DE1198207B

DE1198207B - Cooperative procedure for collision avoidance of aircraft

Info

Publication number: DE1198207B
Application number: DED33060A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr-Ing Heinz Matusche
Original assignee: JUERGEN DETHLOFF
Current assignee: JUERGEN DETHLOFF
Priority date: 1960-04-07
Filing date: 1960-04-07
Publication date: 1965-08-05

Description

Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhütung von Luftfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhütung von Luftfahrzeugen und eine darauf beruhende Kollosionswarnanlage, wobei die elektromagnetische Nachrichtenausstrahlung des beobachteten Luftfahrzeuges (Objekt-Fahrzeug) nach Empfang der Nachrichten vom beobachtenden Luftfahrzeug (Subjekt-Fahrzeug) mit selbsterzeugten Nachrichten verglichen werden.Cooperative process for aircraft collision avoidance The invention relates to a cooperative method for the collision avoidance of aircraft and a collision warning system based thereon, wherein the electromagnetic message broadcast of the observed aircraft (object vehicle) after receiving the messages from observing aircraft (subject vehicle) compared with self-generated messages will.

Für das Erkennen einer Kollisionsgefahr sind bereits eine große Anzahl von kooperativen Verfahren und Einrichtungen entwickelt worden, die im wesentlichen auf optischen und elektronischen Grundlagen beruhen. There are already a large number for recognizing a risk of collision has been developed by cooperative processes and institutions that essentially are based on optical and electronic principles.

Durch Sichtbeobachtung kann ein beobachtendes Luftfahrzeug (Subjekt-Fahrzeug) feststellen, ob der Peilwinkel zum beobachteten Fahrzeug (Objekt-Fahrzeug) zeitlich konstant bleibt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Beobachtung an Bord des Subjekt-Fahrzeuges durch die Sichtverhältnisse beschränkt ist. Außerdem hängt die Entfernung, bei der das Objekt-Luftfahrzeug erstmalig erkannt wird, von den vielen Einflüssen unterliegenden Sichtbedingungen und der Aufmerksamkeit des Flugzeugführers ab. Through visual observation, an observing aircraft (subject vehicle) determine whether the bearing angle to the observed vehicle (object vehicle) is temporal remains constant. This method has the disadvantage that the observation on board of the subject vehicle is limited by the visibility. Also depends the distance at which the object aircraft is recognized for the first time from the visual conditions subject to many influences and the attention of the pilot away.

Um die Sichtbedingungen zu verbessern, wurde vorgeschlagen, die Flugzeuge am Bug, am Heck und an den Flügelenden mit verschiedenen, blinkenden Lichtern auszustatten, die auch bei Tageslicht zu erkennen sind und aus deren Lage zueinander auf die Fortbewegungsrichtung des Objekt-Fahrzeuges geschlossen werden kann. Hierdurch wird zwar eine Verbesserung der Beobachtung vor allem beim Nachtflug erreicht, die Ermittlung der Fortbewegungsrichtung ist aber sehr ungenau. Es ist nach wie vor eine über eine gewisse Zeit notwendige Beobachtung der Konstanz des Peilwinkels erforderlich, um die Kollisionsgefahr erkennen zu können. In order to improve visibility, it was proposed to use the aircraft to equip the bow, the stern and the wing tips with different flashing lights, which can also be seen in daylight and from their position to each other on the direction of movement the object vehicle can be closed. This is an improvement the observation achieved especially during night flights, the determination of the direction of movement but is very imprecise. It is still necessary over a certain period of time It is necessary to observe the constancy of the bearing angle in order to recognize the risk of collision to be able to.

Darüber hinaus ist die gleichzeitige Beobachtung auf nur ein oder höchstens zwei Partnerfiugzeuge begrenzt. In addition, the simultaneous observation on only one or limited to a maximum of two partner aircraft.

Es sind ferner kooperative Verfahren bekannt, die das Sekundärradar benutzen. Hierbei sendet das Subjekt-Fahrzeug Abfragesignale aus, die auf dem Objekt-Fahrzeug das Ausstrahlen von Antwortsignalen auslösen, die Aussagen über das Objekt-Fahrzeug, wie z. B. Flugrichtung, Geschwindigkeit, Höhe, Kennung usw., enthalten können. Das Subjekt-Fahrzeug wertet diese Aussagen mit Hilfe eines umfangreichen Rechengerätes zusammen mit seinen eigenen Daten über Geschwindigkeit, Flugrichtung und Peilrichtung des Abfragestrahlers aus und rekonstruiert das Lagedreieck. Bei diesen Verfahren treten folgende Schwierigkeiten auf: Die für eine wirksame Kollisionswarnung zur Verfügung stehende Zeit erlaubt dem Subjekt-Fahrzeug nicht, eine Feinabtastung vorzunehmen, so daß die Angabe des Peilwinkels nur sehr ungenau wird. There are also known cooperative methods that the secondary radar use. Here, the subject vehicle sends out query signals that are sent to the object vehicle trigger the transmission of response signals, the statements about the object vehicle, such as B. flight direction, speed, altitude, identifier, etc., may contain. That Subject-vehicle evaluates these statements with the help of an extensive computing device along with its own data on speed, flight direction and bearing direction of the query emitter and reconstructs the triangle. In these procedures the following difficulties arise: The for an effective collision warning The time available does not allow the subject vehicle to fine-scan so that the indication of the bearing angle is only very imprecise.

