DE2146498C3 - Sekundär-Radar-System mit zusätzlicher Übertragung von Ortungsinformationen zu Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Sekundär-Radar-System mit Abfrage- und Antwortimpulsgruppen zur Zielerfassun" und Zielidentifikation der im Erfassungsbereich

unbekannte Höheninformationen für je ein Luhfahr- 15 der Bodenstation Hegenden Luftfahrzeuge, wobei alle

Positionen von Luftfahrzeugen in einem bestimmten Luftbereich, die durch Primär- und/oder Sekundärradar-Abtasiung in der Bodenstation bekannt sind, in erdfeste Zielkoordinaten (Koordinaten der Luftfahr/.euge) umgerechnet und den errechneten Zielkoordiniuen Idcnhfikationssignale (Kennung des jeweiligen Luftfahrzeuges) und bekannte oder unbekannte Höheninformationen für je ein Luftfahrzeug zugeordnet weiden. Aus der DT-OS 18 U 622 ist ein Informations-Übertngur.gsverfahren bekannt, welches mit einem Pulsradargerät arbeitet. Zur Kommandoübertragung für die Fernlenkung von Flugobjekten wird zusätzlich ein vom Radarimpuls zeitlich trennbares Impulstelegramm abgestrahlt, das die notwendige Information enthält. Der

zeug zugeordnet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die so gebildeten Zielinformationslmpulsgruppen (16) in an sich bekannter Weise in eine Modulationsform überführt werden, die geeignet ist, diese Zielinformations-Impulsgruppen von der Sekundärradar-Bodenstation (10) innerhalb der Pausen zwischen zwei Abfrageimpulsgruppen (12) des Sekundärradarsystems in den durch dieses bedeckten Luftraum abzustrahlen.

2. Sekundär-Radar-System nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die modulierten Zielinforniationsimpulsgruppen (16) innerhalb der Pausen /.wischen zwei Abfrageimpulsgruppen (12) zu Zeitpunkten abgestrahlt werden, in denen

aufgrund vorheriger Misslingen keine Antwortim- 30 Radar-Sendeimpuls und die Trägerschwingung für die

pulse (15) von angemessenen Luftfahrzeugen zu erwarten sind.

3. Sekundär-Radar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierten Zieliiiformations-Impulsgruppen (16) über das Rundsirahldiagramm des Sekundarradarsystems abgestrahlt werden.

4. Sekundär-Radar-System nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung der Information haben unterschiedliche Trägerfrequenzen. Darüber hinaus muß zwischen der Trägerfrequenz für die Impulstelegramme auf der einen Seite und der Trägerfrequenz für die Radar-Sendeimpulse auf der anderen Seite eine bestimmte mathematische Beziehung eingehalten werden, in welche auch die jeweils den Zielobjekten zugeordnete Dopplerfrequenz mit eingeht. Zeitlich erfolgt die Abs'.rahlung der Radarimpulse und der Impuls

modulierten Zielinformations-Impulsgruppen über 40 telegramme so, daß entweder in einer bestimmten

das Richtsirahl'Jiagramm des Sekundärradarsystems abgestrahlt werden.

5. Sekundär-Radar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftlagedarstellung lediglich für vorbestimmte Flughöhenbereiche durchgeführt wird.

6. Sekundär-Radar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftlagedarstellung nur für die mit bestimmten Identifikationen versehenen Ziele durchgeführt wird.

7. Sekundär-Radar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierten Zielinformations-Impulsgrup-Form beide Signale ineinander verschachtelt werden oder aber die Impulstelegramme in einer Totzone vor der Aussendung jeweils des nächsten Sendeimpulses abgestrahlt werden. Bei Sekundärradarsystemen sind demgegenüber jedoch die Anforderungen bereits auf der Abfrageseite wesentlich komplizierter, wobei zusätzlich eine Rückmeldung in Form der Antwortsignale erfolgt, während die bekannte Kommandoübertragung einseitig, d. h. ohne Rückmeldung, erfolgt.

