Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Flugablaufs eines Fluggerätes gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der GB 2 176 035 A bekannt.

Verfahren dieser Art können ganz allgemein in Flugablaufsteuerungssystemen für bemannte oder unbemannte Fluggeräte wie Flugzeuge, Helikopter, Luftschiffe, Flugkörper usw. eingesetzt werden.

Besonders eignen sie sich für den Einsatz in modernen Flugzeugen, die mit einem Flugablaufsteuerungssystem, insbesondere mit einem Flugführungs/Flugmanagementsystem (FMS) ausgerüstet sind.

Im Bereich der Luftfahrt haben die zunehmende Luftverkehrsdichte, die steigende Komplexität moderner Flugzeuge und die damit verbundene Verkomplizierung der Aufgabe von Flugzeugpiloten zu Überlegungen geführt, wie Piloten im Cockpit bei verschiedenen Tätigkeiten unterstützt werden können, um das Fliegen sicherer zu machen. Als Ergebnisse sind z. B. Navigationsmanagementsysteme oder die bereits erwähnten Flugführungs/Flugmanagementsysteme zu nennen, welche jedoch eine Reihe von manuellen Piloteneingaben erfordern, um den im allgemeinen vorgegebenen Flugablauf zwischen Start und Landung, das heißt den "Flugablaufplan" oder kurz "Flugplan", an aktuelle Flugsicherungsanweisungen und Veränderungen im eigenen Flugzeug oder der Umgebung anzupassen. Dadurch werden die Piloten häufig von anderen Aufgaben abgelenkt, was zu einer Sicherheitsgefährdung führen kann. Da durch diese Problematik häufig auf die Anpassung des Flugablaufs unter Zeitdruck verzichtet wird, können die Vorteile dieser Systeme oft nicht während des ganzen Fluges genutzt werden.

Aus der eingangs genannten GB 2 176 035 A ist ein solches Flugmanagementsystem bekannt, bei dem ein tragbarer Computer vorgesehen ist, in den der Pilot vor dem Start Daten über die gewünschte Flugroute bzw. Anfragen zum Wetter eingibt und auf einem Bildschirm zur Anzeige bringt. Anschließend wird der Computer über eine Telefonleitung mit der Computerzentrale einer Bodenstation verbunden, die anhand der eingegebenen Daten und Fragen einen optimalen Flugablaufplan ausarbeitet und die gewünschten Wetterinformationen liefert. Die angelieferten Daten zum Flugablaufplan bzw. zum Wetter werden auf einen tragbaren Datenträger (z.B. eine Floppy Disc) übertragen. Die Daten werden anschließend vom Datenträger in den Flugmanagementrechner an Bord des Flugzeugs überspielt, so daß über den bordeigenen Rechner dem Piloten der optimale Flugablaufplan und die Wetterinformationen während des Fluges zur Verfügung stehen. In einer Weiterbildung des Systems ist vorgesehen, daß per Funk die Computerzentrale der Bodenstation die Daten während des Fluges ergänzt oder korrigiert.

Aus der DE 43 27 706 A1 ist ein Flugmanagementsystem bekannt, das zusätzlich den Flugraum des Flugzeuges überwacht und mit Hilfe einer Kollisionsvermeidungseinrichtung mögliche Kollisionen des im Lufraum befindlichen Flugzeugs mit einem anderen Flugzeug, das dessen Flugroutenbereich tangiert oder durchkreuzt, erkennt und rechtzeitig alternative horizontale oder vertikale Kursabweichungen zur kurzfristigen Manövrierung des Flugzeugs ermittelt, die dem Piloten auf einem Bildschirm angezeigt werden. Der Pilot kann dann diese Kursabweichungsvorschläge aufgreifen und den momentanen Kurs des Flugzeugs entsprechend abändern.

Weitere Flugmanagementsysteme dieser Art sind aus der US 4 179 693 und der US 4 442 491 bekannt. Bei dem System der US 4 179 693 wird während des Fluges die relative Position des Flugzeugs zu den entlang der Flugroute positionierten Funkfeuer am Erdboden festgestellt (Ist-Position) und mit dem Flugablaufplan (Soll-Position) verglichen und anschließend ein Korrektursignal herausgegeben, das zur Korrektur des Flugkurses verwendet wird.

In dem System der US 4 442 491 werden ebenfalls vor dem Flug ermittelte Daten zum Flugablaufplan mit während des Fluges ermittelten Daten verglichen und daraus Korrektursignale abgeleitet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem der vorgesehene Flugablauf eines Fluggeräts nach einer Änderung der flugablaufsrelevanten Parameter automatisch korrigiert werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wiedergegeben; die übrigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung (Ansprüche 2 bis 14) sowie eine bevorzugte Anwendung der Erfindung (Anspruch 15).

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sie eine autonome wie interaktive Erstellung von Flugablaufplänen als Reaktion z.B. auf Flugsicherungsanweisungen bzw. auf lückenhafte Piloteneingaben ermöglicht. Diese geänderten Flugablaufpläne bewirken eine Änderung des Flugpfades, wenn sie z.B. über das Flugführungs/Flugmanagementsystem und den Autopiloten auf das Fluggerät (z.B. das Flugzeug) aufgeschaltet werden oder manuell vom Piloten abgeflogen werden.

Im Gegensatz zu den Verfahren bei bislang konzipierten Pilotenunterstützungssystemen (vgl. z.B. /1/ ), kann das Verfahren nach der Erfindung ohne umfangreiche infrastrukturelle Maßnahmen z.B. in einem modernen Verkehrsflugzeug eingesetzt werden. Die gewerbliche Nutzung könnte somit sehr bald die Hauptprobleme heutiger Flugführungs/Flugmanagementsysteme (komplizierte Umprogrammierung in anstrengenden Flugphasen) beseitigen und ermöglicht somit auch eine weitgehend automatische Flugdurchführung (unter Pilotenkontrolle) von Start bis Landung auch bei außergewöhnlichen Situationen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

FIG. 1

das Flußdiagramm einer Flugzustandsänderung, die mit Hilfe einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines Flugführungs/Flugmanagementsystems durchgeführt wird

FIG. 2

das Flußdiagramm einer Flugzustandsänderung, die mit Hilfe eines bekannten Flugführungs/Flugmanagementsystems durchgeführt wird (zum Vergleich mit FIG. 1)

FIG. 3

eine blockschaltbildähnliche funktionale Darstellung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß FIG. 1

FIG. 4-5

eine schematische Darstellung eines Beispiels eines vorgegebenen und im Verlauf des Fluges abgeänderten Flugpfades eines Flugzeuges in der lateralen Ebene mit einer aufgetretenen Diskontinuität im Flugpfad (FIG. 4) und mit einem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens korrigierten Flugpfad ohne Diskontinuität (FIG. 5)

FIG. 6-10

schematische Darstellungen verschiedener Stadien des nach einer Steuerkursänderung zu korrigierenden Fiugpfades eines Flugzeugs, dessen Korrektur gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt

FIG. 11

eine schematische Darstellung eines Stadiums des nach einer Steuerkursänderung zu korrigierenden Flugpfades eines Flugzeugs, dessen Korrektur gemäß einer anderen vorteilhaften Ausbildung der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt.