Außerdem besteht die Gefahr, daß die Nebenkeulen der Sendecharakteristik zu Abfragen führen und dadurch große Ungenauigkeiten in der Richtungsbestimmung mit sich führen und zur Verwirrung beitragen. Befinden sich mehrere Flugzeuge innerhalb der Reichweite des Abfragesystems, dann entsteht durch die Vielzahl der Fragen und die bei allen Flugzeugen eingehenden Antworten bald eine so große Verwirrung, daß eine Auswertung der Antworten unmöglich wird. Die Lösung, den Empfänger nur für die Antwort freizugeben, die mit dem höchsten Pegel einfällt, bewirkt, daß das Subjekt-Fahrzeug durch das ihm am nächsten liegende Flugzeug »besetzt« ist, das aber keineswegs das ihn allein oder am frühesten gefährdende zu sein braucht.There is also the risk that the side lobes of the transmission characteristic lead to queries and thereby great inaccuracies in determining the direction carry with them and add to confusion. There are multiple aircraft within the range of the query system, then arises from the multitude of questions and the answers received by all aircraft soon became so confusing that an evaluation of the answers becomes impossible. The solution, only for the recipient releasing the response that comes in at the highest level causes the subject vehicle is "occupied" by the plane closest to him, but by no means that needs to be alone or at the earliest point of danger.

Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem jedes Flugzeug fortlaufend Signale aussendet, die Informationen über seine Flugrichtung und seine Geschwindigkeit und andere Aussagen wie Flughöhe und Kennung enthalten. Diese Signale werden vom Subjekt-Fahrzeug mit einer rotierenden Richtantenne gesucht, die sich bei Einfall eines Signals in die Einfallsrichtung stellt. Furthermore, a method is known in which each aircraft is continuously Sends out signals that contain information about its direction of flight and its speed and contain other statements such as altitude and identifier. These signals are sent by the Searched subject vehicle with a rotating directional antenna that can be seen upon incidence of a signal in the direction of incidence.

Aus dem so gemessenen Peilwinkel zum Objekt-Fahrzeug, den von ihm erhaltenen Nachrichten und den eigenen Werten für Flugrichtung und Geschwindigkeit wird das Lagedreieck rekonstruiert und geprüft, ob es ein Kollisionsdreieck ist.From the bearing angle measured in this way to the object vehicle, that of him received messages and your own values for flight direction and speed the position triangle is reconstructed and it is checked whether it is a collision triangle.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Subjekt-Fahrzeug ein kompliziertes Rechengerät benötigt und von Signalen, die von mehreren O'ojekt-Fahrzeugen stammen, nur das empfängt, das zufällig als erstes von der rotierenden Suchantenne erfaßt wurde. This method has the disadvantage that the subject vehicle is complicated Computing device required and from signals that originate from several O'ojekt vehicles, only receives that which happens to be the first from the rotating search antenna was detected.

Fallen aus einer Richtung mehrere Signale gleichzeitig ein, dann können die einzelnen Informationen nicht mehr auseinandergehalten werden oder führen zu Fehlauswertungen. Will man die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Einfallsignale durch Benutzen von mehreren Peilantennen sicherstellen, dann muß auch jede Peilantenne~ ein eigenes Rechengerät und eine eigene Sichtanzeige erhalten. Damit wird der Aufwand unerträglich hoch, und es fehlt eine übersichtliche Anzeige der Luftsituation.If several signals come in from one direction at the same time, then you can the individual information can no longer be distinguished or lead to Incorrect evaluations. If you want to observe several signals of incidence at the same time ensure by using several DF antennas, then each DF antenna must ~ get their own computing device and display. This will take the effort unbearably high, and there is no clear display of the air situation.

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren, das einen großen Teil der Nachteile der bekannten kooperativen Verfahren vermeidet, basiert auf der Konstanz des Lagedreiecks im Kollisionsfall und kennzeichnet sich dadurch, daß das Objekt-Fahrzeug über einen dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt rotierenden Drehrichtsender eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v2 des Objekt-Fahrzeuges und Sinus des Winkels fl zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der - Strahlungsrichtung des Drehrichtsenders. sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« aussendet, die das Subjekt-Fahrzeug über eine im Uhrzeigersinne rotierende Richtempfangsantenne emp fängt und mit einer selbsterzeugten ersten Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v1 des Subjekt-Fahrzeuges und Sinus des Winkels a zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der Empfangsrichtung der Richtempfangsantenne«-sowie einer zweiten Nachricht Flughöhe« vergleicht und die im Falle der Übereinstimmung der ersten und gleichzeitigen Übereinstimmung der zweiten Nachrichten bestehende Kollisionsgefahr anzeigt. The method on which the invention is based, which a large part which avoids the disadvantages of the known cooperative method is based on the constancy the position triangle in the event of a collision and is characterized by the fact that the object vehicle a first via a counter-clockwise rotating transmitter Message »Product of the speed v2 of the object vehicle and the sine of the angle fl between its direction of movement and the - radiation direction of the rotary transmitter. and sends out a second message "Altitude" that the subject vehicle is about a clockwise rotating directional receiving antenna and a self-generated one first message »Product of speed v1 of the subject vehicle and sine of the angle a between its direction of movement and the direction of reception of the Directional receiving antenna "and a second message altitude" compares and the if the first match and the second match at the same time Messages indicates the risk of collision.

Eine Einrichtung zur Durchführung des kooperativen Verfahrens kennzeichnet sich durch eine Objekteinrichtung, die einen im Uhrzeiger entgegengesetzten Sinne rotierenden Drehrichtsender enthält, der eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v2 des Fahrzeuges und Sinus des Winkels ß zwischen dessen Fortbewegungseinrichtung und der Strahlungsrichtung des Drehrichtsenders« sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« aussendet und mit einer Subjekteinrichtung, die als Empfangsorgan für die von einem Objekt-Fahrzeug ausgesandten Nachrichten eine im Uhrzeigersinne rotierende Richtempfangsantenne enthält, die eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit vi und Sinus des Winkels a zwischen der Fortbewegungsrichtung und der Empfangsrichtung der Richtantenne« sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« erzeugt und mit den von einem Objekt-Fahrzeug empfangenen Nachrichten vergleicht und im Falle der Übereinstimmung der ersten und gleichzeitigen Übereinstimmung der zweiten Nachrichten eine Kollisionswarnanlage auslöst. A facility for carrying out the cooperative procedure identifies through a facility that has a clockwise opposite sense Contains rotating direction transmitter that sends an initial message »Product of speed v2 of the vehicle and sine of the angle ß between its locomotion device and the direction of radiation of the direction of rotation transmitter "as well as a second message" flight altitude " sends out and with a subject device that acts as a receiving organ for the from one Object-vehicle sent messages a clockwise rotating directional receiving antenna contains the first message »Product of velocity vi and sine des Angle a between the direction of movement and the direction of reception of the directional antenna « and a second message "Altitude" is generated and sent from an object vehicle compares received messages and in the event of a match between the first and simultaneous match of the second messages a collision warning system triggers.

