DE1812999B2 - Kollisions schutzsystem fuer die flugzeuge - Google Patents

Description

gesebeneti Ateffti-Schweilenwert vein Tau, dar, Wenn drohenden Kollision zu warnen, und zwar auf eine

sieti iedoeh die Flugzeuge auf einen* letertt köflvar- Entfernung ven ilö fcra. Wenn »an ie#«sh be-

gierenden Kurs beton, so daß die fiatfknUftgs* stefflte Bedingungen vöh AfltentteöstÖtuBge«, Sende-

ändifUflg feieifl ist, Sd wird Tau ziefniiefi gföß und leistung, ßmpfängefan^fiehefMpiödlierikelt usw. be*

kann tirttef diesen Umständen flieht als ein tfehtljes 9 trachtet, so wird das System wahrscheinlich auf Si*

Kriterium für den Verlauf |Äe1i<tti ^rde«; Ilö gnale in einer Intferrrang von liOÖto ansprachen»

ergänzendes KöÜfeiettäverlätif>Kliteriutrj,_; da* auf was der Strecke einer niögltehett Jiefetfü£ mü flug··

eiöef (fliöiniäiiflIrttförBifig'basiiiri,,Ättiö daherVäf- Zeuge iftleite Mßhf Vöö 1§2#)rfl ftÖ|Äht, Sie

wendet Werden, Il sei daran efinneft, da» $00 Wahrscheinlicfikeif eifief SeelmriichtlitüHg auf Sieht-

die Entfernungsänderung als auch die Entfernung zur io weite WiM daher zu eiHefn sehr efflsletil PfObIiW. da«

Verfügung stehen, so daß eine vollständige Bewer- bei der Festlegung eines praktischen Kollisions-

tung eines Kollisionsverlaufes vorgenommen werden Schutzsystems in Betracht gezogen werden muß, und

kann. Zwei Probleme haben gezeigt, daß dieses zwar auch bei zusammenwirkenden Systemen, die auf

*Usumm uiifTjiVi .cVi \s\ r>;ts er sie "ist dann /υ seVicn. <kv /vimh nVäVwitcn S\ \mV,mWi\ Vveq\u:ny'oJ\i\uY

dati mehrere aufeinanderfolgende fferecnnungen der 15 basieren. iVurmaierweise mutf «in Zei(schfi(/ aus-

Entfernungen erforderlich sind, bevor eine Entfer- reichend lang sein, um eine Sendung von Kollisions-

nungsänderung berechnet werden kann, und es muß Schutznachrichten zu ermöglichen, plus der Laufzeit

eine vergleichsweise lange Zeit vom Zeitpunkt der der Nachricht zu einem möglichen Empfänger. Diese

ersten erhaltenen Kollisions-Schutznachricht ver- llOO-km-Sichtstrecke entspricht einer Laufzeit von

streichen, bis der Computer eine Auswertung einer ae nahezu 3.7 Millisekunden. Diese Zeit, addiert zu einer

Kollisionsgefahr durchführen kann. In einer prak- Nachrichtendauer von nahezu 800 Mikrosekunden.

tischen Ausrüstung waren nahezu 20 Sekunden für bedeutet eine Schlitzperiode von 4,5 Millisekunden,

die Datenverarbeitung erforderlich, um die Entfer- wenn benachbarte Schlitzbeeinflussungen zwischen

nungsänderung zu errechnen. Das zweite Problem Flugzeugen, die die zuvor erwähnte 1100-km-Sicht-

wird durch das kurze Zeitintervall aufgeworfen, das as strecke als Grenzwert aufweisen, ausgeschlossen wer-

zwischen dem Empfang eines direkten Signals und den sollen. Nimmt man eine Intervallperiode von

des reflektierten Signals bei niedrigen Höhen auftritt, 5 Sekunden an. so ist offensichtlich, daß nur 1100

wodurch eine große Unsicherheit der Information dieser 4,5-Millisekunden-Schlitze in einem Hoch-

hinsichtlich der Entfernung entsteht. frequcnzkanal untergebracht werden können. Es ist

Eines der neuerlich vorgeschlagenen Kollisions- 3« diese Zahl von Zeitschlitzen nicht nur ausreichend. Schutzsysteme, das die besten Aussichten für die um sich an das in der Zukunft geplante Fluglinien-Schaffung eines praktischen Kollisions-Schutznetzes netz anzupassen, sondern es besteht nun auch noch hat, verwendet ebenso Tau und die Entfernungs- die Gefahr einer Überbelastung bei bestimmten Bekriterien. wie zuvor ausgeführt wurde. Dieses System dingungen mit großer Verkehrsdichte, auch wenn verwendet eine sogenannte Hauptzeittechnik, bei der 35 man die Zeitschlitztechnik regional in besonderer jedes teilnehmende Flugzeug mit einer genau gehen- Weise einsetzt.

