DE1812999C - Kollisions-Schutzsystem für Flugzeuge - Google Patents

Description

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

siert ist. gender Winkelauflösung, um eine bevorstehende

Das Problem einer Verhinderung einer Kollision 20 Kollision aus einer richtungskonstanten Information

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

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

blem ist besonders aktuell auf Grund der Einführung Grund schwerwiegender Beschränkungen, die sich

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

große Anzahl von Passagieren in jedem Flugzeug »5 die Antennenmaße, durch Abtastverluste, durch

aufnehmen können. Die Öffentlichkeit erwartet, daß Szintülation 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 schaffen. Man 30 Kollisions-Schutzsystem vorgeschlagen worden, bei hat jedoch erkannt, daß die Kapazität des herkömm- dem jedes Flugzeug im Kollisions-Schutznetz mit liehen Luftverkehrkontrollsystems (ATC) unter 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 puter, 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, in willkürlich ausgewählten Zeitintervallen, Luft zunehmen, so muß der Raum, der jedem Flug- um die Wahrscheinlichkeit von Zwischensignalen zeug zugeteilt wird, vergrößert werden. Befinden sich 40 herabzusetzen. Alle anderen Flugzeuge in dem aber mehrere Flugzeuge in der Luft, so erschöpft Kollisions-Schutznetz empfangen diese Information, sich der zur Verfügung stehende Luftraum, wobei und zwar sowohl über einen geradlinigen direkten als 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 jenige Maß, für das Bedürfnis besteht. empfangenen Signals ermöglichen dem empfangen-Wenn man die Position eines sich in der Luft be- den Flugzeug in Verbindung mit der Höhe des empfindenden Flugzeuges genauer bestimmen könnte, fangenden Flugzeugs und der Höhe des sendenden und 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 zeug nach Maßgabe dieser Informationen gesteuert in dem empfangenden Flugzeug errechnet wurden, werden könnte, so könnte auch der effektiv zur Ver- konnte zusätzlich die Emfernungsänderung errechnet fügung stehende Luftraum um ein Vielfaches ver- werden. Das Verhältnis Entfernung zur Entfernungsgrößert werden. 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 Kollisionsverlauf dar. Die den kann, so weisen doch die gegenwärtigen An- Wirksamkeit von Tau als eine Vorhersage für einen zeichen dahin, daß die erforderliche Genauigkeit und Kollisionsverlauf hängt davon ab, wie nahe sich Tau Flugzeugsteuerung dadurch nicht erreicht werden der wirklichen Zeit zur nächsten Annäherung (T) des kann. Eine praktische Lösung des Problems scheint sendenden Flugzeuges zum empfangenden Flugzeug daher im Ausstatten jedes Flugzeugs mit einer geeig- 60 annähert. Eine Analyse hat gezeigt und es ist auch neten Einrichtung zu liegen, um den Piloten vor auf diesem Gebiet gut bekannt, daß für große Werte einer drohenden, gefahrvollen Situation zu warnen, von Tau für große Entfernungen Tau eine gute An- und zwar hinsichtlich des nahen anderen Flugzeuges. näherung von T darstellt und gleich T ist, wenn die Das Ziel war seit vielen Jahren, ein unabhängiges Richtungen und Geschwindigkeiten der Flugzeugt Kollisions-Schutzsystem zu entwickeln, mit dessen 65 derart sind, daß ein tatsächlicher Zusammenstoß Hilfe ein damit ausgestattetes Flugzeug in der Lage eintreten kann. Auch wenn die relative Geschwindigsein würde, ohne jegliches äußeres Zutun zu bes«.^;m- keit zwischen den Flugzeugen groß ist, so stellt Tat men. wann eine Kollision mit einem anderen Flug- eine gute Näherung zu T, herab bis zu einem vor·

