DE1917140B2

DE1917140B2 - Asynchrones kollisionswarnsystem fuer flugzeuge

Info

Publication number: DE1917140B2
Application number: DE19691917140
Authority: DE
Inventors: Robert E. St.Louis; Borrok Martin J. Berkeley; Mo. Perkinson (V.StA.)
Original assignee: McDonnell Douglas Corp
Current assignee: McDonnell Douglas Corp
Priority date: 1967-06-21
Filing date: 1969-04-02
Publication date: 1972-08-31
Also published as: DE1917140A1; FR2041864A5; NL6905734A; US3456256A; GB1265823A; DE1917140C3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein asynchrones Kollisionswamsystem für Flugzeuge und andere bewegte Objekte, in welchen einzelne KoIIisionswarneir.heiten angeordnet sind, welche beim Auftreten von KoIIisionsgefahr Warnsignale abgeben und welche je einen Sender, einen Empfänger, einen Signale mit einer bestimmten Sendefrequenz erzeugenden Sendeoszillator, einen jedes ausgesandte Signal entsprechend der Höhe des sendenden Flugzeuges modulierenden Modulator, eine empfängerseitige, einen Höhenvergleich unter Verwendung der von anderen Flugzeugen empfangenen höhenmodulierten Signale vornehmende Vergleichseinrichtung sowie eine empfängerseitige, eine Änderung des Abr Standes zwischen dem abfragenden und dem antwortenden Flugzeug feststellende Frequenzmeßeinrichtung aufweisen.

Durch die zunehmende Anzahl und Geschwindig-

3 4

keit von in der Luft befindlicher militärischer, korn- den kann. Das erfindungsgemäße Kollisionswarn-

merzieller und privater Flugzeuge ergibt sich eine system kann somit als Reservesystem für komplizierte

immer größere Notwendigkeit, Kollisionswarnsysteme Kollisionswarnsysteme verwendet werden,

vorzusehen, um die insbesondere innerhalb der Luft- Eine vorteilhafte Ausfuhrungsform der Erfindung

korridore vorhandene Gefahr von Flugzeugkollisionen 5 ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung

zu vermeiden. zum Vorwärtsschieben des Zeitpunktes der Aussen-

Die meisten bekannten Kollisionswarnsysteme dung eines Artwortsignals in bezug auf einen festen (s. beispielsweise »IEEE Transactions on Aerospace Zeitpunkt nach dem Empfang eines von dem »abfra- and Electronic Systems«, Vol. AES-4, Nr. 2, März genden Flugzeug« ausgesandten Signals um einen 1968, und USA.-Patentschrift 3 250 896) sind relativ io der Annäherungsgeschwindigkeit ^es Flugzeuges prokompliziert und somit insbesondere zur Verwendung portionaler Faktor vorgesehen ist, so daß der Zeitin relativ billigen Privatflugzeugen zu teuer. Ferner- punkt des Eintreffens eines Empfangssignals bei dem hin arbeiten die größeren komplizierteren Kollisions- »abfragenden Flugzeug« eine durch das »abfragende vvamsysteme, die in zunehmendem Maße bei größeren Flugzeug« vorgenommene Festlegung des zwischen kommerziellen Flugzeugen Verwendung finden, mit 15 den Flugzeugen vorhandenen Abstandes und damit Hilfe einer genauen Zeitsynchronisation zwischen das Vorhandensein einer Kollisionsgefahr erlaubt,
allen Kollisionswarneinheiten. Demzufolge besteht Im folgenden soll an Hand -nes Ausführungsbeidie Möglichkeit, daß derartige Kollisionswarnsysteme spiels die Erfindung näher erläute, t und beschrieben Störungen ausgesetzt sind. werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen

Demzufolge ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, 20 isi. Es zeigt

ein relativ billiges und störunanfälliges Kollisionswarn- Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen

system insbesondere für kleinere Flugzeuge zu schaf- asynchronen Kollisionswamsystems und

fen, welches in der Lage ist, ohne zeitliche Synchroni- Fig. 2 eine Darstellung der Aussendung und des

sation zwischen den einzelnen Kollisionswarnein- Empfanges von Signalen mit dem erfindungsgemäßen

heiten eine Kollisionsbedingung festzustellen. 25 Kollisionswarnsystem genieß Fig. 1 versehenen