Die Sende- und die Empfangsantenne sind so orientiert, daß sie in der horizontalen Fahrzeugebene rotieren und in dieser Ebene stark gebündelt und in der vertikalen Fahrzeugebene weitgehend ungebündelt sind. Die eine Antenne, z. B. die Sendeantenne, dreht sich so schnell, daß sie in der Zeit, in der die Empfangsantenne ihren eigenen Öffnungswinkel überstreicht, mehr als eine volle Umdrehung ausgeführt hat. Dadurch wird erreicht, daß ohne Synchronisation der Antennendrehzahlen mit Sicherheit bei jeder vollen Umdrehung der langsamen Empfangsantenne von jedem innerhalb des Reichweitengebietes sendenden Objekt-Fahrzeuges je ein Signal empfangen wird. The transmitting and receiving antennas are oriented so that they are in rotate in the horizontal plane of the vehicle and are strongly bundled in this plane are largely unbundled in the vertical vehicle plane. One antenna, e.g. B. the transmitting antenna, rotates so fast that it is in the time in which the receiving antenna sweeps over its own opening angle, executed more than one full turn Has. This ensures that the antenna speeds with no synchronization Safety with every full turn of the slow receiving antenna from everyone inside of the object vehicle transmitting the range area, a signal is received each time.

Die Schutzeinrichtung ist so ausgelegt, daß die Nachrichteninhalte in der Objekteinrichtung in Form von Modulationsfrequenzen der als Trägerfrequenz dienenden festen Sendefrequenz aufgedrückt werden und die Nachrichteninhalte der Subjekteinrichtung in Vergleichsfrequenzen umgewandelt werden. The protective device is designed so that the message content in the facility in the form of modulation frequencies as the carrier frequency Serving fixed transmission frequency are pressed and the message content of the Subject device can be converted into comparison frequencies.

Dadurch wird erreicht, daß der Vergleich der Nachrichten über eine Differenzbildung von Frequenzen mit Hilfe von Mischstufen vorgenommen werden kann. This ensures that the comparison of the messages via a Difference formation of frequencies can be made with the help of mixer stages.

Ein Ausführungsbeispiel der Kollisionswarnanlage ist in der Zeichnung dargestellt; darin zeigt Fig. 1 ein Kollisionsdreieck und F i g. 2 den Aufbau des Kollisionswarngerätes im Prinzip. An embodiment of the collision warning system is shown in the drawing shown; FIG. 1 shows a collision triangle and FIG. 2 the structure of the Collision warning device in principle.

Die F i g. 1 stellt ein Kollisionsdreieck dar, bei dem sich das Subjekt-Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt im Punkt A befindet und sich mit der Geschwindigkeit vl in Richtung Punkt C bewegt, während sich das Objekt-Fahrzeug im Punkt B befindet und mit der Geschwindigkeit v2 in Richtung Punkt C fliegt. Im Punkt C kommt es zur Kollision zwischen den beiden Fahrzeugen. Das Subjekt-Fahrzeug sieht das Objekt-Fahrzeug, von seiner Vorausrichtung ausgehend, im Uhrzeigersinne gemessen unter dem Winkel ., und das Objekt-Fahrzeug sieht das Subjekt-Fahrzeug, von seiner Vorausrichtung ausgehend, entgegengesetzt zum Uhrzeigersinne gemessen unter dem Winkel ß. In diesem parallel zur Erdoberfläche liegenden Kollisionsdreieck gilt v1 sin a - v2 sin ß = 0. (1) Bei Flugzeugen, die auch noch in der Richtung senkrecht zur Erdoberfläche eine Bewegungsfreiheit besitzen, tritt nur dann Kollision ein, wenn außer der Bedingung gemäß Gleichung (1) gleichzeitig die Bedingung erfüllt ist, daß sich beide Flugzeuge in gleicher Flughöhe befinden bzw. sich einer gleichen Höhe nähern. The F i g. 1 represents a collision triangle where the subject vehicle is at a certain point in time is located at point A and is at the speed vl moves in the direction of point C while the object vehicle is in point B. and flies at speed v2 in the direction of point C. In point C it comes to Collision between the two vehicles. The subject vehicle sees the object vehicle, starting from its pre-alignment, measured clockwise at the angle ., and the object vehicle sees the subject vehicle from its heading starting, counter-clockwise measured at the angle ß. In this The collision triangle lying parallel to the earth's surface applies v1 sin a - v2 sin ß = 0. (1) For airplanes, which are also still in the direction perpendicular to the earth's surface have a freedom of movement, collision only occurs if out of condition According to equation (1), the condition is met that both aircraft are at the same flight altitude or are approaching the same altitude.