gegebenen Alarm-Schwellenwert von Tau, dar. Wenn sich jedoch die Flugzeuge auf einem leicht konvergierenden Kurs befinden, so daß die Entfernungsänderung klein ist, so wird Tau ziemlich groß und kann unter diesen Umständen nicht als ein richtiges Kriterium für den Verlauf angesehen werden. Ein ergänzendes Kollisionsverlauf-Kriterium, das auf einer minimalen Entfernung basiert, muß daher verwendet werden. Es sei daran erinnert, daß sowohl die Entfernungsänderung als auch die Entfernung zur Verfugung stehen, so daß eine vollständige Bewertung eines Kollisionsverlaufes vorgenommen werden kann. Zwei Probleme haben gezeigt, daß dieses System unpraktisch ist. Das erste ist darin zu sehen, daß mehrere aufeinanderfolgende Berechnungen der Entfernungen erforderlich sind, bevor eine Entfernungsänderung berechnet werden kann, und es muß eine vergleichsweise lange Zeit vom Zeitpunkt der ersten erhaltenen Kollisions-Schutznachricht verstreichen, bis der Computer eine Auswertung einer Kollisionsgefahr durchführen kann. In einer praktischen Ausrüstung waren nahezu 20 Sekunden für die Datenverarbeitung erforderlich, um die Entfernungsänderung zu errechnen. Das zweite Problem wird durch das kurze Zeitintervall aufgeworfen, das zwischen dem Empfang eines direkten Signals und des reflektierten Signals bei niedrigen Höhen auftritt, wodurch eine große Unsicherheit der Information hinsichtlich der Entfernung entsteht.

Eines der neuerlich vorgeschlagenen Kollisions-Schulzsysteme, das die besten Aussichten für die Schaffung eines praktischen Kollisions-Schutznctzcs hat, verwendet ebenso Tau und die Entfernungskriterien, wie zuvor ausgeführt wurde. Dieses System verwendet eine sogenannte Hauptzeittechnik, bei der jedes teilnehmende Flugzeug mit einer genau gehenden Uhr ausgerüstet ist, die mit allen in den anderen Kollisions-Schulzsystemen enthaltenen Uhren im Kollisions-Schutznetz synchronisiert ist und zusätzlich noch durch eine Hauptuhr synchronisiert ist. Ein Zeitabschnitt von 5 Sekunden wird hierbei in Zeitschlitze mit gleichem Abstand aufgeteilt, und jedem Flugzeug im Kollisions-Schutznetz wird ein gegebener Zeitschlitz zugeteilt. Nimmt man an, daß alle Uhren im Netz auf den Anfang des Zeitintervall synchronisiert sind, so senden alle sich in der Luft befindlichen Systeme gleichzeitig ein Startsignal zu Beginn dieses Intervalls. Danach, und zwar im zugeordneten Zeitschlitz, sendet ein Flugzeug Kollisions-Schutznachrichtcn. die Informationen über seine Höhenänderung und über seine Höhe beinhalten. Die Frequenz, auf der diese Nachrichten gesendet werden, wird in einer vorgegebenen Weise durch die Uhr gesteuert, so daß die Senderfrequenz alien anderen Flugzeugen bekannt ist und demnach eine Dopplerverschiebung der empfangenen Frequenz beim empfangenden Flugzeug ein Maß für die Entfernungsänderung des sendenden Flugzeugs hinsichtlich des empfangenden Flugzeugs darstellt. Zusätzlich, da der Zeitpunkt, in dem das sendende Flugzeug seine Sendung beginnt, bekannt ist, stellt der Zeitpunkt des Empfängern der Nachricht ein Maß für die Entfernung zwischen dem sendenden Flugzeug und dem empfangenden Flugzeug dar (USA.-Patcntschrift 3 341 812).

