DE3036222A1

DE3036222A1 - Kartennavigationssystem

Info

Publication number: DE3036222A1
Application number: DE19803036222
Authority: DE
Inventors: Peter Lidingö Wolff
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1979-09-25
Filing date: 1980-09-25
Publication date: 1981-04-02
Also published as: GB2059374A; FR2465997B1; IT1128678B; AU546876B2; SE7907924L; IT8049729A0; FR2465997A1; SE418995B; JPS5651608A; CA1145834A; AU6267380A; GB2059374B

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kartennavigationssystem, insbesondere für leichte Kampfflugzeuge vom Typ kombinierter Ausbildungs- und leichter Jagdbomber,, und Helicopter,,, die zum Angriff bei absolut niedrigster Flughöhe verwendet werden.

Das Kartennavigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung soll die Lücke zwischen extrem teuren und komplizierten Navigationssystemen, die in den neuesten schweren Kampfflugzeugen zu finden ^ind und für diese ausgebildet s-iio, und i^r
meist einfachen Form der Luftnavigation mit Hilfe einer
gewöhnlichen Karte schließen»

Das Kartennavigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist vor allem als eine verbesserte Variante der bewegten

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BANK: DRESDNER BANK. HAMBURG. 4030448 (BLZ 20080000) ■ POSTSCHECK: HAMBURG 147Θ07-200 (BLZ 200100 20) · TELEGRAMM: SPECHTZIES

BAD ORIGINAL

Karre, auf der ein feststehender Punkt immer die errechnete Position des Flugzeuges über dem Boden anzeigt, zu betrachten.

Unter den besonderen Vorteilen des Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere zu beachten, daß es nicht an einen speziellen Kartenmaßstab gebunden ist, und daß keine Notwendigkeit für eine. Reihe von darartigen Ksrtenbiidern für zukünftige Anforderungen besteht, da das System auf einem Bild basiert, welches bevorzugt in Farbe mit einer einfachen Kamera von einer topographischen Karte gemacht wird. Diese Karte kann somit mit den zuletzt bekannten, für den Piloten interessanten Daten, wie beispielsweise Feindaufmärschen, etc. vervollständigt werden. Von der topographischen Karte wird ein Transparent hergestellt, das, da kein Haupterfordernis an die Speicherlebensdauer bestehtschnell mit einfachen Einrichtungen entwickelt werden kann. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann das Photographieren der topographischen Karte mit einer gewöhnlichen Kamera erfolgen, und es muß dann sichergestellt sein, daß die Kameraach-· se genau im rechten Winkel zur Karte steht und daß die Brennpunkt- und Belichtungseinstellungen richtig sind. Der Photographierabstand andererseits ist beliebig und so vorzusehen, daß ein ausreichend großer Teil der Karte auf dem fertigen Bild erhalten wird. Kurz vor dem Starten wird das erhaltene

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•Transparent im Bildmagazin des Kartenbildprojektors eingelegt, der auf einer Kartenanzeigeeinrichtung ein Bild der Karte mit für den Piloten oder Navigator bequemem Leseabstand erzeugt. Die Kartenanzeigeeinrichtung hat ein Fadenkreuz, in dem ein feststehender Punkt die Position des Flugzeuges darstellt und eine Kurslinie den Kurs des Flugzeuges angibt. Mit Hilfe einer Steuereinrichtung wird nun ein Punkt auf der Karte, dessen geographische Koordinaten bekannt sind, auf der Karte direkt und unter dem feststehenden Punkt eingestellt. Ein Rechner, der mit der Steuereinheit verbunden ist, und der Bildprojektor lesen nun die Bildkoordinaten dieses Punktes gleichzeitig mit dem Abgeben der geographischen Koordinaten (geographische Länge und Breite) desselben Punktes über die Steuereinrichtung, aus der Karte ab. Dasselbe Verfahren findet statt mit zumindest einem weiteren Punkt in dem gleichen Bild. Aus diesen Daten errechnet der Rechner den zu verwendenden Bildmaßstab. Bezüglich der Kartenprojektion etc. relevante Informationen„ die beim Herstellen der Originalkarte verwendet wurden, können auch für diese Berechnungen irr Rechner gespeichert warden.

