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DE3011556A1 - AREA NAVIGATION SYSTEM FOR AIR AND / OR WATER VEHICLES - Google Patents

AREA NAVIGATION SYSTEM FOR AIR AND / OR WATER VEHICLES

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DE3011556A1
DE3011556A1 DE19803011556 DE3011556A DE3011556A1 DE 3011556 A1 DE3011556 A1 DE 3011556A1 DE 19803011556 DE19803011556 DE 19803011556 DE 3011556 A DE3011556 A DE 3011556A DE 3011556 A1 DE3011556 A1 DE 3011556A1
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Germany
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area
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navigation system
course
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DE19803011556
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Horst-Dieter Dipl.-Ing. 2805 Stuhr Lerche
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Airbus Defence and Space GmbH
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Vereinigte Flugtechnische Werke 2800 Bremen GmbH
Vereinigte Flugtechnische Werke GmbH
Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/005Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Description

7923-35 Bremen, den 24. März I98O7923-35 Bremen, March 24th, 1989

Sm/kaSm / ka

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter HaftungUnited Flugtechnische Werke-Fokker limited liability company

Flächennavigationssystem für Luft- und/oder WasserfahrzeugeArea navigation system for aircraft and / or water vehicles

Die Erfindung bezieht sich auf ein Flächennavigationssystem für Luft- und/oder Wasserfahrzeuge mit einem Speicher, dessen Daten vorbekannte Höhenwerte eines Operationsgebietes repräsentieren, die zur Positionsbestimmung in einem Korrelator mit Höhendaten verarbeitet werden, welche im Einsatz mit einer Höhenmeßeinrichtung aktuell erfaßt werden.The invention relates to an area navigation system for Aircraft and / or watercraft with a memory whose data represent previously known height values of an operating area, which are used to determine the position in a correlator with height data processed, which are currently detected in use with a height measuring device.

Bei Luftfahrzeugen werden seit einiger Zeit Navigationssysteme auf der Basis der Geländekorrelation 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 ar-Navigation systems have been used in aircraft for some time used on the basis of the terrain correlation in order to increase the accuracy of the position determination. A precise position determination is very important, especially in aircraft for military missions, because the success of the respective mission depends on it. Of those that have become known so far Navigation systems promise to work with terrain correlation

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beitenden die höchste Genauigkeit, wobei die vorhandene Stationsunabhängigkeit eine zusätzliche Forderung nach Bordautonomie erfüllt.provide the highest accuracy, whereby the existing station independence fulfills an additional requirement for on-board autonomy.

Die bekannten Navigationssysteme mit Geländekorrelation arbeiten nach dem Prinzip der Höhenkorrelation, d.h., es wird an diskreten Punkten die jeweilige Höhe zum Boden gemessen und die so ererfaßten Werte werden anschließend mit einer gespeicherten Referenzhöhe des Flugweqes in einem Korrelator verarbeitet. Die Genauigkeit derartiger auch für Wasserfahrzeuge geeigneter Navigationssysteme kann dabei durch "update-Methoden" (Auffrischmethoden) wesentlich erhöht werden. Während der Reise über ein sogenanntes Kontrollgebiet wird dabei mit einer speziellen Sensoreinheit das darunter liegende Höhenprofil entlang der Reiseroute gemessen und durch numerischen Vergleich der quantisierten Geländedaten mit den gespeicherten als Referenzdaten dienende Geländeinformationen die wahre Position ermittelt.The known navigation systems work with terrain correlation according to the principle of altitude correlation, i.e. the respective altitude to the ground is measured at discrete points and the values recorded in this way are then processed in a correlator with a stored reference altitude of the flight path. the Accuracy of this kind also suitable for watercraft Navigation systems can be significantly increased by "update methods" (refreshing methods). During the travel A special sensor unit is used to trace the elevation profile below via a so-called control area the travel route is measured and the true position is determined by numerical comparison of the quantized terrain data with the stored terrain information serving as reference data.

Die bisher bekannt gewordenen Navigationssysteme verlangen für eine vorgeplante Mission einen festgelegten Sollkurs. Obwohl dieser Sollkurs keine gerade Bahn darzustellen braucht, ist dies dennoch unbefriedigend, weil beliebige, nicht vorgeschriebene Reiserouten für militärische Einsätze grundsätzlich zweckmäßiger sind.The previously known navigation systems require for a pre-planned mission a set target course. Although this target course does not have to represent a straight path, it is this is nevertheless unsatisfactory because any, non-prescribed travel routes for military operations are fundamentally are more appropriate.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Navigationssystem der eingang* genannten Art für den Einsatz beliebiger nicht vorgeschriebener Reiserouten auszubilden. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der über ein Interface und ein Datenverbundsystem gekoppelt« Korrelator weitere Daten von einem Kurs- und/oder Lagereferenzsystem erhält, die über eine Aufbereitungestufe sowie das Datenverbundsystem und das Interface zum Korrelator gelangen.The invention is therefore based on the object of providing a navigation system of the type mentioned at the beginning * for any use to train non-prescribed travel routes. According to the invention, this object is achieved in that the over a Interface and a data network system coupled «Correlator receives further data from a course and / or position reference system, which is sent to the correlator via a processing stage as well as the data network system and the interface.

