DE1917140A1 - Kollisionswarnsystem - Google Patents

Description

Mc DONNELL DOUGLAS CORPORATION, St. Louis, Missouri/USA

Kollisionswarnsystera

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kollisionswarnsystem für Plugzeuge und andere bewegte Objekte mit innerhalb jedesFlugzeugs angeordneten Kollisionswarneinheiten, die beim Auftreten von Kollisionsgefahren Warnsignale abgeben.

Durch die zunehmende Anzahl und Geschwindigkeit von in der Luft befindlicher militärischer, kommerzieller und privater Flugzeuge ergibt sich eine immer größere Notwendigkeit, Kollisionswarnsysteme vorzusehen, um die insbesondere innerhalb der Luftkorridore vorhandene Gefahr von Flugzeugkollisionen zu vermeiden.

-2-

00 9841/081-8

^ßAD

Die meisten bekannten Kollisionswarnsysteine (siehe beispielsweise USA-Patentschrift 3 2^0 869) sind relativ kompliziert und somit insbesondere zur Verwendung in relativ billigen Privatflugzeugen zu teuer. Fernerhin arbeiten die größeren komplizierteren KollisionswarnsysteiK, die in zunehmendem Maße bei größeren kommerziellen Flugzeugen Verwendung finden, mit Hilfe einer genauen Zeitsynchronisation zwischen allen Kollisionswarneinheiten. Demzufolge besteht die Möglichkeit, daß derartige Kollisionswarnsysteme Störungen ausgesetzt sind.

Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, ein relativ billiges und störunanfälliges Kollisionswarnsystem zu schaffen, das.keine zeitliche Synchronisation zwischen den einzelnen Kollisionswarneinheiten benötigt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch, erreicht, daß jede Kollisionswarneinheit folgende Einrichtungen enthält:

a) einen Sender,

b) einen Empfänger,

c) einen üendegenerator, der Signale lait einer bestimmten Sendefrequenz erzeugt,

d) einen Modulationskreis, der jedes ausgesandte Signal entsprechend der Höhe des sendenden Flugzeugs moduliert,

e) eine ernpfängerseitige Vergleichseinrichtung, die einen Höhenvergleich unter Verwendung der von anderen l'lugzeugen empfangenen, höhenmodulierten Signale herstellt,

f) eine empfängerseitige Frequenzmeßeinrichtung, die eine Änderung des Abstandes des "fragenden" und "antwortenden" Plugzeugs feststellt,

g) einen Antwortsignalgenerator, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den Zeitpunkt der, Erapfangs des von dem "fragenden" Flugzeug ausgesandten iVagesignals

-3-

009841/0918

SADORiGINAt

ein Antwortsignal abgibt, sobald ein Zustand gleicher Höhe und eine Verminderung des Abstandes eintritt,

wodurch das "fragende Flugzeug" den zu einem Zeitpunkt in der Zukunft wahrscheinlichen Abstand feststellen kann.

Das Kollisionswarnsystem gemäß der Erfindung ist demzufolge sowohl hinsichtlich der Konstruktion als auch des Betriebes relativ billig und einfach und erzeugt innerhalb vorgegebener Genauigkeits- und Zuverlässigkeitsgrenzeη beim Auftreten einer Kollisionsgefahr Warnsignale. Dieses Kollisionswarnsystem beseitigt demzufolge die Begrenzungen und Nachteile vorhandener Kollisionswarnsysteme und ermöglio-ht eine weitere Verbreitung von KollisionswarngerRten - insbesondere für Besitzer von relativ kleinen Privatflugzeugen. Aufgrund der erfindungsgemäßen Konstruktion ergeben sich relativ genaue und zuverlässige Warnungen bei möglichen Kollisionen zwischen bewegbaren Objekten, wobei keine zeitliche Synchronisation zwischen den einzelnen Kollisionswarngeräten notwendig ist. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem weist sich ferner dadurch aus, daß alle einzelnen Kollisionswarngeräte auf derselben Frequenz arbeiten.

Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem weist Einrichtungen auf, die den Zustand einer möglichen Kollisionsgefahr feststellen. Ferner sind Vergleichseinrichtungen vorgesehen , um die von einem anderen Kollisionswarngerät empfangenen Informationen zu vergleichen, damit festgestellt werden kann, ob eine Kollisionsgefahr vorliegt. Aufgrund der Tatsache, daß die Laufzeit der Signale proportional zu der Entfernung zwischen relativ bewegbaren Objekten ist, besteht die Möglichkeit, diese Signale zur Schätzung der Entfernung zwischen den Objekten zu einem zukünftigen Zeitpunkt zu verwenden.

-4-

009841/0918

'ORIGINAL

Da das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem asynchron arbeitet, müssen die verschiedenen, in den Flugzeugen eingebauten Kollisionswarngeräte zeitlich nicht miteinander synchronisiert werden, so wie dies bei bekannten Kollisionswarnsystemen notwendig ist. Das er- _ findungsgemäße asynchrone Kollisionswarnsystem ist ferner wesentlich einfacher und billiger als synchrone-Kollisionswarnsysteme, welchen es durchaus verträglich eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann somit als Reservesystem für komplizierte Kollisionswarnsysteme, verwendet werden. Ferner kann dadurch die Anzahl der mit derartigen Kollisionswarngeräten versehenen Flugzeuge erhöht werden, wodurch sich-eine bessere Kolli^""™"'" sionsverhütung ergibt. . "" ■-■

Eine vorteilhafte Aus führung s form der Erfindung -ist= ^ „ dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum nach Vorwärtsschieben des Zeitpunktes der Aussendung eines Antwortsignals in bezug auf einen festen Zeitpunkt nachdem Empfang eines von dem "fragenden Flugzeug" ausgesandten Signals um einen der Annäherungsgeschwindigkeit des Flugzeuges proportionalen Faktor vorgesehen ist, so daß der Zeitpunkt des Eintreffens .eines Empfangssignals bei dem "fragenden Flugzeug" eine durch das "fragende Flugzeug" vox'genomrnene Schätzung des zwischen den Flugzeugen zu einem zukünftigen Zeitpunkt vorhandenen Abstandes und damit der Kollisionsgefahr erlaubt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigen:

■-5-0098 41/0918

Pig. 1 ein Blockdiagramm des erfindungsgemäßen asynchronen Kollisionswarnsysteras und

Pig. Ί± eine zeitliche Darstellung der Aussendung und Empfang von Signalen mit dem erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystem gemäß Fig. 1 versehenen Flugzeugen.

Im folgenden soll auf die Zeichnung - insbesondere Fig. 1 - Bezug genommen werden, in welcher eine Kollisonswarneinheit 10 dargestellt ist, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystems verwendet wei'den kann. Die Kollisionswarneinheit 10, die in jedem der an dem KoI-lisionswarnsystem angeschlossenen Flugzeugen eingebaut werden, muß, sendet und empfängt periodisch auf derselben Frequenz Kollisionswarnsignale. Das KolLisionswarngerät 10 ist aus Einfachheitsgründen in Form eines Blockdiagramms dargestellt, wobei die einzelnen Blöcke Stromkreise und Schaltungselemente bekannter Konstruktion enthalten können.

Das erfiridungsgemäße Kollisionswarnsystem besteht aus einer Mehrzahl von miteinander zusammenarbeitenden ähnlichen Kollisionseinheiten 10, die periodisch Fragesignale aussenden. Diese Signale werden innerhalb eines bestimmten Bereiches von den anderen Kollisionswarneinheiten empfangen, wobei jede Erapfangseinheit diese Fragesignale prüft, um festzustellen, ob ein Antwortsignal ausgesandt werden soll. Die Prüfung der Fragesignale wird in doppelter Hinsicht d.h. im Hinblick auf die Höhe und die Entfernung - durchgeführt. Um dies zu erreichen, wird jedes ausgesandte Fragesignal kodiert, um die Höhe der sendenden Flugzeuge anzuheben, wobei jede Enipfangseinheit die Höhe jedes empfangenen Antwortsignals feststellt und diese dekodierte

009841/0918

Höhe mit der eigenen Höhe vergleicht, um festzustellen, ob sich das fragende Flugzeug in oder im Bereich derselben Höhe als das Empfangsflugzeug befindet. Bevor ein Antwortsignal ausgesandt wird, muß demzufolge festgestellt werden, daß das Sende- und Empfangsflugzeug in oder im Bereich derselben Höhe sich befindet.