Wenn der Kartenprojektor auf dem Startpunkt und dem Scartkurs basierend bei Null eingestellt worden ist, ist das System gemäß der vorliegenden Erfindung zum übernehmen bereit. Während dem Flug errechnet der Rechner kontinuierlich den

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Kurs und die Geschwindigkeit des Flugzeuges, bezogen auf den Boden, und fordert auf diesen Daten basierend die kontinuierliche Verschiebung des Kartenbildes an, se daß der Fj.xpunkt und die Kurslinien mit den errechneten Werten übereinstimmen. Für diesen Zweck werden alle zur Verfügung stehenden Flugdaten über die Dateneingabeeinheit in den Rechner eingegeben.

Falls der Pilot über direkten Bodenkontakt irgendeine geringe Abweichung zwischen der durch die Kartenanzeigeeinrich= tung angegebenen Position und der tatsächlichen Bodenposition bemerken sollte, kann das System kontinuierlich durch Verschieben des Kartenbildes in die korrekte Position korrigiert werden. Der Rechner ist so programmiert, daß er bei seinen fortlaufenden Berechnungen frühere Fehler berücksichtigt, indem ein Korrekturfaktor eingegeben wird. Somit wird mit jeder großen oder kleinen Korrektur die Genauigkeit des Systems erhöht. Falls irgendwelche irrtümlicher. Korrekturen durch Fehler durchgeführt worden sind, macht der Speicher des Rechners eine Rückkehr "zur früheren, nicht korrigierten Position, möglich.

Der eingegebene Korrekturfaktor wird bei einer irrtümlichen Korrektur ebenfalls eliminiert.

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Das Bildmagazin des Kartenbildprojektors kann mehrere verschiedene Bilder oder verschiedene Maßstäbe enthalten und kann auch Bilder oder Karten mit verschiedenen Maßstäben in Richtung verschiedener Achsen verwenden, wobei dann jedoch die Kenntnis zahlreicher daran angepaßter Punkte erforderlich ist, um eine Berechnung der für die kontinuierliche Arbeit des Rechners erforderlicher. Maßstabfaktoren durch den Rechner zu ermöglichen. Wenn Bildmagazine, die mehrere verschiedene Kartenbilder enthalten, verwendet werden, kann es. ein Vorteil sein, Karten mit verschiedenen Maßstäben, beispielsweise eine Generalkarte für den Anflug und eine detaillierte Karte für den Bereich des Angriffsziels, zu haben.

Die Berechnung des Maßstabes für die entsprechenden Bilder findet auf die vorstehend beschriebene Art statt. Ein Wechsel zwischen verschiedenen Bildern kann entweder von Hand erfolgen, oder dem Rechner überlassen werden, der in einem solchen Fall so programmiert ist, daß er auf das nächste Bild schaltet, sobald dieses eine ausreichende Reichweite hat.

Da es wünschenswert ist, vor dem Flugzeug einen größeren

Kartenbereich als hinter dem Flugzeug zur Verfügung zu haben,, ist der das Flugzeug repräsentierende Fixpunkt auf der Kartenschaubildeinrichtung der Kartenbildanzeigeeinrichtung

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exzentrisch angeordnet. Um dies in einem optischen System zu erzielen, wurde ein Kartenbildprojektor ausgewählt, der ein Bild erzeugt, dessen optische Achse im Flugzeug repräsentierenden Punkt liegt. Der Rechner verschiebt kontinuierlich die örtlich begrenzte Transparenz, so daß diese Position konstant anwendbar ist. Das durch den Kartenbildprojektor erzeugte Bild wird nun so angeordnet, daß es einen größeren Bereich als das Kartens.chaubild bedeckt. Zwischen dem Kartenbildprojektor und dem Kartenschaubild ist auch ein drehbares Prisma angeordnet, mit dessen Hilfe das Bild um seine Achse gedreht werden kann, die somit mit dem Fixpunkt auf dem Kartenschaubild übereinstimmt. Der Rechner steuert nun das Drehen des Prismas so, daß die Kurslinie des Kartenschaubildes und die Flugrichtung des Flugzeuges konstant übereinstimmen. Nur ein Teil des durch den Kartenbildprojektor reproduzierten Kartenbereiches wird dann durch das Kartenschaubild wiedergegeben. Andere Teile werden abgeschirmt. Diese Anordnung erlaubt eine konstante Darstellung eines korrekten Kartenbildes auf dem Kartenschaubild, selbst dann, wenn das fragliche Flugzeug, das beispiels weise ein Helicopter sein kann, in die entgegengesetzte Richtung umdreht, ohne sich in Bezug zum Boden zu bewegen=

Die in der Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltene Mikroelektronik und die Art und Weise, wl& der Rech-

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ner technisch im einzelnen aufzubauen und zu programmieren ist, ist nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung und wird nicht im einzelnen in diesem Zusammenhang beschrieben. Das gleiche gilt für die Kartendaten, die dem Rechner eingegeben werden, um als Hintergrund für seine Berechnungen zu dienen. Diese Daten können als Kartengrößen definiert werden. da sie die gleichen Formeln darstellen, wie diejenigen, die zur Herstellung der für das Navigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Karten benutzt wurden.