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Diese Maßnahme ermöglicht es, bei entsprechender Auslegung des Korrelator, insbesondere bei entsprechender Abspeicherung hinreichender Geländedaten, nicht vorgeschriebenen beliebigen Reiserouten zu folgen. Dabei kann die Aufbereitungsstufe aus den Daten des Kurs- und/oder Lagereferenzsystem, initiiert durch die gleichzeitig erfaßten Höhendaten, eine Bahnschablone für den künftigen Reiseweg im Operationsgebiet ermitteln und die im Speicher gespeicherten Höhendaten des Operationsgebietes zur Korrelation mit den erfaßten Höhendaten gemäß den jeweils ermittelten Daten der Bahnschablone aufbereiten und umsortieren. Weiterhin kann die Aufbereitungsstufe das Operationsgebiet in virtuelle, aus einzelnen Korrelationsgebieten bestehende Kontrollgebiete aufteilen, wobei die Längen und/oder Breiten der Korrelationsgebiete in Abhängigkeit der optimalen Korrelationslänge des Korrelationsergebniases und der vom jeweiligen Geländetyp bestimmten charakteristischen Größe für da· statistische Korrelationsverfahren als frei wählbare Parameter der Aufbereitungsstufe eingegeben werden können. Die Korrelationsgebiete innerhalb eines virtuellen Kontrollgebietes können sich dabei nahtlos anschließen, überlappen und einen endlichen Abstand zueinander aufweisen. Außerdem ist es zweckmäßig, das jeweils erste Korrelationsgebiet innerhalb eines Kontrollgebietes sich über die gesamte Breite erstrecken zu lassen und die nachfolgenden Korrelationsgebiete in Abhängigkeit der im ersten Korrelationsgebiet festgestellten Position mit verminderter Breite anschließen zu lassen. Diese Verfahrensweise bietet auch die Möglichkeit, beim Erreichen der Grenzen des Kontrollgebietes durch ein Korrelationsgeblet im Korrelator einen Befehl zur Kurskorrektur auszulösen. Das Ausmaß der jeweiligen Kurskorrektur kann dann in dem Korrelationsgebiet überprüft werden, die dem den Befehl auslösenden Korrelationsgebiet folgen.This measure makes it possible, with appropriate design of the Correlator, in particular with appropriate storage of sufficient terrain data, not to follow any prescribed travel routes. The processing level can be derived from the data of the course and / or position reference system, initiated by the height data recorded at the same time, a path template for the future Determine the travel route in the operating area and the altitude data of the operating area stored in the memory for correlation with the recorded height data in accordance with the data determined in each case prepare and rearrange the track template. Furthermore, the processing stage can convert the operating area into virtual ones divide existing control areas into individual correlation areas, with the lengths and / or widths of the correlation areas as a function of the optimal correlation length of the correlation result and the characteristic variable determined by the respective type of terrain for the statistical correlation method as Freely selectable parameters of the processing level can be entered can. The correlation areas within a virtual control area can connect seamlessly, overlap and have a finite distance from one another. It is also useful to have the first correlation area within of a control area to extend over the entire width and the subsequent correlation areas depending on the position determined in the first correlation area to be connected with a reduced width. This procedure also offers the possibility of, when the limits of the Control area by a correlation Geblet in the correlator to trigger a command for course correction. The extent of each Course correction can then be checked in the correlation area that follows the correlation area that triggered the command.

Die Aufbereitungsstufe kann dabei gleichzeitig mit der Höhenmessung und der dadurch initiierten Aufbereitung der Höhenwerte den mittleren Kurswinkel aus den anstehenden Kursdaten als Eintritts—The processing stage can be carried out simultaneously with the altitude measurement and the processing of the altitude values initiated thereby mean course angle from the upcoming course data as entry

130040/0608 ~4~130040/0608 ~ 4 ~

winkel für das jeweilige Kontrollgebiet errechnen und diese Daten dem Korrelator zur Transformation des Kontrollgebietes für die nachfolgende Feinkorrelation des in mehrere Korrelationsgebiete aufgeteilten Kontrollgebietes zuführen. Die im Speicher gespeicherten Höhendaten können bei dem erfindungsgemäßen Navigationssystem auch in Abhängigkeit der Daten der jeweiligen Bahnschablone in geraden Rasterlinien folgenden Bahnen zur Durchführung einer Linienkorrelation unsortiert werden.Calculate the angle for the respective control area and use this data the correlator for transforming the control area for the subsequent fine correlation of the into several correlation areas to the divided control area. In the case of the navigation system according to the invention, the altitude data stored in the memory can also be unsorted depending on the data of the respective path template in paths following straight raster lines in order to carry out a line correlation.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen«The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing. Show it"