Jedes Empfangssignale empfangendes Flugzeug weist " ebenfalls Einrichtungen zur genauen Messung der Frequenz jedes empfangenden Fragesignals auf, um festzustellen, ob eine durch den Dopplereffekt bewirkte Frequenzverschiebung vorliegt. Die Größe und Richtung dieser Frequenzverschiebung wird dazu verwendet, um festzustellen, ob die Sende- und Empfangsflugzeuge sich einander nähern, entfernen b<:W. in etwa gleichem Abstand zueinander verbleiben. Wenn festgestellt wird, daß die Flugzeuge sich auf derselben Höhe befinden und einander nähern, wird innerhalb des antwortenden Flugzeugs ein Stromkreis erregt, so daß ein Antwortsignal zurück zu dem fragenden Flugzeug gesandt wird. Dadurch kann innerhalb des fragenden Flugzeugs festgestellt werden, ob zwischen den beiden Flugzeugen ein genügend großer Abstand vorhanden ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird innerhalb der .Führerkanzel ein geeignetes Warnsignal ausgelöst. Die einander sich nähernden Flugzeuge senden zu genau festgelegten Zeiten Antwortsignale in bezug auf die Fragesignale aus, so wie dies im folgenden noch erörtert sein soll. Wenn beispielsweise Flugzeuge gewissen Bedingungen genügen - einschl. sich näherkommen dann wird das Antwortsignal vor einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Empfang des Fragesignals ausgesandt. Bei kommerziellen Flugzeugen wird dieses Antwortsignal um einen Betrag in etwa einer 4-ü Sekundenextrapohetion der

-7-

0 0 9 8 A1/0 918

AbstandsVerkürzung dividiert durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeitskonstante - d.h. Lichtgeschwindigkeit gegenüber einem vorgegebenen Zeitpunkt früher ausgesandt. In anderen Worten, jedes antwortende Flugzeug gibt ein Antwortsignal, das gegenüber einem vorher festgelegten, bei Null-Doppelverschiebung auftretenden Betrag proportional zur Annäherung vorverschoben ist. Demzufolge erlaubt das fragende Flugzeug ankommende Antwortsignale eine Schätzung des zu einem zukünftigen Zeitpunkt voraussicntlich vorhandenen Abstand zwischen den beiden Flugzeugen.Diese Abstandsvoraussage wird als Basis zur Feststellung verwendet, ob eine Kollisionsgefahr existiert; Eine Kollisionswarnung wird beispielsweise angezeigt, sobald das Antwortsignal zu einem Zeitpunkt eintritt, der vermuten läßt, daß in 40 Sekunden der Abstand zwischen den Flugzeugen weniger als 1 Meile beträgt. Diese Meile entspricht ungefähr 12 MikroSekunden in bezug auf eine gemessene Zeitverzögerung T , so wie dies noch erklärt werden soll. Wenn das andere Flugzeug sich jedoch nicht annähert, sondern ungefähr im selben Abstand bleibt - so wie dies durch eine Nulldoppler'sch-ift angezeigt ist - dann wird das Antwortsignal nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach dem Eintreffen der führenden Kante des Fragesignals abgegeben. Wenn sich hingegen andere Flugzeuge wegbewegen, dann wird kein Antwortsignal ausgesendet.

Entsprechend Fig. 1 weist die Kollisionswarneinheit 10 einen mit einer Sendeantenne 14 verbundenen Sender 12, sowie einen Schwingzählkreis 1b auf, dessen Ausgangssignal in einem Vervielfacherkreis 18 vervielfacht wird. Das Ausgangssignal des Vervielfacherkreises 18 stellt ein stabilisiex'endes Hochfrequenzsignal dar, das dem Sender- 12 zur

009841 /0918

Aussendung an die anderen Kollisionswarneinheiten 10 übermittelt wird.