Die zunehmende Verkehrsdichte im Luftraum erfordert es, daß neben der Überwachung des Luftraumes durch eine Bodenstation auch dem Luftfahrzeugführer eine Luftlagedarstellung an Bord des Luftfahrzeuges dargeboten wird, um ihm die Führung des Luftfahrzeu-

pen (16) auf der Sekundärradar-Abfragefrequenz 55 ges längs eines kollisionsfreien Kurses zu erleichtern.

(1030 MHz) gesendet werden.

8. Sekundär-Radar-System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierte Zielinformations-Impulsgruppe (16) auf einer um 60MHz über der Transponder (3O)-Amwortfrequenz liegenden Frequenz (1150MHz) gesendet werden.

9. Sekundär-Radar-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierten Zielinformations-Impulsgruppen (16) an Bord des Luftfahrzeuges durch Pulslängendiskrimination als Frage- oder Mitteilungsimpuls identifiziert werden.

Bisher wurden aus Raum- und Kostengrüiidcn bei kleineren Flugzeugen nur Streckennavigationsverfahren wie VOR, ADF u. ä. eingesetzt. Flächennavigationsverfahren wie z. B. Inerlialnavigationsverfahren, Verfahren unter Zuhilfenahme von Bordcomputer!! sind aus obengenannten Gründen nur größeren Luftfahrzeuge!' vorbehalten.

Die zunehmende Verkehrsdichte macht es nbei

wünschenswert, möglichst alle Luftfahrzeuge mi Einrichtungen zur Durchführung einer Flüchennaviga tion auszurüsten, um eine bessere Luftraumnutzung zi erreichen.

In der US-PS 27 bO UJ wird darauf hingewiesen, dal

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Maßnahmen zur Selbst-Identifizierung eines Luftfahr- bisherigen Sekundärradarsystems benutzt wird, und daß

!CUiS notwendig sind. Hierzu wird ein besonderes das Verfahren ohne störende Beeinträchtigung des

dentifizierungssignal übertragen, beispielsweise durch Sekundär-Radar-Systems durchführbar ist.

-ine Erhöhung der Signalamplituden bei den Antwort- Mit Hilfe der Erfindung wird also die Flugsicherheit

iignalen. 5 erhöht und die Navigation erleichtert.

Es ist bekannt (»Bücherei der Funkortung«, Band 5 Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der

Vl, Dortmund 1955, Seiten 43 bis 51), eine Übertiagung Beschreibung und der Zeichnung, in der in Verbindung

von Bildschirminformationen von einer Bodenstelle zu mit einem an sich bekannten Sekundärradarsystem die

einem Flugzeug durchzuführen (»Teleran-System«). Erfindung beschrieben ist. Im einzelnen zeigt

Hierzu wird die am Boden durch Primär- und io F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Sekuudär-

Sekundärradar gewonnene Lufilageninformation auf radars als Bodenstation;

Radarbildschirm^n dargestellt und über Fernsehkame- F i g. 2 eine in der Bodenstation zum Einsatz

ras abgetastet. Die so erhaltenen Fernsehsignal gelangende Einrichtung zur Durchführung des erfin-

werden über einen besonderen Fernsehsender zu den dungsgemäßen Verfahrens;

Flugzeugen übertragen, welche entsprechende Emp- 15 Fig. 3 eine an Bord des Flugzeugs zum Einsatz

fdiigseinrichtungen aufweisen. Dem Piloten wird auf gelangende Einrichtung zur Durchführung des erfin-

einem speziellen Bildschirm das ihn interessierende dungsgemäßen Verfahrens und

Fernsehbild wiedergegeben. Die verschiedenen Schirm- F i g. 4 einen Impulsplan.

bilder können z. B. jeweils unterschiedliche Höhen- Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sei

schichten wiedergeben. Durch einen besonderen Licht- 20 vorab die Funktion eines Sekundärradarsystems be-

punkt kann die jeweilige Bildschirmdarstellung regi- schrieben. Eine Bodenstation 10, vgl. Fig. 1, sendet in

striert werden, die zu der vom jeweiligen Flugzeug regelmäßigem Abstand, z. B. alle 5 ms, über eine sich im

benutzten Höhenschicht gehört. Dadurch ist es für den Azimut mit etwa 10 U/min drehende Richtantenne 11

