DE2216410A1 - Sekundärradar-Nahwarneinrichtung - Google Patents

Description

8719-72 Dr.ν.Β/Ε

F21479 West Germany

üS-Ser.No. 130,952 ,

Filed April 5, 1971 '

George Barret LITCHFORD

32 Cherry Lawn Lane, Northport, N.Y.11768 (V.St.A.)

Sekundärradar-Nahwarneinrichtung ^:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sekundärradar-Nahwarneinrichtung, die mit Abfragesignalen arbeitet, wie sie von einem üblichen Überwachungs-Sekundärradar-Abfragesender abgestrahlt werden und die einen Azimutsektor erfaßt, der breiter ist als die Hauptkeule des Abfragesenders.

Es ist bekannt, den Verkehr im Bereich von Flug- und Seehäfen mit Hilfe von Hochfrequenzortungsanlagen, insbesondere Radaranlagen zu überwachen. Eine wichtige Aufgabe einer eichen überwachung besteht in der Vermeidung von Kollisionen. Größere Flughäfen sind mit sogenannten Überwachungs-Sekundärradaranlagen (SSR) ausgerüstet, die mit Transponderhaken an Bord der Luftfahrzeuge zusammenarbeiten. Bei solchen SekundärradaracLagen lassen sich die Luftfahrzeuge gut von Bodenechos und anderen Störungen unterscheiden und außerdem können vom Luftfahrzeug Daten, wie Identifizierungscodes, Höhenangaben usw. zur Bodenstation übertragen werden. Das Flugs:"cherungspersonal kann auf Grund der Anzeige der überwachungs "-S ekundär radaranlage die Flugzeuge leiten, was normalerweise durch eine Funksprechverbindung erfolgt, und den erforderlichen Sicherheitsabstand zwi-

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schen den verschiedenen Luftfahrzeugen aufrechterhalten.

Der Kapazität solcher Anlagen ist jedoch Grenzen gesetzt, gleichgültig wie aufwendig sie aufgebaut und personalmäßig ausgestattet sind, da man sich jedes Fahrzeuges individuell annehmen muß und jedes Fahrzeug daher einen Teil der Zeit des Flugleitpersonals und des verfügbaren Hochfrequenzspektrums in Anspruch nimmt. Bei starkem Verkehr treten daher in der Praxis immer wieder Verzögerungen beim Start und der Landung auf und die Kollisionsgefahr nimmt zu.

Die Anzahl von Zusammenstößen und gerade noch vermiedenen Zusammenstößen in der Luft ist in verkehrsreichen Gebieten inzwischen so groß geworden, daß eine große Anzahl von Flugzeug-Nahwarneinrichtungen entwickelt worden sind. Bei den wichtigsten bekannten Entwicklungen dieser Art ist ein häufiger oder praktisch ununterbrochener Austausch von Signalen zwischen allen in Frage kommenden Luftfahrzeugen innerhalb des interessierenden Bereiches vorgesehen, während Flugzeugen, die nicht in das System einbezogen sind, keine Rechnung getragen wird, allenfalls mit der Ausnahme, daß eine solche Mitarbeit gesetzlich erzwungen werden soll. Die erforderlichen Bordanlagen sind bei solchen Systemen jedoch sehr groß und teuer, sie nehmen einen großen Teil des schon jetzt überfüllten Hochfrequenzspektrums in Anspruch und sind im allgemeinen unabhängig von anderen notwendigen Bordanlagen, wie Transpondern. Ein weiterer Nachteil von einigen dieser bekannten Entwicklungen besteht darin, daß sie nur eine relative Lageinformation ohne Bezug auf den Boden sondern in der Praxis nur in bezug auf einen sich willkürlich ändernden Bezugsort liefern.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Nahwarneinrichtung für Fahrzeuge, insbesondere Luft- und Wasserfahrzeuge anzugeben, die die relative Lage der Fahrzeuge in bezug aufeinander innerhalb des von

