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Luftverkehrsüberwachungssystem Die Erfindung betrifft ein System zum
Ermitteln der Höhen und Standorte von sich entlang einer Luftstraße bewegenden Flugzeugen
und zum obere tragen dieser Werte an eine Flugsicherungszentrale Zur Positionsbestimmung
von Luftfahrzeugen über begrenzten Flächengebieten ist es bekannt, in dem jeweiligen
Flächengebiet eine Mehrzahl von Hochfrequenzsendern gesetzmäßig verteilt anzuordnen,
die gerichtet nach oben elektromagnetische Schwingungen mit vorgegebenen unterschiedlichen
Modulationsfrequenzen ausstrahlen. In den Flugzeugen sind entsprechende Hochfrequenzempfänger
mit daran abgeschlossenen, auf die vorgegebenen Modulationsfrequenzen abgestimmten
Resonanzindikatoren vorgesehen, deren gegenseitige räumliche Lage der geographischen
Lage der ihnen zugeordneten Hochfrequenzsender entspricht. Über den Indikatoren
ist ein transparenter Lageplan des Flächengebiets angeordnet. Bei dessen Überfliegen
zeigen bei gleicher Strahlungsleistung aller Hochfrequenzsender immer diejenigen
Indikatoren maximalen Ausschlag, die auf die Modulationsfrequenzen der am nächsten
befindlichen Hochfrequenzsender abgestimmt sind, wodurch die Positionsbestimmung
des jeweiligen Flugzeuges bordseitig durchführbar ist. Bevorzugte Flugstrecken (Luftstraßen)
sind nach diesem bekannten Verfahren durch unter der Flugstrecke in größerem gegenseitigen
Abstand bodenseitig angeordnete Hochfrequenzsender mit stärkerer Strahlungsleistung
kennzeichenbar. Nachteiligerweise sind die Höhen der Luftfahrzeuge über Grund nach
diesem bekannten Verfahren nicht ermittelbar.
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Weiterhin ist ein System bekannt, das in Luftfahrzeugen das bordseitige
Bestimmen der Überfliegungszeitpunkte bodenseitiger Hochfrequenzsender ermöglicht,
die unter der jeweiligen Luftstraße in vorzugsweise regelmäßigem gegenseitigem Abstand
an vorgegebenen Orten installiert sind und von denen jeder seine Sendeenergie über
ein Richtantennensystem abstrahlt, dessen polares Richtdiagramm in einer zur Erdoberfläche
und zur Luftstraßenrichtung senkrecht stehenden Ebene mit konstanter Geschwindigkeit
von Horizont zu Horizont rotiert und in seiner Rotationsebene schwächer gebündelt
ist als in der dazu senkrechten Ebene. Die Bündelungsschärfe hängt von der Rotationsgeschwindigkeit
des Richtdiagramms sowie von der zu erwartenden maximalen Fluggeschwindigkeit der
Luftfahrzeuge ab und ist so zu wählen, daß jedes Luftfahrzeug, das die Rotationsebene
mit seiner maximalen Geschwindigkeit durchfliegt, genügend oft vom rotierenden Richtdiagramm
getroffen wird, um die Empfangssignale, die gegebenenfalls zusätzlich
eine Kennung
des Hochfrequenzsender beinhalten, sicher auswerten zu können. Auch mit diesem bekannten
System ist jedoch eine Höhenbestimmung der Luftfahrzeuge nicht durchführbar. Weiterhin
ist es bei diesem bekannten System ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen bekannten
Verfahren von Nachteil, daß sowohl boden- als auch bordseitige Anordnungen, die
die notwendigen Informationen kooperativ gewinnen, erforderlich sind.
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Diesen Nachteil vermeiden Luftverkehrsüberwachungssysteme, die die
erforderlichen Informationen mittels Radargeräten ermitteln.