Die Kollisionswarnanlage besteht aus einem Sendeteil (Objekteinrichtung) und einem Empfangsteil (Subjekteinrichtung). Der Sendeteil enthält eine Richtantenne 1, die relativ schnell im entgegengesetzten Sinne zum Uhrzeiger rotiert. Die Antenne wird von einem Sender 2 gespeist, dessen Trägerfrequenz mit zwei Niederfrequenzen f1 und f2 von einem Modulator 3 moduliert wird. Diese Modulation kann eine Amplitudenmodulation, eine Frequenzmodulation oder eine Impulsmodulation sein. Die Modulationsfrequenz f1 enthält die Nachricht v2 sin fl. Der analytische Ausdruck für f1 ]autet fi j+kv2 sinfl, (2) wobei f, eine feste Frequenz und k der Dimensions-und Maßstabsfaktor ist. The collision warning system consists of a transmitter part (object equipment) and a receiving part (subject device). The transmitter part contains a directional antenna 1, which rotates relatively quickly in the opposite direction to the clock hand. The antenna is fed by a transmitter 2, the carrier frequency of which has two low frequencies f1 and f2 is modulated by a modulator 3. This modulation can be an amplitude modulation, be a frequency modulation or a pulse modulation. The modulation frequency f1 contains the message v2 sin fl. The analytical expression for f1] is fi j + kv2 sinfl, (2) where f, a fixed frequency and k the dimension and scale factor is.

DerModulator 3 erhält die Modulationsfrequenz f2, welche die Nachricht über die Flughöhe enthält, von einem Höhengeber 4. Die Modulationsfrequenz f2 kann entweder von Hand oder besser durch Kopplung des Gebers 4 mit dem Höhenmesser automatisch eingestellt werden. Die Modulationsfrequenz f1 gelangt zum Modulator 3 über einen Multiplikator 5, der von einem Geschwindigkeitsgeber 6 und einem mit der rotierenden Sendeantenne gekoppelten Winkelgeber 7 gesteuert wird. The modulator 3 receives the modulation frequency f2 which the message contains about the flight altitude, from an altitude transmitter 4. The modulation frequency f2 can either by hand or better automatically by coupling the transmitter 4 with the altimeter can be set. The modulation frequency f1 reaches the modulator 3 via a Multiplier 5, that of a speed sensor 6 and one with the rotating Transmitting antenna coupled angle encoder 7 is controlled.

Der Empfangsteil enthält eine Richtantenne 8, die relativ langsam im Uhrzeigersinne rotiert. Die Empfangssignale werden von einem Empfänger 9 verstärkt und in einem Demodulator 10 von der Trägerfrequenz getrennt. Die beiden Modulationsfrequenzen ei und f2 werden über einen Tiefpaß 11 und einen Hochpaß 12 in zwei getrennte Kanäle geleitet. Die Modulationsfrequenz f1 gelangt zu einer Mischstufe 13, der gleichzeitig die Vergleichsfrequenz f1 von einem Multiplikator 14 zugeführt wird. Die Vergleichsfrequenz f1, enthält die Nachricht v1 sin a, wobei die Abhängigkeit vom Antennenwinkel oc der Abhängigkeit der Modulationsfrequenz f1 vom Sendeantennenwinkel fl entspricht. Der analytische Ausdruck für f1, lautet f1, = f0, + kv1 sin oc, (3) wobei k identisch ist mit dem Wert aus Gleichung (2). The receiving part contains a directional antenna 8, which is relatively slow rotates clockwise. The received signals are amplified by a receiver 9 and separated in a demodulator 10 from the carrier frequency. The two modulation frequencies ei and f2 are divided into two separate channels via a low-pass filter 11 and a high-pass filter 12 directed. The modulation frequency f1 reaches a mixer 13, which simultaneously the comparison frequency f1 is fed from a multiplier 14. The comparison frequency f1, contains the message v1 sin a, the dependence on the antenna angle oc corresponds to the dependence of the modulation frequency f1 on the transmission antenna angle fl. The analytical expression for f1 is f1, = f0, + kv1 sin oc, (3) where k is identical is with the value from equation (2).

Der Multiplikator 14 wird von einem Geschwindigkeitsgeber 15 und einem mit der rotierenden Empfangsantenne gekoppelten Geber 16 gesteuert. The multiplier 14 is from a speed sensor 15 and controlled by a transmitter 16 coupled to the rotating receiving antenna.

Die Eigenschaft einer Mischstufe, alle Summen- und Differenzfrequenzen zu bilden, wird hier dazu benutzt, die Modulationsfrequenz f1 mit der Vergleichsfrequenz f1, zu vergleichen bzw. die Differenzfrequenz f1,-f1 zu erzeugen. Wenn diese Differenzfrequenz die Alarmfrequenz fai wird, dann liegt der Koliisionsfall vor. Bei der Auslegung der Mischstufe ist allerdings darauf zu achten, daß keine Kreuzmodulation auftritt, damit keine Differenzfrequenzen zwischen mehreren gleichzeitig einfallenden Signale: auftreten können. Der Ausgang der Mischstufe ist mit einem Bandpaß 17 verbunden, der nur einen schmalen Frequenzbereich um die Winkel-Alarmfrequenz fal herum durchläßt. Die Winkelalarmfrequenz fal wird auf ein Und-Gatter 18 mit zwei Eingängen weitergegeben. The property of a mixer, all sum and difference frequencies is used here to match the modulation frequency f1 with the comparison frequency f1, to compare or to generate the difference frequency f1, -f1. When this difference frequency the alarm frequency becomes fai, then there is a collision case. In the interpretation the mixer stage, however, it is important to ensure that no cross modulation occurs, so that there are no difference frequencies between several simultaneously incident signals: may occur. The output of the mixer is connected to a bandpass filter 17, which only lets through a narrow frequency range around the angular alarm frequency fal. The angle alarm frequency fal is passed on to an AND gate 18 with two inputs.