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einem festen Bezugsort ausgestrahlten Strahlungsfeldes ermittelt und bei Unterschreiten einer vorgegebenen Entfernung eine Warnung liefert, die rechtzeitige Manöver zur Vermeidung von Kollisionen ermöglicht, ohne daß hierfür aufwendige und teure Geräte erforderlich sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe eine Einrichtung vorgesehen, die eine Vorrichtung zum Empfang von Abfragesignalen, die von einem Richstrahlabtastsender, wie einem Überwachungs-Sekundärradar-Abfragesender, gerichtet abgestrahlt werden, und zum Empfang der resultierenden Antwortsendungen von Stationen, die mit der vorliegenden Einrichtung zusammenarbeiten und mit Transpondern bestückt sind, enthält. Die Abfragesignale werden nur während der Durchgangszeit oder Verweilzeit des Abtaststrahles empfangen. Die Antworten werden während der Durchgangszeit des Abtaststrahles nur von solchen Transpondern empfangen, die sich innerhalb eines gemeinsamen oder zusammenhängenden Azimutsektors befinden, dessen Breite das Doppelte der effektiven Breite des Abtaststrahles beträgt. Um eine koordinierte überwachung von fremden Transpondern innerhalb eines bestimmten weiteren zusammenhängenden Azimutsektors zu gewährleisten, werden Darstellungen der zuletzt empfangenen Abfragesignale und der zuletzt empfangenen Antwortsignale für eine vorgegebene Zeitspanne gespeichert. Das gleichzeitige Vorhandensein von solchen gespeicherten Darstellungen zeigt an, daß sich innerhalb des breiteren gemeinsamen Azimutsektors ein Transponder befindet.

Viele der üblichen überwachungs-Sekündärradar-

Abfragesender strahlen außerdem ein zur Seitenkeulenunterdrückung dienendes Signal ungerichtet aus. Dieses Signal wird als Zeitbezugssignal zur Messung der relativen Laufzeitverzögerung einer Transponaerantwort verwendet, um eine Entfernungsanzeige zu erzeugen.

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AlIe kommerziellen Transportflugzeuge und nahezu alle anderen Luftfahrzeuge, die größere Plughäfen anfliegen, sind nun mit Transpondern ausgerüstet. Bei der vorliegenden Erfindung können diese bereits vorhandenen Anlagen mit verhältnismäßig kleinen und preiswerten Zusatzgeräten für die Anzeige von in der Nähe befindlichen Fahrzeugen, also zur Nahwarnung, verwendet werden, ohne daß dadurch die ursprüngliche Funktion des Transponders gestört und ein größerer Teil des Hochfrequenzspektrums benötigt würde.

Die Erfindung läßt sich auch noch für andere Zwecke als den oben erwähnten unmittelbar einleuchtenden Zweck verwenden, z.B. zur Anzeige der gegenseitigen Lage von Wasserfahrzeugen im Bereich eines Hafens oder zur Navigation und für en route Operationen unter Verwendung von Wiederholern und Auslösesendern an Bezugspunkten oder bei Hindernissen.

Der Erfindungsgedanke wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines einfachen, prinzipiellen Ausführungsbeispieles der Erfindung;

Fig. 2 eine Darstellung von typischen Lageverhältnissen zwischen einer überwachungs-Sekundärradaranlage und verschiedenen Luftfahrzeugen, die sich innerhalb ihres Dienstbereiches befinden, in Draufsicht; es ist ferner die Richtcharakteristik der Radaranlage dargestellt;

Fig. 3A bis 3G graphische Darstellungen der

zeitlichen Zuordnung verschiedener Signale, die beim Betrieb der Einrichtung gemäß Fig. 1 auftreten;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Torimpulsgene-209842/0891

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines empfangenen Abfragesignales von einer überwachungs-SekundMrradaranlage;

Fig. 7 ein Blockschaltbild von zusätzlichen Teilen einer Abwandlung der Einrichtung gemäß Fig. 5;

^ Fig·. 8 eine graphische Darstellung eines Antwortsignales, wie es von einem Transponder bei Abfrage durch eine Überwachungs-Sekundärradaranlage ausgestrahlt wird, und

Fig. 9 ein Schaltbild eines Impulsdecodierers.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 enthält einen 1030-MHz-Empfanger 1 zum Empfang von Abfragesignalen, wie sie von einer üblichen Überwachungs-Sekundärradaranlage (SSR) abgestrahlt werden. An den Empfänger ist ein Abfragedecodierer angeschlossen. Beim Empfänger 1 und dem Decodierer 2 kann es sich um Teile eines üblichen SSR-Transponders handeln, der in üblicher Weise arbeitet und für jedes empfangene Abfragesignal richtiger Codierung einen Antwortauslöseimpuls erzeugt. ^Y

Der Decodierer 2 ist mit einem Torimpulsgenerator 3 verbunden, der einen Torimpuls mit einer vorgegebenen Nenngleichspannung liefert, der bei Zuführung eines Auslöseimpulses beginnt und nach Ablauf eines vorgegebenen Torzeitintervalls, z.B. 30 ms, endet. Der Torimpulsgenerator ist rückstellbar, d.h. daß beim Auftreten eines weiteren Auslösesignals während eines durch einen vorangegangenen Auslöseimpuls ausgelösten Torimpulses dieser Torimpuls erst ein volles Torzeitintervall

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-6-nach dem zweiten Impuls endet.

Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines Torimpulsgenerators, der einen Taktimpulsgenerator 4, einen Impulszähler 5 und ein Flipflop 6 enthält, die in der dargestellten Weise miteinander verbunden sind. Ein Eingangsimpuls auf einer Leitung 7 stellt den Zähler 5 zurück und setzt das Flipflop 6 in den 1-Zustand, bei dem eine Ausgangsleitung 8 erregt ist. Wenn der Zähler eine dem gewünschten Torzeitintervall entsprechende Anzahl von Taktimpulsen gezählt hat, liefert er einen Ausgangsimpuls an einer Leitung 9, der das Flipflop 6 zurückstellt, das Signal von der Leitung 8 abschaltet und dadurch den Torimpuls beendet.

Wenn auf der Leitung 7 ein weiterer Auslöseimpuls auftritt, bevor der Zähler seinen Zählzyklus beendet hat, wird der Zähler durch diesen Impuls auf Null zurückgestellt und beginnt daher wieder von Null aus zu zählen. Das Flipflop 6 bleibt einfach gesetzt. Nach dem Ende des Torimpulses kann der Zähler zyklisch weiter arbeiten und Impulse auf der Leitung 9 erzeugen. Diese beeinflussen das Flipflop 6 jedoch nicht, dieses bleibt vielmehr im zurückgesetzten oder O-Zustand, bis auf der Leitung 7 ein neuer Eingangs- oder Auslöseimpuls auftritt.

Die Einrichtung gemäß Fig. 1 enthält ferner

einen 1090-MHz-Empfanger 10 zum Empfang der Antwortsignale, die von einem etwa in seinem Bereich befindlichen Transponder als Antwort auf eine SSR-Abfrage ausgestrahlt werden. Der Empfänger 10 kann mit Ausnahme der Empfangsfrequenz im wesentlichen dem i-inpfänger 1 entsprechen oder es kann auch ein einfacheres Gerät mit niedrigerer Empfindlichkeit verwendet werden, d-a er nur Signale von Transpondern innerhalb eines begrenzten Bereicnes, z.B. in einem Radius von 30 km oder 20 Meilen zu empfangen braucht. Dar Empfänger 10 ist über einen Empfangsbereichdecoaierer 11 mit einem Torimpulsgenerator 12 verbunden, der im wesentlichen dem Torimpulsgenerator 3 entspricht. Die Ausgänge der Torimpulsgene-

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rator 3 entspricht. Die Ausgänge der Torxmpulsgeneratoren 3 und 12 sind mit entsprechenden Eingangsklemmen einer Koinzidenzschaltung, z.B. eines UND-Gliedes 13 verbunden. Die Ausgangsklemme des UND-Gliedes 12 ist an eine Anzeige- oder Alarmvorrichtung 14 angeschlossen. ,

Der Empfangsbereichdecodierer ähnelt dem Abfragedecodierer, er liefert jedoch einen Ausgangsimpuls als Antwort auf die sogenannten Rahmen- oder Bereichsirapulse Fl und F2 eines üblichen Transponder-Antwortsignals (siehe Fig. 8). Die Decodierer 2 und 11 und andere, die später erwähnt werden, sind Geräte, die beim Auftreten von zwei Impulsen, die durch ein vorgegebenes Zeitintervall getrennt sind, ansprechen. Bei der in Fig. 9 dargestellten Schaltungsanordnung werden die Eingangsimpulse auf einer Leitung 15 dem einen von zwei Eingängen eines UND-Gliedes 16 über ein Verzögerungsglied 17 und dem anderen Eingang direkt zugeführt. Die Verzögerung ist gleich dem vorgegebenen Intervall zwischen den beiden Impulsen. Wenn die Impulse den richtigen zeitlichen Abstand voneinander haben, erreicht der erste Impuls das UND-Glied durch das Verzögerungsglied zur gleichen Zeit wie der das UND-Glied direkt erreichende zweite Impuls und es entsteht dann ein Ausgangsimpuls auf einer Leitung 18. Das Verzögerungsglied 17 kann, wie dargestellr eine getrennte Vorrichtung sein, es und andere Verzögerungseinrichtung in der Anlage können jedoch auch aus einem Taktimpulsgenerator und einem Schieberegister bestehen, die die Verzögerung in bekannter Weise auf digitalem Wege bewirken.

