Interfaz hombre-máquina para asistir a un piloto en el despegue y en el aterrizaje de un aparato de vuelo en caso de visibilidad reducida.

Interfaz hombre-máquina para asistencia a pilotos durante el despegue o el aterrizaje de un aparato de vuelo en condiciones de visibilidad reducida,

en la que en un dispositivo de visualización único se superponen varias capas gráficas:

• una capa de vuelo estacionario para la representación combinada de la velocidad sobre el suelo, la dirección de movimiento o la dirección de la deriva instantánea en relación con el eje longitudinal del helicóptero, así como la altura de vuelo sobre el suelo, que contiene como elementos gráficos: un indicador de deriva de tipo haz de dirección y longitud variable, cuya longitud y dirección corresponden al módulo y a la dirección de la velocidad de movimiento o de deriva, así como círculos concéntricos, cuyos diámetros corresponden a módulos fijos de la velocidad de movimiento o deriva y cuyo centro corresponde al punto cero del indicador de deriva, estando dispuesta sobre el círculo exterior una marca para la dirección de avance,

- una capa de escenas 3D, que representa una imagen tridimensional temporalmente correcta y con exactitud de posición del entorno real en la dirección de la trayectoria de vuelo del helicóptero, y que es actualizada continuamente con los datos del estado de vuelo instantáneos y la altura sobre el suelo instantánea, caracterizada por que

- una capa base como capa gráfica adicional está presente en forma de una superficie base plana, la cual simboliza una superficie de suelo idealizada, calculada solo en base al valor instantáneo de la altura de vuelo sobre el suelo y los datos de posición de vuelo instantáneos, en la que la superficie base está limitada por un horizonte artificial y es actualizada continuamente con los datos de estado de vuelo instantáneos y la altura instantánea sobre el suelo,

- la capa de vuelo estacionario contiene como otro elemento gráfico un indicador de altura en forma de un arco de círculo de longitud de arco variable que parte de una marca de valor mínimo fija, cuya longitud de arco corresponde a la altura del helicóptero sobre el suelo, en la que el arco de círculo del indicador de altura está dispuesto concéntrico con respecto a los círculos concéntricos para las indicaciones de velocidad de movimiento o deriva.

Interfaz hombre-máquina para asistir a un piloto en el despegue y en el aterrizaje de un aparato de vuelo en caso de visibilidad reducida.

La invención se refiere a una interfaz hombre-máquina (IHM) para asistir al piloto durante el despegue y el aterrizaje de un aparato de vuelo, en particular de un helicóptero, en caso de visibilidad exterior reducida o en condiciones de visibilidad limitadas. En las zonas secas desérticas (como por ejemplo Afganistán) en casi todos los aterrizajes fuera de pista de helicópteros se produce un fuerte remolino de arena y polvo. Este es causado por el flujo turbulento descendente (el llamado "down-wash") del rotor principal. El remolino de arena o polvo a menudo hace que el piloto pierda total o parcialmente la visión exterior de la cabina - el llamado brown-out. Debido a la pérdida de la visión exterior existe para el piloto el riesgo de pérdida de la orientación espacial y esto especialmente en cuanto al ángulo de cabeceo y/o balanceo, así como la deriva lateral no deseada de vehículo aéreo.

El núcleo de un asistente de aterrizaje para helicópteros adecuado para brown-out (sistema de salvamento para brown-out) es su IHM como interfaz entre el hombre y la máquina. La idoneidad operacional depende en este caso de forma determinante de la utilidad de un visualizador de pantalla correspondiente. Las razones para esto son:

a) la inestabilidad aerodinámica de un helicóptero (especialmente durante el llamado vuelo estacionario o estático)

b) la influencia a menudo incalculable de las ráfagas de viento, las turbulencias y los vientos de cizalladura en el vuelo de aproximación final para el aterrizaje (o durante el despegue)

c) el terreno a menudo totalmente desconocido en los aterrizajes fuera de pista, así como la situación de obstáculos en el lugar de aterrizaje, en particular en cuanto a cables de tensión y conducciones eléctricas, d) la situación en el lugar de aterrizaje que posiblemente varíe de forma muy rápida en caso de misiones militares y de servicio aéreo de rescate (SAR) , e) la exactitud de la medición instantánea de los sistemas de referencia de la posición de vuelo y los sistemas de medida de la distancia apropiados para el uso, f) la posibilidad de reacción flexible y las eventuales correcciones necesarias por parte del piloto y g) la cuestión de la autorización de navegación aérea.

Estas razones hacen que de corto a medio plazo parezca improbable que un aterrizaje fuera de pista en condiciones de brown-out sea posible de forma completamente autónoma en base a un sistema de aterrizaje totalmente automatizado. Por el contrario, se tiene que partir de que, como antes, será el piloto quien en caso de brown-out aterrice el helicóptero. Por tanto, solo una pantalla de presentación visual parece lo adecuado para asistir al piloto de forma efectiva e inmediata durante un aterrizaje con brown-out.