Der Schwingzählkreis 16 erzeugt fernerhin weitere Ausgangssignale, die einem Kollisionszustände prüfenden Fragekreis 20 zugeführt werden, welcher ebenfalls von einer druckempfindlichen Einrichtung 24 Höhenkodierungskreis 22 Signale empfängt. Die entsprechend der Höhe kodierten Ausgangssignale des Höhenkodisserungskreises 22 werden dazu verwendet, die von dem Flugzeug ausgesandten Fragesignale zu kodieren. Die Kreise 16, 20 und 22 erzeugen somit ein Videoausgangssignal, das eine Höheninformation enthält. Bie Ausgangssignale des Fragekreises 20 werden daraufhin einem Modulatorkreis 26 zugeführt, der die von dem Sender 12 ausgesandten HF-Ausgangssignale steuert bzw. moduliert.

Im folgenden soll auf Fig. 2 Bezug genommen werden, in welcher entlang der mit "fragendes Flugzeug" bezeichneten horizontalen Zeitachse ein Block 28 auftritt, der der Signalumhüllenden eines von dem Sender 12 ausgesandten Fragesignals entspricht. Dieses Fragesignal 28 weist eine ■ bestimmte Systemfrequenz und eine festgelegte Zeitdauer beispielsweise 200 MikroSekunden - auf. Das iragesignal muß lange genug andauern, damit ein.diese Signale empfangendes Flugzeug zur Feststellung einer Doppelschift die Frequenz desselben genau feststellen kann.

Nach der rückwärtigen Flanke des Blockes 28 tritt ein weiterer Block 30 auf, der einem Signal entsprechend der Höhe des Flugzeuges entspricht. Der Abstand zwischen den Signalblöcken 28 und 30 ist proportional zur Höhe des

009841 /0-9 18

"fragenden Flugzeugs". Die Signalblöcke 28 und 30 werden mit derselben Frequenz ausgesandt, wobei die Dauer und zeitliche Anordnung der Blöcke 28, 30 durch einen Modulatorkreis 26 gesteuert ist, der wiederum durch die Kreise 1b, 20 und 22 gesteuert ist. Es sei erwähnt, daß jedes ausgesandte Fragesignal einzig und allein durch Einrichtungen innerhalb des "fragenden Flugzeugs" gesteuert ist, wobei keine Auße&nformationen für die Abgabe dieser Signale notwendig ist. Die Fragesignale können ferner zu be- ■ liebigen Zeiten und ohne genaue zeitliche Festlegung ausgesandt werden, wobei die Aussendung dieser Signale nicht von außen her eintreffenden Informationen abhängt. Demzufolge ist jedes, mit einem derartigen Kollisionswarngerät versehene^Flugzeug unabhängig voneinander für die Erzeugung und Äüssendung von Informationen enthaltenden Fragesignalen, mittels welchen andere Flugzeuge eine anfängliche Überprüfung zur Feststellung der Notwendigkeit der Aussendung eines Antwortsignals durchführen.

Jedes derartige Fragesignal empfangende Flugzeug muß mit einer Kollisionswarneinheit entsprechend der Kollisionswarneinheit 10 versehen sein, wobei zusätzlich zu den bereits beschriebenen Elementen eine Empfangsantenne 32 und ein Empfangskreis 34 vorgesehen sind. Jeder auf dieselbe Systemfrequenz abgestimmte Empfängerstromkreis weist eine Einrichtung zur Bestimmung der Höhe des "fragenden Flugzeugs" sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Entfernung durch Messung der Dopplerfrequenzverschiebung auf. Der Empfangskreis 3^ gibt Ausgangssignale ab, die einem Signalprüfkreis 36 und einem Diskriminatorkreis 38 zugeführt werden.