In entsprechender Weise wird eine zweite Alarmfrequenz erzeugt, die als Höhenalarmfrequenz fa2 bezeichnet werden soll. Hierbei wird das Höhensignal f2 über den Tiefpaß 11 einer Mischstufe 19 zugeführt, die gleichzeitig von einem Geber 20 eine Höhenvergleichsfrequenz f2, erhält. Die Höhenvergleichsfrequenz f21 muß in ihrer Abhängigkeit von der Höhe natürlich parallel zur Modulationsfrequenz f2 verlaufen. A second alarm frequency is generated in a corresponding manner, the should be referred to as altitude alarm frequency fa2. Here is the altitude signal f2 fed through the low-pass filter 11 of a mixer 19, which is simultaneously from a Encoder 20 receives a height comparison frequency f2. The height comparison frequency f21 must of course be parallel to the modulation frequency depending on the height f2 run.

Der Ausgang der Mischstufe 19 ist mit einem Bandpaß 21 verbunden, der nur einen schmalen Frequenzbereich um die Höhenalarmfrequenz fa2 herum durchläßt. The output of the mixer 19 is connected to a bandpass filter 21, which only lets through a narrow frequency range around the altitude alarm frequency fa2.

Ist an den beiden Eingängen des Und-Gatters 18 gleichzeitig die Winkelalarmfrequenz fal und die Höhenalarmfrequenz fa2 vorhanden, dann wird ein Schaltgerät 22 angestoßen, das ein Alarmgerät 23 auslöst und über ein Steuergerät 24 das Ausweichmanöver einleitet. Damit ist gewährleistet, daß sich innerhalb der Reichweite des Kollisionswarngerätes beliebig viele Flugzeuge gleichzeitig gegenseitig warnen können, ohne sich in der Signalgabe und der Signalanalyse gegenseitig zu stören oder zu blockieren. Is the angle alarm frequency at the two inputs of the AND gate 18 at the same time fal and the altitude alarm frequency fa2 is present, then a switching device 22 is triggered, which triggers an alarm device 23 and initiates the evasive maneuver via a control device 24. This ensures that you are within range of the collision warning device Any number of aircraft can warn each other at the same time without being in the Signaling and signal analysis to disturb or block each other.

Darüber hinaus wird nur dann Alarm gegeben, wenn die Partnerflugzeuge innerhalb wählbarer Toleranzen in gleicher Höhe fliegen, wobei die Höhentoleranzen über die Bandbreite des Bandpasses 21 eingestellt werden.In addition, the alarm is only given when the partner aircraft fly at the same height within selectable tolerances, whereby the height tolerances can be set via the bandwidth of the bandpass filter 21.

Ein neben dem Alarmgerät 23 arbeitendes Sichtanzeigegerät 25 enthält eine Oszillographenröhre mit einer Polarkoordinatenanzeige, die durch die Drehung eines Spulensatzes synchron mit der Empfangsantenne erreicht wird, wobei sich die Winkel koordinate entsprechend der jeweiligen Stellung der Antenne einstellt. A display device 25 operating alongside the alarm device 23 contains an oscilloscope tube with a polar coordinate display, which is caused by the rotation a coil set is achieved synchronously with the receiving antenna, the Angle coordinate adjusts according to the respective position of the antenna.

Der Spulensatz wird mit Gleichstrom gespeist, so daß der Elektronenstrahl auf dem Schirm synchron mit der Empfangsantenne einen Kreis beschreibt. Die Modulationsfrequenz f1 wird hinter dem Hochpaß 12 abgegriffen und dem Sichtgerät 25 zur Hellsteuerung über ein Und-Gatter 26 zugeführt. Der zweite Eingang des Und-Gatters 26 ist mit dem Ausgang des Bandpasses 21 verbunden, so daß nur diejenigen Flugzeuge abgebildet werden, die sich in annähernd gleicher Höhe mit dem Subjekt-Flugzeug befinden.The coil set is fed with direct current so that the electron beam Describes a circle on the screen synchronously with the receiving antenna. The modulation frequency f1 is tapped behind the high pass 12 and the viewing device 25 for brightness control supplied via an AND gate 26. The second input of the AND gate 26 is with connected to the output of the bandpass filter 21, so that only those aircraft are shown which are at approximately the same height as the subject aircraft.

Dem den Spulensatz durchfließenden Gleichstrom wird ein Wechselstrom überlagert, dessen Amplitude der Differenzfrequenz fai-(Ji'-fi) und damit der Differenz vl sin a - v2 sin ß proportional ist. Dazu werden die Ausgangsspannungen der Mischstufe 13 auf einen Bandpaß 27 gegeben, dessen Grenzfrequenzen so liegen, daß er alle Frequenzen außer den Differenzfrequenzen f1'-fi sperrt. Die Differenzfrequenz f,'-f, wird in einer Mischstufe 28 mit der festen Oszillatorfrequenz Jai eines Oszillators 29 gemischt und die neue Anzeige-Differenz-Frequenz durch einen Tiefpaß 30 von den anderen Frequenzen getrennt und über einen Amplitudenwandler 31 dem rotierenden Spulensatz zugeführt. The direct current flowing through the coil set becomes an alternating current superimposed, the amplitude of which is the difference frequency fai- (Ji'-fi) and thus the difference vl sin a - v2 sin ß is proportional. The output voltages of the mixer are used for this 13 given to a bandpass filter 27 whose cutoff frequencies are so that it all frequencies except for the difference frequencies f1'-fi blocks. The difference frequency f, '- f, is in a mixer 28 with the fixed oscillator frequency Jai of an oscillator 29 mixed and the new display difference frequency through a low-pass filter 30 from the other frequencies separated and fed via an amplitude converter 31 to the rotating coil set.

Der Amplitudenwandler 31 sorgt mit Hilfe eines frequenzabhängigen Gliedes (RC-Glied) dafür, daß die Amplitude der Anzeigedifferenzspannung mit abnehmender Frequenz kleiner wird. The amplitude converter 31 provides with the help of a frequency-dependent Element (RC element) that the amplitude of the display difference voltage with decreasing Frequency gets smaller.