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß Flugzeugen.

ein Antwortsignalkreis vorgesehen ist, welcher zu Im folgenden soll auf die Zeichnung — insbeson-

einem vorgegebenen Zeitpunkt in bezug auf den Zeit- dere F i g. 1 — Bezug genommen werden, in welcher

punkt des Empfangs des von dem abfragenden Flug- eine Kollisionswarneinheit 10 dargestellt ist, die im

zeug ausgesandten Abfragesignals ein Antwortsignal 30 Rahmen des erfindungsgemäßer. Kollisionswarnsy-

abgibt, sobald ein Zustand gleicher Höhe und gleich- stems verwendet werden kann. Die Kollisionswarn-

zeitig eine Verringerung des Abstandes festgestellt einheit 10, die in jedes an dem Koüisionswarnsystem

ist. angeschlossene Flugzeug eingebaut werden muß, sen-

Das Kollisionswarnsystem gemäß der Erfindung ist det und empfängt periodisch auf derselbe - Frequenz demzufolge sowohl hinsichtlich der Konstruktion als 35 Kollisionswamsignale. Die Kollisionswarneinheit 10 auch des Betriebes relativ billig und einfach und er- ist aus Einfachheitsgründen in Form eines Blockzeugt innerhalb vorgegebener Genauigkeits- und Zu- diagrammes dargestellt, wobei die einzelnen Blöcke verlässigkeitsgrenzen beim Auftreten einer Kollisions- Stromkreise und Schaltungselemente bekannter Kongefahr Warnsignale. Dieses asynchrone Kollisions- struktion enthalten können.

warnsystem beseitigt demzufolge die Nachteile be- 40 Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem bekannter synchroner Kollisionsvamsysteme und er- steht aus einer Mehrzahl von miteinander zusammöglicht eine weitere Verbreitung von Kollisions- menarbeitendrn ähnlichen Kollisionswarneinheiten warngeräten — insbesondere für Besitzer von relativ 10, welche periodisch Abfragesignale aussenden, kleinen Privatflugzeugen, welche relativ genaue und Diese Signale werden innerhalb eines bestimmten zuverlässige Warnungen bei möglichen Kollisionen 45 Bereiches von den anderen Kollisionswarneinheiten erhalten. Das erfindungsgemäße asynchrone Kolli- 10 empfangen, deren Empfänger diese Abfragesionswamsystem hat ferner den Vorteil, daß alle ver- signale prüfen, um festzustellen, ob ein Antwoitsignal wendeten Kollisionswarngeräte auf derselben Fre- avsgesanat werden soll. Die Prüfung der Abfragequenz arbeiten. signale wird in doppeller Hinsicht — d. h. im Hin-

Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem weist 50 blick auf die Höhe und die Änderung des gegen-Vergleichseinrichtungen auf, um die von einem seitigen Abstandes — durchgeführt. Um dies zu eranderen Kollisionswarngerät empfangenen Informa- reichen, wird jedes ausgesandte Abfragesignal kotionen zu vergleichen, damit festgestellt werden kann, diert, um die Höhe des dieses Signal aussendenden ob eine Kollisionsgefahr vorliegt. Auf Grund der Flugzeugs — in dem Folgenden »abfragendes Flug-Tatsache, daß die Laufzeit der Signale proportional 55 zeug« genannt — anzugeben, wobei jeder Empfänzu der Entfernung zwischen relativ bewegbaren Ob- ger die Höhe des abfragenden Flugzeugs aus dem jekten ist, besteht die Möglichkeit, diese Signale zur empfangenen Abfragesignal feststellt und diese deko-Schätzung der Entfernung zwischen den Objekten zu dierte Höhe mit der eigenen Höhe vergleicht, um einem zukünftigen Zeitpunkt zu verwenden. festzustellen, ob sich das abfragende Flugzeug in