Das in FIG. 1 und FIG. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung geht von einem Fluggerät (z. B. einem Flugzeug) aus, das mit einem rechnergestützen Flugführungs/Flugmanagementsystem ausgerüstet ist. Um in diesem Beispiel das Flugzeug vom alten Flugzustand z.B. nach einer Steuerkursänderung in den neuen Flugzustand zu überführen, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:

• einem Rechner 1 werden der Flugablaufplan, der Flugzustand und weitere umgebungsbedingte Parameter, welche einem Flugführungs/Flugmanagement-Rechner 2 vorliegen, zugeführt und dort gespeichert,
• es werden die planungsrelevanten Änderungseingaben (z.B. des Steuerkurses) an die maschinellen Systeme des Flugzeugs Rechner 1 zugeführt und dort gespeichert,
• in Rechner 1 wird überprüft, ob diese Informationen eine Änderung des Flugablaufplans erforderlich machen bzw. ob sie eine Diskontinuitat in diesem Flugablaufplan zur Folge haben,
• Rechner 1 fordert bei Bedarf Navigationsdaten und, wenn vorhanden, Flugleistungsdaten bei den auch Rechner 2 zur Verfügung stehenden Datenbanken an,
• in Rechner 1 wird bei einer lateralen Diskontinuität oder Abweichung mit Hilfe eines geeigneten Such- und Auswahlverfahrens der Flugpfad innerhalb der Diskontinuität lateral korrigiert,
• danach oder im Falle einer rein vertikalen Diskontinuität oder Abweichung wird das Flughöhenprofil mindestens für den Bereich der Diskontinuität oder bei Bedarf für den gesamten restlichen Flugablaufplan korrigiert bzw. neu erzeugt und
• dieser korrigierte Flugablaufplan wird Rechner 2 zugeführt.

Hierbei können Rechner 1 und Rechner 2 physikalisch getrennt oder als ein Rechner ausgeführt sein. Es ist jedoch sicherzustellen, daß Rechner 1 ständig den aktuellen Flugablaufplan, die aktuellen Flugzustandsgrößen und aktuelle umgebungsbedingte Parameter, wie atmosphärische Größen, navigatorische Werte u. ä. erhält. Ferner kann Rechner 1 auf die Navigationsdatenbank und, wenn vorhanden, auf die Flugleistungsdatenbank von Rechner 2 zu jeder Zeit zugreifen.

Als planungsrelevante Änderungseingaben müssen Rechner 1 z.B. alle Anweisungen der Flugsicherung oder ersatzweise für Kurs, Höhe und Geschwindigkeit die Autopiloteneingaben des Piloten und die Eingaben des Piloten, welche er auch dem Rechner 2 zu planerischen Zwecken übermittelt, zugeführt werden. Damit wird sichergestellt, daß ein Abweichen von dem bisherigen Flugablaufplan, häufig mit der Folge einer Diskontinuität, erkannt wird.

Ein Abweichen vom vorgesehenen Flugablaufplan liegt vor, wenn z.B. eine vom Flugablaufplan abweichende Flugsicherungsanweisung in das System eingespeist wird, oder wenn z.B. der Pilot deutlich erkennbar das Flugzeug in einen vom vorgesehenen Flugablaufplan abweichenden Sollzustand einbringt oder einbringen möchte. Dies kann dadurch erkannt werden, daß stationär eine andere Flughöhe, ein anderer Kurs oder eine andere Geschwindigkeit eingenommen wird, oder daß dem Autopiloten vom Flugablaufplan abweichende Sollgrößen eingegeben werden.

Eine Diskontinuität im Flugablaufplan liegt vor, wenn ein derzeitiges Flugführungs/Flugmanagementsystem einen Hinweis auf eine Diskontinuität an den Piloten übermitteln würde. Dies bedeutet, daß der Flugablaufplan in einer solchen Situation in seiner Streckenführung (lateral) und/ oder in seiner Höhenführung (vertikal) nicht vollständig ist und somit nicht bis zu seinem Ende durchgehend abfliegbar ist.

An dieser Stelle müßte beim heutigen Stand der Technik der Pilot den Flugplan durch eigene Eingaben vervollständigen oder aber das Flugführungs/Flugmanagementsystem bei Erreichen der Diskontinuität ausschalten, um manuell die notwendigen Autopiloten- und Frequenzeinstellungen oder Steuertätigkeiten durchzuführen.

Der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens dagegen bewirkt, daß das Flugzeug auch weiterhin automatisch seine Lage im Raum gemäß den äußeren Vorgaben verändern kann, und Diskontinuitäten automatisch überbrückt werden können. Hierzu wird bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bei einer lateralen Diskontinuität mit Hilfe eines geeigneten Such- und Auswahlverfahrens ein geeigneter Flugpfad aus den Daten, die z.B. in einer Navigationsdatenbank gespeichert sind, ermittelt. Dieses Such- und Auswahlverfahren bestimmt den Flugpfad von einem zuvor abgeschätzten Ende des aktuellen Zustands, bzw. der aktuellen Vorgabe, bis zu einem vorgegebenen Zielpunkt, z.B. bis zum Zielflugplatz. Das Such- und Auswahlverfahren kann hier z. B. auf dem an sich bekannten A*-Algorithmus (vgl. z. B. /2/) oder einem anderen geeigneten Suchalgorithmus basieren. Ein solcher Algorithmus sucht den günstigsten Flugpfad von einem Startpunkt zu einem Zielpunkt, indem der bisherige Flugpfad um neue Pfadelemente erweitert wird. Diese Elemente werden nach bestimmten Kriterien ausgewählt. Entscheidend für die Funktionstüchtigkeit des Algorithmusses ist, daß möglichst viele der folgenden Kriterien angewendet werden:

• auch Abschnitte von Standardrouten wie z.B. Luftstraßen (nicht nur Direktverbindungen zwischen zwei Wegpunkten) dürfen zugelassen werden,
• es wird nicht direkt zur Landebahn des Zielflughafens, sondern zunächst zu einem in der Datenbank festgelegten Endanflugpunkt ("Final Approach Fix") geplant,
• es wird erst ab dem letzten sicher bekannten oder abschätzbaren Punkt im Flugpfad geplant (ist nichts bekannt, wird ab der momentanen Flugzeugposition geplant).
• folgende Kriterien fließen in die Bewertung der Pfadelemente ein:

  • Zugehörigkeit des jeweiligen Pfadelements zu Standardrouten
  • Richtung des jeweiligen Pfadelements, bezogen auf die Direktverbindung zwischen Start und Ziel
  • Länge des jeweiligen Pfadelements, bezogen auf den Zustand der bord- und bodenseitigen Navigationsanlagen
  • Lage des jeweiligen Pfadelements, bezogen auf erfaßte lokale Wetterstörungen (Gegenwind, Sturm, Gewitter, Hagel, Schnee, Nebel usw.)
  • Raumgewinn durch das jeweilige Pfadelement

• der gesamte Pfad wird zusätzlich nach folgenden Kriterien bewertet:

  • Länge des Pfades
  • voraussichtlicher Kraftstoffverbrauch
  • das Such- und Auswahlverfahren wird beendet, wenn

    • der optimale Pfad gefunden wurde oder
    • ein ausreichend guter Pfad gefunden wurde oder
    • in einer bestimmten Anzahl von Versuchen (z. B. 500) kein besserer Pfad gefunden wurde oder
    • alle möglichen Pfade getestet wurden oder
    • ein maximale Anzahl (z. B. 10000) Pfade bewertet wurden.