Damit wird erreicht, daß die Strichlänge des Flugzeugbildes in den meisten und vor allem in den entscheidenden Fällen mit guter Annäherung der Relativgeschwindigkeit in Richtung des Minimalabstandes entspricht, der in einem Fast-Kollisionsfall auftreten kann. This ensures that the line length of the aircraft image in the Most and especially in the decisive cases with a good approximation of the relative speed in the direction of the minimum distance that occurs in an almost collision case can.

Mit Hilfe eines zweipoligen Umschalters 32 kann man wahlweise den Spulensatz vom Amplitudenwandler 31 trennen und gleichzeitig die Hellsteuerung von einem Punkt hinter dem Und-Gatter 18 abnehmen, so daß im Bedarfsfalle nur diejenigen Flugzeuge abgebildet werden, die auf Kollisionskurs liegen. With the help of a two-pole switch 32 you can optionally the Separate coil set from the amplitude converter 31 and at the same time the light control of a point behind the AND gate 18 decrease, so that only those if necessary Aircraft are depicted that are on a collision course.

Der Strom des Spulensatzes wird außerdem noch von einem Impuls strom überlagert, der hinter dem Und-Gatter 26 abgenommen und dem Spulensatz über einen Entfernungsmarkierer 33 zugeführt wird. The current of the coil set is also still from a pulse current superimposed, the removed behind the AND gate 26 and the coil set via a Distance marker 33 is supplied.

Wenn die Sender der Objekt-Flugzeuge alle die gleiche Energie abstrahlen und innerhalb des Reichweitegebietes des Kollisionswarngerätes eine bezüglich der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen homogene Atmosphäre vorliegt, dann ist die Intensität der einfallenden Signale umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen Sender und Empfänger. Der Entfernungsmarkierer 33 wandelt die quadratische Abhängigkeit der einfallenden Signale in eine lineare um und gibt die Impulsströme mit umgekehrten Vorzeichen in den Spulensatz, so daß unter den obengenannten Voraussetzungen die Objekt-Flugzeuge etwa in ihrem Abstand zum Subjekt-Flugzeug abgebildet werden.When the transmitters of the object aircraft all emit the same energy and within the range of the collision warning device one relating to the Propagation of electromagnetic waves is present, then the homogeneous atmosphere Intensity of the incident signals inversely proportional to the square of the distance between sender and receiver. The distance marker 33 converts the square Dependence of the incoming signals in a linear order and gives the pulse currents with opposite signs in the coil set, so that under the above conditions the object aircraft are depicted approximately at their distance from the subject aircraft.

Auf dem Sichtgerät 25 erscheint dann bei der Schalterstellung 1 folgende Sichtanzeige. Fällt bei einem Antennenwinkel ein Signal mit der Modulationsfrequenz f1 ein, dann erscheint auf dem Schirm der Braunschen Röhre unter dem gleichen Winkeln ein Lichtzeichen, das im allgemeinen die Form eines radialen Striches hat. Die Länge des Striches entspricht der Anzeige-Differenzfrequenz fai - (fi' - f3 und damit recht genau der Relativgeschwindigkeit in Richtung des Minimalabstandes, der bei einem Fast-Kollisionsfall auftreten kann. Liegt ein Kollisionsfall vor, dann degeneriert der Strich zu einem besonders hellen Punkt. The following then appears on the display device 25 when the switch is in position 1 Visual display. If there is a signal with the modulation frequency at an antenna angle f1, then appears on the screen the Braun tube below the same angles a sign of light, which generally has the shape of a radial Has dashes. The length of the line corresponds to the display difference frequency fai - (fi '- f3 and thus quite precisely the relative speed in the direction of the minimum distance, which can occur in the event of an almost collision. If there is a collision, then the line degenerates into a particularly bright point.

Der Abstand der Punkte bzw. des Zentrums der Striche vom Mittelpunkt des Schirmes ist in grober Annäherung proportional dem Abstand des sendenden Flugzeuges vom empfangenden Flugzeug. Wegen der Antikollisionsfälle wird die Abbildung auf die in der vorderen Halbkugelzone des Subjekt-Flugzeuges befindlichen Objekt-Flugzeuge beschränkt. The distance of the points or the center of the lines from the center point of the screen is roughly proportional to the distance from the sending aircraft from the receiving aircraft. Because of the anti-collision cases, the figure is on the object aircraft located in the front hemisphere zone of the subject aircraft limited.

Der Flugzeugführer kann somitauf dem Sichtgerät feststellen, in welcher Richtung sich innerhalb der Reichweite des Kollisionswarngerätes in seiner Flughöhe andere Flugzeuge befinden, ferner ob eines oder mehrere davon mit ihm zur Kollision führen und welche Relativgeschwindigkeiten in Richtung der Minimalabstände in Fast-Kollisionsfällen auftreten; außerdem kann er grob abschätzen, in welcher Entfernung sich die Partnerflugzeuge, insbesondere die Kollisionsflugzeuge, befinden. In der Schalterstellung 2 werden nur die Flugzeuge angezeigt, die zur Kollision führen. Unterstützt wird der optische Überblick des Sichtgerätes in der Schalterstellung 1 durch die Tatsache, daß die Peilung wegen des Gesetzes der Konstanz der Lage nur für die kollidierenden Flugzeuge konstant bleibt. Das wirkt sich so aus, daß die Lichtpunkte winkelmäßig stehenbleiben, während die Uchtstriche winkelmäßig wandern und mitunter noch zusätzlich ihre Lage ändern. Im Falle der Nichtkollision verteilt sich bei gleicher Intensität des Signals ei die Lichtintensität auf einen mehr oder weniger langen Strich, im Kollisionsfalle konzentriert sich die Lichtintensität jedoch auf einen Punkt, der sich besonders hell heraushebt.The pilot can thus determine on the display device in which Direction within the range of the collision warning device at its altitude other aircraft are located, and whether one or more of them is about to collide with it lead and what relative speeds in the direction of the minimum distances in almost collision cases appear; In addition, he can roughly estimate the distance at which the partner aircraft are, especially the collision aircraft. In switch position 2 only the aircraft that lead to the collision are displayed. The optical is supported Overview of the display device in switch position 1 by the fact that the Bearing due to the law of constancy of position only for the colliding aircraft remains constant. This has the effect that the points of light stop at an angle, while the Uchtstiche wander angularly and sometimes also their position change. In the case of a non-collision, the signal is distributed with the same intensity ei the light intensity on a more or less long line, in the event of a collision however, the light intensity is concentrated on a point that is particularly important brightly highlights.