Da das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem 60 oder im Bereich derselben Höhe befindet. Bevor ein

asynchron arbeitet, müssen die verschiedenen, in den Antwortsignal ausgesandt wird, muß demzufolge fest-

Flugzeugen eingebauten Kollisionswarngeräte zeitlich gestellt werden, daß sich die beiden Flugzeuge in oder

nicht miteinander synchronisiert werden, so wie dies im Bereich derselben Höhe befinden,

bei bekannten synchronen Kollisionswarnsystemen Jedes mit einer Kollisionswarneinheit 10 ausge-

notwendig ist. Das erfindungsgemäße asynchrone 65 stattete Flugzeug weist Einrichtungen zur genauen

Kollisionswarnsystem ist somit wesentlich einfacher Messung der Frequenz jedes empfangenen Abfrage-

und billiger als synchrone Kollisionswarnsysteme, signals auf, um festzustellen, ob eine durch den

mit welchen es durchaus verträglich eingesetzt wer- Dopplereffekt bewirkte Frequenzverschiebung vor-

liegt. Die Größe und Richtung dieser Frequenzverschiebung wird dazu verwendet, um festzustellen, ob die beiden Flugzeuge sich einander nähern, entfernen bzw. in etwa gleichem Abstand zueinander verbleiben. Wenn festgestellt wird, daß die beiden Flugzeuge sich auf derselben Höhe befinden und einander nähern, wird innerhalb des dieses Abfragesignal empfangenden Flugzeugs — in dem Folgenden »antwortendes Flugzeug« genannt — ein Stromkreis erregt, so daß ein Antwortsignal zurück zu dem abfragenden Flugzeug gesandt wird. Dadurch kann vom abfragenden Flugzeug festgestellt werden, ob zwischen den beiden Flugzeugen ein genügend großer Abstand vorhanden ist. Falls dies nicht der Fall ist, wird in der Führerkanzel des abfragenden Flugzeuges ein Warnsignal ausgelöst. Das sich nähernde antwortende Flugzeug sendet zu genau festgelegten Zeiten Antwortsignale in bezug auf die Abfragesignale des abfragenden Flugzeugs aus, so wie dies im folgenden noch erörtert sein soll. Wenn beispielsweise die beiden Flugzeuge gewissen Bedingungen genügen — unter anderem ihren gegenseitigen Abstand verringern —, dann wird das Antwortsignal vor einem vorgegebenen Zeitpunkt nach dem Empfang des Abfragesignals ausgesandt. Bei kommerziellen Flugzeugen wird dieses Artwortsignal gegenüber einem vorgegebenen Zeitpunkt um einen Betrag früher ausgesandt, welcher der doppelten Abstandsverkürzung multipliziert mal 40 Sekunden dividiert durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen — d. h. Lichtgeschwindigkeit entspricht. Mit anderen Worten, das antwortende Flugzeug sendet ein Antwortsignal, welches gegenüber einem vorher festgelegten, bei einer Dopplerverschiebung von Null entsprechenden Zeitpunkt proportional zur Annäherungsgeschwindigkeit vorverschoben ist. Die von dem abfragenden Flugzeug empfangenen Antwortsignale erlauben somit eine Schätzung des zu einem zukünftigen Zeitpunkt voraussichtlich vorhandenen Abstandes 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 eintrifft, der vermuten läßt, daß in 40 Sekunden der Abstand zwischen den Flugzeugen weniger als 1 Meile beträgt Eine Meile entspricht dabei ungefähr 12 Mikrosekondeo in bezog auf eine gemessene Zeitverzögerung T₉, so wie dies noch erklärt werden soll. Wenn die beiden Flugzeuge sich jedoch nicht annähern, sondern ungefähr denselben gegenseitigen Abstand aufrechterhalten — so wie dies durch eine Dopplerverschiebung von Null angezeigt ist —, dann wird das Anrwoitsignal nach einem vorgegebenen Zeitintervall nach dem Eintreffen der vorderen Anstiegsflanke des Abfragesignals ausgesendet Wenn sich hingegen die beiden Flugzeuge voneinander entfernen, dann wird von dem antwortenden Flugzeug kein Antwortsignal ausgesendet