Mit einem Such- und Auswahlverfahren, welches diese Kriterien verwendet, wird grundsätzlich ein lateraler Flugweg gefunden. Ist der Bereich der Diskontinuität allerdings relativ klein, d.h. kleiner als z.B. 50 NM (insbesondere bei Vorgabe eines neuen Steuerkurses im Anflug), so kann anstelle eines solchen aufwendigen Such- und Auswahlverfahrens auch eine Ermittlung des Flugablaufplans über eine weniger aufwendige Prozedur erfolgen (NM = nautische Meile; 1 NM = 1,8532 km). Bei letzterer Vorgehensweise wird, ausgehend vom abgeschätzten Endpunkt des Flugablaufplans vor der Diskontinuität, durch Einfügen weiterer Flugpfadelemente eine Streckenführung ermittelt, welche die Anfluggrundlinie hinreichend weit vor der eigentlichen Landeendphase in ausreichender Höhe anschneidet.

Durch Modifikation der Kriterien oder Veränderung der Wichtigkeit einzelner Kriterien untereinander lassen sich auch Prioritäten ändern, so daß ein Anpassung an unterschiedliche Erfordernisse ohne Änderung des Verfahrens möglich ist. Das heißt, daß das Verfahren sowohl für die heutige Luftverkehrsituation, in der häufig Funknavigationsverfahren angewendet werden und die Flugpfade über Luftstraßen führen, als auch für zukünftige Situationen, in denen die Navigation unabhängig von Luftstraßen und Funkfeuern z.B. unter Zuhilfenahme von Satellitennavigationsverfahren durchgeführt wird, geeignet ist.

Ist der Flugpfad lateral geschlossen, so wird automatisch eine Neufestsetzung des Flughöhenprofils durchgeführt, was nun möglich ist, da der laterale Flugpfad bekannt ist. Hierzu kann, wenn vorhanden, die Flugleistungsdatenbank des Flugführungs/Flugmanagementrechners mitbenutzt werden.

An diese Höhen-Profilplanung kann nachfolgend noch eine Zeit/Geschwindigkeitplanung angeschlossen werden, da alle notwendigen Parameter dafür dann vorliegen. Je nach Art der Diskontinuität oder Abweichung (Flugstrecke, Flughöhe, Geschwindigkeit, Zeit) können einzelne Planungsstufen auch entfallen.

Der vervollständigte, korrigierte Flugablaufplan wird Rechner 2 zugeführt, so daß sämtliche unterstützenden Funktionen, welche der Flugführungs/Flugmanagementrechner 2 bereitstellt, weiterhin verfügbar bleiben, jedoch ohne, daß der Pilct durch umfangreiche Umprogrammierungsvorgänge zusätzlich belastet wird. Bei einer direkten Aufschaltung des korrigierten Flugablaufplans auf das Flugführungs/ Flugmanagementsystem bewirkt das Verfahren eine entsprechende Änderung der Fluglage des Fluggeräts bzw. Flugzeugs im Raum.

Im folgenden sei ein allgemeines Anwendungsbeispiel beschrieben, dem folgende typische Situation aus dem täglichen Flugbetrieb zugrundeliegt:

Der Pilot eines modernen Verkehrsflugzeugs bekommt beim Anflug auf einen Flugplatz die Anweisung, einen bestimmten Steuerkurs zu fliegen, welcher von den programmierten Flugpfaddaten im Flugführungs/Flugmanagementsystem ("Flight Management System" (FMS)) abweicht (vgl. auch FIG. 4; in FIG. 4 wie auch in den FIG. 5 bis 10 ist der Flugpfad in der lateralen Ebene dargestellt: Funkfeuer sind jeweils mit einem Kreuz, Start- und Zielflugplatz jeweils durch ein schmales Rechteck, die momentane Position des Flugzeugs durch ein symbolisiertes Flugzeug und dessen Flugpfad durch einen schwarzen Strich dargestellt). Er gibt diesen Steuerkurs in sein FMS ein und erhält vom FMS die Meldung "Laterale Diskontinuität" als Reaktion oder er gibt den neuen Steuerkurs direkt an der Autopilotenbedieneinheit ein. In beiden Fällen wäre eine umfangreiche Neuplanung des weiteren Anflugs für den Piloten nötig, verbunden mit einer Umprogrammierung des FMS, was häufig dazu führt, daß das FMS vom Piloten ausgeschaltet wird.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren nach der Erfindung wird die Abweichung oder Diskontinuität jedoch nicht nur erkannt, sondern automatisch beseitigt. Bei dem Verfahren wird zunächst der Zeitraum abgeschätzt, für den der angegebene neue (geänderte) Steuerkurs voraussichtlich gültig sein wird, z. B. 40 Sekunden. Dann wird aus der geflogenen Geschwindigkeit, der Position, dem neuen Steuerkurs, dem momenanten Steuerkurs und der Flughöhe des Flugzeugs sowie den Windverhältnissen und diesem Zeitraum die Position berechnet, an der sich das Flugzeug in z.B. 40 Sekunden voraussichtlich befinden wird. Danach werden aus der Navigationsdatenbank des Flugzeugs alle Navigationspunkte und Luftstraßen, die sich im Bereich zwischen dieser Position und dem Endanflugteil der Landebahn des Zielflugplatzes befinden, angefordert. Mit Hilfe eines Such- und Auswahlverfahrens (z. B. unter Nutzung des zuvor bereits erwähnten A^*-Algorithmusses) wird nun ein geeigneter Flugpfad gesucht, der die Lücke zwischen der berechneten Position und dem Endanflugsziel schließt und als wahrscheinlich optimale Streckenführung angesehen werden kann (FIG. 5). Ist der Flugpfad (in der lateralen Ebene) bekannt, so werden die Flugleistungsdaten des Flugzeugs bei der Flugleistungsdatenbank des FMS angefordert. Mit deren Hilfe wird nun auf dem ermittelten Flugpfad das Flughöhenprofil folgendermaßen geplant: Zunächst wird die Position ermittelt, an dem die zuletzt freigegebene Flughöhe erreicht wird. Dann wird die Sollhöhe am Anfangspunkt des Endanflugs den zusätzlichen Navigationsdaten des Flugablaufplans entnommen. Zwischen diesen beiden Höhen läßt sich bei bekannter Flugstrecke und bekannten Flugleistungen sehr leicht eine günstige Höhenführung ermitteln, indem z. B. ein geeignetes Optimierungsverfahren angesetzt wird. Da nun auch in Abhängigkeit der Flugabschnitte typische Geschwindigkeiten zugrunde gelegt werden können, kann auch die neue Ankunftszeit des Flugzeugs an verschiedenen Streckenpunkten sowie am Zielflugplatz recht genau ermittelt werden. Der so bearbeitete Flugablaufplan wird dem FMS des Flugzeugs also sehr schnell nach der Flugsicherungsanweisung wieder zugeführt, so daß der korrigierte Flugablaufplan auf einem Bildschirm vor dem Piloten angezeigt und diesem also die automatische Lösung verdeutlicht werden kann. Sämtliche Funktionen des an sich bekannten FMS können ohne zusätzliche Umprogrammierung weiter verwendet werden. Das Flugzeug kann automatisch oder manuell zur Landung gebracht werden.