F.s ist festgesetzt worden, daß eine Periode von XOi) Mikrosckundcn /um Senden der Kollisions-Schutznachricht erforderlich ist. Das vorliegende zusammenwirkende System ist dazu bestimmt, vor einer drohenden Kollision zu warnen, und zwar auf eine Entfernung von 110 km. Wenn man jedoch bestimmte Bedingungen von Anlennenstörungen, Sendeleistung, Empfängeransprechempfindlichkeit usw. betrachtet, so wird das System wahrscheinlich auf Signale in einer Entfernung von 1100 km ansprechen, was der Strecke einer möglichen Sicht für zwei Flugzeuge in einer Höhe von 18 250 m entspricht. Die Wahrscheinlichkeit einer Beeinträchtigung auf Sichtweite wird daher zu einem sehr ernsten Problem, das bei der Festlegung eines praktischen Kollisions-Schutzsystems in Betracht gezogen werden muß, und zwar auch bei zusammenwirkenden Systemen, die auf der zuvor erwähnten Standardzeit-Frequenztechnik basieren. Normalerweise muß ein Zeitschlitz ausreichend lang sein, um eine Sendung von Koliisions-Schutznachrichten zu ermöglichen, plus der Laufzeit der Nachricht zu einem möglichen Empfänger. Diese ilOO-km-Sichtstrecke entspricht einer Laufzeit von nahezu 3,7 Millisekunden. Diese Zeit, addiert zu einer Nachrichtendauer von nahezu 800 Mikrosekunden, bedeutet eine Schlitzperiode von 4,5 Millisekunden, wenn benachbarte Schlitzbeeinflussungen zwischen Flugzeugen, die die zuvor erwähnte 1100-km-Sichtstrecke als Grenzwert aufweisen, ausgeschlossen werden sollen. Nimmt man eine Intervallperiode von 5 Sekunden an, so ist offensichtlich, daß nur 1100 dieser 4,5-MiIlisekunden-Schlitze in einem Hochfrequenzkanal untergebracht werden können. Es ist diese Zahl von Zeitschlitzen nicht nur ausreichend, um sich an das in der Zukunft geplante Flugliniennetz anzupassen, sondern es besteht nun auch noch die Gefahr einer Überbelastung bei bestimmten Bedingungen mit großer Verkehrsdichte, auch wenn man die Zeitschlitztechnik regional in besonderer Weise einsetzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung richtet sich auf die Schaffung eines zusammenwirkenden Flugzeug-Kollisions-Schutzsystems, indem eine Frequenz-Zeitmultiplex-Einrichtung die Kapazität des Systems insbesondere hinsichtlich einer möglichst kurzen erforderlichen Schlnzzeit erhöht.

Ausgehend von dem Kollisions-Schutzsystem der eingangs definierten Art, löst die vorliegende Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß jede Einheit ihre Kollisions-Schulznachricht jeweils auf einer ihrem Zeitschlitz zugeordneten, unterschiedlichen HF-Frequenz sendet, daß dieser Sender einen Oszillator beinhaltet, der durch von der Uhr erzeugte Signale gesteuert werden kann, und zwar in Übereinstimmung mit den Zeitschlitzen, um eine Vielzahl von bestimmten HF-Frequenzen zu erzeugen, daß weiter Sender-Gatterschaltungen 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 dei HF-Frequenzen fortlaufend und zyklisch den Zeitschlitzen zugeteilt sind, so daß benachbarten Zeitschlitzen unterschiedliche Frequenzen zutcilbar sind Die Erfindung richtet sich demzufolge auf die Schaffung einer Frequenz-Zeitmultiple\iechnik und auf eine Einrichtung, die es ermöglicht, die Kapazität in einem gegebenen Zeitbercich nahezu auf das Vierfache zu erhöhen. In diesem System wird die Schlitzperiode bestimmt durch die Nachrichten-Sendcdauci plus der maximalen I^anTzcit, und zwar gegcnübei der bekannten Nachrichtcnscndcdauer plus der maximalen, der Sichtweite entsprechenden !.aufzeit

Nimmt man somit eine Nachrichtendauer von 790 Mikrosekunden und eine Entfernung von 110 km an, über die die Nachricht übertragen werden soll, so braucht der Schlitz nur 790 Mikrosekunden für die Nachricht, plus 382 Mikrosekunden für die Entfernung von maximal 110 km zu sein, was bedeutet, daß eine Schlitzperiode von nur 1,172 Millisekunden erforderlich ist. Eine Beeinflussung benachbarter Schlitze entsprechend der Sichtweite wird eliminiert, indem man die Schlitzperiode entsprechend den Zeitschlitzen frequenzmäßig stuft, und zwar entsprechend vier festen Frequenzen zyklisch stuft, so daß eine der Frequenzen jedem von vier aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen zugeteilt wird und indem man dann das Programm für die nächsten vier folgenden Zeitschiitze wiederholt usw. Demnach würde der dem Sender 1 zugeteilte Schlitz auf einer Frequenz 1 gesendet werden„und alle Empfänger würden auf einer Frequenz 1 empfangen; der dem Sender 2 zugeordnete Schlitz 2 würde auf einer Frequenz 2 gesendet 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 senden, wobei sich ergibt, daß, wenn die Folge wiederholt wird, der Sender 5 auf der Frequenz 1, der Sender 6 auf der Frequenz 2 usw. senden. Diese Technik ermöglicht eine Gesamtschlitzzahl von 4250 Schlitzen in einem Zeitbereich von 5 Sekunden zu erreichen. Es sei erwähnt, daß das Zeitintervall, das erforderlich ist, um vier aufeinanderfolgende Zcitschlitze frequenzmäßig zuzuteilen, 4,688 Millisekunden beträgt 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 Kapa-7ität 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 Erfindung in der nun folgenden Beschreibung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Zeitdiagramm der Struktur der Kollisions-Schutznachricht nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer im Flugzeug eingebauten Station nach der vorliegenden Erfindung.