Entsprechend Fig. 1 weist die KoDisionswanieniheh 10 einen mit einer Sendeantenne 14 verbundenen Sender 12 sowie einen Sendeoszillator 16 auf, dessen AusganßSsiEnal in einem Vervielfacher 18 vervielfacht wird. Das Ansgangssignal des Vervielfachers 18 stellt ein freqnenzstabilisiertes Hochfrequenzsignal dar, das dem Sender 12 zur Aussendung an die anderen Kolfisioaswarnemheiten 10 übermittelt wird. Der Sendeoszillator 16 erzeugt fernerhin weitere Aiisgangssignale, die einem Kollisionszustände prüfenden Steuerkreis 20 zugeführt werden, welcher ebenfalls von einem durch einen Druckdetektor 24 gesteuerten Höhenkodierungskreis 22 Signale empfängt. Die entsprechend der Höhe kodierten Ausgangssignale des Höhenkodierungskreises 22 werden dazu verwendet, die von dem abfragenden Flugzeug ausgesandten Abfragesignale zu kodieren. Die Kreise 16, 20 und 22 erzeugen somit ein Ausgangssignal, das

ίο eine Höheninformation enthält. Die Ausgangssignale des Steuerkreises 20 werden daraufhin einem Modulator 26 zugeführt, der die von dem Sent'er 12 ausgesandten HF-Signale moduliert.
Im folgenden soll auf F i g. 2 Bezug genommen

is werden, in welcher entlang der mit »abfragendes Flugzeug« bezeichneten horizontalen Zeitachse ein Impuls 28 auftritt, der der Signalumhüllenden eines von dem Sender 12 ausgesandten Abfragesignals entspricht. Dieses Abfragesignal 28 weist eine vorgege-

jo bene Systemfrequenz und eine festgelegte Zeitdauer — beispielsweise 200 MikroSekunden — auf. Das Abfragesignal 28 muß lange genug andauern, damit ein die*? Signale empfangendes antwortendes Flugzeug die genaue Frequenz desselben zur Bestimmung

»S einer Dopplerverschiebung feststellen kann.

Nach dem Abklingen der rückwärtigen Flanke des Impulses 28 tritt ein weiterer Impuls 30 auf, der einem Signal entsprechend der Höhe des abfragenden Flugzeuges entspricht. Der zeitliche Abstand zwischen den Impulsen 28 und 30 ist proportional zur Höhe des abfragenden Flugzeugs. Die Impulse 28 und 30 werden mit derselben Frequenz ausgesandt, wobei die Dauer und zeitliche Anordnung der Impulse 28, 30 durch den Modulator 26 gesteuert ist, der wiederum durch die Kreise 16, 20 und 22 beeinflußt wird. Es sei erwähnt, daß jedes ausgesandte Abfragesignal einzig und allein durch Einrichtungen innerhalb des abfragenden Flugzeugs gesteuert ist wobei keine Außen informationen für die Abgabe dieser Signale not-

wendig sind. Die Abfragesignale können ferner zu beliebigen Zeiten und ohne genaue zeitliche Festlegung ausgesandt werden, wobei die Aussendung dieser Abfragesignale nicht von Informationen abhängt, die von außen her eintreffen.

Demzufolge ist jedes mit einem derartigt ι Kollisionswarngerät 10 versehene Flugzeug in der Lage, unabhängig voneinander Informationen enthaltend« Abfragesignale auszusenden, mittels welchen andere antwortende Flugzeuge eine anfängliche ÜberpfQfmuj

durchführen können, um die Notwendigkeit der Aussendung eines Antwortsignals festzustellen.

