DE2938853A1 - AREA NAVIGATION SYSTEM FOR AIRCRAFT - Google Patents
AREA NAVIGATION SYSTEM FOR AIRCRAFTInfo
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Description
7923-10 Bremen, den 24. Aeptember 19797923-10 Bremen, September 24, 1979
Sm/Bw-ka 2338853Sm / Bw-ka 2338853
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Vereinigte Flugtechnische Werke—Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung United Flugtechnische Werke — Fokker Limited Liability Company
Flächennavigationssystera für Luftfahrzeuge Area navigation systems for aircraft
Die Lrfindung bezieht sich auf ein Flächennavigationssystem für Luftfahrzeuge mit einem vorbekannte Geländedatem einer zu überfliegenden Landschaft liefernden Speicher, die mit aktuell erfaßten Geländedaten in einem Korrelator zur Positionsbestimmung verarbeitet werden.The invention relates to an area navigation system for aircraft with a previously known terrain data of a landscape to be overflown supplying memory, which are processed with currently recorded terrain data in a correlator for position determination.
Bei Luftfahrzeugen werden seit einiger Zeit Navigationssysteme auf der Basis der Korrelation eingesetzt, um die Genauigkeit bei der Positionsbestimmung zu steigern. Eine genaue Positionsbestimmung ist besonders bei Luftfahrzeugen für militärische Missionen sehr wichtig, weil hiervon der Erfolg der jeweiligen Mission abhängt. Von den bis jetzt bekannt gewordenen Navigationssystemen versprechen die mit Geländekorrelation arbeitenden die höchste Genau igkeit, wobei die vorhandene Stationsunabhängigkeit die zusätzliche Forderung nach Bordautonomie erfüllt. In aircraft, navigation systems based on correlation have been used for some time in order to increase the accuracy in determining the position. A precise position determination is very important, especially in aircraft for military missions, because the success of the respective mission depends on it. Of the navigation systems that have become known up to now, those that work with terrain correlation promise the highest accuracy, with the existing station independence meeting the additional requirement for on-board autonomy.
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Die bekannten Navigationssysteme mit Korrelation arbeiten nach dem Prinzip der Höhenkorrelat ion, das heißt, es wird an diskreten Punkten die jeweilige Höhe zum Boden gemessen und die gemessenen Werte mit einer gespeicherten Referenzhöhe des Flugweges in einem Korrelator verarbeitet. Aus den Abweichungen und/oder Übereinstimmungen der aktuellen Meßwerte mit den gespeicherten Referenzhöhen kann anschließend eine Positionsbestimmung abgeleitet werden. Obwohl dieses Navigationssystem von seinem Aufbau her relativ unempfindlich gegenüber Änderungen der Gelandetopographic in kleinen Bereichen ist, gibt es Bedenken wegen der Geländeabhängigkeit und der laufend notwendigen Berücksichtigen von Topographieänderungen, da langfristig unberücksichtigte Änderungen zu unbrauchbaren Navi— gationsergebnissen führen.The known navigation systems with correlation rework the principle of altitude correlation, that is, it is applied to discrete Points the respective height to the ground measured and the measured Values with a stored reference altitude of the flight path processed in a correlator. From the deviations and / or correspondences of the current measured values with the stored reference heights a position determination can then be derived. Although the structure of this navigation system is relatively insensitive to changes in the terrain topographic in small amounts Areas, there are concerns about the terrain dependency and the ongoing need to take account of changes in topography, since changes to unusable navigation systems that are not taken into account in the long term lead to gation results.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein bordautonomes Navigationssystein vorzusehen, das auch bei Änderungen der Gelände— topographic in der Lage ist, präzise Navigationsergebnisse zu erzielen. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Erfassung der aktuellen Geländedaten ein Bildsensor eingesetzt ist, dessen die jeweilige Geländestruktur repräsentierenden Bildsignale nach Aufbereitung dem als Szenenkorrelator ausgebildeten Korrelator zugeführt sind, der zur Positionsbestimmung die Daten einer koordinatenmäßig bekannten geometrisch wesentlich kleineren Referenzstruktur vom Speicher erhält.The invention is therefore based on the object of an on-board autonomous Provide a navigation system that can also be used in the event of changes in the terrain. topographic is able to achieve precise navigation results. According to the invention, this object is achieved in that an image sensor is used to record the current terrain data whose image signals representing the respective terrain structure after processing are designed as a scene correlator Correlator are fed to the position determination the data of a coordinate-wise known geometrically much smaller Receives reference structure from memory.