Weitere dem Rechner eingegebene Daten, die für das Endergebnis von großer Bedeutung sind, ohne daß sie selbst Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, sind die zur Verfügung stehenden Flugdaten bezüglich Kurs, Geschwindigkeit, Flughöhe, usw. Diese Daten können verglichen mit anderen zur Verfügung stehenden Meßdaten variieren. Je mehr Dater, zur Verfügung stehen, um so größer ist selbstverständlich die Genauigkeit, mit der das vorliegende Navigationssystem funktionieren kann.

Eine Ausführungsform des Kartennavigationssystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der folgenden Figuren

beschrieben. Es zeigt:

Figur 1 ein einfaches Blockschaltbild für das Kartennavigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;

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Figur 2 die Funktionsskizze der Kartenbiidanzeigeeinrichtung;

Figur 3 wie der exzentrisch angeordnete Fixpunkt durch ein optisch zentriertes System erhalten werden kann.

Aus der Figur i sind die im Blockschaltbild verwendeten Baueinheiten ersichtlich. Natürlich können und müssen diese Baueinheiten beim Aufbau in mehrere Teiibaueinheiten aufgeteilt werden, aber vom konzeptioneilen Gesichtspunkt aus gesehen gibt dieses Blockschaltbild ein gutes Bild des allgemeinen Systemaufbaus.

Die in der Figur 2 dargestellte Kartenanzeigeeinrichtung weist zwei Bildmagazine A und B auf. Für jedes dieser Magazine sind Projektionslampen 1 und 2 mit Kondensatoren vorgesehen. Der Bildbereich 3 der im vorliegenden Fall verwendeten Kassette A wird durch den Spiegel 4, der zum Wechseln der Kassetten drehbar ist, in das Objektiv 5 des Kartenbildprojektors reflektiert. Anstatt des drehbaren Spiegels zum Wechseln der Kassetten, kennen auch verschiebbare Kassetten verwendet werden, die mehrere Bilder, die eins nach dem anderen angeordnet sind, enthalten. Der wesentliche Faktor besteht

darin, daß die Kassetten feststehende Bildkoordinaten liefern, das heißt, das Bild darf nicht zum verwendeten Bildkoordinatensystem verschoben werden, nachdem das Biidmagazin eingege-

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ben, der Kartenmaßstafa errechnet und der Startpunkt eingestellt worden ist.

Die in der Figur nicht dargestellte Rechnereinheit oder der Computer steuert das Bildmagazin über die Verschiebeelemente 6 i so daß die errechnete Positon des Flugzeuges auf der Karte immer im Mittelpunkt der beleuchteten Fläche 3 ist. Zwischen dem Objektiv 5 des Kartenbildprojektors und einem Projektionslinsensystem 8, welches kurz mit der Kartenschaubildeinrichtung 7 der Kartenbildanzeigeeinrichtung angeordnet ist/ befindet sich ein drehbares Prismensystem 9, welches durch die Rechnereinheit (Computer) angesteuert wird, die das im Objektiv 5 erzeugte Bild so dreht, daß das auf der Kartenschaubildeinrichtung 7 erzeugte Bild immer eine Kursachse aufweist, die identisch mit der Kursachse 10 der Kartenschaubildeinrichtung 7 ist. Die Teile des Originalbildes, die dann außerhalb der Kartenschaubildeinrichtung liegen, werden abgeschirmtο Der Fixpunkt der Kartenschaubildeinrichtung ist durch den Schnittpunkt von Kursachse und Positionsanzeigelinie 11, die im rechten Winkel zur Kursachse iO liegt, angegeben. Die Bezugsziffer 12 zeigt die Abschlußlinse 12 der Kartenschaubildeinrichtung.

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Aus der Figur 3 ist ersichtlich, wie die Position des Endbildes und des abgeschirmten Teiles des beleuchteten Berei-

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ches 3 gemäß der Figur 2 bei zwei verschiedenen Flugrichtungen zueinander variieren.

