DE69921518T2

DE69921518T2 - Verfahren zur Durchführung der automatischen Neigungssteuerung einer Radarantenne in einem Flugzeug

Info

Publication number: DE69921518T2
Application number: DE69921518T
Authority: DE
Inventors: Martin M. Timonium Morici; Stephen D. Redmond Hammack; Kevin J. Kent Conner; Daryal Bellevue Kuntman; Jim Olathe Joyce
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: US6236351B1; DE69921518D1; EP1095290A2; EP1095290B1; WO2000003263A2; DE69923776T2; WO2000003263A3; DE69923776D1; ATE280954T1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Bordradare und insbesondere Steuereinrichtungen für Bordradare. Radar wird häufig durch verschiedene Scans sequenzialisiert, wobei jeder Scan oder Satz von Scans fest einer bestimmten der von dem Radar durchgeführten Aufgaben zugeordnet ist. Die Scansequenz und die zugeteilte Zeit für jede Scanart begrenzt die Art und Anzahl von Datenerfassungsaufgaben, die der Radar unterstützen kann. In den derzeitigen Bordradaren wechselt der Radar zwischen Scans zur Ermittlung des Scherwinds und des Wetters bei geringer Flughöhe. Bei einem im Handel erhältlichen Radar erfasst ein Scan Wetterdaten und drei Scans ermitteln den Scherwind. Selbst bei diesen derzeitigen Frequenzen ist die Funktion zum Erfassen der Wetterdatenmenge unwesentlich. Zusätzliche Datenerfassungsaufgaben können daher nicht zum Radarscanplan bestehender Radare hinzugefügt werden, ohne die Wetterradarleistung zu beeinträchtigen.
Heutige Bordradarsysteme erfordern des Weiteren, dass der Pilot den Neigungswinkel der Radarantenne von Hand steuert, um nach den erwünschten Daten, in der Regel dem Wetter, zu scannen. Ein Beispiel des manuellen Einrichtens der Neigung ist in „RDR-4B Forward Looking Windshear/Weather Avoidance Radar System Pilot's Manual with Radar Operating Guidelines" von AlliedSignal Aerospace Commercial Avionics Systems, ACS-5082, überarbeitete Version 1, Juli 1996, beschrieben.
Das Pilotenhandbuch beschreibt die Vorgehensweise zum Auswählen der Antennenneigung, um nach dem Wetter scannen. Diese Vorgehensweise erfordert, dass der Pilot die Neigung der Antenne für jede Reichweitenskala manuell anpasst, bis „ein Sprenkel Bodenecho" am äußeren Rand der Anzeige sichtbar ist. Bei größeren Reichweitenskalen (> 80 nm) sind die Bodenechos möglicherweise nicht sichtbar, was einen optimalen Entschluss für eine Antennenneigung aufgrund der fehlenden Geländeechos schwierig gestaltet. Bei diesen Reichweiten ist es für den Piloten schwierig, einen Unterschied zwischen Wetterechos und starken Bodenechos zu erkennen, ohne die Antennenneigung kontinuierlich anzupassen, um zu sehen, ob die Echos verschwinden, wenn der Antennenstrahl nach oben angepasst wird. Da sich die Flughöhe des Flugzeugs in Bezug auf die Zielhöhe ändert, muss der Antennenneigungswinkel angepasst werden, um die korrekte Positionierung des Radarstrahls in Bezug auf das Ziel beizubehalten. Diese Erfordernis erhöht die Arbeitslast des Piloten und bildet mögliche Schwierigkeiten beim Maximieren der Effektivität und der Nutzung des Radarsystems. Darüber hinaus muss der Pilot außerdem regelmäßige Anpassungen an der Wetterradarneigung vornehmen, um einen optimalen Wettersichtneigungswinkel beizubehalten.
In allgemeinen Flugzeugradaren gibt es zwei verschiedene automatische Neigungsfunktionen:
Automatische Neigung auf Grundlage der barometrischen Flughöhe und der Auswahl der Reichweite.
Automatische Neigungswinkelkompensierung auf Grundlage von Flughöhenänderungen.
Bei der ersten Umsetzung empfängt der Radar die barometrische Flughöhe vom Flugdatencomputer und berechnet einen Neigungswinkel, so dass der Radarstrahl beim ausgewählten Anzeigebereich auf den Boden auftrifft. Da die automatische Neigungswinkelberechnung auf der barometrischen Flughöhe und nicht auf der absoluten Höhe über dem Boden basiert, kann dieses Verfahren je nach den örtlichen Druckbedingungen als auch der faktischen Geländehöhe in unterschiedlichen Bodenechoniveaus auf der Anzeige resultieren. Die Akzeptanz dieses Verfahrens durch den Piloten ist bestenfalls eingeschränkt. Es ist definitiv nicht für Lufttransportbesatzungen geeignet.
Bei der zweiten Umsetzung ist es dem Piloten möglich, ein anfängliches Einrichten des Neigungswinkels vorzunehmen. Dies räumt die mit dem ersten Verfahren verbundenen Probleme aus. Wenn die automatische Neigungssteuerung dann aktiviert wird, kompensiert das System automatisch die erforderlichen Neigungsänderungen, wenn sich die Flughöhe des Flugzeugs ändert. Hierbei handelt es sich im Grunde um einen automatischen Neigungsänderungskompensator. Dieses Verfahren geht jedoch unrealistischerweise davon aus, dass das Gelände vor dem Flugzeug flach oder andernfalls unbekannt ist. Dieses Verfahren unterliegt daher noch immer Bodenechoschwankungen, wenn das Flugzeug über unterschiedliche Geländehöhen fliegt.
Dementsprechend besteht in der Industrie ein Bedarf an Verbesserungen an bestehenden Neigungssteuerungssystemen.
WO 98/07047 offenbart einen automatisch horizontal und vertikal scannenden Radar mit Geländeanzeige.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein wie in Anspruch 1 definiertes Verfahren zum automatischen Anpassen des Neigungswinkels einer Radarantenne bereit.
Das Verfahren kann die Merkmale eines beliebigen oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 7 beinhalten.
Die vorliegende Erfindung stellt außerdem ein wie in Anspruch 8 definiertes Verfahren bereit.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zum automatischen Ermitteln eines optimalen Antennenneigungswinkels für alle Wetteranzeigebereiche als auch für andere Radardatenerfassungsfunktionen, wie beispielsweise Gelände-, Turbulenzerkennungs-, Autolande- und/oder Positionsvalidierungsscans. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Radarneigungssteuerung als Funktion der Flugphase und der Flughöhe verwaltet. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird eine digitale Geländedatenbank zum automatischen Ermitteln des Neigungswinkels verwendet. Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird die Neigungsverwaltungsfunktion durch einen Computer und der Wetterradar durch die Verwendung der Position des Flugzeugs und einer Geländedatenbank automatisiert.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet das automatische Neigungssteuerungssystem die Radarreichweite, die Position des Flugzeugs (Breitengrad, Längengrad, Flughöhe und Flugrichtung), radarspezifische Parameter (Radarstrahlbreite und Pfeilwinkelgrenzwert) und eine Geländedatenbank (digitales Höhenlinienmodell), um Neigungswinkeleinstellungen für den Radar zu errechnen. Die Neigungswinkel werden automatisch aktualisiert, wenn das Flugzeug die Flughöhe ändert, beidreht oder das zu Grunde liegende Gelände einen anderen Neigungswinkel erforderlich macht. Das System macht es dem Piloten noch immer möglich, es außer Kraft zu setzen und einen Neigungswinkel manuell einzustellen.