Piloten möglich, aus den verschiedenen Fernsehbildern und eine zweite Rundstrahlantenne 11-4 (die aus das für ihn höhenmäßig zutreffende herauszufinden. 25 zeichentechnischen Gründen nicht näher dargestellt ist),

Da bei den bekannten Verfahren eine zusätzliche Abfrageimpulsgruppen 12 aus, und zwar Impulse Pi, P₃

Fernseh-Sendestation bei der Bodenstelle und zusätzli- über die Richtantenne, P₂ über die Rundstrahlantenne

ehe Fernseh-Empfangseinrichtungen beim Flugzeug 114, die von einem im Flugzeug 14 enthaltenen, hier

vorgesehen sein müssen, ist der Aufwand hierfür sehr nicht näher dargestellten Transpondersystem 30 emphoch. 30 fangen und dekodiert werden. In diesem Transponder

Der Erfindung, welche sich auf ein Sekundär-Radar- wird aus dem Abstand des ersten Impulses P, zum

System der eingangs genannten Art bezieht, liegt die dritten Impuls P₃ der Abfrageimpulsgruppe der Modus

Aufgabe zugrunde, mit wesentlich geringerem Aufwand (»mode«) ermittelt, in welchem die Bodenstation 10

die Übertragung der am Boden vorhandenen /.ielinfor- arbeilet. Dieser Modus gibt dem Flugzeug den Inhalt mation /um Luftfahrzeug durchzuführen. Gemäß der 35 der Antwortimpulsgruppe 15 vor, die sein Transponder

Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die gebildeten auf die Abfrage auszusenden hat. Zur Zeit wird mit dem

Zielinformations-lmpulsgruppen in an sich bekannter »Modus A/3« — Impulsabstand Ρι-Ρ₃ = 8μ5 - und

Weise in eine Modulationsform überführt werden, die dem »Modus c« — Impulsabstand P,-P₃ = 21ns —

geeignet ist, diese Zielinformations-lmpulsgruppen von gearbeitet.

der Sekundärradar-Bodenstation innerhalb der Pausen 40 Wird mit dem Modus A gearbeitet, so ist im

zwischen zwei Abfrageimpulsgruppen des Sekundär- Transponder 30 des Flugzeugs die Antwortimpulsgrup-

radarsystems in den durch dieses bedeckten Luftraum pe 15 mit einem Identifikationscode zu versehen, wird

abzustrahlen. mit dem Modus C gearbeitet, so ist vom Transponder

Auf diese Weise lassen sich ohne größeren Aufwand, der Antwortimpulsgruppe die vom Flugzeug geflogene d. h. mit Hilfe eines nur geringfügig zu modifizierenden 45 barometrische Höhe aufzukodieren; diese Eigenschaf-

Sekundär-Radar-Systems, alle die Informationen zu ten eines Transponders sind z. B. in der US-Rahmenvor-

dem Objekt übertragen, die dort zu einer Lufllagedar- schrift »Federal Aviation Regulations, Part 37-

stellung notwendig sind. Auch die bordseitigen Am- Technical Standard Order Authorizations, Section

wortgeräte (»Transponder«) sind mit geringem Auf- 37 180« vorgeschrieben, der auch weitere Einzelheiten wand auf ihre zusätzliche Aufgabe umrüstbar. 5° zu entnehmen sind.

Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Luftlage- In der Bodenstation wird aus der Laufzeit der

darstellung an Bord ein ausgezeichnetes Hilfsmittel, Abfrageimpulsgruppe und der in der Bodenstation

Kollisionen mit anderen innerhalb dieses Luftraumes empfangenen Antwortimpulsgruppe des Flugzeugs in

befindlichen Luftfahrzeugen zu vermeiden. Verbindung mit der momentanen Stellung der Sendean-

Die Zielinformations-lmpulsgruppen können sowohl 55 tenne 11 automatisch die Entfernung des Flugzeuges,

über das Rundstrahl- als auch über das Richtstrahldia- sein Azimutwinkel gegen Nord, seine Identität und seine

gramm des Sekundärradarsystems abgestrahlt werden. barometrische Flughöhe ermittelt. Diese Informationen

Um die Luftlagedarslellung oder -anzeige möglichst werden dem im hier nicht dargestellten »Tower«

übersichtlich zu gestalten, ist es nach einem weiteren befindlichen Flugsicherungslotsen auf einem Bildschirm

Merkmal der Erfindung möglich, diese nur für 6° oder anderen Anzeigeeinheiten dargestellt, der so

bestimmte Flughöhenbereiche durchzuführen. Informationen über all diejenigen Luftfahrzeuge erhält,

Unabhängig davon können unbekannte Flugobjekte, die mit einem Sekundärradartransponder ausgerüstet

also solche Luftfahrzeuge, denen keine bestimmte Höhe sind.

zuzuordnen ist und die daher jede beliebige Höhe Fr kann daher die für den reibungslosen und sicheren besitzen können, vom Flugzeugführer erkannt und ⁶5 Ablauf des Luftverkehrs notwendigen genauen Stand-

damil umflogen werden. orte — Azimuiwinkel, Entfernung und Höhe — der

Darüber hinaus ist von besonderem Vorteil, daß kein Luftfahrzeuge und ihre Identität in dem zu überwachen-

anderes und kein größeres Frequenzband als das des den Luftraum erkennen und gibt diese samt seinen

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Anweisungen per Sprechfunk dem jeweiligen Flugzeug- Auf diese Weise können in der Datenverarbeitungsführer bekannt, falls dies erforderlich ist. anlage 20 auch andere als nur vom Sekundärradar

Um nun unter Benutzung des im Flugzeug vorhande- erhaltene Luftfahrzeugpositionen an Zielinformationen

nen Transponders eine Luftlagedarstellung auch an aufbereitet und wie vorher beschrieben abgestrahlt

Bord des Flugzeugs durchführen zu können — im 5 werden.

einfachsten Falle in Form einer Ziffernanzeige für ein Die modulierten Impulsgruppen 16 werden immer oder mehrere Luftfahrzeuge — werden die vom innerhalb der Pausen zwischen zwei Abfrageimpuls-Sekundärradar gemessenen oder von einem nicht gruppen 12 abgestrahlt, in denen aufgrund vorheriger dargestellten mitlaufenden Primärradar her bekannten Messungen keine Antwortimpulsc von angemessenen Zielkoordinaten, nämlich die Schrägentfernung R, der io Luftfahrzeugen zu erwarten sind.
Azimut oc, die barometrische Höhe h. die Identifikation Die Impulsgruppen 16 können dabei sowohl über das k, wie Fig. 2 zeigt, einer mit einem Rechner versehenen Rundstrahldiagramm ais auch in einer modifizierten Datenverarbeitungsanlage 20 übermittelt, wo sie in Version über das Richtdiagramm des Sekundärsystems geographische Koordinaten umgerechnet werden. Im abgestrahlt werden.

nächstmöglichen als empfangsfrei erkannten Zeitinter- 15 Der im Flugzeug zu verwendende, in F i g. 3 nur

vall werden diese Daten als Zielinformation — schematisch dargestellte Transponder 30, der u. a.

Impulsgruppe 16 — über das Rundstrahldiagramm der ebenfalls mindestens eine Antenne 31 aufweist, die über

Bodenstation 10 wieder abgestrahlt und können vom eine Weiche 32 mit einem Empfänger 33 und mit einem

Flugzeug empfangen werden. Sender 34 verbunden ist, welche z.B. von einem

Nach einer vollen Antennenumdrehung der Richtan- 20 gemeinsamen Oszillator 36 gespeist werden können,

tenne 11 sind somit alle im Erfassungsbereich der wobei der Sender zusätzlich einen Modulator 37

Bodenanlage liegenden Zielkoordinaten ermittelt, be- aufweist, ist zur Durchführung des beschriebenen

rechnet und wieder abgestrahlt worden. Damit sind an Verfahrens mit zusätzlichen Baugruppen zu versehen.