Figur 1 ein Blockschaltbild eines NavigationssystemsFigure 1 is a block diagram of a navigation system

für beliebige Reiserouten,for any travel route,

Figur 2 das Funktionsprinzip für ein FeinFigure 2 shows the principle of operation for a fine

korrelat ions verfahr en,correlation methods,

Figur 3 das Funktionsprinzip zur Umsortierung derFigure 3 shows the functional principle for rearranging the Höhendaten für eine Linienkorrelation undElevation data for a line correlation and Figur 4 das Funktionsprinzip für die Ermittlung desFigure 4 shows the functional principle for determining the Eintrittswinkels in ein Kontrollgebiet.Entry angle into a control area.

Wie das Blockschaltbild nach Figur 1 zeigt, besteht das erfindungsgemäße Navigationesystem aus einer TERCOIf-Einheit 1 (TERCOM ■ Terrain contour matching), einer Höhenmeßeinrichtung 2, z.B. ein Radar-Höhenmeßgerät und/oder ein barometrisches Höhenmeßgerät sowie einem Kurs- und Lagereferenzeystem 3· Die TERCOΜΕ inheit 1 besteht aus einem Korrelator 4, einem Mikroprozessor 5, einem Massenspeicher 6 und zwei Arbeitsspeichern 7» 3. Alle diese Baustufen stehen innerhalb der TERCOM-Einheit 1 über einen Datenbus 9 miteinander in Verbindung. Anstatt des Korrelators 4 können auch mehrere entsprechend zugeschnittene Mikroprozessoren einge-As the block diagram according to FIG. 1 shows, the navigation system according to the invention consists of a TERCOIf unit 1 (TERCOM Terrain contour matching), an altitude measuring device 2, e.g. a radar altimeter and / or a barometric altimeter as well as a course and position reference system 3 The TERCOΜΕ unit 1 consists of a correlator 4, a microprocessor 5, a mass memory 6 and two main memories 7 »3. All of these Construction stages are connected to one another within the TERCOM unit 1 via a data bus 9. Instead of the correlator 4 can several suitably tailored microprocessors

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setzt werden. Der Datenbus 9 führt weiterhin über ein außerhalb der TERCOM-Einheit 1 vorgesehenes Interface 10 auf ein Datenverbundsystem 11, da· sowohl mit einer Aufbereitungsstufe 12, der Höhenmeßeinrichtung 2 als auch mit einer Aufbereitungsstufe 13 des Kurs- und Lagereferenzsystems 3 in Verbindung steht. Außerdem kann dieses Datenverbundsystem 11, wie angedeutet, zur Übertragung von Daten zu nicht näher dargestellten Baustufen, z.B. Anzeigegeräten im jeweiligen Trägerfahrzeug benutzt werden.are set. The data bus 9 continues via an outside the TERCOM unit 1 provided interface 10 to a data network system 11, both with a processing stage 12, the height measuring device 2 as well as with a processing stage 13 of the course and position reference system 3 is in connection. In addition, this data network system 11 can, as indicated, be used for the transmission of data to construction stages not shown in detail, e.g. display devices in the respective carrier vehicle will.

Das erfindungsgemäße Navigationssystem kann auf der Basis eines modulareη Korrelationskonzeptes, wie in unserer Patentanmeldung P 28 30 992 beschrieben, aufgebaut und betrieben werden. Dieses Konzept gewährleistet weitgehende Freizügigkeit für beliebige Reiserouten innerhalb eines Operationsgebietes bezüglich unterschiedlicher Kurse, unterschiedlicher Bahnformen, unterschiedlicher Eintrittewinkel und unterschiedlicher Eintrittspunkte. Für die Berücksichtigung der Einflüsse unterschiedlicher Kurse und unterschiedlicher Bahnformen ist es notwendig} daß das Kurs- und Lagereferenzsystem eine hinreichende Kurszeit-Genauigkeit besitzt, was aber die heute zur Verfügung stehenden Geräte gewährleisten.The navigation system according to the invention can be based on a modularη correlation concept, as in our patent application P 28 30 992 described, built and operated. This concept guarantees extensive freedom of movement for any travel routes within an operating area different courses, different types of tracks, different entry angles and different entry points. To take into account the influences of different It is necessary for courses and different forms of orbit that the course and position reference system has sufficient course time accuracy, which is what the devices available today do guarantee.