Bei einem Aspekt der Erfindung handelt es sich um die Verwendung einer Geländedatenbank zum Kompensieren von Geländehöhenvariationen vor dem Flugzeug in unterschiedlichen Richtungen. Das Einrichten des Neigungswerts mittels segmentierter Neigung ermöglicht es dem Radar, über mehrere Segmente seines Pfeilwinkels neigungsverwaltet zu werden. Im Wetterradarmodus verbessert die Verwendung von Segmenten die Fähigkeit des Radars, Bodenechos zu minimieren, was eine bessere Sturmzellenerkennung vereinfacht.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein automatisches Radarneigungssystem, das auf der Verwendung der Geländehöhendaten im „Enhanced Ground Proximity Warning System" (EGPWS, erweitertes Bodennäherungswarnsystem) basiert. Systeme des EGWPS-Typs sind auch unter anderen Akronymen bekannt, wie beispielsweise TAWS für „Terrain Awareness Systems", GOCAT und GCAS für „Ground Collision Avoidance Systems". Die hierin beschriebenen Erfindungen sind nicht auf eine bestimmte Art von Bodennäherungswarnsystem, das in Verbindung mit einer Geländedatenbank verwendet wird, beschränkt und die Begriffe „EGPWS", „EGPWC" und „Systeme zur Vermeidung von geländebasierten Kollisionen" oder andere zuvor aufge führte Akronyme beziehen sich kollektiv auf jedes derartige System und alle derartigen Systeme. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die derartige Systeme verwenden, ermittelt das EGPWS auf Grundlage der Flughöhe des Flugzeugs über dem Gelände und der Geländebedingungen der Region den Neigungswinkel zum Abtasten des Geländes. Diese Daten werden vom Radar zum Ermitteln der Neigungswinkeleinstellungen verwendet. Die automatischen Neigungswinkeleinstellungen resultieren in minimalen Bodenechos auf der Anzeige bei gleichzeitiger Beibehaltung der optimalen Wettererkennungsfunktion, wenn sie im Wettererkennungsmodus ist, und ermöglicht eine effizientere Nutzung des Radars bei Modi, die eine Erfassung von Geländedaten erfordern.
Die vorliegende Erfindung löst mehrere zusätzliche Probleme des Stands der Technik. Die vorliegende Erfindung verringert bei allen Reichweitenskalen die Anforderung an den Piloten, Bodenechos von Wetterechos zu unterscheiden. Die vorliegende Erfindung verringert bei allen Reichweitenskalen die Anforderung an den Piloten, den Antennenneigungswinkel anzupassen, um gebirgiges Gelände zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung minimiert die Anforderung an den Piloten, den Neigungswinkel manuell anzupassen, während er gleichzeitig versucht, das Flugzeug zu fliegen und um gefährliches Gelände und Wetter herum zu navigieren. Stattdessen kann der Pilot mehr Zeit darauf verwenden, Sturmmuster auf der Wetteranzeige zu analysieren. Darüber hinaus eliminiert die vorliegende Erfindung die Erfordernis, die Neigung anzupassen, wenn das Flugzeug am Boden ist, indem sie Bodenechos in Nähe des Flugzeugs minimiert.
Das von der vorliegenden Erfindung gelehrte Automatisieren der Neigungssteuerung verbessert die Effizienz jedes Datenerfassungsscans, da die Wahrscheinlichkeit, dass der Radarstrahl adäquat gezielt ausgerichtet wird, erheblich erhöht wird. Dieser Anstieg der Datenerfassungseffizienz macht weiterhin die Verwendung eines einzigen Radars zum Ausführen mehrerer Arten von Datenerfassungsscans möglich, ohne dass dies die Frequenzen der Wetteraktualisierungen, an die sich Piloten gewöhnt haben, zu beeinträchtigen scheint.
Andere Merkmale und Vorteile der Anmeldung werden bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der angehängten Zeichnungen offensichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt den Neigungswinkel als Funktion der Flughöhe über dem Gelände gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Ablaufschaubild, das die automatische Errechnung des Neigungswinkels gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt;
3 ist ein Schaubild, das die Koordinaten zum Berechnen des Erhebungswinkels darstellt;
4 ist ein Schaubild, das die winkelförmige Segmentierung einer Anzeige darstellt;
5 ist eine Seitenansicht, die den Scanalgorithmus darstellt;
6 ist eine Draufsicht, die den Scanalgorithmus darstellt;
7A und 7B sind Blockschaubilder eines Neigungssteuerungssystems;
8 ist ein Ablaufschaubild, das die automatische Errechnung des Neigungswinkels gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt;
9 ist ein Schaltbild, das verschiedene Scanstrahlen und die daraus resultierenden Anzeigen darstellt; und
10 ist ein Graph, der das Frequenzhistogramm für die berechneten Neigungswinkel darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Beispiel eines Wetterradarsystems, das für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wird in der US-Patentschrift 5,831,570 mit dem Titel „Improved Radar Resolution Using Monopulse Beam Sharpening" beschrieben. Diese Anmeldung ist hiermit als Referenz in jeder Hinsicht aufgenommen. Andere Radare können verwendet werden und die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Neigungsverwaltung unter Verwendung eines Flughöhenplans
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird die Radarneigung unter Anwendung der tatsächlichen Höhe über dem Boden gemäß eines vorbestimmten Plans eingerichtet, um den Radarneigungswinkel als Funktion der Flugphase und der Flughöhe des Flugzeugs zu steuern. Diese Gestaltung eliminiert jegliche Erfordernisse einer manuellen Neigungssteuerung. In dieser Ausführungsform der Erfindung kann eine Geländedatenbank (sehr geringe Auflösung) als Eingabe zur Radarsteuereinrichtung verwendet werden. Die automatische Neigungssteuerung kann beispielsweise zum Betrieb gemäß der in 1 bildlich dargestellten und im Folgenden beschriebenen Flugphase eingeplant werden.
Landung, Startvorgang und Steigflug (unter 20.000 Fuß AGL):
Während des Startvorgangs und anfänglichen Steigflugs bis 2500 Fuß AGL ist eine Neigung von +4 Grad zum Scannen nach Wetter ausreichend. Zwischen 2500 Fuß AGL und 10.000 Fuß AGL ist der Neigungswinkel alle gestiegenen 750 Fuß um 0,25 Grad zu reduzieren. Zwischen 10.000 Fuß AGL und 20.000 Fuß AGL ist der Neigungswinkel alle gestiegenen 1250 Fuß um 0,25 Grad zu reduzieren.
Landung (unter 20.000 Fuß AGL):
In 1 ist der automatische Neigungsplan bei Landung das Gegenteil vom Steigflugvorgang. Zwischen 20.000 und 10.000 Fuß AGL wird der Neigungswinkel alle heruntergegangenen 1250 Fuß um 0,25 Grad erhöht. Zwischen 10.000 und 2500 Fuß AGL wird der Neigungswinkel alle heruntergegangenen 750 Fuß um 0,25 Grad erhöht.
Zwischen 2500 Fuß AGL und der Landung wird eine Vier-Grad-Neigung zum Scannen nach Wetter verwendet.
Reiseflug (mehr als 20.000 Fuß AGL):
Bei Reichweiten über die Sichtlinie hinaus von bis zu 320 nautischen Meilen wird der Neigungswinkel berechnet, um den Strahl auf 20.000 Fuß AGL bei der Sichtlinienreichweite zu zentrieren. Bei Reichweiten unterhalb der Sichtlinie werden die Neigungswinkel so berechnet, um den Strahl hoch genug zu halten, so dass Echos von Bodenzielen mit einem Äquivalent von 50 dBZ (dBZ = log 10 [Reflektivitätsfaktor Z] Reflektivität unterdrückt und gleichzeitig der Strahl auf ungefähr 20.000 +/–2000 Fuß zentriert wird. Der minimale Neigungswinkel beträgt vorzugsweise nicht weniger als –10 Grad. Die Reichweiten, die mit einer Neigung von 10 Grad nach unten nicht erfasst werden können, können unter Anwendung von Bodenstabilisierung erfasst werden.
Der gemäß 1 bereitgestellte Neigungswinkel zum Scannen nach Wetter kann auch bei Systemen, die den Wetterradar für andere Datenerfassungsaufgaben verwenden, eingesetzt werden. Wenn der Radar beispielsweise einen Geländedatenerfassungsscan ausführt, kann der optimale Neigungswinkel zum Erfassen von Wetterdaten von 1 ± eines Neigungsversatzwinkels zum Liefern eines für das Scannen von Gelände geeigneten Neigungswinkels verwendet werden.
Neigungsverwaltung unter Verwendung einer Geländedatenbank
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung berechnet die Geländedatenbank automatisch den Neigungswinkel unter Anwendung einer alternativen Technik. Eine für die Verwendung mit der aktuellen Erfindung geeignete Geländedatenbank wird in der US-Patentschrift 5,839,080 mit dem Titel „Terrain Awareness System" beschrieben. Eine derartige Datenbank ist Bestandteil des von AlliedSignal gefertigten Enhanced Ground Proximity Warning System (EGPWS). Es können andere Geländedatenbanken und/oder geländebasierte Bodennäherungswarnsysteme verwendet werden. Zur einfacheren Veranschaulichung wird im Folgenden und im Ablaufschaubild von 2 eine Technik zum Berechnen von Neigungswinkeln unter Verwendung der Variablen des EGPWS-Systems beschrieben. 8 enthält ein hochgradigeres, konzeptionelleres Ablaufschaubild. Die Erfindung ist somit nicht eingeschränkt. In der veranschaulichenden Ausführungsform weist die Erfindung die folgenden Eingaben auf:
Eingaben