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Ein bekanntes, mittels Radargeräten arbeitendes Luftverkehrsüberwachungssystem
enthält unter der Mittellinie der zu überwachenden Luftstraße am Boden installierte
Radargeräte, deren Antennen in der durch die Luftstraßenmiftellinie verlaufenden
Vertikalebene von Horizont zu Horizont schwenkbar sind und deren gegenseitiger Abstand
etwas kleiner als die sichere Flugzielerfassungsreichweite der Radargeräte ist,
so daß die gesamte Luftstraße mittels der Radargeräte überwachbar ist. Die azimutale
Bündelung der Richtdiagramme der Radarantennen ist hierbei der Luftstraßenbreite
angepaßt, während die Bündelung in der dazu rechtwinklig liegenden Ebene schärfer
ist. Bei der Raumabtastung durch die Radargeräte sind die Schrägentfernungen und
Höhenwinkel aller in der Luftstraße befindlichen Luftfahrzeuge in bezug auf den
Standort des jeweils am nächsten befindlichen Radargeräts nach dem Rückstrahlmeßverfahren
ermittelbar; aus diesen Informationen sind daraufhin die augenblicklichen Standorte
und Höhen der Luftfahrzeuge in der Luftstraße - gegebenenfalls automatisch - leicht
errechenbar.
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Bei einem bekannten verbesserten Luftverkehrsüberwachungssystem der
vorstehend angegebenen Art wird die ansonsten mit einem meist unzulässig großen
prinzipiellen Fehler behaftete Entfernungsmessung von Luftfahrzeugen, die sich in
relativ geringer Höhe querab vom anmessenden Radargerät befinden, dadurch wesentlich
verbessert, daß durch Anwendung von Entfemungsselektionsmaßnahmen nur die von solchen
Luftfahrzeugen reflektierten und in den Radargeräten empfangenen Radarschwingungen
ausgewertet werden, die dem jeweils empfangenden Radargerät nicht unmittelbar benachbart
sind.
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Dieser in unmittelbarer Nachbarschaft des empfangenden Radargeräts
befindliche Luftstraßenabschnitt wird vielmehr vom jeweils nächstfolgenden der unter
der Luftstraße angeordneten Radargeräte überwacht, in dem selbst wiederum die gleichen
Entfemungsselektionsmaßnahmen angewendet werden. Hierdurch ergibt sich eine Verschachtelung
der tZberwachungsabschnitte mit der Folge, daß die zu erwartenden Höhenwinkel-Meßwerte
so klein werden, daß mögliche seitliche Ablagen der Positionen der Luftfahrzeuge
von der Luftstraßenmitte auf die prinzipielle Höhenmeßgenauigkeit wenig verfälschend
eingehen.
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Nachteilig an den vorstehend detailliert erwähnten Luftverkehrsüberwachungssystemen,
die mit Radargeräten arbeiten, ist ihr Unvermögen, die seitliche Ablage der Luftfahrzeuge
von der Luftstraßenmitte zusätzlich zu bestimmen.
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Dieser Nachteil trifft auch auf ein weiterhin bekanntes Luftverkehrsüberwachungssystem
zu, das gleichfalls unter der Luftstraßenmitte in vorzugsweise regelmäßigen jedoch
den örtlichen Gegebenheiten (Aufstellungsmöglichkeiten) und den örtlichen Hochfrequenzschwingungs-Ausbreitungsbedingungen
angepaßten Abständen bodenseitige Hochfrequenzstationen enthält. In diesen Hochfrequenzstationen
ist jeweils eine Funkbake vorgesehen, die hochfrequente elektromagnetische Schwingungen
senkrecht nach oben in die Luftstraße über ein Richtantennensystem strahlt, dessen
Richtdiagramm in Flugrichtung der Luftfahrzeuge scharf gebündelt, in der dazu senkrechten
Ebene jedoch nur so scharf gebündelt ist, daß die gesamte Luftstraßenbreite erfaßt
wird. Bei Durchfliegen eines derartigen Richtstrahles durch ein Luftfahrzeug werden
bei diesem System in dem Luftfahrzeug die von der Funkbake ausgehenden Schwingungen
empfangen, mit einer zumindest die Flughöhe des Luftfahrzeugs charakterisierenden
Modulation versehen und daraufhin zum Boden zurückgestrahlt.
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Am Boden wird nach Empfang dieser Rückstrahlung und damit nach Kenntnis
der Flughöhe eine weitere Hochfrequenzschwingung mit einer die Luftlage im Höhenbereich
des jeweiligen Luftfahrzeugs zumindest soweit der vor ihm liegende Luftraum betroffen
ist - charakterisierenden Modulation versehen und zum Luftfahrzeug wiederum drahtlos
übertragen. Bei den hierbei angewendeten Rückstrahlmethoden handelt es sich somit
im Gegensatz zum gewöhnlichen Radarverfahren um die verwandte Gruppe der Transponderverfahren.