Beim Betrieb des Navigationssysteme wird gleichzeitig mit der Höhenmessung auch die Aufbereitung der Kursinformation initiiert. Während der Messung der Höhenwerte in der Höhenmeßeinrichtung 2 und der anschließenden Aufbereitung in der Aufbereitungestufe erfolgt die Berechnung der Bahnschablone aus dem Kurssignal und/ oder dem Positionssignal des Kur»~/Lageref*renzsystems. Vor Durchführung der eigentlichen Korrelationserrechnung werden die gespeicherten Höhensollwerte in den Speichern 6, 7, 8 entsprechend der Daten der Bahnsohablone aufbereitet und umsortiert. Auf diese Heise wird sichergestellt, daß die Einflüsse beliebiger Bahnformen auf das Korrelationsergebnis und damit die Genauigkeit der Navigationsaussagen berücksichtigt werden. Die in der Aufbereitungsstufe 13 aufbereiteten Signale der Bahnsohablone werden über dieWhen operating the navigation system, the preparation of the course information is initiated at the same time as the altitude measurement. During the measurement of the height values in the height measuring device 2 and the subsequent processing in the processing stage the path template is calculated from the course signal and / or the position signal of the course / position reference system. Before the actual correlation calculation is carried out, the stored altitude setpoints are stored in the memories 6, 7, 8 accordingly the data of the web template prepared and re-sorted. In this way it is ensured that the influences of any orbit shapes on the correlation result and thus the accuracy of the Navigation statements are taken into account. The signals of the web template processed in the processing stage 13 are transmitted via the

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Schnittstelle -Datenverbundsystem 11 - in die TERCOM-Einheit übertragen*Interface - data network system 11 - in the TERCOM unit transfer*

Bein Betrieb des erfindungsgeaäßen Flächennavigationssystems sind drei verschiedene Funktionsprinzipien je nach Reiseweg möglich. Gemeinsam ist diesen Prinzipien die Methode der Berechnung der Positions-updates (Erneuerung) und, darttberhlnaus, die Ermittlung der Kurs- und Geschwindigkeiteinformationen. Wie aus Fig. hervorgeht, wird ein sogenanntes virtuelles Kontrollgebiet 15 definiert, das aus einzelnen Korrelationsgebieten 16, 17 ··· 22 besteht. Die einzelnen Korrelationegebiete 16, 17 ··♦· 22 können sich entweder überlappen - wie dargestellt -, einen endlichen Abstand zueinander haben oder sich nahtlos anschließen. Die Länge der Korrelationegebiete wird entsprechend der optimalen Korrelationslänge gewählt, die eine für den jeweiligen Geländetyp und das statistische Korrelationsverfahren charakteristische Größe darstellt. Während die Breite des ersten Korrelationsgebietes 16 im Kontrollgebiet 15 der Breite des Kontrollgebietes entspricht, schließen sich die nachfolgenden Korrelationsgebiete 17, 18 .... 22 mit reduzierter Breite an* Durch dieses Verfahrensprinzip, das praktisch eine Feinkorrelation darstellt, wird die Sicherheit der Navigationsaussage wesentlich erhöht, weil hierdurch eine Elemination von Ausreißern erfolgt» Vor Berechnung der endgültigen update-Information werden entsprechend der Anzahl der Korrelationsgebiete mehrere Positionsinformationen ermittelt. Mit einer einfachen Entscheidungslogik (Güte des Korrelationskriteriums oder Glättung) wird die erste aktuelle Position im Korrelator 4 ermittelt. Bei hinreichender geländesignifikanter Länge des Kontrollgebietes können durch wiederholtes Berechnen die Reiseroute innerhalb des Kontrollgebietes und zusätzliche Kursfehler ermittelt werden.In operation of the area navigation system according to the invention three different functional principles possible depending on the route. What these principles have in common is the method of calculating the Position updates (renewal) and, darttberhlnaus, the determination of course and speed information. As shown in Fig. emerges, a so-called virtual control area 15 is defined, which is made up of individual correlation areas 16, 17 ··· 22 consists. The individual correlation areas 16, 17 ·· ♦ · 22 can either overlap - as shown -, a finite one Have a distance from one another or connect seamlessly. The length of the correlation areas becomes the optimal one Correlation length selected, the one characteristic for the respective type of terrain and the statistical correlation method Represents size. While the width of the first correlation area 16 in the control area 15 is the width of the control area corresponds to the following correlation areas 17, 18 .... 22 with reduced width The security of the navigation information is significantly increased because this eliminates outliers »Before the final update information is calculated, the number of Correlation areas determined several position information. With a simple decision logic (quality of the correlation criterion or smoothing) the first current position in the Correlator 4 determined. If the length of the control area is significant, it can be calculated repeatedly the travel route within the control area and additional course errors can be determined.