1. Flughöhe des Flugzeugs beispielsweise bezüglich der Meereshöhe [alt]
2. Position des Flugzeugs beispielsweise im Breitengrad [lat]
3. Position des Flugzeugs beispielsweise im Längengrad [lng]
4. Geländedatenbank [trn (ilat, ilng)], wobei ilat für den Breitengradindex und ilng für den Längengradindex steht
5. Radarreichweitenskala in beispielsweise nautischen Meilen (10, 20, 40, 80, 160, 320) [RS]
6. Datenbankzellgröße in beispielsweise nautischen Meilen (0,25, 0,5, 1,0, 2,0, 4,0) [CS]
7. Erhebungsstrahlenbündel mit halber Leistung des Wetterradars beispielsweise in Grad (d. h. die winkelförmige Entfernung von der Hauptantennenachse – gemessen in der vertikalen Ebene, die die Hauptantennenachse beinhaltet –, bei der die Signalstärke auf die Hälfte des maximalen Werts fällt) [elbw]
8. Flugrichtung des Flugzeugs bezüglich Norden (wobei plus im Uhrzeigersinn vom Norden ist) [hdg]

Das Schema von 2 ermittelt zunächst die Werte der Variablen der Flugzeugposition. Dann werden für jeden Breitengradindex innerhalb der Radarreichweitenskala und von 90 Grad der Flugrichtung des Flugzeugs der minimale und der maximale Längengradindex innerhalb derselben Grenzwerte ermittelt. Der Breitengradindex wird danach auf den minimalen Breitengradindex innerhalb der Reichweitenskala und von 90 Grad der Flugrichtung des Flugzeugs eingerichtet und der Längengradindex auf den minimalen Längengradindex innerhalb der Reichweitenskala und von 90 Grad der Flugrichtung des Flugzeugs und so eingerichtet, dass er den Breitengradindex schneidet. Es wird eine maximale Winkelvariable (MaxAng) erstellt und auf minus 90 Grad eingerichtet. Das Schema von 2 berechnet anschließend die Entfernung zwischen dem Flugzeug und dem Geländedatenbankpunkt, der dem Breitengradindex und dem Längengradindex entspricht.
Unter Kompensierung der Erdkrümmung und Radardiffraktion gemäß Fachmännern bekannten Techniken wird der Erhebungswinkel zwischen dem Flugzeug und der Geländedatenbankzelle (ElAng) gemessen und mit der maximalen Winkelvariablen verglichen.
Die Berechnung von ElAng bezüglich der Erdoberfläche wird unten abgeleitet, die Parameter und die Geometrie sind in 3 bildlich dargestellt.
Ableitung

Re

Erdradius

Ha

Höhe des Flugzeugs über der Oberfläche bei (Lat0, Lng0)

Ho

Höhe des Hindernisses über der Oberfläche bei (Lat1, Lng1)

R

Reichweite zum Hindernis

El

Neigungswinkel

S

Oberflächenentfernung zum Hindernis

Oberflächenentfernung

S2 = (Lat0 – Lat1)2 + (Cosinus(Lat0)·(Lng0 – Lng1))2

Theta

θ = S/Re

Durch Überprüfung:

Cosinus(θ) = (Re + Ha)/(Re + Ho + h)

Auflösung für h:

h = (Re + Ha)/Cosinus(θ) – (Re + Ho) x1 + x2 = (Re + Ha)·Tangens(θ) x1 = (Re + Ho)·Sinus(θ) x2 = (Re + Ha)·Tangens(θ) – (Re + Ho)·Sinus(θ) y1 + y2 = Re + Ha y1 = (Re + Ho)·Cosinus(θ) y2 = (Re + Ha) – (Re + Ho)·Cosinus(θ)