Das Kartennavigationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann selbstverständlich auch für andere Fahrzeuge als Flugzeuge verwendet werden, aber es ist bevorzugt für diesen Zweck vorgesehen.

Das oben beschriebene System zum Drehen des an der Kartenschaubildeinrichtung gezeigten 3ildes um eine exzentrisch angeordnete Achse kann durch ein Drehen des Bildes um den Bildmittelpunkt, kombiniert mit einer Koordinatentransformation (Verschieben des Bildes entlang seiner X- und Y-Achsen), ersetzt werden, so daß die Drehung scheinbar um den exzentrisch angeordneten Punkt stattfindet, der die Position des Flugzeuges auf dem Kartenbild darstellt. Die Hintergrunddaten für eine derartige Koordinatentransformation können im Computer gespeichert werden. Der Vorteil des zuletzt beschriebenen Vorganges besteht darin, daß kein Teil des Bildes abgeschirmt werden muß. Das erhaltene Bild wird somit eine größere Brillanz aufweisen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kartennavigationssystem für Flugzeuge- Das System weist eine Kartenpositionsanzeigeeinrichtung auf,, bei der auf einem Karten-

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schaubild ein kontinuierlich auf dem laufenden gehaltener Kurs und ein positionsorientiertes Kartenbild gezeigt wird. Das System weist weiterhin eine Computereinheit (Rechnereinheit) auf, die das auf dem laufenden halten des Kartenbildes erzeugt und die auch bei einem Anfangszustand auf
der Basis von geographischen Koordinaten zweier oder mehrerer Kartenpunkte den Kartenmaßstab auf dem Kartenschau-DiId errechnet. Die Transparenzen geeigneter Navigatiouskarten wurden für die Kartenpositionsanzeigeeinrichtung
verwendet. Beim Vorbereiten dieser Bilder muß keine spezielle Rücksicht auf den Maßstab der Bilder genommen werden , da dies gegen den Hintergrund des Kartenbildes auf
dem Kartenschaubild errechnet wird.

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Claims

Patentansprüche

IΛ Kartennavigationssystem für Flugzeuge bestehend aus einer Kartenpositionsanzeigeeinrichtung, die über einen eingebauten Projektor auf einer Kartenschaubildeinrichtung ein in Bezug zur Flugzeugbewegung über dem Boden bewegbares Kartenbild zeigt, bei dem die Flugzeugposition und Bewegungsrichtung durch einen Fixpunkt und eine Kurslinie auf der Kartenschaubildeinrichtung repräsentiert ist, einem Rechner (Computer), der mit der Kartenbildanzeigeeinrichtung verbunden ist und der unter Berücksichtigung des beim bewegten Kar-cenbild verwendeten Kartenmaßstabes und auf der Basis zur Verfügung stehender Flugdaten, wie beispielsweise Fiugzeugkurs, Fluggeschwindigkeit relativ zum Boden, etc._f die fortlaufend in den Rechner über eine Dateneingabeeinheit eingegeben werden, diese Daten in eine entsprechende Bewe-

f
gung auf dem Kartenbild umwandelt und fortlaufend eine ent-

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sprechende Verschiebung des Kartenbildes von einer eingestellten Ausgangsposition ausgehend bewirkt, wobei Fixpunkt und Kurslinie über eine mit der Dateneingabeeinheit verbundene Steuereinheit in Bezug zum Kartenbild eingestellt sind und die Kurslinie immer die tatsächliche Position und den Kurs des Flugzeuges repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Kartenbildprojektor gezeigte Kartenbild vom Transparent einer Karte mit beliebigem Maßstab herrührt, und der Rechner (Computer) so programmiert ist, daß seine Berechnungen für die Verschiebung des Kartenbildes an der Kartenschaubiideinrichtung auf einer Berechnung des Kartenmaßstabes basiert, die er selbst ausgeführt hat, nachdem dem Rechnei" über die mit der Dateneingabeeinheit verbundene Steuereinheit die Daten der geographischen Position (Länge und Breite) zu wenigstens zweier Punkte auf dem Kartenbild, deren Koordinaten er selbst ermittelt, eingegeben worden sind.
2. Kartennavigationssystem nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichne t„- daß der Rechner (Computer) die Information über die geographischen Koordinaten der Punkte auf dem Kartenbild erzeugt, die für die Maßstabberechnung für das durch die Steuereinheit verschobene Kartenbild benötigt werden, so daß der Fixpunkt der Kartenpositicnsanzeigeeinrichtung dann über dem entsprechenden Punkt liegt, und

