CN1103092C - 机场导引系统,尤其是机场地面交通导引系统 - Google Patents

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Abstract

一种机场导引系统、尤其是机场地面交通导引系统(Surface MovementGuidance and Control System，SMGCS)，它具有对位于机场陆地(跑道、出租车道、停机坪)和在关系重大的机场上空(CTR)的飞机，还有车辆的关系重大的、有关安全性的位置和运动进行探测、集成处理和图像显示的装置，这种位置和运动的信息是由至少一个雷达在飞行运动和在停机位置的静止状态之间进行探测，其中相关的数据以图像形式和/或文字的或数字的形式集中显示在至少一个领航员的监视器上，由此可准备和进行机场地面交通的导引操作。

Description

机场地面交通导引系统
                            技术领域
本发明涉及一种机场地面交通导引系统(Surface Movement Guidanceand Contro1 System，SMGCS)。
                            背景技术
机场地面导引系统已为人们所知，例如在1995国际机场展(InterAirport1995)发行的单行本BRITE II der N.V.ADB S.A.Zaventem，BruesselAP.01.810e中就介绍过。
                            发明内容
本发明的目的是：对所述的采用配置在地面的传感器进行工作的系统进行设计，使之用该系统能在所有的天气条件下以最大可能的安全可靠性来保证机场地面交通的最优化，并提高一个机场的飞机起降容量。其中具有优越性的亦应包括在指挥塔中人员的柔性投入。
本发明的目的是通过如下的措施来实现的：机场地面交通导引系统通过检测和集成处理位于机场陆地(跑道、出租车道、停机坪)和在机场上空(CTR)的飞机也包括车辆的关系重大的、尤其是有关安全性的位置和运动来工作，其中对在机场上空(CTR)的飞机的检测则是由一雷达在飞机飞行运动及其处于停机位置静止期间来进行的，其中这些关系重大的数据以集中的形式在至少一个领航员的监视器上以图像和/或文字的形式以及数字形式显示出来，由此可准备和进行对地面交通的导引操作。根据本发明的系统以特别有利的方法探测对导引地面交通所必需的所有运动，通过该系统，则可以建立一种集成化的机场控制和导引系统，用该系统可在防止地面的以及起飞和降落过程中的碰撞的最大可能安全性条件下实行地面交通优化。
在飞行中，飞机通过地面支持的导航辅助来避免碰撞。另外在其最终的着陆过程中，各种非光学的和光学的降落辅助手段帮助飞机保持其预定的滑翔路径。在飞机着地之后，飞机运动在其路程的最危险的一段上。大多数事故已被证明发生在地面上。此处根据本发明的地面交通导引系统进一步地起着辅助作用，用它进行不间断的监控和导引。这样的一种系统亦称为先进(A)型地面交通导引系统(Advanced-(A)-Surface Movement Guidance andControl System)，是一种至今尚未实现的愿望。但如本发明所述，该愿望在这里首次可被实现。
在本发明的改进设计中，例如可借助于无线电发送-应答机的应答信号或间歇振荡信号或经也被用来传递指令的识别标志和无线通信装置对飞机在机场场地上的运动也进行探测和导引操作。这样可极大提高飞机在地面交通中抗碰撞的安全性，而这种地面交通迄今为止尤其是在停机坪范围内仍然继续不加控制地运行着。此外可进一步对飞机在起飞和降落范围内的运行进行探测和导引操作。这样通过对交通实际状态偏离所计划状态的早期识别(例如一条出租车道仍然被占用着，而它本应早就要空出来的)，来优化地面运动规划并同时提高安全性。
通过不仅使用至少一初级雷达而且还使用至少一次级雷达来进一步提高安全性，其中初级雷达用于确定在机场场地上的方位而次级雷达则在使用发射-应答机的条件下优选地在起飞和降落范围内用于识别。根据本发明，地面识别是通过接收在正在进行的交通中来自降落雷达(次级雷达)的识别信号以及在刚开始的交通中来自停靠导航系统(Docking Guidance System)的识别信号并通过追踪初级雷达的目标来保持该识别信号来进行的。为进一步提高安全性和可靠性，根据本发明将检测飞机的以及地面上配备有发射-应答机的车辆的应答机间歇振荡信号并通过对信号到达时刻的多边计算在进行识别的同时确定精确的位置。因此能对一个机场的交通范围内的飞机以及其它的车辆实施随时的、冗余识别。
根据本发明的系统具有一滑行运动规划部件，用它可向领航员建议滑行导引路线并自动检查该路线是否无碰撞危险。该规划部件以及对无碰撞危险的检查通过一固定安装的软件来实行，相应的安全性特征被输入该软件中。通过这一软件同时也保证在不同的气候条件下让飞机保持最小间距。这一规划软件也包含用于飞机的中间停靠位置，该位置能保证飞机同样在停机坪范围也免受碰撞。规划的基础有利地组成了飞行计划。在大型机场上飞机的起飞降落运动并不是自发进行的，而是按照飞行计划来规划的，同样对停靠哪个门也是如此。