Das in Figur 2 dargestellte Prinzip der Feinkorrelation mit der damit verbundenen Flugbahnermittlung erleichtert auch den Suchvorgang. Ausgehend vom Korrelationsgebiet 16, in welchem wegen der maximalen Eintrittsfehler sich die Suchstrategie auf die ge-The principle of fine correlation shown in FIG. 2 with the The associated trajectory determination also facilitates the search process. Starting from the correlation area 16 in which because of the maximum entry error, the search strategy is based on the

130040/0608 _7_130040/0608 _ 7 _

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samte Breite des Kontrollgebietes erstrecken muß, kann in den nachfolgenden Korrelationsgebieten 17 .·. 22 der Korrelationsvorgang auf einen um die letzte Position vorhergesagten Bereich eingeschränkt werden. Über die gesamte Länge des Kontrollgebietes wird scheinbar ein Korrelationsfenster konstanter aber reduzierter Breite gemäß der Reiseroute bewegt, wobei das Kriterium der Verlauf der Korrelationsfunktion ist. Der Vorschub erfolgt mit einem dem ganzzähligen Vielfachen des Rasterabstandes äquivalenten Takt. Die Synchronisation zwischen Soll- und Istwerten wird dabei über die Geschwindigkeitsinformation des Kurs- und Lagereferenzsystems sichergestellt, so daß auf diese Weise aus der kontinuierlich aufgenommenen Höhenmeßfolge der für die Korrelation über dem jeweiligen Korrelationsfenster (-gebiet) gültige Istwertstreifen ausgewählt werden kann. Die einzelnen Korrelationserrechnungen werden dabei nicht entlang der gespeicherten Rasterlinien, sondern mit der aktuellen Bahnschablone durchgeführt.must cover the entire width of the control area can be in the following correlation areas 17. ·. 22 the correlation process to a range predicted around the last position be restricted. A correlation window appears to be more constant but reduced over the entire length of the control area Width moved according to the travel route, the criterion being the course of the correlation function. The feed takes place with a the clock equivalent to the integer multiple of the grid spacing. The synchronization between setpoint and actual values is done via the speed information of the course and position reference system ensured, so that in this way from the continuously recorded altitude measurement sequence for the correlation over the respective Correlation window (area) valid actual value strips can be selected. The individual correlation calculations are thereby not carried out along the saved grid lines, but with the current path template.

Wie das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zeigt, ist es auch möglich, die Korrelation bei gekrümmten Bahnen entlang gerader Linien durchzuführen. Hier wird das Prinzip der Linienkorrelation entlang gespeicherter Rasterlinien nach der Umsortierung angewandt. Der wesentliche unterschied gegenüber den anderen Funktionsprinzipien besteht darin, daß vor Durchführung der Korrelationsrechnung entsprechend der aufbereiteten Bahnschablone die Sollwerte der gespeicherten Geländehöhenmatrix umsortiert werden. Wie Figur 3 zeigt, ist dabei ein Kontrollgebiet 30 mit einem Raster überzogen, wodurch in diesem Kontrollgebiet 64 Raeterzellen 31 entstehen« Die Korrelation zwischen den umsortierten Sollwerten und den gemessenen Istwerten wird entlang der daneben abgebildeten neuen Rasterlinien 33t 34 durchgeführt, d.h., es erfolgt eine scheinbare Korrelation mit der Bahnschablone 32. Bei diesem Funktionsprinzip werden die gekrümmten Bahnen 32 in die geraden Bahnen 33t 34 transformiert und anschließend eine Linienkorrelation durchgeführt, wobei die Berechnung der aktuellen Position nach dem bisher beschriebenen Verfahren erfolgt.As the embodiment of Figure 3 shows, it is also possible perform the correlation on curved paths along straight lines. Here, the principle of line correlation along stored grid lines after the re-sorting is applied. The essential one The difference compared to the other functional principles is that before the correlation calculation is carried out accordingly of the prepared path template, the target values of the stored terrain height matrix are rearranged. As Figure 3 shows, is included a control area 30 covered with a grid, whereby in this Control area 64 Raeter cells 31 arise «The correlation between the rearranged setpoint values and the measured actual values are carried out along the new grid lines 33t 34 shown next to them, i.e., there is an apparent correlation with the path template 32. With this principle of operation, the curved paths 32 in the straight paths 33t 34 transformed and then carried out a line correlation, the calculation of the current Position takes place according to the procedure described so far.

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Auch bei diesem Funktionsprinzip können in den Baustufen der TERCOM-Einheit 1 in Abhängigkeit der Prograamierung folgende Schritte unterschieden werden»With this functional principle, the following can be used in the construction stages of the TERCOM unit 1, depending on the programming Steps are differentiated »

1. Auslösung der Höhenmessung und Kursaufbereitung,1. Initiation of altitude measurement and course preparation,

2. Ermittlung des Ist-Geländehöhenprofils,2. Determination of the actual terrain height profile,

3. Berechnung der Daten der Bahnschablone*3. Calculation of the data of the path template *

Nach Durchführung einer KorrelationAfter performing a correlation

4. Übernahme, Dekompriaierung und Speicherung der gemessenen Höhenprofile entlang der Reiseroute,4. Adoption, decompression and storage of the measured height profiles along the travel route,