Die Punktanzeige wird lediglich dann gestört, wenn aus ein und derselben Einfallsrichtung mehr als ein Signal einfällt, von denen eines zu einem Kollisionsfall gehört. The point display is only disturbed if from one and the same Direction of arrival more than one signal is incident, one of which is related to a collision heard.

Dieser Fall wird aber sehr selten auftreten und bleibt darüber hinaus nur kurze Zeit aufrechterhalten, da der Punkt winkelmäßig stehenbleibt und der bzw. die ihm überlagerten Striche wandern. Beim Umschalten auf Schalterstellung 2 wird die Strichanzeige unterdrückt, und es bleibt nur der Punkt des kollidierenden Flugzeuges übrig. Da unabhängig von der Sichtanzeige bei jedem Kollisionsfall das Alanngerät ausgelöst wird, liefert die Schalterstellung 2 die Möglichkeit, auch ein sonst verdecktes Bild eines zum Alarm führenden Flugzeuges herauszufinden. However, this case will occur very rarely and will remain so only maintained for a short time, as the point stops at an angle and the the strokes superimposed on it wander. When switching to switch position 2, the dash display is suppressed and only the point of the colliding aircraft remains left over. Since the Alann device is independent of the visual display in every case of collision is triggered, the switch position 2 provides the possibility of an otherwise covered one Find out the picture of an aircraft leading to the alarm.

Die Kollisionswarnanlage kann bei Höhenänderungen die Höhengeber 4 und 20 dem Grad der Höhenänderung entsprechend vor- bzw. nachlaufen lassen, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Annäherung an den Kollisionspunkt die im Kollisionspunkt zu erwartende Höhe ausgewertet wird. The collision warning system can activate the altitude sensor in the event of changes in altitude 4 and 20 lead or lag according to the degree of change in altitude, see above that at a certain point in time of the approach to the collision point that in the collision point expected height is evaluated.

Ferner kann die Kollisionswarnanlage bei Kursänderungen die Winkelgeber 7 und 16 dem Grad der Kursänderungen entsprechend vor- bzw. nachlaufen lassen, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Annäherung an den Koffisionspunkt der Kolli- sionsalarm auch bei gekrümmten Bahnkurven der Luftfahrzeuge richtig ausgelöst wird. In addition, the collision warning system can activate the angle sensor if the course changes 7 and 16 lead or lag according to the degree of course changes, see above that at a certain point in time of the approach to the collision point of the collision sion alarm is triggered correctly even with curved trajectories of the aircraft.

Außerdem kann die Kollisionswarnanlage bei Geschwindigkeitsänderungen die Geschwindigkeitsgeber 6 und 15 dem Grad der Geschwindigkeitsänderung entsprechend vor- bzw. nachlaufen lassen, so daß auch bei Geschwindigkeitsänderungen der Kollisionsalarm in einem bestimmten Zeitpunkt der Annäherung an den Kollisionspunkt richtig ausgelöst wird. In addition, the collision warning system can respond to changes in speed the speed sensors 6 and 15 according to the degree of speed change let it run forwards or afterwards so that the collision alarm is triggered even if the speed changes correctly triggered at a certain point in time when approaching the collision point will.

Die Behinderung der Ausstrahlung und des Empfanges von elektromagnetischen Wellen durch die Flugzeugzelle wird dadurch vermieden, daß je zwei synchron rotierende oberhalb und unterhalb des Luftfahrzeuges angebrachte Sende- und Empfangsantennen benutzt werden, deren Richtcharakteristiken so ausgebildet sind, daß jeweils die obere Antenne den oberhalb der Luftfahrzeugebene liegenden Raum und die untere Antenne den unterhalb der Luftfahrzeugebene liegenden Raum überstreicht. The obstruction of the transmission and reception of electromagnetic Waves through the airframe are avoided by the fact that two synchronously rotating transmitting and receiving antennas mounted above and below the aircraft are used, the directional characteristics are designed so that each upper antenna the space above the aircraft level and the lower antenna sweeps over the space below the aircraft level.

Will man in die sich schützenden Luftfahrzeugtypen auch solche Flugzeuge einbeziehen, die in der Höhenrichtung eine sehr große Bewegungskomponente aufweisen, wie z. B. Lotrechtstarter, dann empfiehlt es sich, das Kollisionskriterium in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinanderstehenden Ebenen vorzunehmen. Hierzu werden die Fahrzeuge mit einer kompletten zweiten Kollisionswarnanlage ausgerüstet, die in einer senkrecht zur ersten liegenden Ebene arbeitet. Do you want such aircraft in the protective aircraft types? include who have a very large component of movement in the height direction, such as B. Plumb line starter, then it is advisable to split the collision criterion into two preferably to make perpendicular planes. For this purpose, the Vehicles equipped with a complete second collision warning system, which is installed in a perpendicular to the first plane works.

