DE4328573C2 - Allwettersichtsystem für Hubschrauber - Google Patents
Allwettersichtsystem für HubschrauberInfo
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- G01S13/9082—Rotating SAR [ROSAR]
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Allwettersichtsystem für Hubschrauber
unter Einsatz eines Radargerätes mit synthetischer Apertur auf der Basis
rotierender Antennen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der US 3 896 446 ist ein System mit einem Realapertur-Radar bekannt,
dessen Antennen im Zentrum angebracht sind; und aus der US 4 924 229 ist
es bekannt, SAR-Systeme mit einem Navigationssystem zu versehen. Für RO-
SAR-Konzeptionen sind diese Ausführungsformen nicht geeignet.
Aus der DE 39 22 086 C1 der Anmelderin ist ein Radargerät (ROSAR-Gerät)
bekannt geworden, bei dem mindestens eine Antenne zum Senden und Empfan
gen von Radarimpulsen am Ende eines rotierenden Armes, beispielsweise
eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreuzes oberhalb der Rotorachse,
angeordnet ist. Die empfangenen Signale werden demoduliert und zwischen
gespeichert und anschließend mit Referenzfunktionen korreliert.
Ein derartiges Radargerät kann in Echtzeit im On-line-Betrieb verwendet
und nach speziellen Modifikationen nicht nur zur Landehilfe, sondern
auch zur Zielaufklärung und Zielverfolgung eingesetzt werden.
Dieses vorbeschriebene System nun auch zu einem Allwettersichtsystem
auszubauen, ist bisher noch unbekannt und soll die Aufgabe lösen, bei
guter Vertikalauflösung die Lateralauflösung eines Allwettersichtsystems
zu erhöhen und eine optimale Flugführung nach einem Radarbild zu ermög
lichen.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgezeigten Maßnahmen ge
löst. In den Unteransprüchen sind Ausgestaltungen und Weiterbildungen
angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbei
spiel erläutert. Die Figuren der Zeichnung ergänzen diese Erläuterungen.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schemabild eines Systemaufbaus in einem Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein Blockschaltbild bezüglich des Systemaufbaus der einzusetzen
den Bauelemente,
Fig. 3 ein Schemabild bezüglich verschiedener Rotorkonfigurationen
(3-Blatt-, 4-Blatt-, 5-Blatt-Rotoren)
Fig. 4 ein Schemabild bezüglich der möglichen horizontalen Lageebenen
der Arme des Radarsystems,
Fig. 5 eine Seiten- und Draufsicht auf einen mit dem aerodynamisch aus
gebildeten ROSAR-System ausgerüsteten Hubschrauber,
Fig. 6 eine Seiten- und Draufsicht auf einen mit einem aerodynamisch
verkleideten ROSAR-System ausgerüsteten Hubschrauber.
Der allgemeine Erfindungsgedanke sieht vor, ein Allwettersichtsystem
aufzuzeigen, das Informationen eines Radarsensors auf ROSAR-Basis mit
Informationen der bordeigenen Navigations- und Flugführungssysteme zu
einer künstlichen Sicht für den Piloten zu kombinieren und anzuzeigen,
wobei das Radar die Drehbewegungen rotierender Arme ausnutzt.
Fig. 2 zeigt den Systemaufbau des Allwettersichtsystems für Hubschrauber
mit verschiedenen Erweiterungsmöglichkeiten. Zentrale Komponente ist der
Radarsensor mit dem angeschlossenen Radar-Prozessor/Bild- Prozessor/Hin
dernisprozessor, in dem die vom Navigations-Computer/Symbol -Generator
erzeugte Flugführungsinformation dem Radarbild und der Hindernisdarstel
lung überlagert wird. Dieses komplexe Bild gelangt dann auf einem Cock
pit-Display zur Anzeige. Die von Präzisionskreiseln und Beschleunigungs
sensoren zur Bewegungskompensation erzeugten Daten können gleichzeitig
im Navigationscomputer zur Lageberechnung verwendet werden. Ein optiona
ler Radarhöhenmesser ergänzt die barometrische Höhenmessung und erhöht
die Sicherheit für den Landeanflug. Ein Autopilot-System erhöht den Pi
lotenkomfort für den Streckenflug. Ein solches System ließe sich auch
mit dem Navigationscomputer und dem Hindernisprozessor so kombinieren,
so daß bei unmittelbarer Hindernisbedrohung für den Hubschrauber der Au
topilot geeignete Ausweichmanöver einleitet. Für den Flug unter Instru
mentenflugbedingungen sind konventionelle Radionavigationssysteme an den
Navigationscomputer angeschlossen. Zusätzliche Positionsgenauigkeit für
Strecken- und Landeanflüge kann durch die Integration einer Satelliten
navigationsanlage (GPA, Differentielles GPS oder Relationales GPS) er
reicht werden. Eine weitere sinnvolle Ergänzung des Allwettersichtsy
stems ist ein digitales Kartensystem mit Straßen- und Flugplatzkarten.