den Uhr ausgerüstet ist, die mit allen in den anderen Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung richtet Kollisions-Schutzsystemen enthaltenen Uhren im sich auf die Schaffung eines zusammenwirkenden Kollisions-Schutznetz synchronisiert ist und zusatz- Flugzeug-Kollisions-Schutzsystems, indem eine Freiich noch durch eine Hauptuhr synchronisiert ist. Ein 40 quenz-Zeitmultiplex-Einrichtung die Kapazität des Zeitabschnitt von 5 Sekunden wird hierbei in Zeit- Systems insbesondere hinsichtlich einer möglichst schlitze mit gleichem Abstand aufgeteilt, und jedem kurzen erforderlichen Schlitzzeit erhöht.
Flugzeug im Kollisions-Schutznetz wird ein gegebener Ausgehend von dem Kollisions-Schutzsystem der Zeitschlitz zugeteilt. Nimmt man an, daß alle Uhren eingangs definierten Art, löst die vorliegende Erfinim Netz auf den Anfang des Zeitintervalls synchroni- 45 dung diese Aufgabe dadurch, daß jede Einheit ihre siert sind, so senden alle sich in der Luft befindlichen Kollisions-Schutznachricht jeweils auf einer ihrem Systeme gleichzeitig ein Startsignal zu Beginn dieses Zcitschiitz zugeordneten, unterschiedlichen HF-Fre-Intervaüs. Danach, und zwar im zugeordneten Zeit- quenz sendet, daß dieser Sender einen Oszillator beschütz, sendet ein Flugzeug Kollisions-Schutznach- inhaltet, der durch von der Uhr erzeugte Signale richten, die Informationen über seine Höhenänderung 50 gesteuert werden kann, und zwar in Übereinstimmung und über seine Höhe beinhalten. Die Frequenz, auf mit den Zeitschlitzen, um eine Vielzahl von bestimmder diese Nachrichten gesendet werden, wird in einer ten KF-Frequenzen zu erzeugen, daß weiter Sendervorgegebenen Weise durch die Uhr gesteuert, so daß Gatterschaltungen auf diese Uhrsignale ansprechen die Senderfrequenz allen anderen Flugzeugen be- können, am die HF-Frequenz, die der Einheit zugekannt ist und demnach eine Dopplerverschiebung der 55 ordnet ist, während des der Einheit zugeordneten empfangenen Frequenz beim empfangenden Flug- Zeitschlitzes auszuwählen, und daß die Vielzahl der zeug ein Maß für die Entfernungsänderung des sen- HF-Frequenzen fortlaufend und zyklisch den Zeitdenden Flugzeugs hinsichtlich des empfangenden schlitzen zugeteilt sind, so daß benachbarten Zeit-Flugzeugs darstellt Zusätzlich, da der Zeitpunkt, in schützen unterschiedliche Frequenzen zuteilbar sind, dem das sendende Flugzeug seine Sendung beginnt. 60 Die Erfindung richtet sich demzufolge auf die bekannt ist, stellt der Zeitpunkt des Empfangene der Schaffung einer Frequenz-ZeitmuTtipIextechnik und Nachricht ein Maß für die Entfernung zwischen dem auf eine Einrichtung, die es ermöglicht, die Kapazität sendenden Flugzeug und dem empfangenden Flug- in einem gegebenen Zeitbereich nahezu auf das Vierzeug dar (USA.-Patentschrift 3 341 812). fache zu erhöhen. In diesem System wird die Schlitz-

Es ist festgesetzt worden, daß eine Periode von 65 periode bestimmt durch die Nachrichten-Sendedauer

800 Mikrosekunden zum Senden der Kollisions- plus der maximalen Laufzeit, und zwar gegenüber

Schutznachricht erforderlich ist. Das vorliegende zu- der bekannten Nachrichtensendedauer plus der rnaxi-

sammeriwirkende System ist dazu bestimmt, vor einer malen, der Sichtweite entsprechenden Laufzeit.

^r ? η λ η

Ntaum «lan somit eine Naehriehtendatieif νου 190 MlkfOTckunden Md eine Entfernung von 110 km ail, Über die die Naohficht übertragen werden soll, io temhi der SeWHa oar 7WMtoaseiHifläeB Jüf die Nae&rietK, pto StöMifcfosektinderi for die Int« β ftfnfflig νββ fflffidnal IiO fcm ä«i äete, fas bedeutet, dafi οΙλθ Söhlitzneriode vort nur 1,172 MilHseiiUfldefi effet&fliöfi ist, fiifiö ße*iöfli«ittag tweaelitertir Söhiiföb eätsprechöfid der Stehtwelto wird eliminiert, indem ttitifl die Söhliaperiöde CflfSpfechefld den Zeit* to Ichlitzen frecjuenzmfiffig stuft, und zw «nttpfttetamd ♦ier festen Frequenzen zyklisch stuft, so daß eine der frequenzen jedem von vier aufeinanderfolgenden feeitechlttzen zugeteilt wird und tadein man dann aas Programm für die nächsten vier folgenden Zeit- »5 tehlitze wiederholt usw. Demnach würde der dem lender 1 zugeteilte Schlitz auf einer Frequenz 1 gelendet werden, und alle Empfänger würden auf einer Frequenz 1 empfangen; der dem Sender 2 zugeordnete Schlitz 2 würde auf einer Frequenz 2 gesendet ao Werden, und alle Empfänger würden auf der Frequenz 2 empfangen; der Sender 3 würde auf der Frequenz 3 und der der Sender 4 auf der Frequenz 4 !enden, wobei sich ergibt, daß, wenn die Folge wiederholt wird, der Sender 5 auf der Frequenz 1, »5 der Sender 6 auf der Frequenz 2 usw. senden. Diese Technik ermöglicht eine Gesamtschlitzzahl von 4250 Schlitzen in einem Zeitbereich von 5 Sekunden tu en-eichen. Es sei erwähnt, daß das Zeitintervall, das erforderlich ist, um vier aufeinanderfolgende 3« Zeitschlitze frequenzmäßig zuzuteilen, 4,688 Millisekunden beträgr oder etwas mehr als die Zeit beträgt, die für eine Übertragung über eine Sichtstrecke von 1100 km erforderlich ist. Da, wie erwähnt wurde, 1100 km die Sichtgrenze für zwei Flugzeuge auf einer Höhe von 18 250 m beträgt, wird eine Möglichkeit der Signalbeeinflussung bei Flugzeugen, die unterhalb dieser Höhe arbeiten, eliminiert, und sie wird bei Flugzeugen, die oberhalb dieser Höhe arbeiten, Sehr unwahrscheinlich.

