13) dem Rechner Informationen der Winkelstellung der Karte bzüglich der Anzeigevorrichtung liefern, die eine Funktion der jeweiligen Stellungen der Zeiger sind.

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8. Vorrichtung nach. Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Zeiger gabelförmig sind, so daß sie durch einfaches Umgreifen des Meridians in Übereinstimmung gebracht v/erden können.
9· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Verriegelung der Karte an der Rückseite des Fensters besitzt, die die Karte fest, hält und ein mehrmaliges Falten der Karte gestattet, wobei die Verriegelung der Vorrichtung eine Voraussetzung für den Betrieb des Rechners bildet.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsvorrichtung eine Andrückplatte (9) besitzt, die die Karte an der Rückseite des Fensters (5) blockiert, das aus zwei Gläsern besteht, zwischen denen sich die Punktmarke bewegt, wobei die Vorderseite des Fensters die Aufzeichnung aller beliebigen vorübergehenden Angaben durch den Benutzer gestattet.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Punktmarke an einem Faden (15) angebracht ist, der parallel verschoben werden kann (Abszissenbewegung), um eine Länge zu erhalten, und auf- und abgerollt werden kann (Ordinatenbewegurig), um eine Breite zu erhalten.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kette, die aus einem Motor, einem mehrtourigen Potentiometer und einem Wagen zur Parallelverschiebung besteht, und eine Kette, die aus einem Motor, einem mehrtourigen Potentiometer und einer auf dem Wagen montierten Auf- und Abrolltrommel be-

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steht, die beiden Bewegungen der Bildmarke gestatten, wobei die Motoren (17»26) entweder durch den Benutzer oder durch die Aussangssignale des Rechners gesteuert werden können.

13· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Abweichungsbezugs mit Hilfe eines einfachen Druckknopfes (D) und die Einstellung der Koordinatenbezüge mit Hilfe von einfachen Rädchen (G und L) vor sich geht, daß die Einstellung des Maßstabsbezugs drei Rädchen (E) aufweist und daß die "Vorrichtung mit Signallichten versehene Druckknöpfe insbesondere zur Wahl der Funknavigationsbezüge (Sender, Ziele, Punkte auf der Route) besitzt.

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