在机场地面交通导引系统中，在领航员监视器上必要的显示是经一为人们熟知的视频子系统(处理器)来进行的。这种雷达视频子系统例如可从HITT公司购得，这方面的一个例子可参考登载在杂志“简氏机场评论，1995年9月，第7卷，第7期，第46页”(Jane′s Airport Review，Sept.1995，Volume7，Issue7，Seite46)。这样一种系统不是本发明的内容。
在雷达视频子系统中，根据BRITE II系统的数据输入采用更高的数据集中度和更详细的数据输入来进行显示，其情形就象是从已知的BRITE-II系统和HITT公司的雷达视频子系统的组合系统得出的那样。同样这一点也是本发明的一个不可谓不重要的目的。
比较有利的是，监视器上的显示，例如象实际雷达视频显示或者一合成的雷达图和/或一反映机场交通道路的一合成模拟图，借助于具有状态显示的窗、转移行和应答行等、并连同滑行道-照明段的开关状态、停止标杆等可一起集中显示在一监视器上。这种集中显示的进行取决于机场各时刻的交通流通量，比如在晚上可能只需占用一个控制器位置，而在早晨随着交通流通量的不断增加，则形成更多的控制器位置。与之相应则进行对指挥塔中各领航员责任的分配。
责任的递交最好是在监视器窗口显示中进行的递交应答之后进行，这样可进行可靠的工作位置分配。其中的过程优越地相应于这样的过程：就象在一个指挥塔中的无跑道(Stripless)组织所用系统中所熟知的那些过程一样。这方面的一个例子见于出版物“TECOS终端协调系统，西门子股份公司，刊登号02963.0，1996年”(TECOS Terminal Coordination System，Ident.Nr.02963.0.der Siemens AG von1996)。
当使用一种大平面图像屏幕来用于显示各窗口及雷达视频信号等，尤其是采取接触式屏幕的形式时，便可以特别优越地实行前述过程。在一种这样的接触屏幕中，既可以通过接触各个点例如接触在所形成的合成视频显示上的停止标杆或出租车道段来接通，也可通过用鼠标点击或操作在监视器边缘上的开关点来接通。这样能够优越地在控制器的可视范围内将所有迄今在分割的操纵台上所操作的开关点集中起来。由此可提高操作的可靠性，且能直接地控制和操纵被执行的开关过程。
为必要的数据集中，先将所有数据进行数字化，也包括模拟雷达数据。为此在借助于数据合成和计及传感器相关的条件下采用图形提取法(Plot-extraction)是特别有帮助的。所有数据都采用一统一的格式，然后交付雷达视频显示或一完整的合成图。
为提高规划的可靠性且考虑到紧急情况，系统提供飞机在更远上空中的运动数据，可能的话也提供由通用雷达、尤其是微分式通用雷达所探测到的飞机起飞和降落位置，亦即飞机在滑行场地以及也包括在停机区内的位置。采用通用雷达提高了这方面的可靠性，因为由此可利用附加的位置信息。由于通用雷达功能的不可靠性，特别是在终端区的不可靠性，因此这种形式仅在提高可靠性方面用作为辅助功能。实际的地面交通导引是通过更可靠的雷达数据和其它的地面支持的传感器以及通过领航员的目检来进行的。这些传感器也可以是光学传感器，例如用于停靠范围内的以激光器或行扫描照相机形式的传感器、系统部件的其它结构形式请见从属权利要求18～21。
关于停靠系统方面，当由该停靠系统所提供的位置数据被输入进数据合成和传感器相关操作中且其后从中被输出时，则可优越地提高可靠性。当在考虑停机位置计划的条件下进行上述操作时，亦即将它们同样考虑在地面交通规划中时，则可进一步提高可靠性。
                          附图说明
下面借助附图详细说明本发明，从附图以及从从属权利要求中可进一步了解本发明的重要细节，附图中：
图1为根据现有技术的一实施形式的地面交通导引系统的组成部分的简略示图，
图2为地面交通导引系统各部分之间相互作用的简略示图，
图3为一实际雷达视频显示器的再现图形，
图4为一具有窗显示的合成视频显示器的再现图形，
图5为所传送的重要信息的概示图。
                        具体实施方式
图1中所示内容由上述出版物AP.01.810e可知，其中1表示机场局域网，2表示一领航员位置上的监视器，3表示监视器而4则表示维修服务计算机的打印机。监视器2可以是普通的监视器，也可以是平面面板式屏幕监视器，特别是接触屏式监视器。5表示动力负载控制器，6表示BRITE-PC机，该机必须组合进自动交通控制指挥塔监视器中。图1表示现有技术。用于操纵BRITE II系统所必需的软件位于BRITE主机8中并在BRITE单元器9中实现所希望的开关状态。BRITE单元器与传感器10相连接，传感器10可相对较为随意地设计。如图所示，BRITE单元器位于一串联线路上，以便能确保所有单元器有相同亮度。在所显示的现在技术中，没有向机场雷达系统提供一种数据类型的联接。