Dieses System schafft eine Erhöhung der Kapazität in einem gegebenen Zeitbereich um das Vierfache, und der Aufbau wird sehr wenig kompliziert. Alles was erforderlich ist, ist, daß der Empfängeroszillator in Frequenzen gestuft werden muß, und zwar müssen diese Frequenzen synchron mit den Schlitzzählungen sein, und ähnlich müssen die Sender dieselben vier Frequenzen senden können, da die Flugzeug-Schlitzzuordnung die Trägerfrequenz der Sendung bestimmt. .

An Hand eines Ausfühningsbeispiels wird die tr-Indung in der nun folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es

Fig. 1 ein Zeitdiagramm der Struktur der Kolliiions-Schutznachricht nach den Prinzipien der voriegenden Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer im Flugzeug eingebauten Station nach der vorliegenden Erfindung.

Aus Fig. 1 läßt sich entnehmen, daß die Kolli-Iions-Schutznachricht, die ein teilnehmendes Flugteug in seinem Zeitschlitz sendet, aus einem 200-Mi-Irosekunden-Trägerfrequenzimpuls 10 besteht, der tür Bestimmung der Entfernungsänderung erforder-Ich ist. Die Vorderflanke des 200-Mikrosekunden- t)opplerimpulses, wenn dieser mit der Hauptuhr im empfangenden Flugzeug verglichen wird, sorgt fur tine Bestimmung der Entfernung zum sendenden Fltigzuug vorn empfangenden Flugzeug am, Bine Schutzzelt 12 von 170 Mikrosekunden 1st Mater de vorgesehen, um den 1 odeneinfliiß zu Shl tl lSOMifc

ule vorgesehen,

βϋϋϊΜβΓβη. Die Schutzzelt setzt stell aus sefaandefi tut Flüge in IS 250 ei Höhe ώα» 50 Mikfo-Sekunden Rtiteeit zusammen, Al» nächstes wifd eüi WHflefläflderuflgsiffiptils 14, der 1 bis 4 MikroMkuö* de« lang ist, gesendet dessen Vöfdefflänke hinsichtlich der Vöfderflafike des OopeieHffipulses die Höheuänderung des sendenden FfagKeugs mitteilt. Tritt die Vefdörflanke eines Höhtnanderungsimütitses weniger als 400 Mikrosekunden nach der Vorderflanke des Dopplerimpulses auf, so zeigt sie eine abnehmende Höhe an, während ein« nach mehr als 400 Mikrosekunden nach dem Dopplerimpuls auftretende Vorderflanke eine zunehmende Höhe anzeigt, und eine Vorderflanke, die 400 Mikrosekunden nach der Vorderflanke des Dopplerimpulses auftritt, zeigt eine Höhenänderung von 0 an. Zusätzlich wird folgender Höhenänderungskode empfohlen:

HUh wanderung OWs ölOm/TVGn.

610Ms 1J25 m/Min.

15251iis6100 m/Min.

Bewertungsfaktor

75 m/Min.Vsec 150ηι/Μϊη./μββ€ 300m/Min./(isec

Abweichung der Impulsvorderflanke von 400μΛβς

Obis 8μ9β€

9bisl4usec

15Μ29

Als Beispiel einer Höhenänderungsbestimmung sei angenommen, daß ein Höhenänderungsimpuls 385 >4ikrosekutden nach dei Impulsvorderflanke eines Uopplerimpulses emjifangen wird. Das bedeutet eine -15-Mikrosekunden-Abweichung von dei 400-M ktosekondcn-Zeit. Die Höhe des sendenden Flugzeuges nimmt also ab, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 75 ητ/Μΐη./μ56ς für die -rsten 8 Mikr>:isekunden der Abweichung oder 610 m/Min plus 1·;0πι/Μίη./μ83ο für die nächsten 9 bis 14 Mikrosekiinden der At«weichung oder 915 m/Min. plu< 300 m>Min./nsec fö* die letzte Mikrosekunde dei Abweichung, insgesamt also 1825 m,Min. Eine maximale Höhenänderung von 6100 m/Min, muß erwartet werdet), so daß der Htihenänderungsimpuls innerhalb des Zeitintervalls von 370 bis zu 430 Mikrosekunder nach dir Vorderflanke des Dopplerimpulses eintreter sollte.