-10-

009841 /0918

- ίο -'

Der Signalprüfkreis 36 erzeugt beim Empfang jedes Fragesignals zwei Ausgangssignale, wobei eines dieser zu einem feststehenden Zeitintervall in bezug auf die Zeit des Empfangs des Fragesignals und das andere proportional zur Höheninformation entsprechend dem dekodierten empfangenen Frage signals abgegeben wird.- Der Diskriminatorkreis 38 spricht auf die Frequenz jedes empfangenen Signals an und erzeugt ein Ausgangssignal, das proportional zur festgestellten Dopplerfrequenzverschiebung ist. Dieses Dopplerfrequenzsignal wird von dem Diskriminatorkreis dem Fragesignalsteuerkreis 20 zur weiteren überprüfung zugeleitet. Sobald die Dopplerverschiebung eines empfangenen Fragesignals anzeigt, daß der Abstand zwischen dem "fragenden" und dem diese Signale empfangenden Flugzeug abnimmt - d.h. die Flugzeuge sich einander nähern — und sobald ein Vergleich der Höhen der beiden Flugzeuge anzeigt-, daß sie inn-erhalb festgelegter Gr-enzen in etwa auf derselben Höhe fliegen, dann erzeugt der Frage signals teuerkre is 2<J · ein Ausgangssignal. Dieses Signal wird dem Modulatorkreis 26 zugeführt, so daß ein moduliertes Antwortsignal ausgesendet wird, aus welchem das "fragende Flugzeug" genau festlegen kann, ob eine Kollisionsgefahr vorliegt, bo wie dies bereits erwähnt worden ist, ist der Zeitpunkt der Übertragung des Antwortsignals für den Betrieb des asynchronen Kbllisionswarnsystems äußerst wichtig, da dadurch das "fragende Flugzeug" den zukünftigen Abstand zwischen den beiden Flugzeugen festlegen kann. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Stromkreis wird der Zeitpunkt der Übertragung des Antwortsignals invers relativ zu einem willkürlich gewählten, der Nulldopplersehift entsprechenden Zeitpunkt verzögert. Diese je nach den Umständen verschieden große Verzögerung soll in dem folgenden für bestimmte Situationen beschrieben werden.

-11-009841/0918

Anhand von Fig. 2 ergibt sich, daß die Frageimpulse 28 und 30 zu einem bestimmten Zeitpunkt* von dem 'kitwortenden Flugzeug" empfangen werden, wobei dieser Zeitpunkt in bezug auf die Aussendung dieser Signale von dem Abstand des "fragenden" und "antwortenden¹* Flugzeugs abhängt. Die Verschiebung entspricht dem Ausdruck R und C, wobei R der Abstand zwischen den Flugzeugen ist und C der Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen - d.h. der Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn die beiden Flugzeuge in etwa in derselben Entfernung bleiben - sowie dies durch eine Nulldopplerschift angedeutet wird - dann sendet das "antwortende Flugzeug" sein Antwortsignal zu einem festgelegten Zeitintervall T , welches von der führenden Kante des empfangenden Fragesignals gemessen wird. Wenn jedoch die innerhalb des "antwortenden Flugzeug "' festgestellte Dopplerschift anzeigt, daß die Flugzeuge sich annähern, dann sendet das "antwortende Flugzeug" sein Antwortsignal zu einem Zeitpunkt, der vor dem Zeitpunkt T liegt. Die Größe dieser Zeitdifferenz entspricht zweimal dem Produkt der Abstandsveränderung R mal einer willkürlich gewählten warnzeit R, die - wie dies bereits erwähnt worden ist - bei kommerziellen Flugzeugen 40 Sekunden dividiert durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit C ist. Diese Beziehung kann durch, die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

τ ₌ 2RT
¹E C

Es erscheint wichtig festzustellen, daß diese Zeitverschiebung Τ.- von einer willkürlichen Zeit T des "ant-

. Vi W

wortenden Flugzeuges" und nicht von dem "fragenden Flugzeug" gemessen ist. Dies ermöglicht dem "fragenden Flugzeug" eine einfache Maßnahme vorzunehmen, um den Abstand