与此相反，根据本发明的地面交通导引系统实施形式具有一集成的控制器工作位置，优越地以X个窗口和开环结构为基础。此处由原视频显示器(实际显示视频器)来实施一种组合有地图、目标数据、冲突报告、飞行计划数据、停止标杆数据和标志灯数据的合成式显示。
在集成框架中设有传感技术，它能显示不同传感器的组合，首先显示不同雷达系统的组合。传感器数据将被组合起来，以保证得到一种无线监控。
数据处理经一多传感器跟踪和标记系统来进行，该系统具有传感器数据同飞行计划数据、照明灯数据以及停泊/门分配数据进行相关处理的功能。在这一基础上则进行对机场交通的控制。
图2中11表示具有监控用传感器数据的一信息组块，12则表示用作监控的过程，13表示控制器，驾驶仪等方面内容。14表示一高速数据网(机场局域网，Airport LAN)，它被构造成无故障的、抗掉电系统。在该系统中也还流入来自方块15、亦即来自外围服务性设施的信息。从机场人员方面来说，进行着方块16中所示的控制，同样也包括此处所必需的数据输入。方块17最终表示所使用的重要系统部件。
图3本身十分清楚，它示出一实际雷达视频图。它构成所用传感技术的基础。传感器系统传送有关所有飞机和车辆的位置、也包括速度和方向以及鉴别号等数据。进一步还有有关静止物体的信息以及它们相对飞机和车辆所示位置的方位。雷达视频图像为静止传感器的数据、尤其是那些对雷达遮蔽地区来说重要的数据所补充。所有前述传感器的组合给出了有关机场交通的完整信息。
图4中，20表示比如一条跑道，21表示出租车道。在出租车道上具有停止标杆等物22，为简化起见，图中未详细示出照明灯以及信号指示装置。图4示出一已被实施的合成视频图像，就这一点而言也是现有技术的视频图像。该新的合成视频图像根据本发明已被更为详细地加以设计。23表示飞行计划的窗口显示。24、25、26以及27表示其它的飞行计划和分配的窗口。不言而喻，可以在一大的平面图像显示屏上以足够的尺寸和清晰的排列次序来显示上述以及其它的数据。采用一平面图像显示屏其优点比如可得到一较低的使用高度并能安装其它系统或为其它的系统提供位置。
在图5中，方块30中介绍的是合成视频图像所包含的各重要细节。31示出两种传感器，它们可在最不同的基础上进行工作。其中最重要的是合作工作传感器，它们同时还验证飞机的身份。32表示交通控制系统的基本特征。33表示辅助功能，这些功能特别在意外事故发生时显得很重要。在34中示出可实际地将飞机导引至跑道和出租车道以至到停机坪区域中的部分，而在36中则示出可用不同传感器(激光器、行扫描照相机、微波接收器、微分通用雷达等)来进行的停泊自动化。最后在35中示出汇入系统中的不同数据的集成。
不言而喻，当本文所述的各部件并非完全被组合进系统中而是作为各独立的系统被驱动时，或当完全放弃某个部件，例如在具有较少停泊位置的较小机场上的自动停靠系统时，仍可使用根据本发明的系统。在一工作位置上集成处理有关飞机和车辆的位置和运动情况的重要数据且能分解控制任务的那种基础将作为根据本发明的解决方案继续存在。

Claims (21)

1.一种机场地面交通导引系统，具有：
雷达装备，包括至少一个雷达，用于在飞机从空中降落到停机位置的过程期间探测飞机的位置和运动；
多个地面交通信号装置，用于引导飞机，其中所述多个地面交通信号装置包括跑道上的信号装置、出租车道上的信号装置、停机坪上的信号装置以及停泊位置的信号，和其中所述多个地面交通信号装置包括用于输出交通信号装置的信号状态并接收信号状态命令的接口；
处理系统，用于综合由所述雷达装备探测到和由所述检测器检测到的数据以及由所述接口所指示的信号状态；
作为所综合的数据的输出装置配备在至少一个机场塔台控制器中的至少一个监视器的合成式图形显示系统，包括机场地面和机场上空的飞机位置和运动的雷达视频，以及所述地面交通信号装置的信号状态的视频显示；
输入设备，配置成让控制器输入用于所述多个地面交通信号装置的信号状态命令。
2.如权利要求1所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：借助于例如发射-答应器的应答信号或间歇振荡信号、以及也可被用来传递指令的识别标志和无线通信手段来探测和导引操作飞机在机场场地上的运动。
3.如权利要求1或2所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：对飞机在起飞和降落范围内的运动进行探测和导引操作。
4.如权利要求1所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它具有一初级雷达和/或次级雷达，其中初级雷达用于在机场场地上的定位，而次级雷达则在利用发射-应答机的条件下优选地在起飞和降落范围内用于识别。