Dem Höhenänderunjsimpuls folgt eine weite« Schutzzelt von 170 Mifciosefcunden, und dieser folgi wiederum ein Höhenimpuls 18, der ebenso wie dei Höhen änderungsimpuls 2 bis 4 Mikrosekunden lant ist. Die Lage der Vorder.9anke des Höhenimpulse; hinsichtlich der Vorderflaake des Dopplerimpulsei gibt die Höhe des sendenden Flugzeuges an, wöbe: eine Höhe von 0 durch einen Impuls angezeigt wird der 61)0 Mikrosekunden nach der Schlitzzeit 0 beginnt. Der folgende Höhencode wird empfohlen:

Höhe

Obis 6100m

6100 bis 15 250 m

15 250 bis 30 500 m

Bewertungsfaktor

75 m/jisec 150 m/usec

Abweichung der Impulsvorderflanke vonöOOnsec

Obis 80pse<

81 bis 140 use<

über 140 use<

109 587/1Z

2040

SSf Vorder* etft« Hotte

wird durch die Höhenlnformatlon festgesetzt, die at» dem Höhenmeswr 42 erhalten wird, während die VttttefflMk*de»HütWfiänderung.lmmil^ durch de HehenämkfUn|«nfoffflaÜon fesfgefegt wird, die

¹¹SSSSlJiI IS irÄi

te Flu«z«üjiböbeti tfflttf M'iOO la Weise da Dö^lefHöhenmesser ist ua 600 uWi90Mikft»ekundt,i nach Höhen- eil auch Höhcfländefungwlgnaleetwugi £Qe d« DopplerinifMüs« *uftfet«i. Der Atagang^eaiiutjg Α» Gatte» Sl, die die |Wg*tkWkktod ffopjm fantelH, wtal dafnii fnddeüeft «ad dian

üb di Aü 4» ndt

was der Laufzeit für eine fintfarncng ten tSwas te über die Aflüffi» 4» gesendet, Sfh/Si ttOfcffl ^effete. Mäfl ISht, däfi die ßtf SiÄgtettdif HInHeIiiöeüeht at» den SehHtzeeriede 1172 Mlkfö**käfld«i bewagt, bei «Utaiöfen U^U, ft und 60. «fett» Ausguügssp^ deren Ende die Frequemt «etaden wird, am «ine nungen jeweils den UND-Gattern 62, «4. 6* und W Beeinflussung benachbarter Schlitz* entsprechend zugeführt werden. Die UND-Gatter im Empfangsteil der Sichtweite πι eliminieren. ** weiden durch dieselben öfaungsiatmibe erregt, Λβ

Obwohl «zeigt werde, daB vier Frequenzen auch die UND-Oatter im Sendewil erregen. Die Optimal «al, eo kann eine unterschiedliche Nach Gatter 22 end 6A werden gleichzeitig erregt und ta Ikhtdauer eine andere Zahl an Frequenzen erforder- Ähnlicher Weise die Gatter 24 und 64, d« Gatt« 16 lieh machen. ^ **' ^ma ebenso werden die Gatter 28 und 98

Es »ei wiederholt, daß einem Flugzeug nur ein μ glektaeitig erregt. Zeitschlitz in einem zyklischen Intervall, das nahezu Die Kolhsions-Schutaiachnchten werden mit Hilfe

5 Sekunden lang ist, zugeteilt ist, und daher jedes der Antenne SO empfangen und an den Mischer« Flugzeug seine KoHisions-Schutznachricht einmal gegeben. Nimmt man an, daß die empfangene Nacheile 5 Sekunden sendet. Da jedoch alle eine drohende .tfcht die Frequenz /, hat, so wird, da alte Uhren in Kollision bestimmenden Faktoren durch eine einzige *i «fern System synchronisiert sind, die Leitung 30 A Kollisions-Scbutznadiricht bestimmt sind, beträgt die eiTegt und die Gatter 22 und 62 geöffnet Die Oszilmaximale Zeh, die zur Auswertung einer Kollision*- latTrfrequenz /, gelangt durch das Gatter 62 und gefahr erforderlich ist, nachdem ein eindringendes wird mit der empfangenen HF-Frequenz f, in dem FluKzeufi in den Nachrichtenbereich eines empfan- Misther 52 gemisdlrt, und die sich ergebende £wigenden (geschützten) Flugzeuges gelangt. 5 Sekun- a« scheftfrequenz wird in dem, ZF-Verstärker S3 «rden und zwar dort, wo der Eindringling sofort nach stärkt und dann an den Dekoder 74 gelegt. Zus.iu-Beendigung seines zugeteilten Zeitichlitzes in den lieh wird die Vorderflanke des empfangenen Doppler-Nachrichtenbereicb «elangt impulse* mit dem Beginn des Zeitschlitzes verglichen.