Der unterschied, der sich aus dem Einsatz des Verfahrens ergibt, ist in den Figuren 1 und 2 skizziert. Ein bestimmter Anfangsflugzustand (bezeichnet als alter Flugzustand) wird in einen Flugführungs/Flugmanagementrechner, der mit einem herkömmlichen Verfahren arbeitet, gespeist. Neue planungsrelevante Änderungseingaben z.B. des Piloten werden in das System gespeist und führen mit weiteren umgebungsbedingten Parametern zu einem neuen Flugablaufplan. Je nach Eingabe kann in diesem Flugablaufplan eine Diskontinuität enthalten sein oder nicht. Eine solche Diskontinuität liegt z.B. vor, wenn der Pilot einen Wegpunkt anwählt, welcher im bisherigen Flugablaufplan nicht enthalten war. Wird so nur ein unvollständiger Flugablaufplan produziert, so mußte bisher der Pilot eine Reihe weiterer Eingaben einspeisen, wollte er einen vollständigen Flugablaufplan erhalten, den er dann auch durch den Autopiloten über längere Zeit in einen neuen Flugzustand umsetzen lassen konnte (FIG. 2).

Dagegen wird nun nach dem Verfahren gemäß FIG. 1 der unvollständige Flugablaufplan zusammen mit den dem FMS-Rechner (2) vorliegenden Größen an einen weiteren Rechner (1) übergeben, der mit dem vorgeschlagenen Verfahren arbeitet. Dieser erzeugt nun automatisch einen vollständigen Flugablaufplan, welcher wiederum über die bereits vorhandenen Funktionen im Flugführungs/Flugmanagementrechner (2) oder manuell in einen neuen Flugzustand umgesetzt werden kann.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines zukünftigen Cockpits mit einem FMS und anderen Kommunikationspartnern ist in Figur 3 vereinfacht dargestellt. In der Figur sind die Hauptkomponenten heutiger Flugführungs-/Flugmanagementrechner unter der Bezeichnung 'FMS' aufgeführt. Über das als 'Basis FMS' bezeichnete Kernsystem, welches als Oberbegriff alle zum heutigen Stand eingesetzten Funktionen beinhalten soll, werden Flugdaten, Navigationsdaten und Flugleistungen bereitgestellt. Diese Einheit ist mit dem Flugzeug und verschiedenen Schnittstellen zur Besatzung verbunden. Durch Konvertierungsverfahren können diese Daten auch den im Kern der FIG. 3 angedeuteten Verfahrensschritten bereitgestellt werden. Diese Konvertierungen sind dann erforderlich, wenn die vom FMS bereitgestellten Daten in anderen Formaten vorliegen, als sie von dem Verfahrensrechner benötigt werden. Das Gesamtsystem ist überdies über eine digitale Datenverbindung (Data Link) mit der Flugsicherung und der Fluggesellschaft des Flugzeugs verbunden. Bei Eintreffen neuer planungsrelevanter Informationen werden nun die einzelnen Verfahrenschritte abgearbeitet. Es werden Abweichungen oder Diskontinuitäten festgestellt. Bei Bedarf wird eine Vorabschätzung durchgeführt, um die Randbedingungen für die Suche zu setzen. Danach wird unter Zuhilfenahme von Navigations- und Flugleistungsdaten eine korrigierte Route ermittelt, und sowohl Flugpfad als auch Flugzeit werden neu geplant. Zum Abschluß wird der Flugablaufplan dem Basis-FMS wiederum bereitgestellt.

Die Einheit ist verbunden mit Eingabeschnittstellen für die Piloten, die eine Kontroll- und Anzeigeeinheit ("Control and Display Unit" (CDU)) und eine (nicht gezeigte) Flugkontrolleinheit ("Flight Control Unit"(FCU)) beinhalten. Weiterhin können (nicht gezeigte) graphische sowie sprachliche Eingabemedien angeschlossen sein. Die zentrale Einheit beinhaltet überdies Vorrichtungen für eine digitale Datenverbindung zur Flugsicherung und zur Zentrale der Fluggesellschaft des Flugzeugs und Schnittstellen zu weiteren Flugzeugavioniksystemen. Sie stellt somit ein hochwertiges, in das Cockpit integriertes Flugmanagementsystem dar, wie es für zukünftige Verkehrsflugzeuge vorgesehen ist und heute zum Teil bereits angewendet wird.

Anhand dieser Anordnung und des allgemeinen Anwendungsbeispiels soll das Verfahren nun detailliert durch drei spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Dabei schließen sich diese Ausführungen nicht grundsätzlich gegenseitig aus, sondern können je nach Aufgabenstellung und Situation auch nebeneinander eingesetzt werden. So kann die in folgendem Beispiel 1 dargestellte vereinfachte Suche bevorzugt in Flugplatznähe betrieben werden. Befindet sich das Flugzeug in größerer Entfernung vom Zielflugplatz (z.B. noch am Boden des Startflugplatzes), so sollte eher ein Verfahren, wie es in den Beispielen 2 und 3 dargestellt ist, eingesetzt werden. Diese Unterscheidung und Auswahl kann als Bestandteil des Gesamtverfahrens integriert werden.

Beispiel 1:

Ausführung:

Verfahren mit vereinfachter Suche.

Beispielsituation:

Pilot nimmt in Flugplatznähe neuen Steuerkurs ein.