5· übertragung der Bahnsenablone, 6. Aufbereitung der Sollwerte5 transfer of the web template, 6. Preparation of the setpoints

6.1 Indexberechnung,6.1 index calculation,

6.2 !!^speicherung τοη Arbeitsspeicher in Arbeitsspeicher 8 und6.2 !! ^ storage τοη main memory in memory 8 and

6.3 gewichtete Interpolation6.3 weighted interpolation

7> Hehrfache Korrelation entlang der neuen Rasterlinien, 8. Bestimmung der aktuellen Position durch eine Entscheidungslogik,7> Multiple correlation along the new grid lines, 8. Determination of the current position by a decision logic,

9* Rücktransfomation in das geodätische System und 10. Übergabe der aktuellen Positionswerte.9 * back transformation into the geodetic system and 10. Transfer of the current position values.

Neben der durch die Höhenmessung initiierten Kursaufbereitung ist es auch möglich, den Kurswinkel zu erfassen. Figur zeigt das Funktionsprinzip für die Ermittlung des mittleren Kurswinkels und die Transformation des Korrelationsgebietes 25 innerhalb des Kontrollgebietes 24 in einer für die gesamte Ausführung der Korrelation zeitunkritischen Phase. Das für die Korrelationszeit geforderte Zeitkriterium bleibt infolge rekursiver Arbeitsweise unangetastet. Die Grobkorrelation um denIn addition to the course preparation initiated by the altitude measurement, it is also possible to record the course angle. The figure shows the functional principle for the determination of the mean course angle q £ and the transformation of the correlation area 25 within the control area 24 in a phase that is not time-critical for the entire execution of the correlation. The time criterion required for the correlation time remains unaffected due to the recursive mode of operation. The coarse correlation around the

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mittleren Kurswinkel OC entlang der transformierten parallel zur Bahnschablone 26 liegenden Rasterlinie 27 ergibt eine recht genaue erste Näherung für die zu bestimmende Position. Mit der anschließenden Feinkorrelation, welche mit der aufbereiteten Bahnschablone 26 erfolgt, wird eine genaue Ermittlung der Position in einem eng begrenzten Sektor um die in erster Näherung ermittelte Position vorgenommen. Hierdurch wird der Signalverarbeitungsaufwand und die Zeit zur Durchführung einer Korrelation erheblich reduziert.mean course angle OC along the transformed parallel the grid line 27 lying to the path template 26 results in a very precise first approximation for the position to be determined. With the subsequent fine correlation, which takes place with the prepared path template 26, an exact determination is made the position in a narrow sector around the position determined in the first approximation. This will make the Signal processing overhead and the time to complete a Correlation significantly reduced.

Bei einem Positionsbestimmungsvorgang werden in den Baustufen der TERCOM-Einheit 1 bestimmt durch eine entsprechende Program, mierung folgende Schritte durchgeführt!During a position determination process, the TERCOM unit 1 is determined by a corresponding program in the construction stages, carried out the following steps!

1. Auslösung der Höhenmessung und Kursaufbereitung,1. Initiation of altitude measurement and course preparation,

2. Ermittlung des Geländehöhenprofils,2. Determination of the terrain height profile,

3. Ermittlung eines mittleren Kurswinkels (Ausgleichsgerade), 4* Transformation des Korrelationsgebietes um den mittleren3. Determination of a mean course angle (best-fit straight line), 4 * transformation of the correlation area around the mean

Kurswinkel,Heading angle, Dekompression auf Absolut-Höhenwerte,Decompression to absolute altitude values, Bestimmung der zu transformierenden Koordinaten x, yDetermination of the coordinates x, y to be transformed Indexberechnung,Index calculation, Interpolation,Interpolation, Berechnung der auf den Mittelwert bezogenenCalculation of the related to the mean value

Werte,Values,

Dmspeicherung eines Kontrollgebietes.Dm storage of a control area.

Nach Abschluß eines Korrelationsvorganges werden in der TERCOM-Einheit 1 ebenfalls in Abhängigkeit einer vorgenommenen Programmierung die nachfolgenden Schritte durchgeführt!After completion of a correlation process, the following steps are carried out in TERCOM unit 1, also depending on the programming carried out!

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Übernahme, Dekomprimierung und SpeicherungAcquisition, decompression and storage

der gemessenen Höhenprofile entlang der Reiseroute,the measured height profiles along the travel route,

Übernahme des mittleren Kurswinkels,Acceptance of the mean course angle, Grobkorrelation des gespeicherten und gemessenenCoarse correlation of the stored and measured Höhenprofile im gedrahteten Gitternetz des Operationsgebietes,Height profiles in the wired grid of the operating area,

Feinkorrelation mit der Bahnschablone im eingeschränkten Suchbereich,Fine correlation with the path template in the restricted search area,

Bestimmung der Position,Determining the position, RUcktransformation ins geodätische System undBack transformation into the geodetic system and

übergabe der aktuellen Positionswerte.Transfer of the current position values.