Claims

Claims: 1. Cooperative method for collision avoidance from aircraft with electromagnetic message broadcast of the observed Aircraft (object vehicle) and reception and comparison of these messages the observing aircraft (subject vehicle) with self-generated messages, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the object vehicle has a dem Clockwise counter-rotating rotary transmitter sends a first message »Product of the speed v2 of the object vehicle and the sine of the angle ß between its direction of movement and the direction of radiation of the direction of rotation transmittera as well as sends out a second message "flight altitude" that the subject vehicle has via an im Clockwise rotating directional receiving antenna receives and with a self-generated first message »Product of speed vl of the subject vehicle and sine of the angle a between its direction of movement and the direction of reception of the Directional receiving antenna "and a second message" Altitude "of the subject vehicle compares and that in the case of agreement of the first and simultaneous agreement the second message indicates a risk of collision.

2. Collision warning system for carrying out the cooperative procedure according to claim 1, characterized by an object device which is clockwise Contains opposite sense rotating direction transmitter that sends a first message »Product of the speed vs. the vehicle and the sine of the angle ß between its direction of movement and the direction of radiation of the rotary transmitter «as well as one sends out a second message "Altitude", and a subject facility, as a receiving organ for the messages sent out by an object vehicle contains a clockwise rotating directional receiving antenna that sends a first message »Product of the speed v1 and the sine of the angle cx between the direction of movement and the direction of reception of the directional antenna "as well as a second message" Altitude " generated and compared with the messages received from an object vehicle and in the case of the first and simultaneous agreement of the second message triggers a collision warning system.

3. Plant according to claim 2, characterized in that the transmission and receiving antenna rotate in the horizontal plane of the aircraft and in this Are strongly bundled in the plane and largely unbundled in the vertical plane.

4. Installation according to claim 3, characterized in that the transmitting antenna rotates so fast that the time in which the receiving antenna is its own Sweeps the opening angle, has made more than one full turn.

5. Plant according to claims 2 to 4, characterized in that the message contents in the object facility in the form of modulation frequencies the fixed transmission frequency serving as the carrier frequency are pressed and the Message contents of the subject device are converted into comparison frequencies.

6. Installation according to claim 5, characterized in that in the facility facility the modulation frequency f, = fo + k Va sin fl and in the subject device the comparison frequency f, '= f0, + k V1 sin oc, where f, and J01 are two different, fixed Frequencies and k are the common dimension and scale factor and are fixed Frequencies f, and f0, are chosen so that also for the largest in question Velocities fo> k v2 and go> k v are.

7. Plant according to claims 2 to 5, characterized in that the object device as a message about the flight altitude a modulation frequency f2 and the subject device a comparison frequency as a message about the flight altitude f2 ', with the assignments within the height range in question the high frequency f2 and J2, to the heights are unique and equal and only differ differ from each other by a constant frequency Ja2 = J2'1 - f21, where f21 and J2'i are those frequencies assigned to the smallest candidate altitude and the frequencies fi, f1 ,, f2 and f21 are chosen so that all difference frequencies fil - fi and J21 - J2 come to lie outside the frequency ranges defined by fi, fi ', J2 and J2 are occupied.

8. Installation according to claim 2, characterized in that the reception in the half-plane or hemisphere facing away from the flight direction is suppressed.

9. Plant according to claim 6 and 7, characterized in that the Modulation frequency J2 from an altitude encoder (4) and the modulation frequency fi from a multiplier (5), which is supplied by a speed sensor (6) and an angle encoder (7) coupled to the rotating transmitting antenna will.

10. Plant according to claim 5, characterized in that the two receiving modulation frequencies fi and J2 through a high-pass filter (12) and a Low-pass filter (11) separated from each other with the in the same way as fi and J2 generated comparison frequencies J1, and J2, each in a mixer (13 and 19) the Differential frequencies f, '- f, and J2, -J2 are formed, and these over one each the alarm frequency Jai or ga2 matched bandpass (17 or 21) and an AND gate (18) to a switching device (22), which with an alarm device (23) and optionally is connected to a control device (24).

11. Plant according to claim 10, characterized in that the bandwidth the band passes (17 and 21) to the desired tolerances for the deviation of Relative speed in the direction of the minimum distance from the value zero and the deviation the height difference of value zero, for which an alarm should still be given, is set are.

12. Plant according to claims 2 to 10, characterized by a Viewing device (25) equipped with a Braun tube, its Wehnelt cylinder either with the output of the AND gate (18) or with a second AND gate (26) is connected, furthermore its inputs to the output of the high-pass filter (12) and are connected to the output of the bandpass filter (21) and its synchronous with the receiving antenna rotating deflection coil other than a DC power source with a range marker (33) is connected by the connection with the output of the second AND gate (26) the quadratic dependence of the intensity on the distance transmitter-receiver which converts incoming signals into a linear one and optionally simultaneously with an amplitude converter (31) is connected, which the amplitudes of the difference frequencies Jai- (Ji'-Ji) in a third mixing stage (28) from the one behind the first mixing stage (13) is tapped and the difference frequency f, 'fed to it via a bandpass filter (27) - f, and the frequency fal generated in an oscillator (29) are formed, depending on the frequency power.

13. Plant according to claim 2 and 7, characterized in that the Altitude transmitter (4) and (20) according to the degree of altitude change before or. run after.

14. Plant according to claim 2 and 6, characterized in that the Angle encoder (7) and (16) according to the degree of course change before or. run after.

15. Plant according to claim 2 and 6, characterized in that the Speed sensors (6) and (15) according to the degree of speed changes run forward or backward.

16. Plant according to claim 2 to 4, characterized in that each two synchronously rotating, mounted above and below the aircraft Transmitting and receiving antennas are used, the directional characteristics of which are designed are that in each case the upper antenna is located above the plane of the aircraft Space and the lower antenna sweeps over the space below the aircraft level.

17. Plant according to claim 2 to 15, characterized by a complete second protection device located in a plane perpendicular to the plane of the first Level works.

Documents considered: French patent specification No. 1173 611; »Reduction of the risk of collision in shipping and aviationa, published from the committee for radio location, Düsseldorf, order no. 20241 / according to