Darstellung:

Figuren 6 bis 10

In der Ausgangssituation befindet sich das Flugzeug z.B. ca. 25 NM vom Flugplatz entfernt in einer Höhe von z.B. ca. 8000 Fuß. Der Flugabiaufplan im FMS und im Verfahrensrechner ist auf dem aktuellen Stand. Diese Ausgangssituation ist in Figur 6 dargestellt. Der Pilot stellt nun an der Autopilotenbedieneinheit einen neuen Steuerkurs ein. Bei bisherigen Systemen hätte dieses keinen Einfluß auf den vorprogrammierten Flugpfad gehabt, solange der Pilot ihn nicht explizit umprogrammiert (FIG. 7).

Der Flugzustand, der Flugablaufplan und diese planungsrelevante Änderungseingabe des Piloten muß nun dem Verfahrensrechner (Rechner 1 in FIG. 1) zugeführt werden.

Im vorgestellten Verfahren wird die Abweichung zwischen dem Soll-Steuerkurs gemäß vorgegebenem Flugablaufplan und dem vom Piloten selektierten Ist-Steuerkurs durch Vergleich der beiden Größen festgestellt. Dabei sollte eine Abweichung nur dann als solche identifiziert werden, wenn die beiden Kurse einen Mindestunterschied, 10 Grad sind ein geeignetes Maß, aufweisen, und der selektierte Steuerkurs für eine bestimmte Mindestzeit, eine Größenordnung von 3 Sekunden ist sinnvoll, konstant bleibt.

Dieser selektierte Steuerkurs wird als Vorgabe zur Korrektur des Flugpablaufplans genommen. Da sich das Flugzeug nahe am Zielflugplatz befindet, wird hier ein vereinfachtes Verfahren zur Korrektur des Flugpfades verwendet.

Bei diesem Verfahren wird davon ausgegangen, daß ein Anflug, welcher durch das Einnehmen eines bestimmten Steuerkurses eingeleitet wird, ein sog. 'vectored approach', bestimmten Gesetzmäßigkeiten genügt, so daß die Anflüge einen weitgehend vorhersagbaren Verlauf nehmen.

Zunächst werden diejenigen Teile des bisherigen Flugablaufplans aus einer temporären Flugplankopie eliminiert, welche durch die Korrektur ersetzt werden sollen. In diesem Beispiel, in dem sich das Flugzeug im Anflug auf den Ziel-Flugplatz befindet (näher als z.B. 50 NM, unterhalb z.B. 10000 Fuß), wird davon ausgegangen, daß der nächste Punkt eines Standard-Ausführungs/Flugmanagementverfahrens, (wie er in der Navigationsdatenbank gespeichert ist), auf den das Flugzeug bei der Korrektur des Flugpfades zurückzuführen ist, der Anfangspunkt des Endanflugs sein wird. Damit kann der restliche Flugablaufplan als hinfällig angenommen werden. Es obliegt der Detailausführung, ob der Endanflug (inklusive Fehlanflug) aus dem alten Flugplan übernommen wird, oder ob er von der Datenbank neu angefordert wird. Für das Verfahren ist wesentlich, daß der Endanflug vertikal wie lateral bekannt ist.

Damit ist der Zielbereich festgelegt. Der nächste erforderliche Schritt ist, abzuschätzen, wo der neue Steuerkurs das Flugzeug hinführen wird.

Hier wird über trigonometrische und flugmechanische Beziehungen zunächst der Punkt berechnet, an dem das Flugzeug den neuen Steuerkurs erreicht haben wird. Dabei fließen die aktuelle Flugzeugposition, die Fluggeschwindigkeit und die Drehrate, weiche z.B. mit einer Standarddrehrate von 3 Grad pro Sekunde angenommen werden kann, sofern kein genauerer Wert vorliegt, ein.

Die Länge des Abschnitts, welcher voraussichtlich mit konstantem Steuerkurs geflogen wird, kann folgendermaßen bestimmt werden: In Abhängigkeit von der Entfernung des Flugzeugs vom Startflugplatz und vom Zielflugplatz (es wird der näher gelegene Flugplatz gewählt) wird die typische Dauer eines solchen Geradeausfluges bestimmt. Dies geschieht hier in Form von einer Tabelle, die z.B. folgende Einteilung haben kann:

• 0 NM ≤ Entfernung Flugzeug-Flugplatz < 15 NM:   30 s
• 15 NM ≤ Entfernung Flugzeug-Flugplatz < 40 NM:   60 s
• 40 NM ≤ Entfernung Flugzeug-Flugplatz :   120 s

Diese Tabelle kann verfeinert oder durch eine kontinuierliche Funktion ersetzt werden.

Im vorliegenden Beispiel ergibt sich also mit einer Entfernung von 25 NM eine Dauer von 60 s. Mit dieser Dauer wird unter Berücksichtigung des Windes der Punkt abgeschätzt, an dem sich das Flugzeug nach 60 Sekunden befinden wird. Damit sind die Randbedingungen für die weiteren Verfahrensschritte gesetzt (FIG. 8).

Aus diesen Festlegungen ergibt sich eine Diskontinuität im Flugplan zwischen dem geschätzten Endpunkt des Abschnitts mit konstantem Steuerkurs und dem Endanflug.

Das vereinfachte Such- und Auswahlverfahren, mit dem das Problem lokal gelöst wird, basiert auf bestimmten Regeln und ist folgendermaßen ausgeführt:

Es werden verschiedene typische radargeführte Anflugverläufe ermittelt und derjenige ausgewählt, welcher bestimmte Randbedingungen als erster erfüllt. Diese Randbedingungen sind u.a. durch die Sinkflugleistungen, die Länge des Flugweges und die erforderlichen Kursänderungen gegeben.

Als erster Flugverlauf wird untersucht, ob die geradlinige Verlängerung des Steuerkurses hinter dem geschätzten Endpunkt die Anfluggrundlinie in einer akzeptablen Entfernung zur Landebahn schneidet. Dazu wird der Schnittpunkt zwischen Landebahnverlängerung und Steuerkursgerade ermittelt. Liegt dieser Schnittpunkt weiter vom Zielflugplatz entfernt als ein Punkt, an dem das Flugzeug im Anflug spätestens die Zielkonfiguration zur Landung erreicht haben sollte (z.B. die aus der Navigationsdatenbank erhältliche äußere Einflugmarkierung oder ersatzweise ein Punkt im Anflug, an dem das Flugzeug mindestens 1000 Fuß über der Landebahnhöhe sein sollte), und ist dieser Schnittpunkt weniger als z.B. 20 NM von der Landebahn entfernt, so wird dieser Flugverlauf weiter untersucht, sonst verworfen.

In dem gewählten Beispiel der FIG. 8 wird er verworfen, da der (in FIG. 8 nicht gezeigte) Schnittpunkt (zwischen der verlängerten Endanflugsgeraden und der über den geschätzten Endpunkt hinaus verlängerten Geraden des gewählten Steuerkurses) zu weit entfernt vom Flugplatz liegt.