Bord jedes im Erfassungsbereich der Bodenanlage Dies sind eine Einrichtung 40 zur Pulslängen- und

befindlichen und mit einem Transponder versehenen 25 Zielinformationsdekodierung, die über eine Leitung 41

Luftfahrzeuges die Zielkoordinaten bekannt und wer- mit dem Empfänger 33 verbunden ist, eine Einrichtung

den nach jeder Antennenumdrehung erneuert. 42 zur Zielhöhendiskriminierung und eine Einrichtung

Um die Impulsgruppe 16 von der Abfrage-Impuls- 43 zur Identitätsdiskriminierung. Beide Einrichtungen

gruppe 12 unterscheiden zu können, wird für diese eine sind mit der Einrichtung 40 direkt verbunden. Die

größere Impulslänge von ca. 1,6 μϊ mit einer Pause von 30 Ausgänge 45,46 und 47 der Einrichtungen 40,42 und 43

0,8 μβ gewählt; vgl. Fig.4. Es werden dieselben führen zu einem Schaltwerk 5, über das die Luftlagean-

Impulsflanken vorgesehen wie bei den Abfrageimpulsen Zeigevorrichtung 48 gespeist wird. Über die Einrichtung

Pn P2, P3. um innerhalb der Sekundärradarbandbreite zu 43 zur Identitätsdiskriminierung kann ferner eine

bleiben. Einrichtung 49 zur Anzeige des eigenen Standortes

Infolge der vergrößerten Impulslänge führen diese 35 gespeist werden.

verlängerten Impulse zu keiner Antwortauslösung am Die an bord des Flugzeuges über den beschriebener; Transponder des Flugzeuges, da die Impulslänge dder Transponder eingegangene Zielinformation — Impuls-Impulse der Impulsgruppe 16 stets den zeitlichen gruppe 16 — wird also nach ihrer Dekodierung zur Bereich der Impulse Pi und P₂ der Abfrageimpulsgruppe Anzeige gebracht, wobei je nach Anzeigewünschen 12 überdecken und pflichtgemäß damit eine Antwort- 40 sowohl eine Anzeige aller Ziele, also der kompletten auslösung unterdrücken. Zweitens werden durch Im- Luftlage (Ausgang 45), als auch nur die Anzeige von pulslängendiskrimination diese Impulse im Transponder Zielen in bestimmten Flughöhenbereichen (Ausgang 46) aufgrund ihrer größeren Dauer als Informationspulse oder nur der eigenen Zielinformation (Ausgang 47) erkannt. Die Länge des gesamten Pulszuges 16 nimmt je unter Vermittlung des Schalters S über die Anzeigevornach Informationsinhalt, Anzahl der notwendigen Bit, 45 richtung 48 durchgeführt werden kann. Durch den Werte zwischen etwa 70 με und 110 μ$ an; vgl. Fig. 4. Zielhöhendiskriminator 42 werden nur die in einer

Die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens bestimmten Flughöhe liegenden Ziele und durch den

geeignete Bodenstation weist u. a. die schon genannte Identitätsdiskriminator 43 nur der eigene Standort aus

Antenne 11 des Sekundärradarsystems, die über eine der empfangenen Impulsgruppe 16 ermittelt, so daß mil

Weiche 21 mit einem Sender 22 und einem Empfänger 50 Hilfe des beschriebenen Verfahrens sowohl durcl"

23 verbunden ist, einen Modulator 24 und die ebenfalls Dekodierung des Identitälsteils eine Navigationshilfe

schon erwähnte Datenverarbeitungsanlage 20 auf; vgl. als auch durch die Anzeige anderer im cigcnei

Fig. 2. Lufthöhenbereich fliegender Ziele durch Dekodierunt

Da die Genauigkeit der Entfcrnungs- und Azimutbe- im Zielhöhendiskriminator eine Kollisionswarnung ai

Stimmung bei dem Sekundärradar schlechter als beim 55 Bord des Flugzeuges durchgeführt werden kann.