Aus Fig. 1 läßt sich entnehmen, daß die KoIIisions-Schutznachricht, die ein teilnehmendes Flugzeug in seinem Zeitschlitz sendet, aus einem 200-Mikrosekunden-Trägerfrequenzimpuls 10 besteht, der zur Bestimmung der Entfernungsänderung erforderlich ist. Die Vorderflanke des 200-Mikrosckunden-Dopplerimpulses, wenn dieser mit der Hauptuhr im empfangenden Flugzeug verglichen wird, sorgt für eine Bestimmung der Entfernung zum sendenden Flugzeug vom empfangenden Flugzeug aus. Eine Schutzzelt 12 von 170 Mikrosekunden ist hinter dem Dopplerimpuls vorgesehen, um den Bodeneinfluß zu eliminieren. Die Schutzzeit setzt sich aus 120Mikro-Sekunden für Flüge in 18 250 m Höhe plus 50 Mikrosekunden Rufzeit zusammen. Als nächstes wird ein Höhenänderungsimpuls 14, der 2 bis 4 Mikrosekunden lang ist, gesendet, dessen Vorderflanke hinsichtlich der Vorderflanke des Dopplerimpulses die

ίο Höhenänderung des sendenden Flugzeugs mitteilt. Tritt die Vorderflanke eines Höhenänderungsimpulses weniger als 400 Mikrosekunden nach der Vorderflanke des Dopplerimpulses auf, so zeigt sie eine abnehmende Höhe an, während eine 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

ao folgender Höhenänderungskode empfohlen:

Höhenänderung

Obis 610 m/Min.

610bis 1525 m/Min.

1525bis6100m/Min.

Bewert ungsfaktor

75 m/Min./nsec
150 m/Min./|isec
300m/Min./|isec

Abweichung der Impulsvorderflanke von 400 μβες

Obis 8(isec

9 bis 14(isec

15 bis 29 [isec

Als Beispiel liner Höhenänderungsbestimmung sei angenommen, daß ein Höhenänderungsimpuls 385 Mikrosekunden nach der Impulsvorderflanke eines Dopplerimpulses empfangen wird. Das bedeutet eine 15-Mikrosekunden-Abweichung von der 400-Mikrosekunden-Zeit. Die Höhe des sendenden Flugzeuges nimmt also ab, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 75 m/Min./|isec für die ersten 8 Mikrosekunden der Abweichung oder 610m Min. plus 150 m/Min./|isec für die nächsten 9 bis 14 Mikrosekunden der Abweichung oder 915 m'Min. plus 300 rn/Min./}!sec für die letzte Mikrosckunde der Abweichung, insgesamt also 1825 m/Min. Kine maxi-

*5 male Höhenänderung von 6100 m'Min. muß erwartet werden, so daß der Höhenänderungsimpuls innerhalb des Zeitintervalls von 370 bis zu 430 Mikrosekunden nach der Vorderflanke des Dopplerimpulscs eintreten sollte.