Somit wird der nächste mögliche Anflugverlauf untersucht: Da die Flugzeuge in aller Regel von der Flugsicherung unter einem Anschneidewinkel von typisch 30 Grad auf den Endanflug geführt werden, kann der Anflugabschnitt um dieses Anschneidestück ergänzt werden. Dazu wird bestimmt, von welcher Seite her (in Figur 9: von oben oder von unten) das Anschneiden erfolgen wird. Es wird angenommen, das der Endanflug in der Regel von der Seite angeschnitten wird, auf der der geschätzte Endpunkt des vorgegebenen Steuerkurses liegt. Die Anwendung eines größeren Satzes an Regeln zur Bestimmung dieser Seite ist ebenfalls denkbar.

Die exakte Position des Eindrehpunktes wird als Schnittpunkt der mit (beispielhaft) 30 Grad an den Endanflugpunkt angetragenen Geraden und einer auf der gleichen Seite liegenden mit 5 Grad zur Endanflugrichtung an den Landebahnbezugspunkt angetragenen Geraden bestimmt. Dieses entspricht der Art, in der solche Anschneidemanöver von Piloten üblicherweise durchgeführt werden.

Um nun den Flugverlauf zu vervollständigen, werden zunächst der geschätzte Endpunkt und der berechnete Eindrehpunkt direkt miteinander verbunden.

Die Gesamtstrecke vom Flugzeug zum berechneten Eindrehpunkt läßt sich berechnen. Die Höhe des Flugzeugs ist bekannt und die Höhe, die das Flugzeug am Endanflugpunkt haben sollte, ebenso. Um festzustellen, ob die Höhendifferenz auf der Strecke über Grund abbaubar ist, werden die Sinkflugleistungen der Flugleistungsdatenbank entnommen. Stellt sich beim Vergleich zwischen der an sich erforderlichen Sinkflugstrecke und der vorhandenen Sinkflugstrecke heraus, daß die vorhandene Strecke unter Berücksichtigung der Flugleistungen und z.B. eines akzeptablen (Passagier)Komforts ausreichend ist, so ist die vereinfachte Suche beendet. Andernfalls werden Zwischenabschnitte eingefügt oder der Endanflug weiter vom Flugplatz entfernt begonnen, d. h., daß der Endanflugpunkt sukzessive (jeweils um z.B. 1 NM) weiter vom Fluplatz entfernt geplant wird, was insgesamt zu einer größeren Gesamtstrecke führt.

Ist mit dieser Vorgehensweise der laterale Flugpfad bestimmt, so kann der Höhenverlauf abgeschätzt werden. Dies kann über ein Optimierungsverfahren geschehen oder an Hand von bestimmten Regeln, welche für den Höhenverlauf anwendbar sind. In der beschriebenen Ausführung sollen (beispielhaft) Regeln nach dem folgenden Muster angewendet werden:

• Muß das Flugzeug noch auf der aktuellen Höhe verbleiben, so plane einen Horizontalflug von z.B. einer Minute Länge und beginne die weitere Sinkflugplanung an dem sich daraus ergebenden Punkt.
• Ist die Entfernung, die das Flugzeug zum Sinken auf die Höhe, in der es den vorgegebenen Gleitwinkel des Endanflugs anschneiden soll, benötigt, nicht sehr viel kleiner (hier z.B. um mindestens 3 NM) als die verfügbare Entfernung, so plane einen kontinuierlichen Sinkflug (konstanter Gleitwinkel) zum Endanflug.
• Ist die o.a. Entfernung sehr viel kleiner, so plane vor Erreichen des Endanflugs einen Abschnitt von z.B. 3 NM Länge mit konstanter Höhe ein und berechne von dort aus den günstigsten Punkt zum Beginnen des Sinkflugs, ausgehend von der Höhe, die das Flugzeug als nächste einnehmen soll (z.B. durch Vorgabe der Höhe von außen oder durch Selektion am Autopiloten).

Mit Regeln dieser Form wird nun auch eine vertikale Diskontinuität vermieden bzw. korrigiert und der Flugablaufplan in zwei Ebenen (lateral und vertikal) geschlossen. Auf dieser Basis kann man nun noch eine Zeit- oder Geschwindigkeitsplanung in den Flugablaufplan integrieren, da alle übrigen Randbedingungen bekannt sind.

Wurde nun der Flugablaufplan geschlossen, so wird er (u.U. nach vorheriger Bestätigung durch den Piloten) an den Flugmanagementrechner übergeben, der die auf dem Flugablaufplan basierenden Aktionen (Darstellung, Autopilotenansteuerung usw.) durchführen kann.

Beispiel 2:

Ausführung:

xNeues Such- und Auswahlverfahren

Beispielsituation:

Pilot gibt einen neuen Wegpunkt in das FMS, den er direkt anfliegen soll

Darstellung:

Figur 11.

In der Ausgangssituation befindet sich das Flugzeug noch weit vom Zielflugplatz entfernt. Der Flugablaufplan im FMS und im Verfahrensträger ist auf dem aktuellen Stand. Der Pilot gibt an der Eingabeheit (CDU) des Flugmanagementrechners einen Wegpunkt ein, der im bisherigen Flugablaufplan noch nicht enthalten war. Bei bisherigen Systemen hätte dieses zu einer lateralen Diskontinuität geführt (vgl. hierzu auch FIG. 4), solange der Pilot diese nicht explizit durch Umprogrammieren schließt.

Der Flugzustand, der Flugablaufplan und diese planungsrelevante Änderungseingabe muß nun dem anderen Rechner, d.h. dem Verfahrensträger zugeführt werden.

Obwohl es denkbar und teilweise sinnvoll ist, den alten Flugablaufplan nur zum Teil zu modifizieren, sollen in dieser Ausführung wie in Beispiel 1 alle Flugablaufplanabschnitte mit Ausnahme des gerade eingegebenen neuen Wegpunkts, dem Weg dorthin und des Endanflugs zuzüglich eines eventuell geplanten Fehlanflugverfahrens aus dem Flugablaufplan gelöscht werden. Es verbleibt also ein Flugablaufplan von der momentanen Position des Flugzeugs zum neu eingegebenen Wegpunkt P1 mit einer Diskontinuität bis zum Endanflug P4 (FIG. 11). Diese wird nun mit einem neuen Such- und Auswahlverfahren überbrückt.