In F i β 2 ist ein HF-Oszillator mit 20 bezeicÄnet, o^ssen zeitliche Ltige durch die Uhr 30 festgelegt und dieser isi in geeigneter Weise ein Frequenz- 35 wurde, und wird über die Leitung 74 A dem Dekoder normal und er stellt einen Teil des Senden einer zugeführt, um die Entfernung zwischen dem sender-Einheit in einem Kollisions-Schutzsystem dar und den und dtm empfangenden Flugzeug festzustellen, erzeugt vier HF-Trägerfrequenzen Z₁, /,, /,, f_v die in während die Vorderflanken des Höhemmpulses und einem Kollisions-Schutznetz in geeigneter Weise vet- des Höhenänderungsimpulses mit der Vorderflanke wendet werden können. Die HF-Frequenzen wetden 4« des empfangenen Dopplerirapulses verglichen weriewcils an Gatter 22, 24, 26 und 28 angelegt. Eine den, um die HiMie d«s sendenden Flugz.ugs und die Uhr 30 die geeignete Zähtftreise und eine steuerbare Höhenändenmg τα eihalten. Der Dekoder 74 enthält Caesiurn-Atomuhr enthält, wobei letztere mit allen einen phasenschvebenden Quarzdiskriminator, um anderen Uhren in dem Kollisions-Schutznetz syn- die Pha^enverschkibung des empfangenen Dopplerchronisiert ist, führt dem HF-Osziilator20 eine Be- 45 impulses und somt die Entfemungsänderung des zugsfrequenz zu um die Ausgangsfrequenzen des sendenden Flugzeuges zu bestimmen. Zusätzlich ent-HF-Oszillators genau zu steuern, und erzeugt zusatz- hält der Dekoder in geeigneter Weise drei Zähler, lieh aufeinanderfolgende toröffneikde Impulse auf den deren erster zum Zählen getriggert wird, und zwar Leitungen 30/i 3OB, 3OC und 30D. Jeder tor- auf Gnsnd des Starts der Einheit beim Erzeugen des öffnende Impuls besitzt eine Zeitdauer, die gleich 50 Zeitschlitzsignals, daj von der Uhr über die Leitung der Zeitdauer eines Zeitschlitzes ist Die Ausgänge 74 Λ zugeführt wird, und wird durch die Vorderder Gatter 22, 24, 26 und 28 werden an ein ODER- flanke eines empfangenen .Dopplerimpulses beendet, Gatter 31 geführt, wobei der Ausgang dieses Gatters wobei diese empfangene Vorderflanke den zweiten zu einem UND-Gatter32 gelangt, das durch einen und dritten Zähler zum Zählen triggert. Die Zähvon der Uhr erzeugten, das Gatter öffnenden Impuls 55 lungen des zweiten und dritten Zählers werden jeweils geöffnet wird, der auf der Leitung 30 E erscheint, durch den Empfang des Höhenänderungsimpulses und die Dauer dieses öffnenden Impulses ist gleich und des Höhenimpulses beendet. Die Bewertungsder Dauer eines Zeitschlitzes, und der Puls beginnt netzwerke an den Ausgängen des Zählers erzeugen mit dem Beginn des Zeitschlitzes, der dieser speziellen Signale, die der Entfernung, der Höhenänderung und Einheit zugeteilt ist. Die durch das Gatter 32 gelan- 6o der Höhe proportional sind, während das Signal am gende Trägerfrequenz wird im Verstärker 33 ver- Ausgang des phasenschiebenden Diakriminators der stärkt und dann einem Impulspositionsmodulator 38 Entfernung des empfangenden vom sendenden Flugzugefiihrt. Gleichzeitig mit dem öffnen des Gatters zeug proportional ist,

32 wird die Information durch die Uhr über die Lei- Beim Beginn des nächsten Zeitschlitzes wird die

tungioF dem Impulspositionsmodulator 36 zu dem 65 Leitung 30 B erregt, so daß die Gatter 24 und 64 geZweck zugeführt, die Doppler-, Höhen- und Höhen- öffnet sind. Wenn eine Kollisions-Schuttüinheit, die ändeiungsimpulse hinsichtlich der Schlitzzeit 0 zu diesem Zeitschlitz zugeordnet ist, ihre Nachrichten positionieren. Die Vorderfianke des Höhenimpulses sendet, werden diese Nachrichten an der Antenne

empfangen und mit der OszMatorfrequenz /_g des EfflpfHeigera gemische Die Mlschpredukte werden dem Dekoder 74 zugefölhft, unt se die Kollisions» Soinitziöföffflation mnsiehtlieh des empfangenden Flugzeuges zu erzeugen, and da» Flugzeug sendet dann seine eigene KouMon^SehuHöfarfflation, Die Oäzlllätefffequeazeft sind flätürlieh zueinander tun einen Sstrag versetzt, der ausreichend ist, den 2F-Ausgang des MisehtrsSl konstant zu halten. Die Oszillatoren werden raff Hilfe eines Bezugsslpals stabilisiere, das von der Uhr geliefert wird.

Die Ausgänge des Dekoders 74, nämlich die 6nt* fcrnung de» eindringenden Flugzeuges, die Bntfer

sastsαχα

rung mit der Höhe tutd der Möhea8ndening de« eigenen FlUgZeUgS₁ um weiter zu bestimmen, ob siel nach der vorher gesagten Zeit der größten Ansähe« mag das eindringende Flugzeug innerhalb eine!

s vorherbestimfflten vertikalen Abstands zum eigene« Flugzeug befindet. Wenn dieses zusätzliche Kriteriuffl ebenso in Betracht gezogen wurde, so daß das ein' dringende Flugzeug sieh innerhalb des vertikalem Sicherheitsabstände» aim eigenen flugzeug zum Zeit

ie punkt der größten Annäherung bufiadef, so wird da: Mäfiövefkeramafido gegeben. Drei grundlegend« Manöverkommandos wurden vorgeschlagen:

j Steieen/Fallea

wenn er feststellt, daß eine Kollisionsgefahr besteht. Wie sehon ausgeführt wurde, kann die KoUisions* gefahf aus Tau und der Bntfernung abgeschätzt bzw. tusftswertet werden. Um unnötigen Manöveralarm Iu vermeiden und um zu entscheiden, welche Art Manöverkommando angegeben werden soll, wenn •ine Kollisiofisgefahr besteht, vergleicht der Kolli-•ioösgefahr-Computer 76, nachdem er festgestellt tat, daß Tau oder die Bntfernung als Kriterien an-