Dem Höhenänderungsimpuls folgt eine weitere Schutzzeit von 170 Mikrosekunden, und dieser folgt wiederum ein Höhenimpuls 18, der ebenso wie det Höhenänderungsimpuls 2 bis 4 Mikrosekunden lang ist. Die Lage der Vorderflanke des Höhcnimpulsci

hinsichtlich der Vorderflanke des Dopplerimpulscs gibt die Höhe des sendenden Flugzeuges an, wobei eine Höhe von 0 durch einen Impuls angezeigt wird der 600 Mikrosekunden nach der Schlitzzeit 0 beginnt. Der folgende Höhencode wird empfohlen·

Höhe	Bcwertungs- falctor	Abweichung der Impuh- vordcrflanke von üOO jjscc
OWs 6100m 6100bisl5 25Om 15 250 bis 30 500 m	75 m'nsec 150m/nscc 300 nv'nsec	Obis 80,isei 81 bis 140 us« über 140 jise

209638/29

ίο

Errechnet man die Höhe des sendenden Flugzeuges wird durch die Höheninformation festgesetzt, die aus in derselben Weise, wie die Höhenänderung berech- dem Höhenmesser 42 erhalten wird, während die net wird, so zeigt ein Höhenimpuls, dessen Vorder- Vorderflanke des Höhenänderungsimpulses durch die flanke bei 750 Mikrosekunden auftritt, eine Höhe Höhenänderungsinformation festgelegt wird, die von 6U)Om plus 9150m plus 3000 m, insgesamt also 5 vom Höhenmesser geliefert wird, der in geeigneter 18 250 m an. Die Flugzeughöhen unter 30 500 m Weise ein Doppler-Höhenmesser ist und sowohl müssen zwischen 600 und 790 Mikrosekunden nach Höhen- als auch Höhenänderungssignale erzeugt. Die der Vorderflanke des Dopplerimpulses auftreten. Der Ausgangsspannung des Gatters 32, die die Träger-Zeitschlitz dauert noch weitere 382 Mikrosekunden, frequenz darstellt, wird damit moduliert und dann was der Laufzeit für eine Entfernung von etwas io über die Antenne 40 gesendet,
mehr als 110 km entspricht. Man sieht, daß die Der Empfängsteil der Einheit besteht aus den Os-Schlitzperiode 1172 Mikrosekunden beträgt, bei zillatoren 54, 56, 58 und 60, deren Ausgangsspanderen Ende die Frequenz geändert wird, um eine nungen jeweils den UND-Gattern 62, 64, 66 und 68 Beeinflussung benachbarter Schlitze entsprechend zugeführt werden. Die UND-Gatter im Empfangsteil der Sichtweite zu eliminieren. 15 werden durch dieselben ÖfTnungsimpulse erregt, die

Obwohl gezeigt wurde, daß vier Frequenzen auch die UND-Gatter im Sendeteil erregen. Die

optimal sind, so kann eine unterschiedliche Nach- Gatter 22 und 62 werden gleichzeitig erregt und ir

richtdauer eine andere Zahl an Frequenzen erforder- ähnlicher Weise die Gatter 24 und 64· die Gatter 26

lieh machen. ^ur>d 66, und ebenso werden die Gatter 28 und 68

Es sei wiederholt, daß einem Flugzeug nur ein 10 gleichzeitig erregt.

Zeitschlitz in einem zyklischen Intervall, das nahezu Die Kollisions-Schutznachrichten werden mit Hilfe 5 Sekunden lang ist, zugeteilt ist, und daher jedes der Antenne 50 empfangen und an den Mischer 52 Flugzeug seine Kollisions-Schutznachricht einmal gegeben. Nimmt man an, daß die empfangene Nachalle 5 Sekunden sendet. Da jedoch alle eine drohende rieht die Frequenz /, hat, so wird, da alle Uhren in Kollision bestimmenden Faktoren durch eine einzige 35 dem System synchronisiert sind, die Leitung 30/1 Kollisions-Schutznachricht bestimmt sind, beträgt die erregt und die Gatter 22 und 62 geöffnet. Die Oszilmaximale Zeit, die zur Auswertung einer Kollisions- latorfrequcnz /, gelangt durch das Gatter 62 und gefahr erforderlich ist, nachdem ein eindringendes wird mit der empfangenen HF-Frequenz Z₁ in dem Flugzeug in den Nachrichtenbereich eines empfan- Mischer 52 gemischt, und die sich ergebende Zwigenden (geschützten) Flugzeuges gelangt, 5 Sekun- 30 schenfrequenz wird in dem ZF-Verstärker 53 verden, und zwar dort, wo der Eindringling sofort nach stärkt und dann an den Dekoder 74 gelegt. Zusatz-Beendigung seines zugeteilten Zeitschlitzes in den lieh wird die Vorderflanke des empfangenen Dopplet-Nachrichtcnbereich gelangt. impulses mit dem Beginn des Zeitschlitzes verglichen.