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Von dem bislang erläuterten speziellen Stand der Technik geht die
Erfindung aus. Sie bezieht sich somit auf ein System der eingangs genannten Art,
bei dem entlang der Luftstraße - vorzugsweise in gleichen gegenseitigen Abständen
- Bodenstellen mit jeweils wenigstens einem Radargerät angeordnet sind, bei dem
die Höhen der Flugzeuge durch Radar-Entfer-
nungsmessung bestimmt werden, bei dem
die Standorte der Flugzeuge in den Zeitpunkten des Durchfliegens der Antennendiagramme
der Radargeräte der Bodenstellen aus den Standorten der Bodenstellen ermittelt werden
und bei dem die ermittelten Werte über Nachrichtenübertragungswege an die Flugsicherungszentrale
übertragen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses System dahingehend
zu verbessern, daß zusätzlich die seitliche Ablage jedes angemessenen Flugzeuges
bestimmbar ist.
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Erfindungsgemäß sind bei diesem System hierzu zwei in jeder Bodenstelle
derart seitlich zur Luftstraße, vorzugsweise symmetrisch zur Luftstraßenmitte, angeordnete
Radargeräte vorgesehen, daß sich ihre Antennendiagramme im Bereich der Luftstraße
überlappen, und weiterhin ein Rechengerät, das aus den Entfernungsmeßwerten der
zwei Radargeräte und ihrer gegenseitigen Abstände in jeder Bodenstelle die seitliche
Ablage jedes angemessenen Flugzeuges von der Luftstraßenmitte und seine Höhe bestimmt.
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Demzufolge unterscheidet sich das erfindungsgemäße System wesentlich
von einer bereits vorgeschlagenen, Gegenstand eines auf eine ältere Erfindung zurückgehenden
Patents bildenden Einrichtung zur Anzeige des Standortes von Luftfahrzeugen, die
sich in einer Luftstraße befinden. Bei dieser Einrichtung werden die Entfernungen
der Luftfahrzeuge vom Beobachtungsort und ihre Flughöhen in einem Luftstraßenbild
dargestellt. Gemäß dem Hauptanspruch des Patentes ist diese Einrichtung durch folgende
Merkmale gekennzeichnet, die ausdrücklich in Gesamtheit anzuwenden sind: a) Das
Luftstraßenbild weist mehrere übereinanderliegende Luftbahnen auf, die den verschiedenen
Höhenschichten der Luftstraße entsprechen; b) jede Luftbahn ist in nebeneinanderliegende
Felder unterteilt, die aufeinanderfolgenden Strekkenabschnitten der Luftstraße entsprechen
und zur optischen Darstellung der individuellen Kennzeichen der Luftfahrzeuge, z.
B. Buchstaben und/oder Ziffern, dienen, die in das Luftstraßenbild eingespeist werden;
c) an den Grenzen der anzuzeigenden Streckenabschnitte der Luftstraße sind nach
oben in die Luftstraße strahlende Radargeräte mitwandförmigen Strahlungsdiagrammen
aufgestellt, die beim Überfliegen durch die sich in der Luftstraße bewegenden Luftfahrzeuge
die Kennzeichen der Luftfahrzeuge selbsttätig entsprechend der Bewegung der Luftfahrzeuge
in die entsprechenden Felder der Luftbahnen weiterschalten; d) von den nach oben
strahlenden Radargeräten wird eine nach Höhenschichten gestaffelte Höhenmessung
durchgeführt, und durch die ermittelten Höhenwerte werden die Kennzeichen der Luftfahrzeuge
selbsttätig entsprechend der Höhe der Luftfahrzeuge in die übereinanderliegenden
Luftbahnen der Luftstraße geschaltet.