Das erfindungsgemäße Flächennarigationssystem ist aufgrund der Erfassung und enteprechenden Aufbereitung der Kurs- und GeschKindigkeitsinformationen in der Lage, beliebige, nicht rorgegebene Reiserouten zu folgen und daher besonders für militärische Missionen geeignet. Voraussetzung hierfür ist, daß die Höhendaten des Operationsgebietes in den Speichern 6, 7 und 8 zur Verfügung stehen, was aber aufgrund der heutigen Speichertechnik ohne großen Aufwand möglich ist.The area navigation system according to the invention is due to the Acquisition and appropriate processing of the course and speed information, able to follow any, non-specified travel routes and therefore particularly suitable for military missions. The prerequisite for this is that the elevation data of the operating area are available in the memories 6, 7 and 8, but this is due to today's Storage technology is possible without great effort.

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7923-35 t A\L. Bremen, den 26. Februar I9607923-35 t A \ L. Bremen, February 26th, 1960

Sra/kSra / k

Zusammenstellung der BezugszahlenCompilation of the reference numbers

11 TERCOM-EinheitTERCOM unit 22 Höhenmeße inrichtungHeight measurement in the direction 33 Kurs— und LagereferenzsystemCourse and attitude reference system 44th KorrelatorCorrelator 55 Mikroprozessormicroprocessor 66th MassenspeicherMass storage 77th Arbeitsspeicherrandom access memory 88th _ Il __ Il _ 99 DatenbusData bus 1010 Interfaceinterface 1111 DatenverbundsystemData network system 1212th AufbereitungsstufeProcessing stage 1313th 1515th KontrollgebietControl area 1616 KorrelationsgebietCorrelation area ■ · ·
22
■ · ·
22nd
2323 BahnschabloneOrbit template 2424 KontrollgebietControl area 2525th KorrelationsgebietCorrelation area 2626th BahnschabloneOrbit template 2727 RasterlinieGrid line

30 Kontrollgebiet30 control area

31 Korrelationsgebiet31 correlation area

32 gekrümmte Bahn32 curved track

33 gerade Bahn33 straight track

34 - » -34 - »-

130040/0608130040/0608

Claims (11)