Wie die Fig. 1 und 3 veranschaulichen, werden die Antennenträgerarme des
nachfolgend beschriebenen Radarsystems auf dem Rotorkopf so angeordnet,
daß sie je nach Anzahl der Rotorblätter in der dementsprechenden Winkel
halbierenden zwischen den Rotorblättern liegen. Hierbei können diese Ar
me in einer oder paarweise in mehreren übereinanderliegenden Ebenen -
wie Fig. 4 veranschaulicht - positioniert sein. Die Arme (beispielsweise
Drehkreuz) selbst enthalten an ihren Enden je eine oder mehrere radial
ausgerichtete Radarantennen, die aerodynamisch geformt oder mit einem
aerodynamischen Verkleidungskörper versehen sind (Fig. 5 und 6).
In den Stirnflächen der Antennenträgerarme - wie in Fig. 1 skizziert -
sind ein oder mehrere Sende- und Empfangsantennenpaare mit unterschied
licher Elevationsausrichtung integriert. Dadurch kann die Elevationsauf
lösung den jeweiligen Bedürfnissen oder Einsatzzwecken des Radarsystems
angepaßt werden.
Die Sende- und Empfangselektronik des Radars wird nun teilweise in die
rotierenden Antennenträgerarme integriert und teilweise in einem mitro
tierenden Elektronikraumgehäuse - der zentrisch in der Rotorachse des
Hubschraubers liegt - eingebaut. Vorzugsweise wird in diesem zentralen
Raum auch die spannungsstabilisierte Stromversorgung integriert.
Nun ist bekannt, daß bei der ROSAR-Signalbearbeitung nicht von einer
idealen Kreisbahn mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ausgegangen wer
den kann, denn die Antennenarmspitzen weisen während eines Umlaufes
nicht zu unterschätzende Abweichungen auf. Daher werden bei dem vorlie
genden Allwettersichtsystem - wie in Fig. 2 skizziert - Beschleunigungs
sensoren vorzugsweise nahe der Antennen angeordnet, die die relativen
Abweichungen von der Kreisbahn erfassen und für die Bewegungskompensa
tion bereitstellen.
Die Empfangselektronik, die vorzugsweise im Zentrum oberhalb des Rotor
kopfes angeordnet ist, bereitet die empfangenen Radarsignale als ZF-Si
gnale auf, die durch den Rotorschaft - wie in Fig. 1 skizziert - mit
Hilfe eines Drehkopplers in den nichtrotierenden Teil des Hubschraubers
übertragen und dem digitalen Radarprozessor zugeführt werden. Diese Da
tenübertragung kann über Lichtleiter optisch oder über Koaxkabel bzw.
Hohlleiter elektrisch erfolgen.
Weiterhin ist die Vorwärtsgeschwindigkeit des Hubschraubers zu berück
sichtigen und hierfür ist eine kontinuierliche Geschwindigkeitsmessung
erforderlich, die zur Bewegungskompensation herangezogen wird. Hierfür
ist entweder eine hochpräzise Inertialnavigationseinheit erforderlich
oder eine Auswerteinheit für Satellitennavigationsdaten oder noch besser
eine autonome Dopplerauswertung des ausgesandten Radarsignals.