Zunächst werden bei diesem Verfahren bei der Navigationsdatenbank folgende Daten angefordert, um den Suchraum festzulegen:

• Alle Anflugrouten zu der Landebahn, die im Flugablaufplan als die zu nutzende eingetragen ist.
• Befindet sich das Flugzeug zusätzlich innerhalb eines z.B. 25-NM Radius um den Startflugplatz, zusätzlich alle Abflugrouten der angegebenen Startbahn.
• Weiterhin werden alle Luftstraßenabschnitte angefordert, die sich in einem bestimmten räumlichen Bereich um den neu eingegebenen Wegpunkt und die Landebahn befinden. Dieser Bereich kann z.B. durch eine Ellipse, ein Rechteck oder eine Raute bestimmt werden. In diesem Fall soll es sich (beispielhaft) um eine Ellipse handeln.
• Außerdem werden all diejenigen Wegpunkte innerhalb desselben Bereichs angefordert, die ein Streckenfunkfeuer repräsentieren. Die Gesamtheit der betrachteten möglichen Wegpunkte ergibt sich nun aus allen Streckenfunkfeuern und den Wegpunkten, die Bestandteil der gelieferten Anflug-/Abflugrouten und Luftstraßen sind.

Dies ist der Suchraum für die neue Streckenführung, auf den der folgende Algorithmus angesetzt wird:

• 1 Bestimme die Abbruchbedingungen und die Schwellwerte für die zu bewertenden Pfadelemente
• 2 Bewerte die direkte Verbindung vom Startknoten zum Zielknoten und schreibe sie an den Anfang von WAIT
• 3 Solange keine Abbruchbedingung erfüllt ist und in der Warteliste noch Pfade enthalten sind, übertrage den ersten Pfad von WAIT nach OPEN

  • 3a Bis das letzte Pfadelement von OPEN betrachtet wurde,

    • 3a 1 Überprüfe, ob die Bewertung des nächsten Pfadelements über dem Schwellwert liegt
    • 3a 2 Wenn die Bewertung des Pfadelements über dem Schwellwert liegt, tue nichts
    • 3a 3 Bis der letzte Knoten betrachtet wurde, füge den nächsten noch nicht im Pfad enthaltenen Knoten in dieses Element ein.
    • 3a 4 Wenn der resultierende Pfad bereits betrachtet wurde, tue nichts und fahre mit Schritt 3a3 fort
    • 3a 5 Wenn die resultierenden zwei neuen Pfadelemente bereits bewertet wurden, übernimm diese Bewertung
    • 3a 6 Sonst bewerte diese Pfadelemente und speichere die Bewertungen
    • 3a 7 Bewerte den gesamten Pfad mit den gespeicherten Elementbewertungen gemäß einer Gütefunktion
    • 3a 8 Ist die Gesamtbewertung des Pfades schlechter oder gleich der Bewertung von OPEN, sortiere den Pfad gemäß seiner Bewertung nach CLOSED
    • 3a 9 Sonst sortiere den Pfad nach WAIT, beachte dabei die vorgegebene Suchbreite, indem erst hinter die vorgegebene Anzahl von Pfaden mit weniger Knoten sortiert wird

  • 3b Sortiere OPEN nach CLOSED und fahre mit Schritt 3 fort.
  • 4 Sortiere WAIT nach CLOSED.

Hierbei bedeutet:

WAIT:

Warteliste, in die alle Pfade in der Reihenfolge ihrer bisherigen Bewertung eingetragen werden, welche noch weiter untersucht werden sollen.

OPEN:

Der Flugpfad, der aktuell betrachtet wird.

CLOSED:

Liste, in der alle Flugpfade in der Reihenfolge ihrer Bewertung eingetragen sind, die abschlieβend behandelt wurden und nicht mehr verbessert werden sollen.

Das Such- und Auswahlverfahren beginnt zunächst mit der Bewertung der direkten Verbindung vom Startknoten zum Zielknoten, in diesem Beispiel also vom direkt anzufliegendem Wegpunkt zum Endanflugpunkt. Die Bewertung ist in einem nachfolgenden Abschnitt beschrieben. Ist die Güte dieser direkten Verbindung nicht ausreichend, da z.B. keine Standardroute beide miteinander verbindet und die Entfernung zu groß für einen Direktflug ist, wird folgendermaßen fortgefahren: Alle Wegpunkte im Suchraum werden nacheinander als Zwischenpunkte zwischen den Start- und Zielpunkt eingefügt und mit dem gleichen Gütefunktional bewertet. Diejenigen, die besser als der Ausgangspfad sind, werden in die Warteliste (WAIT) zu einer Weiterbetrachtung sortiert, die schlechteren in die Liste der abgeschlossenen Pfade (CLOSED) einsortiert, Alle Pfadelementbewertungen werden gespeichert, um sie weiterhin verwenden zu können. Dieses Verfahren wird solange fortgeführt, bis eines der weiter vorn genannten Kriterien erfüllt ist, nach denen das Suchverfahren beendet wird, wenn:

• der optimale Pfad gefunden wurde oder
• ein ausreichend guter Pfad gefunden wurde oder
• in einer bestimmten Anzahl von Versuchen (z. B. 500) kein besserer Pfad gefunden wurde oder
• alle möglichen Pfade getestet wurden oder
• eine maximale Anzahl (z. B. 10000) Pfade bewertet

Der dann als bester bewertete Flug wird als Suchergebnis in den Flugablaufplan eingetragen.

Der Wert eines Pfades wird dabei folgendermaßen ermittelt: In der vorgeschlagenen Prozedur werden grundsätzlich Kostenschätzungen durchgeführt. Diese Kostenschätzungen ergeben sich aus einer Verknüpfung von Einzelkosten für die Pfadelemente, die im Pfad enthalten sind, und aus einer elementübergreifenden Pfadbewertung.

In die Bewertung fließen u.a. die zuvor genannten Kriterien ein:

• a) Pfadelemente:

  • Zugehörigkeit des jeweiligen Pfadelements zu Standardrouten
  • Richtung des jeweiligen Pfadelements, bezogen auf die Direktverbindung zwischen Start und Ziel
  • Länge des jeweiligen Pfadelements, bezogen auf den Zustand der bord- und bodenseitigen Navigationsanlagen
  • Lage des jeweiligen Pfadelements, bezogen auf erfaßte lokale Wetterstörungen
  • Raumgewinn durch das jeweilige Pfadeiement

• b) gesamter Pfad:

  • Länge des Pfades
  • voraussichtlicher Kraftstoffverbrauch.

Die Wirkungsweise des Verfahrens soll an der stark vereinfachten Darstellung in Figur 11 verdeutlicht werden. Punkt P1 ist der Wegpunkt, der direkt angeflogen werden soll. Der ursprünglich vorgeschlagene Flugablaufplan beinhaltet die Wegpunkte P3, P4, P5. Der Suchraum sei durch die Wegpunkte P1, P2, P3, P4 bestimmt (dabei sei die Strecke P4, P5 des Endanflugs unverändert). Als erstes wird der Pfad P1, P4 bewertet. Dieser erhält eine hohe Pfad-Element-Bewertung bei dem Kriterium "Richtung des Pfadelementes, bezogen auf die Direktverbindung von Start und Ziel", und eine niedrige bei der Bewertung "Zugehörigkeit zu einer Standardroute". Die anderen Pfadelementkriterien seien hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter betrachtet. Bei den Kriterien zur Bewertung des gesamten Pfades, Länge und voraussichtlicher Kraftstoffverbrauch wiederum bekommt er eine maximale Bewertung.