Jedes ein Abfragesignal empfangende antwortende Flugzeug muß ebenfalls mit einer KoHisionswarneut heh 10 entsprechend der Kolüsionswarneiuheit 10 de

SS abfragenden Flugzeugs versehen sein, wobei zusätzlich zn den bereits beschriebenen Elementen ein« Empfangsantenne 32 und ein Empfänger 34 vorge sehen sind. Jeder auf dieselbe Systemfrequenz abge stimmte Empfänger 34 weist eine Einrichtung zxt

Bestimmung der Höhe des abfragenden Flugzeug sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Entfer nungsänderung durch Messung der Dopplerfrequenz veTscmeoung am. uer empfänger 04 glut Ausgangs signale ab, die einem Signalprüfkreh 36 rtad einen Diskriminator 38 zugeführt werden.

Der Signalprüfkreis 36 erzeugt beim Empfang jede Abfragesignals zwei Ausgangssignale, wobei eine dieser zu einem feststehenden Zeitpunkt in bezug an

7 8

die Zeit des Empfangs des Abfragesignals und das Es erscheint wichtig festzustellen, daß diese Zeitandere proportional zur Höheninformation — ent- verschiebung T_K von einer willkürlichen Zeit T_w des sprechend dem dekodierten empfangenen Abfrage- antwortenden Flugzeuges und nicht von dem absignal — abgegeben wird. Der Diskriminator 38 fragenden Flugzeug gemessen ist. Dies ermöglicht es sprich;, auf die Frequenz jedes empfangenen Abfrage- 5 dem abfragenden Flugzeug auf einfache Weise den signals an und erzeugt ein Ausgangssignal, das pro- Abstand des antwortenden Flugzeuges zum Zeitportional zur festgestellten Dopplerfrequenzverschie- punkt des Empfanges des Antwortsignals festzulegen bung ist. Dieses Dopplerfrequenzsignal wird von dem und damit eine Überprüfung auf Kollisionsgefahr Diskriminator 38 dem Steuerkreis 20 zur weiteren vorzunehmen. Dies bedeutet, daß jedes beim abÜberprüfung zugeleitet. Sobald die Dopplerverschic- io fragenden Flugzeug ankommende Antwortsignal, bung eines empfangenen Abfragesignals anzeigt, daß welches vor seiner eigenen 7",,,-ZeH bzw. einem der Abstand zwischen den beiden Flugzeugen ab- anderen gewählten Zeitpunkt — beispielsweise nimmt — d. h. die Flugzeuge sich einander nähern —, 12 Mikrosekunden nach T_w (was in etwa der doppel- und sobald ein Vergleich der Höhen der beiden ten Signallaufzeit für eine minimale Abstandwarnung Flugzeuge anzeigt, daß sie innerhalb festgelegter 15 von einer Meile entspricht) — eintrifft, automatisch Grenzen in etwa auf derselben Höhe fliegen, dann eine Kollisionsgefahr anzeigt. Beim Eintreffen eines erzeugt der Steuerkreis 20 ein Ausgangssignal. Dieses derartigen Antwortsignals wird somit angezeigt, daß Signal wird dem Modulator 26 zugeführt; daraufhin dasselbe von einem Flugzeug ausgesendet worden ist, wird ein moduliertes Anwortsignal ausgesendet, aus das sich etwa nach 40 Sekunden im Zustand größter welchem das abfragende Flugzeug genau feststellen ao Annäherung befindet.

kann, ob eine Kollisionsgefahr vorliegt. Wie bereits Das vcn dem antwortenden Flugzeug ausgesandte

erwähnt, ist der Zeitpunkt der Übertragung des Antwortsignal ist vorzugsweise durch seine Form

Antwortsignals für den Betrieb des asynchronen bzw. Anzahl der Impulse derart kodiert, daß eine

Kollisionswarnsystems äußerst wichtig, da dadurch Identifizierung von Seiten des abfragenden Flugzeugs

das abfragende Flugzeug den zukünftigen Abstand as möglich ist. Die Antwortimpulse können ferner so

zwischen den beiden Flugzeugen festlegen kann. Bei moduliert sein, daß sie das abfragende Flugzeug

der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wird der instruieren, ein bestimmtes Manöver — beispiels-