{eben, daß eine Kollisionsgefahr besteht, die Höhe es etadringenden Flugzeuges und die Höhenände-Die Betriebsweise und konstruktiven Details de: Kollisions-SchutzcomputefS sind nieht Oegeastaac

ao der vorliegenden Brandung, und «dieser Computer is nur gezeigt, um die Art und Weise darzulegen, it welcher die abgeleitete Bntfernung, Batferauags änderung, die Höhe und die HöhenänderungssignaU mit der Höhe des eigenen Flugzeugs und der Höhen

änderung verbunden werden können, um die Wahr seheinlichkeit einer Kollision und das erforderliche Ausweichmanöver zu bestimmen., um diese Wahr scheinlichkeit zu vermindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2040

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   l.sKollisions-Schutzsystem für Flugzeuge zum Senden und Empfangen von Kollistons-Schutz- s nachrichten zwischen individuellen, sich in der Luft befindlichen Einheiten dieses Systems, wobei jede dieser Einheiten einen Sender zum Senden einer Kollisions-Scbutznacbricbt während eines diesen Einheiten in einem Zeitabschnittsystem zugeteilten Zeitschlitzes enthält und diese Einheiten einen Empfänger zum Empfangen aller gesendeten KolUsions-Scbutznacbrichten und eine Uhr zum Zählen und Zeitsteuem dieser Zeitschlitze beinhalten und die Uhr mit allen anderen System- is uhren synchronisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit ihre Kollisionsschutznacbricht jeweils auf einer ihrem Zeitschütz zugeordneten, unterschiedlichen HF-Frequenz sendet, daß dieser Sender einen Oszillator (20) ao beinhaltet, der durch von der Uhr (30) erzeugte Signale gesteuert werden kann, und zwar in Übereinstimmung mit den Zeitschlitzen, um eine Vielzahl von bestimmten HF-Frequenzen (/,, )_v /,, J₄) zu erzeugen, daß weiter Sender-Gatterschaltungen as (22, 24, 26, 28, 31, 32) auf diese Uhrsignale ansprechen können, um die HF-Frequenz, die der Einheit zugeordnet ist, während des der Einheit zugeordneten Zeitschlitzes auszuwählen, und daß die Vielzahl der HF-Frequtnzen (/,, f_t, f_v /₄) fortlaufend und zyklisch den Zeitschlitzen zugeteilt sind, so iiß benachbarten Zeitschlitzen unterschiedliche Frequenzen zuteilbar sind.

   2. Kollision* Schutzsystem .lach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, di3 je-ie Einheit eine Einrichtung (20) zum Erzeugen \on Signalen (18, 14) enthält, die jeweils korrelativ zur Höhe und Höhenänderung des eigenen Flugzeugs sind, daß Spaltmittel (38) auf die Höhen- und Höhen-Suderungssignale (18, 14) und die Uhrsignale ansprechen, um die ausgewählte HF-Frequenz, die der Einheit zugeteilt ist, zu modulieren.

   3. Kollisions-Schutzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger Oszillatoren (54, 56. 58. 60) enthält, die auf die Uhrsignale ansprechen, um eine Vielzahl von Oszillatorfrequcnzen zu erzeugen, daß jede der Oszillatorfrequcnzen einer der HF-Frequenzen (/,. /,. /,, /₄) zugeordnet ist und daß das Mischprodukt irgendeiner Oszillatorfrequenz mit ihrer $0 zugeordneten HF-Frequenz gleich der Zwischenfrequenz der Einheit ist, daß Empfängcr-Ciatter- s«. Haltungen (62, 64, 66, 68) puf die Uhrsignalc ansprechen, um eine vorherbestimmte Frequenz aus den Oszillatorfrcquenzcn während jedes Zeit- J5 Schlitzes auszuwählen, daß eine Antenne (50) zum Empfangen der Kollisions-Schutznachrichtcn vorgesehen ist, daß ein Wischer (52) an die Antenne (50) und die Empfängcr-Ciatterschaltungen

   > ,60

   1st,'

   1 Defcodencbäliungen (53} 74)~an den Mischer (Sl) Mgeschtween sind, um Kollisions-Scliutznachriehttn aus den Misctapittdukteti zu ge' «j winnefl.

   4, KoiUsiöfls-Schutzsysteni nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß det Senderoszülator

   (20) vier bestimmte HF-Frequwmea % U> h '*) erzeugt und daß die Empfangs-Osztöfttoren (54, 96,58, (M)) vier zugeordnete OszlUatorfrequetwen erzeugen.

   5. KoUisions-Schutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Gatter· schaltung eine Vielzahl von ersten Gattern (22, 24, 26, 28; 31) beinhaltet, die auf die Uhrsignale ansprechen, und daß ein Gatter zum Durchlassen jeder erzeugten HF-Frequenz während des der JiF-Frequenz zugeteilten Zeitschlitzcs d'ent und daß sin zweites Gatter (32) auf die Uhrsignale anspricht und als Eingang die HF-Frequenz aufweist, die durch die ersten Gatter (22,24,26,28; 31) lündurcbgelassen wurde, um die dar Einheit zugeteilte HF-Frequenz während des der Einheit zugeteilten Zeitschlitzes auszuwählen.