7923-35 Bremen, den 26. Februar I98O7923-35 Bremen, February 26th, 1989 Sm/kaSm / ka Vereinigte Flugtechnische Werke-i Gescl] schrift u. it beschränkter HaftungVereinigte Flugtechnische Werke-i Gescl ]schrift and limited liability PatentansprücheClaims Flächennavigationssystem für Luft- und/oder Wasserfahrzeuge mit einem Speicher, dessen Daten vorbekannte Höhenwerte eines Operationsgebietes repräsentieren, die zur Positionsbestimmung in einem Korrelator mit Höhendaten verarbeitet werden, welche im Einsatz mit einer Höhenmoßeinrichtung aktuell erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet , daß der über ein Interface (lO) und ein Datenverbundsystem (ll) mit der Höhenmeßeinrichtung (2) gekoppelte Korrelator (4) weitere Daten von einem Kurs- und/oder Ladereferenzsystem (3) erhält, die über eine Aufbereitungsstufe (l3) sowie das Datenverbundsystem (ll) und das Interface (lO) zum Korrelator (4) gelangen.Area navigation system for aircraft and / or watercraft with a memory whose data is previously known Represent elevation values of an operating area that are used to determine the position in a correlator Altitude data are processed, which are currently recorded in use with an altitude measuring device, thereby characterized in that the via an interface (lO) and a data network system (ll) with the height measuring device (2) coupled correlator (4) receives further data from a course and / or load reference system (3), via a processing stage (l3) and the data network system (ll) and the interface (10) to the correlator (4). 2.) Flächennavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufbereitungsstufe (13) aus den Daten des Kurs- und Lagereferenzsystems (3), initiiert durch die gleichzeitig erfaßten Höhendaten, eine Bahnschablone (23, 26, 32) für den künftigen Reiseweg im Operationsgebiet ermittelt und daß die im Speicher (6, 7> 8) gespeicherten Höhendaten des Operationsgebietes zur Korrelation mit den erfaßten Höhendaten gemäß den jeweils ermittelten Daten der Bahnschablone (23, 26, 32) aufbereitet und umsortiert sind.2.) Area navigation system according to claim 1, characterized in that the processing stage (13) from the data of the course and position reference system (3), initiated by the altitude data recorded at the same time, a path template (23, 26, 32) determined for the future travel route in the operating area and that the memory (6, 7> 8) stored elevation data of the operating area for correlation with the acquired elevation data according to the respective determined data of the web template (23, 26, 32) are processed and re-sorted. 1300A0/06081300A0 / 0608 ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 3·) Flächennavigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufbereitungsstufe (13) virtuell aus einzelnen Korrelationsgebieten (16...22) bestehende Kontrollgebiete (15, 24, 30) bildet und daß die Längen und/oder Breiten der Korrelationsgebiete (16....22) in Abhängigkeit der optimalen Korrelationslänge und der vom jeweiligen Geländetyp bestimmten charakteristischen Größe für das statische Korrelationsverfahren als frei wählbare Parameter der Aufbereitungsstufe (l3) eingebbar sind.3 ·) Area navigation system according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the processing stage (13) virtually consists of individual correlation areas (16 ... 22) existing control areas (15, 24, 30) and that the Lengths and / or widths of the correlation areas (16 .... 22) depending on the optimal correlation length and the characteristic variable determined by the respective type of terrain for the static correlation method as free Selectable parameters of the processing level (l3) can be entered are. 4·) Flächennavigationssystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Korrelationsgebiete (l6 ... 22) innerhalb eines virtuellen Kontrollgebietes (15) sich nacheinander überlappen.4 ·) Area navigation system according to claim 3 »characterized in that the correlation areas (16 ... 22) within a virtual control area (15) overlap one after the other. 5·) Flächennavigationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrelationsgebiete innerhalb eines virtuellen Kontrollgebietes einen endlichen Abstand zueinander haben.5 ·) Area navigation system according to claim 3, characterized in that the correlation areas have a finite distance from one another within a virtual control area. 6.) Flächennavigationssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Korrelationsgebiete innerhalb eines virtuellen Kontrollgebietes sich nahtlos aneinander reihen.6.) Area navigation system according to claim 3, characterized in that the correlation areas can be seamlessly lined up within a virtual control area. 7.) Flächennavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß das jeweils erste Korrelationsgebiet (l6) innerhalb eines Kontrollgebietes (15) sich über die gesamte Breite erstreckt und daß die nachfolgenden Korrelationsgebiete (17 ··· 22) sich in Abhängigkeit der im ersten Korrelationsgebiet (l6) festgestellten Position mit verminderter Breite anschließen.7.) Area navigation system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the respective first correlation area (l6) is within a control area (15) extends over the entire width and that the following correlation areas (17 ··· 22) are as a function of those found in the first correlation area (16) Connect position with reduced width. —3——3— 130040/0608130040/0608 8.) Flächennavigatibnssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die dem ersten Korrelationsgebiet (l6) in einem Kontrollgebiet (l5) folgenden Korrelationsgebiete (17 ··· 22) verminderter Breite beim Erreichen der Grenze des Kontrollgebietes (15) im Korrelator (4) einen Befehl zur Kurskorrektur auslösen.8.) Flächennavigatibnssystem according to one of claims 1 to 7, characterized in that the following the first correlation area (l6) in a control area (l5) Correlation areas (17-22) of reduced width when reaching the border of the control area (15) im Correlator (4) trigger a command to correct course. 9·) Flächennavxgationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 0, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausmaß der ausgelösten Kurskorrektur in den Korrelationsgebieten (19 ··· 22) überprüft wird, die dem den Befehl auslösenden Korrelationsgebiet (lÖ) folgen.9) surface navigation system according to one of claims 1 to 0, characterized in that the extent of the course correction triggered in the correlation areas (19 ··· 22) is checked, which is the one that triggered the command Correlation area (lÖ) follow. 10.) Flächennavigationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet » daß die Aufbereitungsstufe (13) gleichzeitig mit der Höhenmessung und der dadurch initiierten Aufbereitung der Höhendaten den mittleren Kurswinkel (Q^) aus den anstehenden Kursdaten als Eintrittswinkel in ein jeweiliges Kontrollgebiet (24) errechnet und diese Daten dem Korrelator (4) zur Transformation des Korrelationsgebietes (24) für die nachfolgende Feinkorrelation zuführt.10.) Area navigation system according to one of claims 1 to 9 »characterized» that the processing stage (13) simultaneously with the altitude measurement and the processing of the altitude data initiated thereby the mean course angle (Q ^) from the upcoming course data as the entry angle into a respective control area ( 24) is calculated and this data is fed to the correlator (4) to transform the correlation area (24) for the subsequent fine correlation. 11.) Flächennavigationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die im Speicher (6, 7» 8) gespeicherten Höhendaten in Abhängigkeit der Daten der jeweiligen Bahnschablone (32) in eine geraden Rasterlinien folgende Bahn (33» 34) zur Durchführung einer Linienkorrelation umsortiert sind.11.) Area navigation system according to one of the preceding claims, characterized in that the Altitude data stored in memory (6, 7 »8) as a function of the data of the respective path template (32) in a straight grid lines following path (33 »34) for implementation a line correlation are rearranged. 130040/0608130040/0608
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