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Nichtidentität des Erfindungsgegenstandes liegt auch zum Gegenstand
eines weiteren, auf eine ältere Erfindung zurückgehenden Patentes vor, das eine
Einrichtung zur Anzeige des Standortes von Luftfahrzeugen betrifft, die sich in
einer von mehreren übereinanderliegenden Luftbahnen einer Luftstraße bewegen. Diese
Einrichtung besteht aus einer Anzahl von Bodenradargeräten, die in Abständen entlang
der
Luftstraße aufgestellt sind und im Sinn einer Markierung von Streckenabschnitten
gerichtet nach oben strahlen, und einer Anzeigevorrichtung, die in Form einer schematischen
Darstellung der Luftstraße die Luftbahnen räumlich übereinander darstellt und jedem
Streckenabschnitt jeder Luftbahn ein eigenes Anzeigefeld zuordnet, das zur Darstellung
des individuellen Kennzeichens der einzelnen Luftfahrzeuge dient. Weiterhin besteht
diese Einrichtung aus Mitteln, um die individuellen Kennzeichen der Luftfahrzeuge
von Hand in das richtige Anzeigefeld einzuspeisen, und aus Mitteln, die auf die
beim Überfliegen der Radargeräte durch die sich in der Luftstraße bewegenden Luftfahrzeuge
ausgelösten Radarempfangssignale ansprechen und entsprechend der Bewegung der Luftfahrzeuge
die selbsttätige Weiterschaltung der individuellen Kennzeichen in die entsprechenden
Anzeigefelder anderer Streckenabschnitte bewirken. Gemäß dem Patentanspruch dieses
Patentes ist diese Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Radargeräte mit impulsgetasteten
Strahlungskeulen arbeiten, die quer zur Längsausdehnung der Luftstraße - z. B. periodisch
hin-und hergeschwenkt werden, und daß sie Torschaltungen enthalten, die innerhalb
jeder Impuisfolgeperiode zeitlich gestaffelte Auftastlücken - je eine für jede der
Luftbahnen und schaltungsmäßig zugeordnet der Darstellung der betreffenden Luftbahn
in der Anzeigevorrichtung - bilden, deren Phasenlage und zeitliche Ausdehnung selbsttätig
in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Strahlungskeule derart geändert werden, daß
durch jede Auftastlücke eine Luftbahn und nur diese in ihrer gesamten Breite erfaßt
wird.
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An Hand der Figuren seien im folgenden Ausführungsbeispiele des Systems
nach der Erfindung zu deren näheren Erläuterung im einzelnen beschrieben.
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Gemäß F i g. 1 sind in einer gemeinsamen Bodenstelle des erfindungsgemäßen
Systems zwei Radargeräte 1 und 2 derart seitlich zu einer nicht dargestellten Luftstraße,
vorzugsweise symmetrisch zur Luftstraßenmitte, angeordnet, daß sich ihre durch ihre
Antennen 3 und 4 erzeugten Antennendiagramme 5 und 6 im Bereich der Luftstraße überlappen.
Die Antennendiagramme 5 und 6 sind in senkrechter Richtung zur Luftstraße (in F
i g. 1 in der Zeichenebene) schwach und in Luftstraßenrichtung (in F i g. 1 senkrecht
zur Zeichenebene) stark gebündelt. Mit 7 ist in Fig. 1 ein in der Luftstraße befindliches
Flugzeug bezeichnet, welches vom Radargerät 1 einen Abstand 11 und vom Radargerät
2 einen Abstand 12 hat. Diese beiden Abstände sind nach dem Radar-Entfernungsmeßverfahren
bestimmbar. Der gegenseitige Abstand der beiden Radarantennen in der senkrecht zur
Luftstraßenlängsebene verlaufenden Ebene ist mit a bezeichnet und liegt - ohne daß
die Erfindung darauf beschränkt ist -in der Praxis bei etwa 20 km. Weiterhin ist
in der Bodenstelle nach Fig. 1 ein Rechengerät 8 vorgesehen, das aus den Entfernungsmeßwerten
11 und 12 der beiden Radargeräte und ihrem gegenseitigen Abstand a die seitliche
Ablage jedes angemessenen Flugzeuges von der Luftstraßenmitte und seine Höhe bestimmt.
Die durch das Rechengerät 8 ermittelten Werte sind entweder über Leitungen oder
auch drahtlos zur nicht gezeigten Flugsicherungszentrale übertragbar, die die in
jeder Bodenstelle ermittelten Informationen gemeinsam auswertet. Um den wirtschaftlichen
Aufwand für die Übertragungsmittel ge-
ring zu halten, ist es hierbei zweckmäßig,
alle Bodenstellen an einen gemeinsamen Übertragungsweg anzuschließen und die Informationen
trägerfrequen oder mittels Mehrkanal-Impulsmodulationsmethoden zu übertragen. Weiterhin
ist es zweckmäßig, das Rechengerät 8 räumlich mit einem der Radargeräte 1 und 2
zu vereinigen. Eine mögliche gegenseitige elektrische Störung der Radargeräte 1
und 2 ist vorteilhafterweise dadurch vermeidbar, daß entweder die Frequenzen der
zwei Radargeräte jeder Bodenstelle verschieden gewählt sind oder daß die zwei Radargeräte
alternierend in Betrieb sind, derart, daß jeweils eines der Radargeräte gesperrt
ist, während das andere arbeitet.