Im Folgenden, wie in 3 bildlich dargestellt, der Erhebungswinkel im Winkel zwischen einer entlang des Flugwegs des Flugzeugs und der Spitze eines sich entlang des Flugwegs des Flugzeugs befindlichen Hindernisses projizierten Linie. Dieser Winkel wird in Minusgraden gemessen, wenn die Höhe des Hindernisses weniger als die Höhe des Flugzeugs ausmacht. Aus offensichtlichen Gründen wird dieser Winkel manchmal als der Depressionswinkel bezeichnet, wenn das Hindernis sich unter dem Flugzeug befindet.
Mit Bezug zurück auf 2 wird, wenn der Erhebungswinkel mehr als der maximale Winkel beträgt, der maximale Winkel mit dem Erhebungswinkel gleichgesetzt. Wenn der Erhebungswinkel nicht mehr als der maximale Winkel beträgt, wird der Längengradindex um Eins erhöht. Der Längengradindex wird dann mit dem maximalen Längengradindex innerhalb der Reichweitenskala und von 90 Grad der Flugrichtung des Flugzeugs, der den Breitengradindex schneidet, verglichen. Wenn der Längengradindex nicht mehr als der maximale Längengradindex beträgt, schaltet der Algorithmus in Schleife zur Errechnung der Entfernung zwischen dem Flugzeug und dem Geländedatenpunkt, der dem Breitengradindex und dem Längengradindex entspricht, zurück. Wenn der Längengradindex mehr als der maximale Längengradindex beträgt, wird der Breitengradindex um Eins erhöht. Der Breitengradindex wird dann mit dem maximalen Breitengradindex innerhalb der Reichweitenskala und von 90 Grad der Flugrichtung des Flugzeugs verglichen. In einer möglichen Ausführungsform wird, wenn der Breitengradindex nicht mehr als der maximale Breitengradindex beträgt, der Längengradindex mit dem minimalen Längengradindex innerhalb der Reichweitenskala und von 90 Grad der Flugrichtung des Flugzeugs, der den Breitengradindex schneidet, gleichgesetzt und das Verfahren schaltet in Schleife zur Errechnung der Entfernung zwischen dem Flugzeug und dem Geländedatenpunkt, der dem Breitengradindex und dem Längengradindex entspricht, zurück. In einer möglichen Ausführungsform wird, wenn der Breitengradindex mehr als der maximale Breitengradindex beträgt, der Neigungswinkel berechnet, indem der maximale Winkel zum Erhebungsstrahlenbündel mit halber Leistung des Wetterradars addiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Neigungswinkel der Antenne des Wetterradars jedes Mal, wenn sich das Flugzeug außerhalb einer Datenbankzelle bewegt, die Reichweitenskala wechselt oder eine Änderung an der Flugrichtung des Flugzeugs vornimmt, neu errechnet.
Neigungsverwaltung unter Verwendung statistischer Verarbeitung
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird der Neigungswinkel über mehrere Segmente des Radarpfeilwinkels verwaltet. Wie im Folgenden vollständiger beschrieben ermöglicht die Verwendung mehrerer Segmente dem Radar, Bodenechos besser zu verwalten, um seine Sturmerkennungsfunktion zu verbessern. Zum Verwalten von Bodenechos wird für jeden Abschnitt ein statistischer Ansatz eingesetzt.
4 stellt ein Beispiel einer segmentierten Ansicht bildlich dar, in dem die sich näher zum Flugweg befindenden Sektoren enger sind, um eine schnellere Verarbeitung und mehr Auflösung bereitzustellen.
5 und 6 stellen eine bildhafte Ansicht eines beispielhaften Scanningalgorithmusses bereit. 5 stellt den Scanningalgorithmus dar. Das Flugzeug beginnt das Scannen entlang entweder einer Längengradlinie (erste Ausführungsform) oder einer winkelförmigen Speiche (zweite Ausführungsform) und misst die Geländehöhe von einer ersten, der dem Flugzeug nächsten Zelle. Danach wird ein erster Neigungswinkel T1 berechnet. Anschließend wird auf die Geländehöhe von der nächsten Zelle zugegriffen und ein neuer Neigungswinkel T2 berechnet. Wenn ein neuer Neigungswinkel für eine sich weiter außerhalb befindende Zelle weniger als der Neigungswinkel für eine sich näher innerhalb befindende Zelle ausmacht, wird der neue Neigungswinkel ignoriert, da die sich näher innerhalb befindende Zelle den Strahl am Erreichen der geringeren Erhebung der sich weiter außerhalb befindenden Zelle hindern würde (Abschattung).
In 6 berechnet der Algorithmus pro Sektor den Erhebungswinkel zu nachfolgenden Geländeerhebungen, ausgehend von der Position des Flugzeugs (A/C) nach außen zum Ende des zutreffenden Sektors hin. Die Stufengröße für jede neue Berechnung beträgt ungefähr 3/4 einer Geländezellgröße.
Nachfolgende Sektoren 0 (SRT), 1 (LRT), 2 (SRT), 3 (LRT) usw. werden durch Aufschlüsseln der Sektoren in winkelförmige Speichen mit einer festgelegten Scanspeichenbreite gescannt. Diese Speichen sind in 6 bildlich dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Standardventil der Scanspeichenbreite derart eingerichtet, dass die Scanspeichen um 1 Grad voneinander beabstandet sind. Die Neigungswerte aller Speichen pro Sektor werden anschließend in dasselbe Histogramm eingegeben. Nach jeder Speiche werden der höchste Neigungswert und die höchste Stufengröße zurückgesetzt. Wenn alle Speichen eines SRT-Sektors (siehe unten) eingegeben worden sind, wird der SRT-Wert unter Anwendung der 95-Prozent-Regel innerhalb von 80 NM berechnet. Der LRT-Wert (siehe unten) wird unter Anwendung der 90-Prozent-Regel innerhalb von 160 NM berechnet.
Der Erhebungswinkel wird als Funktion des keilförmigen Bereichs gewichtet und in ein Histogramm eingegeben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Histogramm auf –16 bis +16 Grad beschränkt. Der berechnete Neigungswinkel darf pro Scanspeiche nicht mehr nach unten zeigen als ein vorheriger Neigungswinkel, da das Hindernis sich hinter diesem befindende Wetterzellen verdecken wird. Der Scanningalgorithmus des Histogramms wird im Folgenden ausführlicher beschrieben.
Systeme zum Umsetzen automatischer Neigungssteuerung
7A und 7B stellen generische Systeme zum Umsetzen von automatischer Neigungssteuerung bildlich dar. Andere mögliche Architekturen werden Durchschnittsfachmännern problemlos offenbar werden. In 7A setzt sich das System aus einem Neigungssteuerungscomputer 70, einem Radarbedienfeld 72, einem Wetterradarsystem 74 und einem Relais 76 zusammen. Das Bedienfeld 72 kann zum Hinzufügen eines Schalters zum Wählen zwischen manueller und automatischer Neigung modifiziert werden. Der Neigungssteuerungscomputer 70 führt die Berechnungen der Neigung durch und steuert den Datenfluss zum Radar 74. Bei der Steuerung 70 kann es sich um eine zweckbestimmte Einheit handeln oder sie kann in ein bestehendes System an Bord des Flugzeugs eingebettet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Neigungssteuersignale über einen ARINC-429-Bus übertragen. Es können andere Datenbusse verwendet werden.
Der Neigungssteuerungscomputer lässt das Relais 76 unerregt, bis die Neigungssteuerungsfunktion durch das Bedienfeld 72 aktiviert wird. In einer Ausführungsform aktiviert das Einrichten des Radarneigungswinkels auf –15° die automatische Neigungssteuerungsfunktion. Optional kann die ARINC-708A-Bit-Definition vom Bedienfeld 72 zum Aktivieren der automatischen Neigungssteuerung durch Einrichten von Kennsatz 270, Bits 17 – 22 auf „0" und Bit 23 auf „1" verwendet werden. Nach Aktivierung betätigt der Neigungssteuerungscomputer 70 das Relais 76 und treibt den Radar-R/T (Receiver/-Transmitter, Empfänger/Sender) 74 mit seinem eigenen 429-Bus an. Der vom Neigungssteuerungscomputer 70 bereitgestellte 429-Bus beinhaltet ein Echo aller Daten auf dem 429-Bus des Radarbedienfelds, wobei der befohlene Neigungswinkel –15° durch den berechneten Neigungswinkel ersetzt ist. In der Ausführungsform von 7B wird die Neigungswinkelberechnung von einem System des EGPWS-Typs 70a durchgeführt, das die automatischen Neigungsventile zur R/T-Einheit 74 und dann Neigungsbefehle zur Radarantenne ausgibt. Das Radarbedienfeld 72 kann zum Ein- und Ausschalten der automatischen Neigungsfunktion verwendet werden. Des Weiteren sind in 7B EFIS-Vorrichtungen 75 gezeigt, die eine Anzeige beinhalten können. EFIS-Einrichtungen können zur Anzeige von Daten zum Radar, zur Reichweitenauswahl und zum Status der automatischen Neigungsfunktion an den Piloten verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform sind der R/T 74 und das EFIS 75 mittels eines ARINC-453-Bus gekoppelt. Der ARINC-453-Bus gibt das befohlene Neigungsventil an das Anzeigesystem aus. Die Aktivierung des automatischen Neigungssteuerungsmodus kann durch Einrichten von Bit 16 auf „1" angezeigt werden, wenn diese Ausführungsform angewendet wird.
Eine wie in 7 & 8 beschriebene mögliche Ausführungsform der Erfindung setzt ein einfaches RDR-4B-System ein, das vom Bevollmächtigten der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde, das Folgendes beinhaltet:

• Ein oder zwei RTA-4B-Radar-Sender/Empfänger-Einheiten (RTA-4B-Radar-R/T-Einheiten),
• Einen DAA-4A-Antennenantrieb mit REA-4B-Antenne mit einem Durchmesser von 30 Zoll,
• Anzeigen/Steuerungen

Die gezeigten Ausführungsformen lassen die Installation der automatischen Neigungssteuerungsfunktion ohne Erfordernis umfangreicher Modifikation bestehender Radaranlagen oder optimalerweise als ein komplett integriertes System zu.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Radargefahrenbus-77-Ausgabe neu definiert, um die Kennsätze und das Protokoll zum Übertragen der Radarbodenechos zum EGPWC hinzuzufügen.
Das Radarbild wird auf den bestehenden 429-Bus übertragen, um die Installation zu vereinfachen. Ein Kennsatz-070-Wort und 29 Kennsatz-071-Wörter sind zum Übertragen einer Speiche von Radardaten erforderlich. Jede Anforderung wird lediglich einen Frame erzeugen.
Das Verwenden aller 512 Speichen erfordert:
512 × 30 = 15.360 Wörter
In den meisten Regionen ist es für optimierte Wettererkennung äußerst unwahrscheinlich, dass ein Neigungswinkel für die gesamte betreffende Region geeignet wäre. Unterschiedliche Reichweitenauswahlen können außerdem unterschiedliche Neigungseinstellungen erfordern. Das Verwalten des Neigungswinkels über mehrere Sektoren ermöglicht des Weiteren der Neigungslogik, Manöverflug aufzunehmen, und hilft bei der Bodenstabilisierung des Radarpfeilwinkels. Daher errechnet der Neigungssteuerungscomputer in einer Ausführungsform der Erfindung Neigungswinkel für fünf Sektoren des Antennenpfeilwinkels. Für jeden Sektor errechnet der Neigungssteuerungscomputer zwei Neigungseinstellungen:

1. Neigung kurzer Reichweite (Short Range Tilt, SRT): Ein Neigungswinkel, der mindestens 95 % des Bodens unter sich innerhalb von 25 nm (auf dem Boden) oder innerhalb von 80 nm (nautische Meilen) des Flugzeugs aufweist.
2. Neigung langer Reichweite (Long Range Tilt, LRT): Ein Neigungswinkel, der mindestens 90 % des Bodens unter sich innerhalb von 160 nm (auf dem Boden oder in der Luft) des Flugzeugs aufweist.

Wenn ein Sektor Wasser beinhaltet, sind von den SRT- und LRT-Werten für den Sektor 0,25 Grad zu subtrahieren.
Die spezifischen Neigungswinkel für SRT und LRT werden vom Radar-R/T 74 unter Anwendung der folgenden Regeln angepasst:

1. Wenn es sich bei dem Radarmodus um TEST, WX oder WX/TURB handelt, hebt der R/T 74 die vom EGPWC gesendete Neigung um ½ der Strahlenbreite (1,7 deg bei 30-Zoll- und 2,0 bei 24-Zoll-Antenne) an.
2. Wenn es sich bei dem Radarmodus um MAP handelt, wird der R/T 74 die vom EGPWS gesendete Neigung um ½ der Strahlenbreite absenken.
3. Bei einem beliebigen Radarmodus, bei dem der Geländesektor als Wasser bezeichnet ist, ist der automatische Neigungswinkel um 0,25 Grad zu verringern.

Der Radar-R/T 74 ändert die Sektorneigung in der +/–5-Grad-Übergangszone zwischen Sektoren. Beim Neigungswinkel in der Übergangszone handelt es sich vorzugsweise um eine lineare Interpolation zwischen den Neigungseinstellungen für benachbarte Sektoren.
Der Neigungssteuerungscomputer 70 bzw. 70a scannt die Geländedatenbank innerhalb des Segments und errechnet einen Erhebungswinkel zu jeder „Zelle" Gelände. Diese Erhebungswinkel werden in einem Histogramm gespeichert, das durch die Größe der Zelle gewichtet wird. Der Neigungswinkel wird mit einem annehmbaren Geländeechoprozentanteil, nominell 5 – 10 %, ermittelt. Dies ermöglicht dem Neigungswinkel das Kompensieren einzelner Spitzen, ohne eine unannehmbar hohe Neigung aufzu weisen. Anders ausgedrückt wird der berechnete Neigungswinkel beim Fliegen in der Nähe einer einzigen Spitze, wie beispielsweise Mount Rainier, diese einzelne Spitze ignorieren, solange sie nicht mehr als 10 % der sichtbaren Anzeige umfasst. Diese Vorgehensweise ist in 8 bildlich dargestellt.
Der Neigungssteuerungscomputer 70 bzw. 70a aktualisiert vorzugsweise diese Einstellungen kontinuierlich auf Grundlage von Flughöhen- und Geländeänderungen mit einer Frequenz von nicht weniger als einmal pro Minute. Diese Werte werden über den ARINC-429-Bus an die Radar-Sender/Empfänger-Einheit (Radar-R/T-Einheit) 74 gesendet. Der R/T 74 betrachtet die ausgewählten Reichweiten (bis zu drei) und wählt die Neigung kurzer Reichweite und die Neigung langer Reichweite auf Grundlage der folgenden Regeln aus:

1. Bei einer beliebigen Anzeige, die nicht das Wetter zeigt, wird diese Reichweite ignoriert, außer...
2. Wenn das Flugzeug sich auf dem Boden befindet, sind Bodenechos mit 25 nm des Flugzeugs zu minimieren.
3. Wenn alle Reichweitenauswahlen <= 80 nm sind, wird die Neigungseinstellung SRT verwenden.
4. Wenn beliebige der Reichweitenauswahlen > 80 nm sind, wird die Neigungseinstellung die LRT sein.
5. Wenn der Radar im Doppelsteuerungs-/Neigungsmodus betrieben wird, wird die Neigungssteuerung auf der Reichweitenauswahl für diesen bestimmten Scan basieren.