In Fig. 2 ist ein HF-Oszillator mit 20 bezeichnet, dessen zeitliche Lage durch die Uhr30 festgelegt und dieser ist in geeigneter Weise ein Frequenz- 35 wurde, und wird über die Leitung 74 Λ dem Dekoder normal, und er stellt einen Teil des Senders einer zugeführt, um die Entfernung zwischen dem senden-Einheit in einem Kollisions-Schutzsystem dar und den und dem empfangenden Flugzeug festzustellen, erzeugt vier HF-Trägerfrequenzen /,, /₂, /.,, /₄, die in während die Vorderflanken des Höhenimpulses und einem Kollisions-Schutznetz in geeigneter Weise ver- des Höhenänderungsimpulses mit der Vorderflanke wendet werden können. Die HF-Frequenzen werden 40 des empfangenen Dopplerimpulses verglichen werjeweils an Gatter 22, 24, 26 und 28 angelegt. Eine den, um die Höhe des sendenden Flugzeugs und die Uhr 30, die geeignete Zählkreise und eine steuerbare Höhenänderung zu erhalten. Der Dekoder 74 enthält Caesiuin-Aiomuhr enthält, wobei letztere mit aiien einen phasemdiiebcndcn Quaizuiskrimiiiator, um anderen Uhren in dem Kollisions-Schutznetz syn- die Phasenverschiebung des empfangenen Dopplerchronisieri ist, führt dem HF-Oszillator 20 eine Be- 45 impulses und somit die Lntfernungsänderung des zugsfrequenz zu, um die Ausgangsfrequenzen des sendenden Flugzeuges zu bestimmen. Zusätzlich ent-HF-Os/illators genau zu steuern, und erzeugt zusatz- hält der Dekoder in geeigneter Weise drei Zähler, lieh aufeinanderfolgende toröffnende Impulse auf den deren erster zum Zählen getriggert wird, und zwar Leitungen 30/1, 30 B, 3OC und 3OD. Jeder tor- auf Grund des Starts der Einheit beim Erzeugen des öffnende Impuls besitzt eine Zeitdauer, die gleich 5° Zeitschlitzsignals, das von der Uhr über die Leitung der Zeitdauer eines Zeitschlitzes ist. Die Ausgänge 74/4 zugeführt wird, und wird durch die Vorderder Galter 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-Gatter 32 gelangt, das durch einen und dritten Zähler zum Zählen triggcrt. 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 eine» Zeitschlitzcs, 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 Hinheit zugeteilt ist. Die durch das Gatter 32 gelan- 60 der Höhe proportional sind, während das Signal am gendc Trägerfrequenz wird im Verstärker 33 ver- Ausgang des phasenschiebenden Diskriminator der stärkt und dann einem Impulspositionsmoilulator 38 Entfernung des empfangenden vom sendenden Flugzugeführt, fileichzeitig 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 tang 30/·" dem Impulspositionsmodulator 38 zu dem 65 Leitung 300 erregt, so daß die Gatter 24 und 64 geZweck zugeführt, die Doppler-, Höhen- und Höhen- öffnet sind. Wenn eine Kollisions-Schutzeinheit, die ändcrungsimpulse hinsichtlich der Schlitzzeit 0 zu diesem Zeitschlitz zugeordnet ist, ihre Nachrichten positionieren. Die Vorderflanke des Höhenimpulses sendet, werden diese Nachrichten an der Antenne 50

empfangen und mit der Oszillatorfrequenz /₂ des Empfängers gemischt. Die Mischprodukte werden dem Dekoder 74 zugeführt, um so die Kollisions-Schutzinformation hinsichtlich des empfangenden Flugzeuges zu erzeugen, und das Flugzeug sendet dann seine eigene Kollisions-Schutzinformation. Die Oszillatorfrequenzen sind natürlich zueinander um einen Betrag versetzt, der ausreichend ist, den ZF-Ausgang des Mischers 52 konstant zu halten. Die Oszillatoren werden mit Hilfe eines Bezugssignals stabilisiert, das von der Uhr geliefert wird.