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F i g. 2 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung nach F i g. 1. Die
in F i g. 2 dargestellte Bodenstelle für ein System nach der Erfindung besitzt an
den gleichen Aufstellungsorten wie die Radargeräte beim Ausführungsbeispiel der
Erfindung nach F i g. 1 lediglich ein Radargerät 1 mit seiner Radarantenne 3, die
wiederum ein Richtdiagramm 5 erzeugt. Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach
F i g. 2 besteht dagegen das Radargerät 2 (Fig. 1) lediglich aus einem auf die Frequenz
des Radargeräts 1 abgestimmten Empfänger 9 ohne eigenen Sender. Dieser Empfänger
9 ist wiederum an die Radarantenne 4 angeschlossen, die das Richtdiagramm 6 erzeugt.
Die Entfernung 1> wird beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 2 durch
das Radargerät 1 bestimmt, während der Empfänger 9 den Laufzaitunterschied zwischen
der am Flugzeug 7 reflektierten Welle und der vom Sender des Radargerätes 1 auf
direktem Wege (über die Entfernung a) empfangenen Welle mißt. Die Laufzeit der Radarwelle
vom Radargerät 1 über das Flugzeug zum Empfänger 9 ist hierbei der Summe der Entfernungen
1 und 12 proportional. Aus den Ausgangsinformationen des Radargeräts 1 und des Radarempfängers
9 ist ein Rechengerät 10 in der Lage, nach einfachen Rechengesetzen die seitliche
Ablage des Flugzeuges 7 von der Luftstraßenmitte und seine Flughöhe zu bestimmen.
Der Ausgang des Rechengeräts 10 ist wiederum wie die Ausgänge der Rechengeräte in
den übrigen Bodenstellen des Systems nach der Erfindung mit der nicht gezeigten
Flugsicherungszentrale verbunden.
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Um Schwierigkeiten zu vermeiden, die auftreten können, wenn gleichzeitig
zwei oder mehr Flugzeuge die Antennendiagramme 5 und 6 durchfliegen, ist es zweckmäßig,
die Radarempfänger (Empfänger der Radargeräte 1 und 2 bzw. Empfänger des Radargeräts
1 und Radarempfänger 9) in zwei oder mehr Empfangskanäle zu unterteilen und in an
sich bekannter Weise Mittel zum Tasten der einzelnen Empfangskanäle vorzusehen,
derart, daß die einzelnen Empfangskanäle nur empfangsbereit sind, wenn Signale aus
einem bestimmten Entfernungsbereich eintreffen.
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Häufig ist eine bordseitige Möglichkeit zur Identifizierung der jeweils
überflogenen Bodenstellen in den Flugzeugen erwünscht. Hierzu ist es zweckmäßig,
jede Bodenstelle mit einem an sich bekannten Zusatzgerät auszurüsten, welches beispielsweise
im 2-m-Band die ILS-Kennungssignale ausstrahlt. Dann ist die Identifizierung der
überflogenen Bodenstellen im Flugzeug mittels eines üblicherweise sowieso vorhandenen
Bordempfängers für die Einflugszeichen des ILS-Landesystems durchführbar, wodurch
ein zusätzlicher Bordgeräteaufwand entfällt.
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Sind in den Flugzeugen an sich bekannte Kennungsgeräte vorgesehen,
die häufig auch Responder oder Transponder genannt werden, so ist es beim System
nach der Erfindung häufig zweckmäßig, die von der Bodenstelle zur Flugsicherungszentrale
übermittelten Werte mit einer das angemessene Flugzeug identifizierenden Kennung
zusätzlich zu versehen. Wenn das Kennungsgerät und die bodenseitigen Radargeräte
auf der gleichen Trägerfrequenz arbeiten, ist es beim Empfang der Radarechoschwingungen
und der Kennungssignale zu deren gegenseitigen Trennung vorteilhaft, die Trennung
entweder mit Mitteln der Impulstechnik durchzuführen oder dadurch, daß man die Empfangssignale
über ein Amplitudensieb leitet, welches die im allgemeinen wesentlich amplitudenstärkeren
Kennungssignale von den empfangenen Echoschwingungen trennt.