Beim Einsehen des automatischen Neigungssteuerungscodes liest der R/T 74 die vom Neigungssteuerungscomputer gesendeten Neigungswerte, wählt die geeigneten Werte aus und beginnt sie beim nächsten vollen Pfeilwinkel der Antenne zu verwenden. Da die Neigungswerte sich von Sektor zu Sektor verändern, gehen sie sich über einen Bereich hinaus, startend bei 5° vor dem Ende des aktuellen Sektors, und enden bei 5° im nächsten Sektor. Wenn die automatische Neigungssteuerung ausgewählt wird, jedoch nicht zur Verfügung steht, stellt der R/T 74 die Neigung auf –15° ein.
Die Vorteile des Einsetzens einer Geländedatenbank zum Steuern des Neigungswinkels sind in 9 dargestellt. 9 stellt ein Flugzeug 90, eine Wetterzelle 92 und ein Gelände 94 bildlich dar. In 9 sind ebenfalls die aus unterschiedlichen Scanningstrahlen 104 – 110 resultierenden Bildschirmanzeigen 96 – 102 bildlich dargestellt. Ein aus einem ersten Strahl 104 resultierender Over-Scan-Bildschirm 96 stellt ein Overscanningsresultat bildlich dar, bei dem der Neigungswinkel zu hoch ist und der Strahl über von Interesse seiende Wetterformationen 92 hinweggeht. Ein aus einem zweiten Strahl 106 resultierender Under-Scan-Bildschirm 98 stellt ein Underscanningsresultat bildlich dar, bei dem der Neigungswinkel zu niedrig ist und der Strahl unter dem Großteil der Wetterformation 92 hinweggeht und auf das Gelände 94 auftrifft. Ebenfalls gezeigt ist ein dritter Strahl 108, automatisch geneigt, jedoch ohne Geländedaten. Der Bildschirm 98 zeigt lediglich ein Geländebodenecho. Schließlich ist ein vierter Strahl 110 auf Grundlage von Daten von einer Geländedatenbank geneigt. Der Neigungswinkel wird so ausge wählt, dass der vierte Strahl 110 sich knapp über den Geländemerkmalen befindet, um durch die von Interesse seienden Wetterformationen 92 hindurchzugehen.
Neigungsverwaltung unter Verwendung von Histogrammen
Der Histogrammalgorithmus ist in 10 dargestellt, der ein vereinfachtes Muster zu Veranschaulichungszwecken bereitstellt. Es ist die Anzahl (Frequenz, Y-Achse) an Geländezellen, die eine Geländehöhe, die sich aus dem gegebenen Neigungswinkel ergeben, aufweisen, für einen gegebenen Neigungswinkel (x-Achse) innerhalb eines Bereichs von Neigungswinkeln geplottet. In 10 liegt bei θ1 ein Ausreisser vor, der nur eine in θ1 resultierende Zelle anzeigt. Es ist nicht erforderlich, den Neigungswinkel auf θ1 einzustellen, da eine Zelle nur ein sehr kleiner Teil der gesamten gescannten Region ist.
Stattdessen wird die Summe der Frequenzen von allen θ's ermittelt und mit der Gesamtgewichtung gleichgesetzt. Dann wird eine laufende Summe erzeugt, um ein θ zu finden, so dass der Anteil der laufenden Summe an der Gesamtgewichtung dem annehmbaren Bodenechoniveau gleichkommt. In 10 ist die Gesamtgewichtung 33. Wenn das annehmbare Bodenechoniveau 10 % beträgt, kommt die laufende Summe 3 bei θ3 gleich.
Wie im Folgenden beschrieben wird der Histogrammeintrag in einer bevorzugten Ausführungsform durch den Bereich der Zelle, aus dem die Messung entnommen wird, gewichtet. Dementsprechend weisen sich weiter vom Flugzeug entfernt befindende Zellen eine größere Gewichtung auf, da die Zellen eine konstante Winkelbreite aufweisen.
Beim Folgenden handelt es sich um eine ausführliche Beschreibung einer Vorgehensweise zum Umsetzen einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Das Gelände für jeden Sektor wird gescannt und ein Neigungswinkel wird pro Sektor unter Anwendung der folgenden Schritte berechnet:

A: Erzeugen eines Histogramms (indizierte Anordnung) mit dem Format: int idx = rValue·rScale + rOffSkalieren des minimalen Werts des Histogramms als –16 Grad. Skalieren des maximalen Werts des Histogramms als +16 Grad.
B: Die Zellgröße der geladenen Geländedatenbank ist zu ermitteln. Die Etagendimensionen sollten konfigurierbar sein (um Anzeigen mit unterschiedlichen Reichweitenauswahlen zu unterstützen). Anmerkung: Die Standardnennwerte sollten sich wie in Tabelle 6.7.3-2. gestalten. Die tatsächlichen Etagendimensionen und horizontalen Zelldimensionen variieren auf Grundlage des Breitengrads dynamisch.
C: Die Scanstufenlänge ist durch Multiplizieren der Zellenlänge mit der konfigurierbaren [StepSize] zu berechnen: nmStep = [StepSize]·Länge/oder Breite
D: Der Scanwinkel ist ausgehend vom linken Winkelgrenzwert von Sektor 0 [Sect0LtLim] zu ermitteln. Der nachfolgende Scanwinkel wird [ScanSpkWdth] Radianten rechts von diesem Winkel sein. Berechnen von lat und long des anfänglichen Scanpunkts durch Umwandeln der nmStep in eine LatStep und eine LongStep und Addieren dieser Stufen zu TaLatude und TaLngude in der Richtung von TaTruHd + Scanwinkel, was in ScanLat und ScanLong resultiert.
E: Bei der in Schritt D abgeleiteten lat/long-Position ist die Zellenhöhe von der geladenen Geländedatenbank abzurufen. Wenn keine Höhendaten zur Verfügung stehen, sind die Vorgaben von Schritt G bis J zu überspringen. Der keilförmige Bereich ist wie in Schritt I spezifiziert zu berechnen und zum Bereich Unbekanntes Gelände innerhalb dieses Sektors zu addieren. Vor dem Scannen eines Sektors sollte der anfängliche Wert von Bereich Unbekanntes Gelände auf 0 eingerichtet werden. Anmerkung: In den Karten wird bei einem Wert von –4000 Fuß „Keine Daten" angezeigt.

Anmerkung:
Bei großem Breitengrad (mehr als 89 Grad) würde der Scanningalgorithmus von der geladenen Karte „herunterfallen". In diesem Fall wird die letzte gültige Geländeerhebung zum Berechnen des Neigungswinkels verwendet. Dieser Ein-Grad-Kreis weist einen Durchmesser von 160 NM auf, somit würde es maximal eine halbe Stunde dauern, diesen Bereich zu passieren.