Zeitpunkt der Übertragung des Antwortsignals um- weise Steigen bzw. Sinken — auszuführen, um der

gekehrt proportional relativ zu einem willkürlich Kollisionsgefahr zu entgehen. Wenn der Zeitpunkt

gewählten, einer Dopplerverschiebung von »Null« 30 des abfragenden Flugzeugs als Referenzzeit angesehen

entsprechenden Zeitpunkt verzögert. Diese je nach wird, dann treffen alle beim abfragenden Flugzeug

den Umständen verschieden große Verzögerung soll ankommenden Antwortsignale zu einem Zeitpunkt T_A

in dem Folgenden für bestimmte Situationen be- ein, der durch die folgende Gleichung festgelegt ist: schrieben werden.

An Hand von F i g. 2 ergibt sich, daß die Abfrage- 35 2

impulse 28 und 30 zu einem bestimmten Zeitpunkt Ta = T„ 4- (R-RT).

von dem antwortenden Flugzeug empfangen werden, C
wobei dieser Zeitpunkt in bezug auf die Aussendung

dieser Signale vom gegenseitigen Abstand der beiden Ein Warnsignal wird dabei nur dann erzeugt, wenn

Flugzeuge abhängt. Die zeitliche Verschiebung des 40 das Zeitintervall T_A kleiner als das Zeitintervall T_w

Antwortimpulses hängt von den Größen R und C des abfragenden Flugzeuges ist. Wenn hingegen das

ab, wobei R der gegenseitige Abstand zwischen den Zeitintervall T₄ größer als das Zeitintervall T_w ist,

beiden Flugzeugen ist und C die Fortpflanzungs- dann wird kein Warnsignal abgegeben,

geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen Die einzelnen Zeitintervalle zur Festlegung einer

d. h. die Lichtgeschwindigkeit ist. Wenn die beiden 45 oder keiner Kollisionsgefahr können je nach den

Flugzeuge in etwa in derselben Entfernung bleiben — Umständen festgelegt werden. Bei den kommerziellen sowie dies durch eine Dopplerverschiebung von Null Flugzeugen erscheinen im allgemeinen eine Warnzeit angezeigt wird —, dann sendet das antwortende von ungefähr 40 Sekunden bzw. einer Übertragungs-Flugzeug sein Antwortsignal nach einem festgelegten zeit von ungefähr 12 Mikrosekunden als gerecht-Zeitintervall T_w aus, welches von der führenden so fertigt. Dieses Zeitintervall kann jedoch verändert Flanke des empfangenden Abfragesignals gemessen werden, um verschiedenen Flugbedingungen — beiwird. Wenn jedoch die von dem antwortenden Flug- spielsweise bei mit Überschallgeschwindigkeit fliegenzeug festgestellte Dopplerverschiebung anzeigt, daß den Flugzeugen — gerecht zu werden. Flugzeuge mit die beiden Flugzeuge sich annähern, dann sendet das wesentlich höheren Geschwindigkeiten benötigen antwortende Flugzeug sein Antwortsignal zu einem ss natuigemäB größere Warnabstände und Wamzeiten, Zeitpunkt aus, welcher vor dem Zeitpunkt T_w liegt so daß von vornherein nicht festgelegt werden kann, Die Größe dieser zeitlichen Verschiebung entspricht daß ein bestimmter, willkürlich festgelegter Wert für dabei dem doppelten Produkt der Abstandsverände- alle Flugbedingungen geeignet ist Die Zeitdauer der rung R mal einer willkürlich gewählten Warnzeit T, Abfrage- und Antwortsignale kann ebenfalls je nach di_e — wie dies bereits erwähnt worden ist — bei 60 Umständen beliebig festgelegt sein. In den meisten kommerziellen Flugzeugen 40 Sekunden dividiert Fällen scheint bei den Abfragesignalen eine Impulsdurch die Fortpflanzungsgesehwindigkeit C ist Diese dauer von 200 Mikrosekunden ausreichend lang, ran Beziehung kann durch die folgende Gleichung aus- eine genaue Messung der Dopplerverschiebung zu gedrückt werden: ermöglichen und um gleichzeitig eine Überprüfung

65 des Empfangssignals zur Identifizierung vorzunehmen.