En el documento DE 10 2004 051 625 A1 se describe un asistente de aterrizaje para helicópteros especial para condiciones de brown-out, en el que durante el brown-out es representada sobre una pantalla una vista 3D virtual del entorno desde la perspectiva del piloto, siendo generada la vista virtual en base a los datos 3D que fueron generados en un vuelo de aproximación antes del inicio del brown-out.

En el documento WO 2005/015333 A2 está descrito también un asistente para el aterrizaje de helicópteros en condiciones de brown-out, que para la asistencia al piloto combina informaciones del entorno generadas mediante diferentes sensores y datos de estado de vuelo que son actualizados continuamente mediante un bus de de datos del helicóptero. Para ello, por un lado, las informaciones del entorno y, por otro lado, los datos de estado de vuelo, tales como la velocidad, la dirección de movimiento y de deriva y la altura sobre el suelo, son representados en una pantalla común.

El documento US 2005/0237226 A1 describe un asistente de aterrizaje de helicópteros, en el que en una pantalla común además de una indicación de la deriva también se incluye una indicación de la altura sobre el suelo. La indicación de la deriva se encuentra en el centro de la pantalla, mientras que la indicación de la altura está realizada en el borde de la pantalla como un diagrama de barras.

El documento EP 1 102 038 A1 describe una pantalla de guía de vuelo en la que el terreno está diseñado con un motivo de tablero de ajedrez. La representación del terreno incluye un horizonte.

El objeto de la invención es proporcionar una interfaz hombre-máquina para posibilitar al piloto durante un aterrizaje con brown-out una asistencia intuitiva optimizada en la orientación espacial.

Este objeto se consigue con el contenido de la reivindicación principal. Realizaciones ventajosas de la invención son el contenido de las reivindicaciones subordinadas.

Con la IHM para brown-out según la invención son combinados gráficamente en una única pantalla los parámetros determinantes para la estimación visual de la posición y el movimiento en el espacio del aparato de vuelo (en lo que sigue, se parte por ejemplo de un helicóptero) para formar una IHM de brown-out:

1. la vista exterior natural -es decir, la totalidad de todos los obstáculos (cables y conducciones) y todos los objetos tanto naturales como artificiales (edificios, árboles y arbustos ...) y todas las características topográficas, incluyendo el suelo en las proximidades del lugar de aterrizaje,

2. el conocimiento de la posición instantánea de vuelo, la dirección de movimiento y la velocidad del vehículo aéreo sobre el suelo, así como su variación y en realizaciones ventajosas su velocidad de variación,

3. el conocimiento de la altura instantánea de vuelo sobre el suelo (AGL) , así como en realizaciones ventajosas su tendencia de cambio.

De esta forma son representadas visualmente al piloto todas las informaciones necesarias para un aterrizaje con brown-out concentradas en un único aparato de visualización, por lo que es posible, únicamente en base a la IHM para brown-out según la invención, aterrizar el helicóptero de una forma intuitiva.

La IHM para brown-out según la invención se compone de varias capas gráficas representadas superpuestas para tener en cuenta los criterios para el control de la posición y el movimiento de una manera apropiada. Cada una de estas capas contiene, respectivamente, ciertas primitivas gráficas y simbología que definen en conjunto la IHM para brown-out completa.

Las siguientes capas gráficas están representadas superpuestas en la IHM para brown-out según la invención:

a) Una capa base en forma de una superficie base plana. Esta superficie base simboliza una superficie del suelo idealizada, calculada solo basándose en el valor instantáneo de la altura sobre el suelo y los datos de posición de vuelo instantáneos (ángulo de balanceo, ángulo de cabeceo, ángulo de vuelo) . La topología tridimensional real del suelo no se incluye aquí. Esta es incluida, sin embargo, por la capa de escenas 3D. La superficie base está limitada por un horizonte artificial y es actualizada continuamente con los datos de estado de vuelo instantáneos y la altura instantánea sobre el suelo. En conjunto, la capa base ilustra cualitativamente de una manera muy fácilmente comprensible para el piloto la posición de vuelo y la altura de vuelo del aparato de vuelo en el espacio. Le sirve al piloto para mejorar la orientación espacial en la fase crítica del brown-out, mientras que las frecuentes partículas de arena y polvo con turbulencia caótica fluyen de forma oblicua por las ventanas de la cabina y dificultan la orientación espacial.

b) Una capa de escenas 3D que representa una imagen tridimensional con exactitud de posición, así como temporalmente correcta, del escenario real en la dirección de la trayectoria de vuelo del helicóptero, y que es actualizada continuamente con los datos de estado de vuelo instantáneos y la altura instantánea sobre el suelo. La capa de escenas 3D sirve en particular para la orientación espacial del piloto en caso de ausencia completa o parcial de la vista exterior de la cabina. La representación de la capa de escenas 3D se compone de datos 3D del entorno del lugar de aterrizaje, es decir, a diferencia de una imagen por proyección bidimensional convencional del entorno, son conocidas las coordenadas en 3 dimensiones espaciales para cada píxel de la capa de escenas 3D. La representación de la escena 3D puede realizarse, por ejemplo, de modo que la distancia de objetos u obstáculos respecto al aparato de vuelo sea codificada por diferentes colores o valores de gris. Otra posibilidad es la codificación basada en la altura sobre el suelo del píxel en cuestión... [Seguir leyendo]