Das erfindungsgemäße Flächennavigationssystem ist ein zweidiemsio— nales Navigationssystem und hat gegenüber dem eindimensionalen Navigationsverfahren durch Höhenvergleich den Vorteil, höhenunabhängig zu sein. Hieraus folgt, daß Änderungen der Geländetopographie ohne Einfluß auf die Genauigkeit des Navigationsergebnisees sind bzw. eine wohlprofilierte Höhenstruktur nicht notwendig ist. Dabei ist es zweckmäßig, die Bildsignale des durch eine Basisnavigationeanlage gesteuerten Bildsensors einem Bildumsetzer zuzuführen zur Bildwandlung und Verknüpfung der Bilddaten mit einem dem Bildinhalt auf wesentliche Bildstrukturen zurückführenden Operator, mit den die Daten derThe area navigation system according to the invention is a two-part nal navigation system and has the advantage over the one-dimensional navigation method through height comparison that it is independent of height to be. From this it follows that changes in the topography of the terrain have no influence on the accuracy of the navigation results. a well-profiled height structure is not necessary. It is useful to have the image signals of the by a basic navigation system controlled image sensor to an image converter for image conversion and linking the image data with an operator that traces the image content back to essential image structures, with which the data of the
130015/0347 ~3~130015/0347 ~ 3 ~
gespeicherten und einen markenten Bildinhalt aufweisenden Referenz-Struktur bereits verknüpft sind. Die Daten der gespeicherten Referenzstruktur können dabei vor Beginn eines jeweiligen Einsatzes mit dem Operator verknüpft werden, wobei der Operator einen in verschiedenen Potenzen mehrfach vorkommenden Parameter aufweist, der in Abhängigkeit vom Bildinhalt des Referenzbildes für eine maximale Korrelationsspitze auf einen festen zwischen Null und Eins liegenden Wert festlegbar ist.stored reference structure having a distinctive image content are already linked. The data of the stored reference structure can be linked to the operator before the start of a particular assignment, the operator having a parameter that occurs several times in different powers, which depending on the image content of the reference image is set to a fixed value between zero and one for a maximum correlation peak is determinable.
Die Erfindung wird anhandeines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is illustrated by means of one in the accompanying drawing Embodiment explained in more detail.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemälien Flächennavigationssystems, bei dem ein von einer Basisnavigatlonsanlage 1 gesteuerter Bildsensor 2 zur Aufnahme von Bildsignalen des jeweils überflogenen Operationsgebietes eingesetzt ist. Bei der Basisnavigationsanlage handelt es sich um eine Navigationsanlage, die in der Lage ist, eine Positionsbestimmung als Grob— aussage vorzunehmen. Mit einer solchen Basisnavigationsanlage ist ein Luftfahrzeug heute üblicherweise ausgerüstet. Die vom Bildsensor 2 aufgenommenen Bildsignale werden über einen Bildumsetzer 3 einer Korrekturstufe 4 zugeleitet, welche durch die Basisnavigationsanlage 1 ebenfalls beeinflußt wird. Nach der Bildkorrektur sind die aktuell erfaßten Bildsignale über eine Aufbereitungsstufe 5 einem Szenen— korrelator 6 zugeleitet, der durch eine eingebbare adaptive Schwelle 7 steuerbar ist. Neben den aktuellen Bildsignalen erhält der Szenenkorrelator 6 Referenzbildsignale von einem durch die Basisnavigationsanlage 1 steuerbaren Speicher B. Ein Kaiman-Filter 9§ das vom Szenenkorrelator 6 angesteuert wird, steht darüberhinaus noch mit der Basisnavigationsanlage 1 in einer gegenseitigen Funktionsverbindung und gestattet eine Vorhersage über künftige Positionsbestimmungen. The illustrated embodiment shows a block diagram of the area navigation system according to the invention, in which an image sensor 2 controlled by a basic navigation system 1 is used to record image signals of the operating area overflown in each case. The basic navigation system is a navigation system that is able to determine the position as a rough statement. Today an aircraft is usually equipped with such a basic navigation system. The image signals recorded by the image sensor 2 are fed via an image converter 3 to a correction stage 4, which is also influenced by the basic navigation system 1. After the image correction, the currently acquired image signals are fed via a processing stage 5 to a scene correlator 6, which can be controlled by an adaptive threshold 7 that can be entered. In addition to the current image signals, the scene correlator 6 receives reference image signals from a memory B controllable by the basic navigation system 1. A Kalman filter 9, which is controlled by the scene correlator 6, is also in a mutual functional connection with the basic navigation system 1 and allows a prediction of future ones Position determinations.