2RT *^m allgemeinen erscheint es als zweckmäßig, für

Te = die zeitliche Festlegung der Impulse die führenden

<- Flanken zu verwenden. Dies vermeidet Irrtümer,

welche durch Erdreflexionen und andere Signale hervorgerufen werden können. Die Höhe wird gewöhnlich durch kürzere Impulse festgelegt, die nach dem längeren Impuls zur Festlegung der Geschwindigkeit erfolgen, wobei die Zeitverschiebung der Höhe des Flugzeuges entspricht.

Alle mit den Kollisionswarneinheiten 10 versehenen Flugzeuge senden und empfangen auf derselben Frequenz, wobei alle Flugzeuge Abfragesignale zu periodischen Zeitpunkten aussenden, die jedoch in keiner Beziehung zu dem Empfang von Abfragesignalen anderer Flugzeuge stehen müssen. Der Empfang eines Abfragesignals von einem anderen Flugzeug kann jedoch dazu verwendet werden, von dem antwortenden Flugzeug die Aussendung von Abfragesignalen über einen bestimmten Zeitraum hinweg zu verzögern, damit keine gegenseitigen Störungen der Signale eintreten. Dadurch werden gegenseitige Beeinflussungen auf ein Mindestmaß abgesenkt. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann zusätzliche Prüfeinrichtungen aufweisen, um zuerst jedes empfangene Signal zu prüfen; zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Auflaufgenerator vorgesehen sein, welcher die Zeitdauer und Amplitude jedes Signals festlegt, bevor dasselbe als echt angesehen wird.

Die Ausgestaltung der einzelnen Stromkreise und der Schaltungselemente innerhalb der Blöcke von Fig. 1 kann konventionell sein, indem bekannte 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 Ko'Iisionsüberwachung zwischen großen S und kleinen Flugzeugen möglich ist. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann schließlich auch als Reservesystem in größeren Flugzeugen eingebaut werden. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem ist jedoch nicht dazu geeignet, komplizierte Systeme

ίο vollkommen zu ersetzen, weil anerkannt wird, daß komplizierte Systeme — beispielsweise so wie sie auf Grund der USA.-Patentschrift 3 250 896 beschrieben sind — gewisse Vorteile und Merkmale aufweisen, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystems nicht vorgesehen sind.

Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem weist jedoch gewisse Vorteile gegenüber bekannten Systemen auf, indem nach dem Eintreffen von Abfragesignalen jedes Flugzeug zu festgelegten Zeiten Signale

so aussendet, die jedoch von einer zeitlichen Synchronisation der einzelnen Kollisionswarneinheiten nicht abhängen. Demzufolge können keine zeitlichen Störungen auftreten, weil im Rahmen des erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystems keine Synchronisa-

tion notwendig ist. Die Einfachheit und niedrigen Kosten des erfindungsgemäßen Kollisionswarnsystems stellen wichtige Vorteile dar, die das System einem weit größeren Markt gegenüber verwendbar macht. Das erfindungsgemäße Kollisionswarnsystem kann

auch so gebaut sein, daß gewisse innerhalb eines Flugzeuges bereits vorhandene Elemente — beispielsweise Elemente eines anderen Kollisionswarnsystems, für welches es als Reservesystem dient — mitverwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Asynchrones Kollisionswamsystem für Flugzeuge und andere bewegte Objekte, in welchen einzelne Kollisionswameinheiten angeordnet sind, welche beim Auftreten von KoIIisionsgefahr Warnsignale abgeben und welche je einen Sender, einen Empfänger, einen Signale mit einer bestimmten Sendefrequenz erzeugenden Sendeoszillator, einen jedes ausgesandte Signal entsprechend der Höhe des sendenden Flugzeuges modulierenden Modulator, eine empfängerseitige, einen Höhenvergleich unter Verwendung der vou anderen Flugzeugen empfangenen höhenmodulierten Signale vornehmende Vergleichseinrichtung sowie einf empfängerseitige, eine Änderung des Abstandes zwischen dem abfragenden und dem antwortenden Flugzeug feststellende Frequenzmeßeinrichtung aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antwortsignalkreis (16 bis 26) vorgesehen ist, welcher zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in bezug ai:f den Zeitpunkt des Empfangs des von dem abfragendei. Flugzeug ausgesandten Abfragesignals ein Artwortsignal abgibt, sobald ein Zustand gleicher Höhe und gleichzeitig eine Verringerung des Abstandes festgestellt ist.