Die mangelnde Zugehörigkeit zur Standardroute läßt den Pfad P1, P4 nicht ausreichend gut genug erscheinen, um die Suche abzubrechen. Darum werden nun noch die Pfade P1, P2, P4 und P1, P3, P4 bewertet, um festzustellen, ob die Bewertung sich durch das Einfügen eines weiteren Wegpunktes verbessern läßt. Tatsächlich erhält der Pfad P1, P2, P4 durch die Zugehörigkeit zur Standardroute und den minimalen Umweg, der in Kauf genommen werden muß, eine bessere Bewertung als der Ausgangspfad P1, P4. Der Pfad P1, P3, P4 schneidet dagegen in allen Punkten schlechter oder gleich dem Ausgangspfad P1, P4 ab. Somit wird der Pfad P1, P2, P4 als der bestbewertete gewählt. Heutige FMS hätten im Gegensatz dazu zum Überbrücken der entstandenen Diskontinuität den Pfad P1, P3, P4 vorgeschlagen, da diese Systeme so programmiert sind, daß immer vorgeschlagen wird, nach dem direkt anzufliegenden Wegpunkt (P1) auf den nächsten im Flugablaufplan enthaltenen Wegpunkt (hier also P3) zurückzukehren.

Nachdem auch in diesem Beispiel der Flugplan lateral geschlossen wurde, kann eine Höhenplanung angesetzt werden. Die Regeln zur Höhenplanung müssen ergänzend zu den in Beispiel 1 aufgeführten Regeln allerdings auch Steigflug und Reiseflugsegmente abdecken. Hier ist es sinnvoll, eine Verfahren zur Ermittlung der günstigsten Reiseflughöhen zu integrieren, welches diese z.B. in Abhängigkeit von Entfernung, Wind und Halbkreisflugflächen aus Flugleistungstabellen oder -kurven entnimmt. Letztendlich läßt sich durch die laterale Festlegung des Flugplans auch das vertikale Profil und der Geschwindigkeitsverlauf festlegen, so daß auch hier ein vollständiger Flugablaufplan erstellt und dem Flugführungs/Flugmanagementrechner (2) zugeführt werden kann, um ein automatisches oder manuelles Abfliegen zu gewährleisten.

Die in Beispiel 2 dargestellte Ausführung kann auch auf Beispiel 1 angewendet werden, für den Fall, daß das Flugzeug weiter vom Zielflugplatz entfernt ist. In diesem Fall übernimmt der geschätzte Endpunkt des Abschnitts mit konstantem Steuerkurs die Funktion des hier direkt eingegebenen Wegpunktes.

Beispiel 3:

Ausführung:

Such- und Auswahlverfahren auf der Basis des bekannten A*-Algorithmusses (vgl. z.B. /2/)

Situation:

wie Beispiel 2.

Zur Vereinfachung sei hier die gleiche Situation wie in Beispiel 2 vorausgesetzt. Lediglich wird hier als Such- und Auswahlverfahren der an sich bekannte A*-Algorithmus verwendet. Dieser wird nach Winston (/2/) folgendermaßen realisiert:

"Prozedur A*:

• 1 bilde eine Liste aus Teilwegen! Die anfängliche Liste soll die Null-Länge und einen Null-Schritt-Weg von der Wurzel bis nirgendwo haben
• 2 Bis die Liste leer oder das Ziel erreicht ist, bestimme, ob der erste Weg in der Liste den Zielknoten erreicht

  • 2a Wenn der erste Weg den Zielknoten erreicht, tue nichts mehr!
  • 2b Wenn der erste Weg den Zielknoten nicht erreicht,

    • 2b1 entferne den ersten Weg aus der Liste,
    • 2b2 bilde durch Erweiterung des entfernten Weges um einen Schritt neue Wege,
    • 2b3 füge den neuen Weg in die Liste ein,
    • 2b4 sortiere die Liste nach der Summe der bisher aufgelaufenen Kosten und der Schätzung einer unteren Grenze der Restkosten und setze die Wege, die die niedrigsten Kosten verursachen, an die Spitze!
    • 2b5 Wenn zwei oder mehrere Wege einen gemeinsamen Knoten erreichen, streiche alle diese Wege bis auf den, über den wir den gemeinsamen Knoten mit den geringsten Kosten erreichen!

• 3 Wenn der Zielknoten gefunden wurde, melde Erfolg, sonst Mißerfolg."

Die Heuristik bei der Suche kommt durch die Bewertungsfunktion zum Ausdruck, mit der die jeweiligen Kosten für den aktuell geöffneten Pfad in Schritt 2b4 berechnet werden. Diese Kosten werden durch eine Bewertungsfunktion f(n) mit n als aktuellem Knoten ausgedrückt. Diese ist definiert als:$$\mathit{\text{f(n)}}\text{=}\mathit{\text{g (n)}}\text{+}\mathit{\text{h(n)}}$$

Dabei stellt der Term g(n) die kumulierten Kosten des Weges zum aktuellen Knoten dar und h(n) eine Abschätzung der restlichen Kosten bis zum Ziel. Der Term g(n) zur Bestimmung der kumulierten Kosten kann mit der in Beispiel 2 dargestellten Pfadbewertung ermittelt werden. Zur Bestimmung von h(n) bietet sich die verbleibende Restdistanz zum Zielpunkt an. Auch mit dieser Prozedur ist dann eine Verfahrensausführung möglich.

Abschließend bleibt festzuhalten, für welche Situationen das vorgestellte Verfahren besonders wirksam sein wird.

• Einnahme oder Vorgabe eines vom Flugablaufplan abweichenden Steuerkurses
• Anfliegen oder Vorgabe eines vom Flugablaufplan abweichenden Wegpunktes
• Wechseln der Landebahnrichtung im Flug (hier müssen die neuen Endanflugdaten zunächst aus der Navigations-Datenbank entnommen werden)
• Planung des Fluges zu einem anderen Flughafen, als dem im Flugablaufplan festgelegten Zielflugplatz
• Anforderung eines alternativen Flugplans (auch über vorgegebene Zwischenwegpunkte (das Suchverfahren arbeitet sequentiell alle Zwischenabschnitte ab, bis der Flugplan geschlossen ist).
• Generierung eines Flugablaufplans nur nach Vorgabe von Start- und Zielpunkt.
• Vorgabe einer vom Flugablaufplan abweichenden Flughöhe

Zitierte Literatur:

• /1/ Onken und Prévôt: "CASSY-Cockpit Assistant System for IFR Operation", Proceedings ICAS-94.7.2, Anaheim, Kalifornien, USA, 1994
• /2/ Winston: "Künstliche Intelligenz", Addison-Wesley Deutschland, Bonn, 1987.