Die Ausgänge des Dekoders 74, nämlich die Entfernung des eindringenden Flugzeuges, die Entfernungsänderung, die Höhe und die Höhenänderung, werden in den Kollisionsgefahr-Computer 76 eingespeist, der die empfangenen Informationen auswertet und dem Piloten ein Manöverkommando gibt, wenn er feststellt, daß eine Kollisionsgefahr besteht. Wie schon ausgeführt wurde, kann die Kollisionsgefahr aus Tau und der Entfernung abgeschätzt bzw. ausgewertet werden. Um unnötigen Manöveralarm zu vermeiden und um zu entscheiden, welche Art Manöverkommando angegeben werden soll, wenn eine Kollisionsgefahr besteht, vergleicht der Kollisionsgefahr-Computer 76, nachdem er festgestellt hat, daß Tau oder die Entfernung als Kriterien angeben, daß eine Kollisionsgefahr besteht, die Höhe des eindringenden Flugzeuges und die Höhenänderung mit der Höhe und der Höhenänderung des eigenen Flugzeugs, um weiter zu bestimmen, ob sich nach der vorhergesagten Zeit der größten Annäherung das eindringende Flugzeug innerhalb eines vorherbestimmten vertikalen Abstands zum eigenen Flugzeug befindet. Wenn dieses zusätzliche Kriterium ebenso in Betracht gezogen wurde, so daß das eindringende Flugzeug sich innerhalb des vertikalen Sicherheitsah itandes zum eigenen Flugzeug zumZeitpunkt der größten Annäherung befindet, so wird das Manöverkommando gegeben. Drei grundlegende Manöverkommandos wurden vorgeschlagen:

1. Steigen/ Fallen,

2. die Höhe beibehalten,
3. Abfangen,

4. in gleichmäßigem Flug zurückkehren.

Die Betriebsweise und konstruktiven Details des Kollisions-Schutzcomputers sind nicht Gegenstand

ao der vorliegenden Erfindung, und dieser Computer ist nur gezeigt, um die Art und Weise darzulegen, in welcher die abgeleitete Entfernung, Entfernungsänderung, die Höhe und die Höhenänderungssignak mit der Höhe des eigenen Flugzeugs und der Höhenänderung verbunden werden können, um die Wahrscheinlichkeit einer Kollision und das erforderliche Ausweichmanöver zu bestimmen, um diese Wahr scheinlichkeit zu vermindern.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kollisions-Schutzsystem für Flugzeuge zum Senden und Empfangen von Kollisions-Schutznachrichten zwischen individuellen, sich in der Luft befindlichen Einheiten dieses Systems, wobei jede dieser Einheiten einen Sender zum Senden einer Kollisions-Schutznachricht während eines diesen Einheiten in einem Zeitabschnittsystem zugeteilten Zeitschlitzes enthält und diese Einheiten einen Empfänger zum Empfangen aller gesendeten Kollisions-Schutznachrichten und eine Uhr zum Zählen und Zeitsteuern dieser Zeitschlitze beinhalten und die Uhr mit allen anderen Systemuhren synchronisiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit ihre Kollisionsschutznachricht jeweils auf einer ihrem Zeitschlitz 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 (/,, /₂, /₃, /₄) 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-Frequenzen (J₁, f_t, /_s, /₄) fortlaufend und zyklisch den Zeitschlitzen zugeteilt sind, so daß benachbarten Zeitschlitzen unterschiedliche Frequenzen zuteilbar sind.

2. Kollisions-Schutzsystem nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit eine Einrichtung (20) zum Erzeugen von Signalen (18, 14) enthält, die jeweils korrelativ zur Höhe und Höhenänderung des eigenen Flugzeugs sind, daß Schaltmittel (38) auf die Höhen- und Höhenänderungssignale (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 airprechen, um eine Vielzahl von Oszillatorfrequenzen zu erzeugen, daß jede der Oszillatorfrequcnzen einer der HF-Frequenzen (/,, /₂, /j, /₄) zugeordnet ist und daß das Mischprodukt irgendeiner Oszillatorfrequenz mit ihrer zugeordneten HF-Frequenz gleich der Zwischenfrequenz der Einheit ist, daß Empfänger-Gatterschaltungen (62, 64, 66, 68) auf die Uhrsignale ansprechen, um eine vorherbestimmte Frequenz aus den Oszillatorfrequenzen während jedes Zeit-Schlitzes auszuwählen, daß eine Antenrs (50) zum Empfangen der Kollisions-Schutznachrichten vorgesehen ist, daß ein Mischer (52) an die Antenne (50) und die Empfänger-Gatterschaltungen (62, 64, 66, 68) zum Erzeugen des Mischproduktes der ausgewählten Oszillatorfrequenz und der empfangenen Signalfrequenz angeschlossen ist, daß Dekoderschaltungen (53; 74) an den Mischer (52) angeschlossen sind, um Kollisions-Schutznachrichten aus den Mischprodukten zu gewinnen.