-12-

0 09841/0918

. ■ - 12 -

des "antwortenden Flugzeuges" zum Zeitpunkt des Empfangs des Antwortsignals festzulegen, und eine Überprüfung auf Kollisionsgefahr vorzunehmen. Dies bedeutet, daß "jedes beim "fragenden Flugzeug" vor seiner eigenen T_w-Zeit bzw. einer anderen gewählten Zeitpunkt - beispielsweise 12 Mikrosekunden nach T (was in etwa dem DoppeIwegfort-

pflanzungszeit für eine minimale Abstandwarnung von einer Meile entspricht automatisch als Kollisionsgefahr ange- . sehen wird. Beim Eintreffen eines derartigen Signals wird somit angezeigt, daß das Antwortsignal von einem Flugzeug ausgesendet worden ist, das etwa 4-0 Sekunden im Zustand größter Annäherung sich befindet.

Das von dem "antwortenden Flugzeug" ausgesandte Antwortsignal ist vorzugsweise durch seine Form bzw. Anzahl der Impulse derart kodiert, daß eine Identifizierung von Seiten des "fragenden Flugzeugs" möglich ist. Die Antwortimpulse können ferner so moduliert sein,.daß sie das "fragende Flugzeug" instruieren, ein bestimmtes Manöver - beispielsweise zum Ansteigen bzw. Absinken - auszuführen, um der Kollisionsgefahr zu entgehen. Wenn der Zeitpunkt des "fragenden Flugzeugs" als Referenzzeit angesehen ist, dann treffen alle, beim "fragenden Flugzeug" ankommenden Antwortsignale zu einem Zeitpunkt T an, der durch die folgende Gleichung festgelegt ist:

^ta - ^Tw ⁺ i ^(R - *v

Ein Warnsignal wird dabei nur dann erzeugt, wenn die' Zeit T_A kleiner ist als die Zeit T_w des fragenden Flugzeugs. Wenn die Zeit T. größer als T ist, wird kein Warnsignal abgegeben.

• -13-009841/09 18

Die willkürlich gewählten Zeiten und Abstände zur Festlegung einer bzw. keiner Kollisionsgefahr können je nach den Umständen festgelegt werden. Bei den kommerziellen Plugzeugen ist im allgemeinen eine Warnzeit von ungefähr 4-0 Sekunden bzw. einer Übertragungszeit von ungefähr 12 r-iikrosekunden als angemessene Wahl gerechtfertigt. Dieses Zeitintervall kann jedoch verändert werden, um verschiedene Plugbedingungen - beispielsweise bei mit Überschallgeschwindigkeit fliegenden Plugzeugen - gerecht zu werden. Plugzeuge mit wesentlich höheren Geschwindigkeiten benötigen naturgemäß größere Warnabstände und Warnzeiten , so daß von vornherein nicht festgelegt werden kann, daß eine bestimmte Zahl von willkürlich festgelegten Größen für alle Plugbedingungen geeignet ist.Die· Zeitdauer der'Präge- und Antwortsignale kann ebenfalls je nach Umständen beliebig festgelegt sein. In den meisten Pällen scheint bei den Frageimpulsen eine Impulsdauer von 200 MikroSekunden lang genug, um eine genaue Messung der Dopplerverschiebung zu ermöglichen und mit Genauigkeit das Empfangssignal zu überprüfen und zu identifizieren.

Im allgemeinen erscheint es als zweckmäßig, für die Festlegung der Impulsankunftzeiten die führenden Kanten der 200 Mikrosekunden lang andauernden Impulse und der anderen Impulse zu verwenden. Dies vermeidet Irrtümer, die durch Erdreflexionen und andere Signale hervorgerufen werden können. Die Höhe wird gewöhnlich durch kürzere Impulse festgelegt, die nach dem längeren Puls zur Festlegung der Geschwindigkeit erfolgen, wobei die Zeitverschiebung der Höhe des Plugzeuges entspricht.