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Während eines Kinsatzcs erzeugt der durch die Basisnavigations— anlage 1 gesteuerte Bildsensor 2 Bildsignale, die dem Bildumsetzer 3 zugeführt sind. Der Bildumsetzer 3 besteht aus einem Analog-Digital-Wandler und einem Bildspeicher zur kurzzeitigen Zwischenspeicherung der gewandelten Bilddaten. Das Ausgangssignal des Bildumsetzers 3 stellt somit in digitaler Form die Grauwertverteilung der jeweils aufgenommenen Geländestruktur dar und wird in der Korrekturstufe 4 auf Differenzen gegenüber dem Referenzbild überprüft und gegebenenfalls Korrigiert* Dabei können Differenzen, die aufgrund unterschiedlicher Fluglagen und/oder unterschiedlicher Flugrichtungen entstanden sind, durch Vergrößern und/oder Drehen der die Geländestruktur repräsentierenden Bilddaten eliminiert werden. Nach der Korrekturstufe gelangen die Bilddaten auf die Aufbereitungsstufe 5» mo sie mit einem Operator verknüpft werden. Der Operator besteht aus der nachfolgend aufgeführten FormelDuring a trip the generated by the basic navigation system 1 controlled image sensor 2 image signals which are fed to the image converter 3. The image converter 3 consists of an analog-digital converter and an image memory for temporary intermediate storage the converted image data. The output signal of the image converter 3 thus represents the gray value distribution of the respective in digital form recorded terrain structure and is in correction level 4 Checked for differences compared to the reference image and corrected if necessary are eliminated by enlarging and / or rotating the image data representing the terrain structure. After the correction stage the image data arrive at processing level 5 »mo with them linked to an operator. The operator consists of the following formula
'*■ /> 2\ 2 χ -x(1+x ; χ '* ■ /> 2 \ 2 χ -x ( 1 + x; χ
2 2X2 2x2 2 X 2 2x
—x(l + x ) (l + x ) —x(l+x )—X (l + x) (l + x) —x (l + x)
χ χ (l+x ) Xχ χ (l + x) X
wobei der in verschiedenen Potenzen vorkommende Parameter χ in Abhängigkeit vom Bildinhalt für eine maximale Korrelationsspitze einen festen zwischen Null und Eins liegenden Wert annimmt. Vor einer jeweiligen Mission wird dieser Parameter χ am Referenzbild ermittelt und im Operator der Aufbereitungsstufe 5 berücksichtigt. Durch diese Verknüpfung mit dem angegebenen Operator wird die Geländestruktur des aktuell aufgenommenen Bildes auf wesentliche Bildstrukturen zurückgeführt, so daß der anschließende Korrelationsvorgang im Szenen— korrelator 6 je nach Bildgröße über entsprechend viele Parallelver— arbeitungsweg~ und eine adaptive Schwelle 7 zu einer Echtzeitkorre— lation führt. Die adaptive Schwelle sorgt dafür, daß nur die Teilkorrelationsvorgänge durchgeführt werden, bei denen das Ausgangs— signal die feste aber einstellbare Schwelle überschreitet. Zur Korrelation erhält der Szenenkorrelator 6 vom durch die Basisnavigationsanlage 1 gesteuerten Speicher 8 die Referenzbilder, die vor dem Einsatz ebenfalls mit dem angegebenen Operator verknüpft wurden* Diewhere the parameter χ, which occurs in different powers, depends on the image content for a maximum correlation peak assumes a fixed value between zero and one. Before each mission, this parameter χ is determined on the reference image and taken into account in the operator of processing level 5. Through this Linking with the specified operator, the terrain structure of the currently recorded image is traced back to essential image structures, so that the subsequent correlation process in the scene— Correlator 6, depending on the size of the image, has a corresponding number of parallel connections working path ~ and an adaptive threshold 7 for a real-time correction lation leads. The adaptive threshold ensures that only the partial correlation processes are carried out in which the output- signal exceeds the fixed but adjustable threshold. For the purpose of correlation, the scene correlator 6 receives the reference images from the memory 8 controlled by the basic navigation system 1, which were also linked to the specified operator prior to use
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Referenzbilder beinhalten eine im aktuellen Bild zu suchende markante Struktur, und sie sind wesentlich kleiner als das aktuelle Bild. Reference images contain a distinctive structure to be searched for in the current image, and they are much smaller than the current image.
Das erfindungsgemaüe Navigationssystem ist allwettertauglich, weil für den Bildsensor 2 verschiedene Sensoren zum Eineatz gelangen können. Ls ist möglich, dafür Infrarotsensoren, Radarsensoren oder MW-Radiometer einzusetzen, wodurch das Flächennavigationssystea in bezug auf die Bildsensoren auch kompatibel ist. The navigation system according to the invention is suitable for all weathers because different sensors can be used for the image sensor 2. It is possible to use infrared sensors, radar sensors or MW radiometers for this purpose, whereby the area navigation system is also compatible with regard to the image sensors .
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: MESSERSCHMITT-BOELKOW-BLOHM GMBH, 8012 OTTOBRUNN, |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8131 | Rejection |