DE4328573C2 - Allwettersichtsystem für Hubschrauber - Google Patents

Allwettersichtsystem für Hubschrauber

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    • H01Q1/28Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
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    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904SAR modes
    • G01S13/9082Rotating 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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