Alle, mit den Kollisionswarneinheiten versehenen Plugzeuge senden und empfangen auf derselben Frequenz,

-14-009 841/0918

wobei alle Flugzeuge Fragesignale zu periodischen Zeitpunkten aussenden, die jedoch in keiner Beziehung zu dem Empfang von Signalen anderer Flugzeuge stehen müssen. Der Empfang eines Fragesignals von einem anderen Flugzeug kann jedoch dazu verwendet werden, von dem "antwortenden Flugzeug" die Aussendung von Fragesignalen über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu verzögern, damit feeine gegenseitige Störung der Signale eintritt. Dadurch werden gegenseitige Beeinflussungen auf ein Mindestmaß abgesenkt. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann ebenfalls Einrichtungen aufweisen, um die Validität jedes empfangenen Signals zu prüfen, indem beispielsweise ein Auflaufgenerator vorgesehen ist, um die Zeitdauer und Intensität jedes Signals festzulegen, bevor dasselbe als gültig angesehen wird.

Die Ausgestaltung der einzelnen Stromkreise und der Schaltungselemente innerhalb der Blöcke von Fig. 1 kann konventionell sein, indem wohlbekannte Komponenten verwendet werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist ein sehr einfaches und billiges Kollisionswarnsystem geschaffen worden, das keine zeitliche Synchronisation zwischen den einzelnen Einheiten erfordert. Das erfindungsgemäße asynchrone Kollisionswarnsystem ist sowohl für kleine Privatflugzeuge als auch" für größere kommerzielle Flugzeuge geeignet, wobei ebenfalls eine Kollisionsüberwachung zwischen großen und kleinen Flugzeugen möglich ist. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann als Reservesystem in größeren Flugzeugen eingebaut werden. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem ist jedoch nicht dazu geeignet, komplizierte Systeme vollkommen zu ersetzen, indem anerkannt

-15-009841/0918

wird, daß kompliziertere Systeme - beispielsweise so wie sie aufgrund der USA-Patentschrift 3 250 869 beschrieben sind - gewisse Vorteile und Merkmale aufweisen , die im Rahmen des erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystems nicht vorgesehen sind.

Es-sollte jedoch anerkannt sein, daß das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem gewisse Vorteile über bekannte.Systeme aufweist,' indem nach dem Eintreffen von Fragesignalen jedes einzelne Flugzeug, zu festgelegten Zeiten Signale aussendet, die jedoch von einer zeitlichen Synchronisation der einzelnen Kollisionswarneinheiten nicht abhängen. Demzufolge können keine zeitlichen Störungen auftreten, da im Rahmen des erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystems keine Synchronisation notwendig ist. Die Einfachheit und niedrigen Kosten des erfi dungsgemäßen Kollisionswarnsystems stellen wichtige Vorteile dar, die das System einem weit größeren Markt gegenüber verwendbar macht. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann ebenfalls so gebaut sein, daß gewisse innerhalb eines Flugzeuges bereits vorhandene Elemente - beispielsweise Elemente eines anderen Kollisionswarnsystems-,für welches es als Reservesystem dient - mitverwendet v/erden.

-16-009841 /0918

Claims (1)

1. - 16 Patentansprüche

   _{| |} Il im ■ I ■ I I I I I I III I i ^V

   1.J Kollisionswarnsystem für Flugzeuge und andere bewegte Objekte mit innerhalb jedes Flugzeugs angeordneten Kollisionswarneinheiten, die beim Auftreten von Kollisionsgefahren Warnsignale abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kollisionswarneinheit 10 folgende Einrichtungen enthält:

   a) eine.n Sender (12),

   b) einen Empfänger (3^,

   c) einen Sendegenerator, der Signale mit einer bestimmten Sendefrequenz erzeugt,

   d) einen Modulationskreis (26), der jedes ausgesandte Signal entsprechend der Höhe des sendenden Flugzeugs moduliert,

   e) eine empfängerseitige Vergleichseinrichtung, die einen Höhenvergleich unter Verwendung der von anderen Flugzeugen empfangenen, höhenmodulierten Signale herstellt,

   f) eine empfängerseitige Frequenzmeßeinrichtung, die eine Änderung des Abstandes des "fragenden" und "antwortenden" Flugzeugs feststellt,

   g) einen Antwortsignalgenerator, der zu einem bestimmten Zeitpunkt in bezug auf den Zeitpunkt des Empfangs des von dem "fragenden Flugzeug" ausgesandten Fragesignals ein Antwortsignal abgibt, sobald ein Zustand gleicher Höhe und eine Verminderung des Abstandes eintritt,

   wodurch das "frap;ende Flugzeug" den zu einem Zeitpunkt in der Zukunft wahrscheinlichen Abstand feststellen kann.