5.如权利要求4所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它具有一多边计算系统，它通过对信号到达时刻的多边计算在使用应答机间歇振荡信号发生器的条件在识别的同时确定精确位置。
6.如权利要求4或5所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：在用初级雷达探测时，对被探测飞机的识别是利用数据源来进行的并在将其保存在机场地面交通导引系统中的条件下显示。
7.如权利要求6所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它具有一飞机滑行运动规划部件，用它在计及当时的着陆方向的条件下规划一无碰撞的滑行交通，且根据气候类别CATI-III在计及必要的安全距离的条件下来规划其它的地面交通。
8.如权利要求7所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：监视器被设计成具有状态显示、转移显示、以行形式和应答行形式等来显示的窗显示结构。
9.如权利要求8所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：在该系统中被显示有滑行道照明灯段、停止标杆以及所有其它的为导引地面交通所必需的、与其它有关安全性的信息相联接的信号装置及其开关状态。
10.如权利要求9所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：为系统所采集的数据可根据机场当时出现的交通情况被分配给控制器位置并可根据各自的责任来进行处理。
11.如权利要求10所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：责任的传递是在传递应答之后以窗显示形式在监视器或辅助监视器上进行的。
12.如权利要求11所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：接受从降落范围到跑道控制范围，经出租车道控制范围再到停机坪控制范围的责任和以相反的顺序接受对起飞过程的责任，是通过在监视器窗口内重组电子飞行通道并标志各个责任来实现的，还结合雷达视频显示或一合成显示。
13.如权利要求12所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：雷达数据是带图形抽取的雷达数据，与滑行引导灯、着陆灯和起飞跑道灯以及包括发射-应答机的部件在内的其它的传感器部件，借助于数据合成和传感器相关性被一起处理成一统一的数据格式，完全数字化并且然后送至雷达显示器或组合成一完全合成的图像和/或送至其它的监视器显示。
14.如权利要求13所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：雷达视频显示也包括带有状态显示、传递行以及应答行等的窗口，被显示在一显示屏对角线大于19英寸的平面图形显示屏上，该显示屏设计成接触式屏幕，且带有用于机场照明灯以及语音通信的开关元件。
15.如权利要求14所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它提供飞机在更远的上空的运动，也提供通过通用雷达所探测到的起飞和降落的位置、在滑行区知停泊区的位置的信息。
16.如权利要求15所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它具有一带监视器的维护计算机，其中可显示必要的维护和修理工作以及灯损坏情况。
17.如权利要求16所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：机场照明灯被设计成各自是可寻址的并且为此具有EPROM。
18.如权利要求17所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它具有一机场数据传输系统，该系统采用光纤传输技术，同轴电缆和/或对绞电缆，以冗余传输方式进行工作。
19.如权利要求18所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：它具有一自动停泊系统，该系统采用光学探测手段，通过行扫描照相机或激光雷达来确定飞机位置，还借助于一发射-应答机识别系统用于被光学探测到的飞机。
20.如权利要求19所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：由停靠系统提供的位置数据被输入进数据合成和传感器相关中并反过来从中被输出。
21.如权利要求19所述的机场地面交通导引系统，其特征在于：停机位置的选择、占用以及状态报告是根据飞行计划来进行的且显示在监视器上。
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