Als weitere Komponente für die Bewegungskompensation ist die genaue und
exakte Lage der Rotationsebene der Antennenträgerarme erforderlich. Die
genauen Werte hierzu werden entweder über den normalen Navigationskrei
sel des Hubschraubers geliefert, oder über spezielle im Rotorkopfauf
satzzentrum plazierte Präzisionskreisel.
Die so verarbeiteten oder aufbereiteten Radarinformationen werden als
fotoähnliche Bilder auf einem Bildschirm im Cockpit des Hubschraubers
zur Darstellung und Ansicht gebracht. Sie können auch durch einen Pro
jektor auf die Innenfläche der Windschutzscheibe des Cockpits projiziert
werden oder auf einem helmmontierten Display dargestellt werden. Für die
Erzeugung der Bilddarstellung werden die Teilbilder der Antennen mit un
terschiedlichen Elevationswinkeln miteinander verknüpft und geglättet,
wobei wichtige Details für das Zusammensetzen des Gesamtbildes die über
das Radarecho gewonnenen Entfernungsinformationen liefern. Natürlich
gilt hier: je präziser diese Entfernungsinformationen sind, desto genau
er kann das Gesamtbild konstruiert werden und desto besser ist das somit
erhaltene Allwettersichtsystem. Hierzu ist noch anzuführen, daß problem
los auch eine Überlagerung der Bilder mit anderen Symboliken zur Flug
führung etc. möglich ist.
Claims (5)
1. Allwettersichtsystem für Hubschrauber unter Einsatz eines Radar
gerätes mit synthetischer Apertur auf der Basis rotierender Antennen
(ROSAR-Gerät), bei dem mindestens eine Antenne zum Senden und Empfangen
von Radarimpulsen am Ende eines Hubschrauberrotors oder eines Drehkreu
zes oberhalb der Rotorachse angeordnet ist und die empfangenen Signale
demoduliert, zwischengespeichert, korreliert und zur Anzeige gebracht
werden, dadurch gekennzeichnet, daß
- a) die Radarantennen auf dem Rotorkopf in der Winkelhalbierenden zwischen den Rotorblättern in einer oder paarweise übereinander liegenden Ebenen positioniert werden,
- b) in den Stirnflächen der Antennenträgerarme Sende- und Empfangs antennenpaare mit unterschiedlicher Elevationsausrichtung inte griert sind,
- c) die Radar-Sende/Empfangselektronik sowohl in den rotierenden An tennenträgerarmen als auch in einem mitrotierenden Elektronik raumgehäuse zusammen mit der Stromversorgung integriert ist,
- d) zur Bewegungskompensation Beschleunigungssensoren, zur Messung der Vorwärtsgeschwindigkeit entsprechende Einrichtungen und zur Lage der Rotationsebene der Antennenträgerarme Präzisionskreisel angeordnet sind und
- e) eine Einrichtung zur Darstellung der Radarinformationen als pho toähnliches Bild auf einem Bildschirm im Cockpit positioniert ist, wobei für die Erzeugung der Bilddarstellung die Teilbilder der Antennen mit unterschiedlichen Elevationswinkeln durch ent sprechende Signalverarbeitungsprozessoren verknüpft und geglät tet werden.
2. Allwettersichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die radialausgerichteten Radarantennen aerodynamisch geformt oder
mit einem aerodynamischen Verkleidungskörper versehen sind.
3. Allwettersichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die in dem zentral angeordneten Elektronikraum oder in
den Antennenträgerarmen positionierte Empfangselektronik die Radarsigna
le als Zf-Signale aufbereitet und durch den Rotorschaft mittels eines
Drehkopplers in den Radarprozessor leitet.
4. Allwettersichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Datenübertragung analog oder analog/digital ge
wandelt optisch über Lichtleiter oder elektrisch über Koaxkabel oder
Hohlleiter erfolgt.
5. Allwettersichtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Bewegungskompensation die Vorwärtsgeschwindig
keit autonom durch Dopplerauswertung des ausgesandten Radarsignals er
mittelt und die Lage der Rotationsebene durch im Zentrum der Rotorkopf
achse angeordneten Präzisionskreisel oder den bordeigenen Navigations
kreisel festgestellt wird.
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