   2. Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum nach

   0098A 1/0918

   Vorwärtsschieben des Zeitpunktes der Aussend'ung eines Antwortsignals in bezug auf einen festen Zeitpunkt nach dem Empfang eines von dem "fragenden Flugzeug" ausgesandten Signals um einen der Annäherungsgeschwindigkeit des Flugzeugs proportionalen Faktor vorgesehen ist, so daß der Zeitpunkt des Eintreffens eines Empfangssignals bei dem "fragenden'Flugzeug" eine durch das "fragende Flugzeug" vorgenommene Schätzung des zwischen den Flugzeugen zu einem zukünftigen Zeitpunkt vorhandenen Abstandes und damit der Kollisionsgefahr erlaubt.

   O' Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kolli-Gionswarneinheit (10)eine Demodulationseinrichtung vorgesehen ist, um die von dem anderen Flugzeug empfangenen Signale zu demodulieren und die Höhe des sendenden Flugzeugs festzulegen.

   4. Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekenn ze i chne t, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10) x^Jrüf einrichtungen vorgesehen sind, um festzustellen, ob die von dem anderen Flugzeug stammenden Signale echt sind.

   5. Kollisionswarnsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder KollisiorB^arneinheit (10) eine Modulationseinheit vorgesehen ist,.um das Antwortsignal zu modulieren, so daß es Informationen enthält, welches Manöver das sendende Flugzeug zur Vermeidung eines Kollisionsgefahrenzustandes machen sollte.

   -18-00 984 1/09 18

   6. Kollisionswarnsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10)eine Entscheidungseinrichtung vorgesehen ist, um zwischen !Collisions— und Nicht-Kollisionszuständen zu unterscheiden.

   7. Kollisionswarnsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungseinrichtung einen Zeitgeber aufweist, der nach der Aussendung eines Fragesignals einen beliebig gewählten Zeitpunkt festlegt,' und daß ein Kollisionswarnsignal ausgelöst ist, sobald ein von einem anderen Flugzeug empfangenes Empfangssignal innerhalb des dadurch festgelegten Zeitraumes liegt.

   8. Kollisionswarnsystem nach Anspruch 6 oder 7» dadurch ge kenn zeichn e t, daß die Entscheidungsezurichtung eine Einrichtung zur Festlegung eines minimalen festgelegten Abständes und best-iinmter Höhenverhältnisse zur Festlegung einex· Kollisionsgefahr aufweist.

   9. Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekennzeichnet, daß jedes mit einer bestimmten Frequenz ausp.es an dtes Signal einen ex^sten Signalimpuls (28) bestimmter liauex* zur Festlegung einer Änderung des Absbandes und in einem gewissen zeitlichen Abstand von dem ersten Signalimpuls (28)einen zweiten/ Signalimpuls (30)abgibt, wobei der Abstand zwischen diesen Impulsen (28, :>Ü) pz-oportional zur Höhe des Flugzeuges ist.

   10. Kollisionswarnsystem nach Anspruch S>, dadurch g e k e η η ζ e i c- h η e t, daß Änderungen des gegenseitigen Abs Landes der Flugzeuge durch Messung der Dopplerfrequenzverschiebung festgestellt sind, und daß auf die Doppler-

   -19-009841 /0918

   verschiebung ansprechende Stelleinrichtungen (20) vorgesehen sind, um die Zeit der Aussendung des Antwortsignals zu sbeuern.

   11. Kollisionswarnsystem nach Anspruch 10, dadurch g e ■ kennzeichnet, daß der innerhalb jedes Flugzeuges vorhandene Sender (12)eine Einrichtung zum genauen Steuern der Sendefrequenz aufweist, so daß alle, mit der Kollisionswarnei'nheit (10) versehenen Flugzeuge auf derselben Frequenz senden.

   0098A1/0918

   to

   Le e rs e i t e