1. Interfaz hombre-máquina para asistencia a pilotos durante el despegue o el aterrizaje de un aparato de vuelo en condiciones de visibilidad reducida, en la que en un dispositivo de visualización único se superponen varias capas gráficas:

una capa de vuelo estacionario para la representación combinada de la velocidad sobre el suelo, la dirección de movimiento o la dirección de la deriva instantánea en relación con el eje longitudinal del helicóptero, así como la altura de vuelo sobre el suelo, que contiene como elementos gráficos: un indicador de deriva de tipo haz de dirección y longitud variable, cuya longitud y dirección corresponden al módulo y a la dirección de la velocidad de movimiento o de deriva, así como círculos concéntricos, cuyos diámetros corresponden a módulos fijos de la velocidad de movimiento o deriva y cuyo centro corresponde al punto cero del indicador de deriva, estando dispuesta sobre el círculo exterior una marca para la dirección de avance, -una capa de escenas 3D, que representa una imagen tridimensional temporalmente correcta y con exactitud de posición del entorno real en la dirección de la trayectoria de vuelo del helicóptero, y que es actualizada continuamente con los datos del estado de vuelo instantáneos y la altura sobre el suelo instantánea, caracterizada por que -una capa base como capa gráfica adicional está presente en forma de una superficie base plana, la cual simboliza una superficie de suelo idealizada, calculada solo en base al valor instantáneo de la altura de vuelo sobre el suelo y los datos de posición de vuelo instantáneos, en la que la superficie base está limitada por un horizonte artificial y es actualizada continuamente con los datos de estado de vuelo instantáneos y la altura instantánea sobre el suelo, -la capa de vuelo estacionario contiene como otro elemento gráfico un indicador de altura en forma de un arco de círculo de longitud de arco variable que parte de una marca de valor mínimo fija, cuya longitud de arco corresponde a la altura del helicóptero sobre el suelo, en la que el arco de círculo del indicador de altura está dispuesto concéntrico con respecto a los círculos concéntricos para las indicaciones de velocidad de movimiento o deriva

2. Interfaz hombre-máquina según la reivindicación 1, caracterizada por que en la superficie base de la capa base existen líneas de fuga y líneas de distancia.

3. Interfaz hombre-máquina según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la superficie base de la capa base está cubierta total o parcialmente con un motivo de tablero de ajedrez o una textura de suelo.

4. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que la capa de escenas 3D está constituida por los siguientes tipos de elementos gráficos:

- una superficie de suelo 3D como una aproximación de la topografía local del suelo, -la imagen de objetos que no se encuentran en el suelo por encima de la superficie de suelo 3D.

5. Interfaz hombre-máquina según la reivindicación 4, caracterizada por que en la superficie de suelo 3D 35 representada de forma aproximada están presentes líneas de fuga y líneas de distancia.

6. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizada por que la superficie de suelo 3D representada de forma aproximada está cubierta total o parcialmente con un motivo de tablero de ajedrez o una textura de suelo.

7. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada por que los objetos que no se

encuentran en el suelo son segmentados, es decir separados del suelo, y/o clasificados de acuerdo con los tipos de objetos o de obstáculos predeterminados, y son resaltados gráficamente.

8. Interfaz hombre-máquina según la reivindicación 7, caracterizada por que todos o algunos de los objetos que no se encuentran en el suelo segmentados o clasificados están cubiertos total o parcialmente con un motivo gráfico o una textura de objeto.

9. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizada por que la superficie del suelo 3D representada de forma aproximada y/o los objetos que no se encuentran en el suelo segmentados o clasificados son total o parcialmente resaltados de forma distintiva por una mejora gráfica de la imagen en forma de sombras proyectadas artificiales o de una autoiluminación.

10. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el indicador de 50 altura es visualizado solamente por debajo de una altura mínima predeterminada.

11. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la marca de valor máximo del indicador de altura corresponde a la altura mínima predeterminada.

12. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la marca de valor mínimo del indicador de altura corresponde a la altura cero.

13. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el arco de círculo para el indicador de altura se ajusta estrechamente al círculo exterior para la visualización de la velocidad de movimiento y la deriva.

14. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la marca de valor máximo del indicador de altura se sitúa en la marca para la dirección de avance.

15. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que la marca de valor mínimo del indicador de altura se sitúa en la marca para la dirección de avance.

16. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que en el dispositivo de visualización se muestran además la indicación numérica del ángulo de vuelo y/o la altura instantánea sobre el suelo.

17. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que en el dispositivo de visualización se muestra además la indicación numérica y/o gráfica del ángulo de cabeceo instantáneo.

18. Interfaz hombre-máquina según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en el dispositivo de visualización está representada además la presencia de una situación con condiciones de visibilidad limitada por un símbolo gráfico y/o alfanumérico.