Primärradar ist, bei dem bekanntlich die vom ange- Da gleichzeitig auch die von der Primärradaranlagi

strahlten Objekt reflektierte Energie empfangen wird, ermittelten Ziele von der Datenverarbeitungsanlage 2(

und z.B. wegen Ausfalls niciii alle Tianspondcr aufbereite' urn' Hon '/irlinfnrmniioncn aufRCSchalte

auswertbar antworten könnten, ist meistens für die werden, sind diese an Bord des Luftfahrzeuges al

Luftraumüberwachung neben dem Sekundärradar auch 60 besonders gefährliche Ziele erkennbar, da sie auf tii

das schon erwähnte Primärradar vorhanden. Die Sekundärradarabfi agc als im Modus C nicht auswertba

Trigger- und Zielimpulsc zusammen mil den Winkelin- antwortend, jede beliebige Flughöhe haben könnet

formationen der hier nicht dargestellten Primärradar- Dies wird an Bord dadurch erkannt, dali im Zidhöhcr

anlage werden über Leitungen 29 und 25 der diskriminator eine entsprechend erhaltene Informatin

Datenverarbeitungsanlage 20 zugeführt, die im vorlie- 65 abgeleitet wird.

genden Falle einen Radaivielexlraktor beinhalten muH Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens können ai

zur Umsetzung der originären Radarinformiitioncn in einfache und kostensparende Weise vor allem auf

emedalenvcraibeitungsfiihige Form. kleinere Flug/enge mil einem Flächen-Navigiitionv im

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Koliisionswarnsyslem ausgestattet werden, das die Führung des Luftfahrzeuges erheblich erleichtert. Es ist lediglich sicherzuslellcn, daß das für das Sekundärradar benützte Frequenzband durch die zusätzliche Pulsübertragung nicht erweitert und die Antwortwahrscheinlichkeit der Transponder aufgrund der zusätzlichen Ziclinforniationen nicht zulässig beeinflußt wird, was ohne besondere Schwierigkeiten eingehalten werden kann. Damit ist das beschriebene Verfahren als Ergänzung zum bisher bekannten Sekundärradarsyslem durchführbar, ohne daß dieses störend beeinträchtigt wird.

Die Sendefrequenz des Transponders liegt nornigemäß bei 1090 MHz, die Sendefrequenz der Sekundärradarbodenstation auf 1030 MHz. Bei zu starker Belegung der Sekundärradar-Sendefrequenz wird die Ziclinformation bei einem alternativen Vorschlag auf einer Sendefrequenz von 1150MHz von der Bodenstation ausgesendet.

In diesem Fall ist im Transponder eine zweite Eingangsstufc 50 für diese Empfangsfrequen? 1150 MHz vorgesehen, die durch eine Schalterstufe 51 von der Antenne 31 getrennt werden kann. Dei Zwischenverstärker ist wieder gemeinsam. Diese Lösung hat den Vorteil, daß im Transponder dei Empfang von Zielinformation abgeschaltet werder kann und der Transponder wie bisher arbeitet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

709 648/1

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Sekundär-Radar-System mit Abi ·- und Antwortimpulsgruppen zur Zielerfassun^ and Ziel · identifikation der im Erfassungsbereich der Bodenstation liegenden Luftfahrzeuge, wobei alle Positionen von Luftfahrzeugen in einem bestimmten Luftbereich, die durch Primär- und/oder Sekundärradar-Abtastung in der Bodenstation bekannt sind, in erdfeste Zielkoordinaten (Koordinaten der Luftfahrzeuge) umgerechnet und den errechneten Zielkoordinaten Identifikationssignale (Kennung des jeweiligen Luftfahrzeuges) und bekannte oder

   10. Sekundär-Radar-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dall unerwünschte Antworten auf Zielinformationsimpulse durch Ausnützung der Seitenzipfelunterdrükkungsschaltung an der Bordstation des Luftfahrzeuges verhindert werden.