4. Kollisions-Schutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Senderoszillator

(20) vier bestimmte HF-Frequenzen (Z₁* /₄, /₃, /₄) erzeugt und daß die Empfangs-Oszillatoren (54, 56, 58, 60) vier zugeordnete Oszülatorfrsqueiüzen erzeugen.

5. Kollisions-Schutzsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Gatterschaltung 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 HF-Freqüenz zugeteilten Zeitschlitzes dient und daß ein zweites Gatter. (32) auf die Uhrsignale anspricht und als Eingang die HF-Frequenz aufweist, die durch die ersten Gatter (22, 24, 26, 28; 31) hindurchgelassen wurde, um die der 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 Höhenänderungssignale ansprechende Modulator (38) die 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 Kollisions-Schutznachricht einen Dekoder (74) zum Gewinnen der Entfernungs- und Entfemungsänderungsinformationen der sendenden Einheit im Hinblick auf die empfangende Einheit von einem empfangenden Dopplerimpuls enthält und um eine Höheninformation und eine Höhenänderungsinformation der sendenden Einheit jeweils aus dem Höhenimpuls (18) und dem Höhenänderungsimpuls (14) zu beziehen.

7. Kollisions-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 Höhenänderungsimpuls (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 Höhenänderungsimpuls (14) die Kollisions-Schutznachrichten darstellen.

8. Kollisions-Schutzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekoder (74) Schalteinrichtungen zum Messen der Zeit vom Start eines Zeitschlitzes zum Empfang des Dopplerimpulses (10) einer empfangenen Kollisions-Schutznachricht beinhaltet, um die Entfernung der die Kollisions-Schutznachricht sendenden Einheit zu bestimmen, daß Mittel zum Messen der Zeit von der Vorderflanke des empfangenen Dopplerimpulses (10) bis zur Vorderflanke des Höhenänderungsimpulses (14) dieser Messung verwendet sind, um die Höhenänderung der die Nachrichten sendenden Einheit zu bestimmen, daß Mittel zum Messen der Zeit von der Vorderflanke des empfangenen Dopplerimpulses (10) bis zur Vorderflanke des Höhenimpulses (18) vorgesehen sind, um die Höhe der sendenden Einheit zu bestimmen, und daß Schaltmittel zur Bestimmung der Frequenzverschiebung des empfangenen Dopplerimpulses (10) hinsichtlich der zugeteilten Frequenz für den auftreten-

1312 999

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

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

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

Systems Hegt in erster Linie in dem Gedanken be-

5 gründet, daß das ausgerüstete Flugzeug sieht selbst

schützen kann, ohne sich darauf verlassen zu müssen,

Die Erfindung betrifft ein Kolüsions-Schutzsystem daß alle Flugzeuge in der Luft in geeigneter Weise

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

Kollisions-Schutznachrichten zwischen individuellen, erkauft werden, wo sie erforderlich ist, ohne daß

sich in der Luft befindlichen Einheiten dieses Systems, io andere Flugzeuge so ausgerüstet sein müssen. Ein

wobei jede diese* Einheiten einen Sender zum Senden vorgeschlagenes unabhängiges und unabhängig arbei-

einer Kollisions-Schutznachricht während eines die- tendes System enthält einen Computer, der eine

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

teilten Zeitschlitzes enthält und diese Einheiten einen Entfernungsinformation vorhersagt, die er über ein

Empfänger zum Empfangen aller gesendeten Kolli- 15 genaues Radarsystem für kurze Entfernungen erhält.

sions-Schutznachrichten 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