2. Kollisionswarnsysterr·. nach \nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuerkreis (20) vorgesehen ist, welcher den Zeitf. jnkt der Aussendung eines Antwortsignals in bezug auf einen vorgegebenen Zeitpunkt (T_w) nach dem Empfang eines von dem abfragenden Flugzeug ausgesandten Signals um einen der Annäherungsgeschwindigkeit der beiden Flugzeuge proportionalen Faktor nach vorwärts verschiebt, so daß der Zeitpunkt des Eintreffens eines Empfangssignals bei dem abfragenden Flugzeug eine Schätzung des zwischen den beiden Flugzeugen zu einem künftigen Zeitpunkt vorhandenen gegenseitigen Abstandes und damit einer KoIIisionsgefahr erlaubt.

3. Kollisionswarnsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10) ein Signalprüfkreis (36) vorgesehen ist, welcher die von dem abfragenden Flugzeug empfangenen Abfragesignale demoduliert und die Höhe des abfragenden Flugzeuges feststellt.

4. Kollisionswarnsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10) zusätzliche Prüfeinrichtungen vorgesehen sind, welche feststellen, ob die empfangenen Signale tatsächlieh von einem abfragenden Flugzeug stammen.

5. Kollisionswamsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10) ein Modulator (26) vorgesehen ist, welcher das Antwortsignal mit Informationen moduliert, aus welchen hervorgeht, welches Manöver das abfragende Flugzeug zur Vermeidung eines KoIIisionsgefahrenzustandes machen soll.

6. Kollisionswarnsystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10) Hn Steuerkreis (20) vorgesehen ist, welcher zwischen Kollisions- und Nichtkollisionszuständen unterscheidet

7. Kollisionswamsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (20) einen Zeitgeber aufweist, der nach der Aussendung eines Abfragesignals einen beliebig gewählten Zeitpunkt festlegt, und daß ein Kollisionswarnsignal ausgelöst ist, sobald ein von einem antwortenden Flugzeug empfangenes Antwortsignal innerhalb des dadurch festgelegten Zeitraumes liegt

8. Kollisionswarnsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkreis (20) eine Einrichtung aufweist, welche zur Festlegung einer KoIIisionsgefahr einer minimalen gegenseitigen Abstand und einen vorgegebenen Höhenbereich festlegt.

9. Kollisionswamsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes mit einer bestimmten Frequenz ausgesandte Abfragesignal aus einem ersten Impuls (28) bestimmter Dauer zur Festlegung einer Änderung des gegenseitigen Abstandes und aus einem nach einem gewissen Zeitintervall ausgesendeten zweiten Impuls (30) besteht, wobei das Zeitintervall zwischen diesen Impulsen (28, 30) proportional zur Höhe des abfragenden Flugzeuges ist.

10. Kollisionswamsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Kollisionswarneinheit (10) ein Diskriminator (38) vorgesehen ist, welcher Änderungen des gegenseitigen Abstar.Jes der beiden Flugzeuge durch Messung der Dopplerfrequenzverschiebung feststellt, und daß das Ausgangssignal des Diskriminator (38) dem Steuerkreis (20) zugeführt i«?, welcher in Abhängigkeit der Dopplerverschiebung des Abfragesignals den Zeitpunkt der Aussendung des Antwortsignal steuert.

11. Kollisionswamsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb jedes Flugzeuges vorhandene Sender (12) eine die Sendefiequenz konstant haltende Einrichtung aufweist, so daß alle mit einer Kollisionswarneinhei; (10) versehenen Flugzeuge auf derselben Frequenz senden.