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daß der Rechner in Verbindung damit über die Steuereinheit die Information über die geographischen Koordinaten des Punktes gleichzeitig mit seinem Wahrnehmen der Koordinaten des Punktes iir. Kartenbild erzeugt.
3. Kartennavigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (Computer) in federn Einzelfall über einen Anzeigefehler auf der Kartenschaubildeinrichtung informiert werden kann, indem das Kartenbild mittels der Steuereinheit in die richtige Position zum Fixpunkt verschoben wird und der Rechner (Computer) so programmiert ist, daß aus seinen nachfolgenden Berechnungen die Abweichung oder die Abweichungen, die durch frühere unkorrekte Anzeige verursacht ist oder sind, berücksichtigt werden.
4. Kartennavigationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rechner (Computer) mit einem Speicher versehen ist, der eine Rückkehr zu der Kartenbiidposition erlaubt, die vor einer Korrektur eines angenommenen Anzeigefehlers bestand und gleichzeitig die bei einer früheren Korrektur dem Rechner eingegebenen Korrekturfaktoren bei den nachfolgenden Berechnungen eliminiert werden können.

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5. Kartennavigationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (Computer) so programmiert ist, daß er unterschiedliche Kartenmaßstäbe in Richung der X- und Y-Achsen des Kartenbildes berücksichtigen kann.
6. Kartennavigationssysterr. nach jedem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kartenbildprojektor mit mehreren auswechselbaren Transparenten mit unterschiedlichen Maßstäben beladen sein kann, und der Rechner (Computer) den Maßstab dieser Bilder auf der Basis wenigstens zweier Punkte je Bild ermittelt, wobei der Rechner (Computer) über die geographischen Koordinaten informiert wird, wenn der entsprechende Punkt unter dem Fixpunkt der Kartenbildanzeigeeinrichtung eingestellt ist.
7. Kartennavigationssystem nach jedem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kartenschaubild der Kartenbildanzeigeeinrichtung einen das Flugzeug repräsentierenden Fixpunkt aufweist, der zum Mittelpunkt des Kartenschaubilde.s verschoben ist, damit das Kartenschaubild in Flugrichtung einen größeren Kartenbereich als hinter dem Fixpunkt zeigt.
8. Kartennavigationssystem nach Anspruch Ί, dadurch

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gekennzeichnet, daß der Rechner (Computer) die Kartentransparenz in Bezug zum Kartenbiiäprojektor so einstellt, daß die optische Achse mit der errechneten Position des Flugzeuges auf dem Bild übereinstimmt und der Kartenbildprojektor mit seiner optischen Achse als Mittelpunkt einen größeren Bereich als der Bereich, den das Kartenschaubild reproduzieren kann, reproduziert, und ein durch den Rechner (Computer) in Bezug zum Flugzeugkurs eingestelltes drehbares Prismensystem_; das zwischen dem Projektor und der Kartenschaubildeinrichtung angeordnet ist, den Teil des durch den Projektor erzeugten Bildes durchläßt, indem der Fixpunkt seine korrekte exzentrische Position zum Kartenschaubild einnimmt, während die anderen Teile dieser Bilder abgeschirmt sind.
9. Navigationssystem nach jedem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildmagazin des Kartenbildprojektors mit schnell entwickelten Transparenten beladen ist, die kurz vor dem Start von einer mit allen zur Verfugung stehenden Daten ergänzten Einsatzkarte hergestellt worden sind und der Maßstab dieser Bilder durch den Rechner (Computer) auf der Basis der geographischen Koordinaten wenigstens zweier Punkte pro Bild errechnet wird,, die mit dem Rechner (Computer) eingegeben werden, wenn die besagten Punkte unter dem Fixpunkt der Kartenpo-

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sitionsanzeigeeinrichtung eingestellt sincL
10. Kartennavigatronssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kartenbild bei Kursveränderungen des Flugzeuges durch den Rechner (Computer) um den Bildmittelpunkt gedreht wird und gleichzeitig die Koordinatentransformation (Verschiebung entlang der X- und Y-Achsen des Bildes) angeordnet v?ird, die erforderlich ist, damit das Drehen scheinbar um den exzentrisch angeordneten Fixpunkt stattfindet.

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