   6. Kollisions-Schutzsystem nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die Uhrsignale und die Höhen- und Höhcnänderungssignale ansprechende Modulator (38) lie zugeteilte und ausgewählte HF-Frequenz mit einem Dopplerimpuls (10), einem Höhenimpuls (18) und einem Höhenänderungsimpuls (14) in einer vorherbestimmten Weise moduliert und daß die Schaltung zum Gewinnen der KoIIisions-Schutznachricht einen Dekoder (74) zum Gewinnen der Entfernungs- und Entfernungsänderungsinformationen der sendenden Einheit im Hinblick auf die empfangende Einheit von einem empfangenden Uopplerimpuls enthält und um eine Höheninformation und eine Höhenänderungsinformation der sendenden Einheit jeweils aus dem Höhenimpuls (18) und dem Höhenänderungsimpuls (14) zu beziehen.

   7. KoUisions-Schutzsystem nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender den Dopplerimpuls (10) zu Beginn des der Einheit zugeteilten Zeitschlitzes und den Höhen (18) und Höher.ände.mgsimpuls (14) in zeitlichen Abständen hinsichtlich der Vorderflanke des Dopplerimpulses (10) sendet, und zwar so, wie dies durch die Höhen- und Höhenänderungssignale bestimmt wird, und daß der Doppler- (10). der Höhen- (18) und der Höhenändcmngsimpuls (14) die Kollisions-Schutznachrichten darstellen.

   8. Kollisions-Schutzsysicm nach Anspruch 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Dekoder (74) Sclidlteinrichtungen zum Messen der Zeil vom Start eines Zeitschlitzes zum Empfang des Dopplet impulses (10) einer empfangenen KoIIisinns-Schutznachricht beinhaltet, um die Entfernung der die Kollisions-Schutznachricht sendenden Einheit /u bestimmen, daß Mittel zum Mpv^cn dct Zeit von der VordcrflanKe des empfangenen Dopplerimpulscs (10) bis zur Vorderflanke des Höhenänderungsimpulses (14) dieser Messung \erwendet sind, um die Höhenänderung dw die/^aiihniihua sendenden; liinheit_azu,>i-_s

   impulses flö) bis zur Vofderflanke de»

   Impulses (18) vorgesehen sind» um die Höhe der sendende» Einheit zu bestimmen, und! daß Scbeltmiuei zur Bestimmung der Frequenzversebiebuttg des empfangenen Döjjplerimpufaes (10) hinsieht· lieh der zugeteilten Frequenz für den auftreten-

   \ 1312999

   3 4

   den Zeitschlitz vorgesehen sind, um die Ent- «eug in den Bereich des Möglichen rückt und man

   fernungsänderung der die Nachrichten sendenden die nötigen Schritte unternehmen könnte, um eme

   Einheit zu ermitteln. Kollision zu vermeiden. Der Reiz eines unabhängigen

   Systems liegt In erster Linie m dem Gedanken be-

   8 gründet, daß das ausgerüstete Flugzeug sieht selbst

   fchitoen kann, ohne sich darauf verlassen zu massen,

   Die Erfindung betrifft ein Kollisions-Schutzsystem daß alle Flugzeuge In der Luft m geeigneter Weise

   für Flugzeuge zum Senden und Empfangen von ausgerüstet sind, und es kann eine Sicherheit dort

   KoIUsions-Schutznachrichten zwischen individuellen, erkauft werden, wo sie erforderlich Ist, ohne daß

   sich in der Luft befindlichen Einbetasn dieses Systems, « andere Flugzeuge so ausgerüstet sein müssen. Em

   wobei jede «fieser Einheiten einen Sendet zum Senden vorgeschlagenes unabhängiges und unabhängig arbei«

   einer Kolßsions-Schutznachricht während eines die- tendes System enthalt einen Computer, der eine

   sen Einheiten in einem Zeitabschnittsystera züge- 'drohende Kollision auf Grund von Richtungs- und

   teilten Zeitschützes enthält und diese Einheiten einen Entferoungsinfbrmation vorhersagt, die er über ein

   Empfänger zum Empfangen aller gesendeten Kolli- *s genaues Radarsystem for kurze Entfernungen erhalt.

   stons-Schutznachricihten und eine Uhr zum Zählen So reizvoll das unabhängige System ist, so ließ sich

   und Zeitsteuern dieser Zeitschlitze beinhalten und der Gedanke doch nicht verwirklichen, und zwar

   die Uhr mit allen anderen Systemuhren synchroni- insofern, als ein wirksames Radarsystem mit genü-

   siertist. _ lender Winketaufiasung, um eine bevorstehende

   Das ProMera einer Verhinderung einer Kollision ao Kollision aus einer richtungskonstanten Information

   von Flugzeugen in der Luft beschäftigt die Luftfahrt- voilterzusagen, zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf

   Industrie allgemein schon seit langem. Dieses Pro- diesem Gebiet noch nicht r'öglich ist, und zwar auf

   b!em ist besonders aktuell auf Grund ^cr Einführung Grund schwerwiegender Beschränkungen, die sich

   relativ großer und kostspieliger Flugzeuge, die eine auf Grund von Bodenstöningen, Anforderungen an

   große Anzahl von Passagieren in jedem Flugzeug 35 die Antennenmaße, durch Abtastvcrluste, durch

   aufnehmen können. Die Öffentlichkeit erwartet, daß Szintillation des Echosignals am Ortungsobjekt und

   die kommerzielle Luftfahrtindustrie einen umfassen- durch zur Verfügung stehenden Ausgangsleistung

   den Flugplan schafft, der im Hinblick auf einen ergeben.