F: Im Fall, dass keine Geländezellenhöhe von der geladenen Geländekarte abgeleitet werden kann, da der Scanningalgorithmus die Grenzwerte der geladenen Karte überschreitet, wird die letzte gültige Geländeerhebung verwendet.
G: Die Oberflächenentfernung vom A/C zur Zelle ist unter Anwendung der Formel zu berechnen: S = (SQRT((Lat = (Lat0 – Lat1)2 + (Cosinus(Lat0)·(Lng0 – Lng1))2)·60Lat0 = A/C-Breitengrad [Grad] Lat1 = Scanpunkt-Breitengrad [Grad] Lng0 = A/C-Längengrad [Grad] Lng1 = Scanpunkt-Längengrad [Grad] S = Oberflächenentfernung zur Zelle/zum Hindernis [NM]
H: Ein Pseudo-Neigungswinkel zur abgeleiteten Hindernishöhe ist unter Anwendung der Formel zu berechnen: Ptilt = (Ha – Ho)/S + S/2·ReHa = TACAlt, A/C-Flughöhe [MSL] Ho = Hindernishöhe, abgeleitet in 6.11.3.R80 S = Oberflächenentfernung zum Hindernis, abgeleitet in 6.11.3.R90 Re = Erdradius, konfigurierbar [EarthRadWXR] Ptilt = Pseudo-Neigungswinkel
I: Der zutreffende abgetastete keilförmige Bereich ist unter Anwendung der Formel zu berechnen: Keilförmiger Bereich = [ScanSpkWdth]rad·S·Zellenlänge = Gewichtungsfaktor
J: Der berechnete Neigungswinkel von Schritt H ist mit dem in Schritt I erhaltenen Gewichtungsfaktor in das Histogramm einzugeben.
K: Der neue Scanpunkt-Breitengrad und der neue Scanpunkt-Längengrad sind durch Addieren der LatStep und der LongStep zu den vorherigen ScanLat und ScanLong zu ermitteln.
L: Die Vorgaben von Schritt B bis J sind für den neuen Scanpunkt zu wiederholen. Wenn der neu berechnete Neigungswinkel mehr nach unten zeigt als ein vorheriger Neigungswinkel, ist der Wert des neuen Winkels mit dem Wert dieses vorherigen Winkels gleichzusetzen, siehe 5.
M: Wenn der Reichweitengrenzwert des betreffenden Sektors für Sektor N erreicht worden ist [SectNRngLim], ist bei einer NMStep von der A/C-Position weg, eine [ScanSpkWdth] rechts von der vorherigen Scanlinie, neu zu starten. Die Stufengröße ist an die zu Grunde liegende Geländezellenauflösung anzupassen.
N: Die Vorgaben von Schritt B bis M sind zu wiederholen, bis die Scanlinie den rechten Winkelgrenzwert von Sektor N erreicht: [SectNRtLim].
O: Der Gesamtbereich des Sektors ist zu berechnen: Gesamtbereich Sektor N = (SectNLtLim – SectNRtLim/360)·pi·(SectNRngLim)2.
P: Wenn der gesamte unbekannte Bereich innerhalb dieses Sektors, wie durch die Vorgabe von Schritt E, bei der der gesamte Sektor gescannt wurde, abgeleitet, Bereich Unbekanntes Gelände, weniger als [AllAreaUnk]·Gesamtbereich Sektor N ausmacht, ist mit R fortzufahren. Wenn der Bereich Unbekanntes Gelände mehr als [AllAreaUnk]·Gesamtbereich Sektor N ausmacht oder diesem gleichkommt, ist der SRT N Winkel dieses Sektors auf den für den SRT N+/–1 Winkel eines benachbarten Sektors berechneten Neigungswinkel und der LRT N Winkel auf den LRT N+/–1 Winkel eines benachbarten Sektors einzustellen. Wenn zwei benachbarte Sektoren vorliegen (einer links und einer rechts), ist der Neigungswinkel auf den Durchschnitt der Neigungswinkel eines benachbarten Sektors einzustellen: SRT N Winkel = (SRT N – 1 Winkel – SRT N + 1 Winkel)/2.
Q: Wenn alle SRT-Sektoren mehr als [AllAreaUnk] Prozent unbekanntes Gelände enthalten, können keine Neigungswinkel eines benachbarten Sektors verwendet werden und in diesem Fall verwenden wir das Modell einer flachen Erde bei Meereshöhe: Für die SRT-Sektoren wird ein Halbkreis mit einem Radius von [Sect4RngLim] als der Gesamtbereich verwendet. Der Neigungswinkel für unbekanntes Gelände, SRTU, sollte vorzugsweise einen Bereich abdecken, der [SRTPerc] Prozent des Gesamtbereichs beträgt. Somit trifft der SRT-Winkel bei SRTU Entf folgendermaßen auf den Boden auf: Pi·[Sect4RngLim]2/2·[SRTPerc] = Pi·(SRTU Entf)2/2Hieraus kann die Entfernung, bei der der SRT-Winkel über unbekanntem Gelände MSL berührt, als Folgendes abgeleitet werden: SRTU Entf = SQRT([Sect4RngLim]2·[SRTPerc])Aus dieser Entfernung kann der SRT-Neigungswinkel für unbekanntes Gelände aus Folgendem erhalten werden: SRTU Neigung = Arcustangens((TACAlt + SRTU Entf2/(2·[EarthRadWXR] )/SRTU Entf)
R: Wenn alle LRT-Sektoren mehr als [AllAreaUnk] Prozent unbekanntes Gelände enthalten, können keine Neigungswinkel eines benachbarten Sektors verwendet werden und in diesem Fall verwenden wir das Modell einer flachen Erde bei Meereshöhe: Für die LRT-Sektoren wird ein Halbkreis mit einem Radius von [Sect5RngLim] als der Gesamtbereich verwendet. Der Neigungswinkel für unbekanntes Gelände, LRTU, deckt einen Bereich ab, der [LRTPerc] Prozent des Gesamtbereichs beträgt. Somit trifft der LRT-Winkel bei LRTU Entf folgendermaßen auf den Boden auf Pi·[Sect5RngLim]2/2·[LRTPerc] = Pi·(LRTU Entf)2/2Hieraus ist die Entfernung, bei der der LRT-Winkel über unbekanntem Gelände MSL berührt, abzuleiten: LRTU Entf = SQRT([Sect5RngLim]2·[LRTPerc])Aus dieser Entfernung ist der LRT-Autoneigungswinkel für unbekanntes Gelände abzuleiten: LRTU Neigung = Arcustangens((TACAlt + LRTU Entf2/(2·[EarthRadWXR])/LRTU Entf)
S: Die Gesamtgewichtung des Histogramms ist zu berechnen: I[y]+ = nweight.
T: Im Fall eines SRT-Sektors ist der Index in dem Histogramm, das dem erforderlichen Percentil-[SRTPerc] Index entspricht, unter Anwendung der folgenden Formel zu finden: Von n = 0 zu n = Index Summe a1_I[y] >= [SRTPerc] nweight
U: Im Fall eines LRT-Sektors ist der Index in dem Histogramm, das dem erforderlichen Percentil[LRTPerc] Index entspricht, unter Anwendung der folgenden Formel zu finden: Von n = 0 zu n = Index Summe a1_I[y] >= [LRTPerc] nweight
V: Aus dem Histogramm ist der Pseudo-Neigungswinkel, der dem in Schritt T für SRT: Ptilt SRT und R230 für LRT: Ptilt LRT gefundenen Index entspricht, abzurufen.
W: Der Gesamtsektorwinkel ist unter Anwendung der folgenden Formel zu berechnen: SRT N Winkel = (ARCTAN(Ptilt SRT/6078))/pi·180 LRT N Winkel = (ARCTAN(Ptilt LRT/6078))/pi·180
X: Der ARINC-429-Kennsatz, der den SRT- und den LRT-Winkel, die in Vorgabe 6.11.3.R250 auf dem ARINC-429-Ausgabebus abgeleitet wurden, überträgt, ist zu übertragen.
Y: Nach dem Berechnen und Übertragen des SRT N Winkel und des LRT N Winkel sind der SRT N+1 Winkel und der LRT N+1 Winkel zu berechnen. Nach dem Berechnen und Übertragen des SRT 8 Winkel und des LRT 9 Winkel sind der SRT 0 Winkel und der LRT 1 Winkel zu berechnen und zu übertragen.

Die Erfindung wurde nun mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die bestimmten Radarsysteme oder die bestimmte Geländedatenbank, die oben beschrieben wurden, beschränkt. Ein beliebiges Radarsystem mit Steuervorrichtungen zum Neigen der Radarantenne kann von der vorliegenden Erfindung Gebrauch machen. Weiterhin ist der bestimmte statistische Algorithmus zum Kompensieren von Bodenechos beim Ausüben der Erfindung nicht kritisch. Es können andere statistische Techniken eingesetzt werden. Des Weiteren kann die von der Anmeldung gelehrte automatische Neigungssteuerung zum Steuern der Neigung in anderen Anwendungen als Radarscananwendungen, beispielsweise beim Korrelieren oder Verifizieren einer Geländedatenbank, verwendet werden.
ANHANG
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die einen RDR-4B-Radar von AlliedSignal und einen ARINC-429-Datenbus einsetzt, können die folgenden Kennsätze und Protokolle zum Übertragen von Neigungswinkeldaten verwendet werden. 4 und 6 stellen Sektoren bzw. Ansichten eines Scanalgorithmusplans bildlich dar.
Definition von Neigungskennsätzen
Die folgenden Kennsätze werden zum Übertragen der geeigneten Neigungswinkeleinstellung für jeden Sektor verwendet. Alle Kennsätze werden kontinuierlich bei 1 Hz übertragen.
Definitionen von Neigungswinkelbits
Definition von Kennsatz 060 – Geländedatenkorrelierungsneigung
Bei Kennsatz 060 ist die Definition und Gewichtung der Neigung folgendermaßen definiert:
Kennsätze 061 – 065 – Definitionen der Autoneigungssektorneigung
Bei jedem Kennsatz (061 bis 065) ist die Definition und Gewichtung der Neigung als Folgendes definiert:

Claims

Auf einem Flugzeug (90) durchgeführtes Verfahren zum automatischen Anpassen des Neigungswinkels einer Radarantenne, um Bodenechos auf ein annehmbares Prozentniveau zu begrenzen, wobei die Radarantenne ein in Vorwärtsrichtung liegendes Sichtfeld innerhalb einer spezifizierten Reichweite scannt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (1) Speichern einer Geländedatenbank, die an Breitengrad- und Längengradknotenpunkten, die durch Koordinatenindexwerte indiziert sind, positionierte Geländezellen enthält, wobei jede Geländezelle einen Geländeerhebungswert enthält; (2) Ermitteln von Koordinatenindizes der derzeitigen Position des Flugzeugs (90); (3) Scannen des Sichtfelds und der Reichweite auf Grundlage der derzeitigen Position des Flugzeugs und der Position und der Erhebung jeder Geländezelle, um einen Neigungswinkel für jede Geländezelle zu berechnen, und Ermitteln von Frequenzen von Geländezellen, die sich aus jedem berechneten Neigungswinkel ergeben; (4) Ermitteln eines Steuerneigungswinkels auf Grundlage der Frequenzen und der annehmbaren Menge an Echos.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (3) die folgenden Schritte umfasst: Aufschlüsseln des Sichtfelds in Segmente konstanter Winkelbreite; für jedes Segment Aufschlüsseln des Segments in Speichen konstanter Winkelbreite; für Koordinaten innerhalb der Speiche und der Reichweite und auf Grundlage der Koordinatenindizes der derzeitigen Position Einrichten der Zellkoordinatenindexwerte auf minimale Koordinatenindexwerte; (a) Erhalten von Geländezellenhöhe aus einer an den Zellkoordinatenindexwerten positionierten Geländezelle; (b) Berechnen eines berechneten Neigungswinkels zwischen einer Horizontalen entlang des Flugwegs des Flugzeugs (90) und der Geländezelle auf Grundlage der Geländeerhebung und der Entfernung zwischen den Koordinaten der derzeitigen Position und den Zellkoordinaten; (c) Erhöhen einer Frequenzanzahl eines Indexes, wobei der Index dem berechneten Neigungswinkel gleichkommt, in einem Histogramm, das Frequenzen bei Neigungswinkelindizes über eine vorbestimmte Reichweite speichert; und (d) Berechnen neuer Zellkoordinaten einer nächsten Zelle, die entlang der Speiche radial abgestuft ist, und Wiederholen von Schritten (a), (b) und (c) bis zu einer Geländezelle bei der spezifizierten Reichweite.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Schritt (4) den folgenden Schritt umfasst: (e) Scannen des Histogramms, um einen maximalen Neigungswinkel, der in einem annehmbaren Prozentsatz an Bodenechos resultiert, zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei Schritt (e) die folgenden Schritte umfasst: Gewichten eines Frequenzeintrags des Bereichs einer Zelle, in dem der Neigungswinkel gemessen wird; Summieren aller Frequenzwerte im Histogramm, um eine Gesamtgewichtung zu erhalten; Summieren von Frequenzen zum Erhöhen von Erhebungswinkeln, um eine laufende Summe zu erhalten; Bestimmen des maximalen Neigungswinkels, wobei die laufende Summe einen Wert aufweist, der dem annehmbaren Prozentsatz der Gesamtgewichtung gleichkommt.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 4, das weiterhin die folgenden Schritte umfasst: Berechnen eines maximalen Neigungswinkels für ein erstes Segment der Anzeige; Löschen des Histogramms vor dem Aufschlüsseln eines zweiten Segments in winkelförmige Speichen; für winkelförmige Speichen im zweiten Segment Wiederholen der Schritte (a) – (e).
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Schritt (b) des Berechnens eines berechneten Neigungswinkels weiterhin den folgenden Schritt umfasst: Einrichten des berechneten Neigungswinkels auf einen sofortigen zuvor berechneten Neigungswinkel, wenn der berechnete Neigungswinkel mehr nach unten zeigt als der sofortige zuvor berechnete Neigungswinkel, um zu berücksichtigen, dass nähere hohe Geländepunkte einen Schatten auf weiter entfernte niedrige Geländepunkte werfen.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 2 bis 6, wobei der Schritt (d) des Berechnens neuer Koordinaten weiterhin die folgenden Schritte umfasst: Auswählen entweder einer langen Reichweite oder einer kurzen Reichweite, wobei die Größenordnung der kurzen Reichweite weniger als die Größenordnung der langen Reichweite ausmacht und die Größenordnung sowohl der langen als auch der kurzen Reichweite weniger als die spezifizierte Reichweite ausmacht oder dieser gleichkommt; für die ausgewählte Reichweite Abbrechen des Berechnens berechneter Koordinaten, wenn eine an den berechneten Koordinaten positionierte Zelle sich außerhalb einer ausgewählten Reichweite befindet.
Auf einem Flugzeug durchgeführtes Verfahren zum automatischen Anpassen des Neigungswinkels einer Radarantenne, um Bodenechos auf annehmbare Niveaus zu begrenzen, wobei die Radarantenne ein in Vorwärtsrichtung liegendes Sichtfeld innerhalb einer spezifizierten Reichweite scannt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Speichern einer Geländedatenbank, die durch Breitengrad- und Längengradknotenpunkte, die durch ilat- und ilng-Werte indiziert sind, wobei ilat für den Breitengradindex und ilng für den Längengradindex steht, identifizierte Geländezellen enthält, wobei jede gespeicherte Geländezelle einen Geländeerhebungswert enthält; (b) Ermitteln von Koordinatenindizes der derzeitigen Position des Flugzeugs (90); (c) für Koordinaten innerhalb des Sichtfelds und der Reichweite und auf Grundlage der Koordinatenindizes der derzeitigen Position Bestimmen der minimalen und der maximalen Werte des Breitengrad- und des Längengradindexes; (d) Einrichten eines maximalen Erhebungswinkels auf minus 90°; (e) Einrichten von ilat derart, dass dieser dem minimalen Breitengradindex gleichkommt, und (f) Einrichten von ilng derart, dass dieser dem minimalen Längengradindex gleichkommt; (g) Abrufen der Geländeerhebung an den durch ilat und ilng spezifizierten Koordinaten von der Geländedatenbank; (h) Berechnen eines Erhebungswinkels zwischen einer Horizontalen entlang des Flugwegs des Flugzeugs (90) und des Geländeerhebungspunkts auf Grundlage der Geländeerhebung und der Entfernung zwischen den Koordinaten der derzeitigen Position und dem Knoten (ilat, ilng); (i) Vergleichen des berechneten Erhebungswerts mit dem maximalen Erhebungswert; (j) wenn der berechnete Erhebungswert mehr als der maximale Erhebungswert ausmacht, Speichern des berechneten Erhebungswerts als maximaler Erhebungswert; wenn ilng weniger als die maximale Längengradkoordinate ausmacht, Erhöhen von ilng; wenn ilng der maximalen Längengradkoordinate gleichkommt und ilat weniger als die maximale Breitengradkoordinate ausmacht, Erhöhen von ilat und Wiederholen der Schritte (f) bis (j); Anpassen der Antenne, so dass sie einen Neigungswinkel aufweist, der dem maximalen Erhebungswinkel plus der Breite des Erhebungsstrahlenbündels mit halber Leistung der Antenne gleichkommt.