   hohen Sicherheitsgrad ausgeführt ist, und die In- Als eine Alternative ist ein zusammenwirkendes dustrie hat sich bemüht, so etwas zu 3:haffen. Man 30 Kollisions-Schutzsystem vorgeschlagen worden, bei hat jedoch erkannt, daß die Kapazität d.*s herkömm- dem jedes Flugzeug im KolHsions-Schutznetz mit Hohen Luftverkehrkontrollsystems (ATC) untCT sehr einer geeigneten Ausrüstung ausgestattet war, wie ernst zu nehmenden Beschränkungen leidet, was sich einem Höhenmesser, einem Kodierer, einem Comauf das Anwachsen des Luftverkehrs zurückführen puler, einem Sender und einem Empfänger. Ein einläßt. Unter herkömmlichen ATC-Begriffen wird 35 dringendes Flugzeug, das sich an einer bestimmten jedem Flugzeug ein ausschließliches Volumen eines Stelle innerhalb des Kollisions-Schutznetzes befindet, Luftraumes zugeteilt. Da aber die Verkehrsdichte sendete seine Höhe, die vom Höhenmesser hergeleitet zunimmt und auch die Geschwindigkeiten in der wurde, m willkürlich ausgewählten Zeitintervallen, Luft zunehmen, so muß der Raum, der jedem Flug- nm die Wahrscheinlichkeit von Zvtischensignalen leng zugeteilt wird, vergrößert werden. Befinden sich 40 herabzusetzen. Alle anderen Flugzeuge in dem tber mehrere Flugzeuge in der Luft, so erschöpft KolHsions-Schutznetz empfangen diese Information, sich der zur Verfugung stehende Luftraum, wobei nnd zwar sowohl über einen geradlinigen direkten •ls Alternative verbleibt, entweder das zugeteilte Sendeweg als auch über den Bodenreflexionsweg. Volumen für jedes Flugzeug zu reduzieren oder den Die Zeitdifferenz aus der Laufzeit des direkt emp-Luftverkehr zu beschränken, und zwar unter das- 45 fangenen Signals und des über die Bodenreflexion fenige Maß, für das Bedürfnis besteht. empfangenen Signals ermöglichen dem empfangen-

   Wenn man die Position eines sich in der Luft be- den hlugzeug in Verbindung mit der Höhe des emp-

   fndenden Flugzeuges genauer bestimmen könnte, fangenden Flugzeugs und der Höhe des sendenden

   and zwar in Beziehung zu einem anderen Flugzeug. Flugzeugs, die Entfernung des sendenden Flugzeugs

   das sich in seiner Nähe befindet, und wenn das Flug- 50 herzuleiten. Nachdem eine Anzahl von Entfernungen

   leug nach Maßgabe dieser Informationen gesteuert in dem empfangenden Flugzeug errechnet wurden,

   werden könnte, so könnte auch der effektiv zur Ver- konnte zusätzlich die Entfernungsänderung errechnet

   fflgung stehende Luftraum um ein Vielfaches ver v/erden. Das Verhältnis Entfernung zur Entfernungs-

   großert werdrn. Obwohl es vorstellbar ist, daß dies änderung, das als Tau-Funktion definiert wird, stellt

   durch Einrichtungen in Bodenstationen erreicht wer- 55 ein Kriterium für den Kolüsioftsverlauf dar. Die

   den kann, so weisen doch die gegenwärtigen An- Wirksamkeit von Tau als eine Vorhersage für einen

   !eichen dahin, daß die erforderliche Genauigkeit und Kollisionsvcrlauf hängt davon ab, wie nahe sich Tau

   Flugzeugsteuerung dadurch nicht erreicht werden der wirklk iien Zeit zur nächsten Annäherung (T) des

   lann. Eine praktische Lösung des Problems scheint sendenden Flugzeuges zum empfangenden Flugzeug

   daher: tat Ausstatten jedes Flugzeugs mit einer geeig« 60 annahm. Eine Analyse Hat gezeigt und es ist auch feeter^ ateffthtttng zu? liege», tirtf darf Motel ter iß Eisern Oetötet guf bakamt, dal Mt gfößii Werte

   einer drehenden, gefahrvollen Situation zu warnen, von tau für große Entfernungen Tau eine gute An-

   ufid zwar MBsrcBtlich des öahea anderen Flugzeuges. «aliening von T darstellt und gleich T ist, wenn die

   Das Zielt wer ;eit vielen Jahren, ein unabhängiges Richtungen und Geschwindigkeiten der Flugzeuge

   Kollisiorje-Sehtitzsystem m entwickeln, mit dessen «5 derart sind, daß ein tatsächlicher Zusammenstoß

   Hilfe eint damit ausgestattetes Flugzeug in der Lage eintreten kann. Auch wenn die relative Geschwindig-

   sein würde, ohne jegliches Süßeres Ztttttn zu bestim- keit zwischen den Flugzeugen groß i»t, so stellt Tau

   «left, wann eine Kollision mit einem anderen Flug- eine gate Näherung m T, herab bis zu einem vor-