In Fig. 2 stellt die ausgezogen gezeichnete Linie 19 die Richtcharakteristik einschließlich der Hauptkeule und der zugehörigen Nebenkeulen einer im Punkt R befindlichen Überwachungs-Sekundärradaranlage (Abfragesender) dar. Die ganze Strahlungscharakteristik läuft mit einer Frequenz zwischen etwa 4 und 15 U/min um, wie durch einen Pfeil 20 angedeutet ist. Die Breite der Hauptkeule beträgt typischer-

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weise 3 bis 6°. Es sei nun angenommen, daß sich mit Transpondern ausgerüstete Luftfahrzeuge gerade an den Punkten A, C und X befinden, während der Ort des mit der Einrichtung gemäß Fig.l ausgerüsteten Luftfahrzeugs mit B bezeichnet ist. Wenn die Strahlungskeule 19 den Punkt A überstreicht, empfängt der Transponder eine Reihe von vielleicht 20 oder mehr Abfragen in Intervallen von etwa 2 bis 3 Millisekunden, je nach der Wiederholungsfrequenz der betreffenden Radaranlage. Auf jede Abfrage folgt innerhalb von etwa 3 Mikrosekunden eine Antwort vom Transponder. Die vom Transponder im Punkt A abgestrahlten Antwortsignale werden vom Empfänger 10 des Luftfahrzeugs im Punkt B empfangen, vom Empfangsbereichdecodierer 11 als echte Antwortsignale ausgewertet und es treten entsprechende Einzelimpulse am Eingang des Torimpulsgenerators 12 auf, die in Fig. 3A dargestellt sind. Der erste Impuls löst den Torimpulsgenerator 12 aus und jeder folgende Impuls stellt ihn in der oben beschriebenen Weise zurück. Wenn der rückwärtige Rand der Keule 19 über den Punkt A läuft, hört der in Fig. 3A dargestellte Impulszug auf und der Torimpulsgenerator 12 bleibt nun noch für weitere 30 Millisekunden in Betrieb.

Das Ausgangssignal des Torimpulsgenerators 12

ist in Fig. 3D dargestellt. Wenn der vordere Rand der Hauptkeule 19 nun den Punkt B in Fig. 2 erreicht, empfängt der 1030-MHZ-Empfänger 1 die Abfragesignale. Diese werden vom Abfragedecodierer 2 decodiert und ergeben eine Folge von Ausgangsimpulsen, die in Fig. 3B dargestellt sind. Der erste Impuls dieser Folge schaltet den Torimpulsgenerator 3 ein und jeder folgende Impuls stellt ihn in der oben erläuterte Weise zurück. Das Ausgangssignal des Toriiupulsgenerators 3 ist in Fig. 3E dargestellt. Wenn der hintere Rand der Hauptkeule 19 über den Punkt B läuft, setzt der letzte Impuls der Impulsfolge (Fig. 3B) den Torimpulsgenerator 3 noch einmal zurück, so laß der von diesem gelieferte Impuls noch weitere 30 Millisekunden andauert. Obwohl die Punkte A und B sich niemals gleichzeitig innerhalb der Hauptkeule befinden, überlappt

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also offensichtlich der letzte Teil des Ausgangsimpulses vom Torimpulsgenerator 12 den Anfangsteil des Ausgangsimpulses des Torimpulsgenerators 3, so daß am UND-Glied 13 gleichzeitig Eingangssignale auftreten und das UND-GLied 13 ein Ausgangssignal 21 (Fig. 3G) liefert. Diese und ähnliche Signale, die als gemeinsame Azimutsektorsignale oder Azimutsektor-Koinzidenzsignale bezeichnet werden sollen, werden durch die Anzeigevorrichtung 14 dargestellt oder angezeigt.

Während der Zeitspanne nach dem Überlaufen des Punktes C durch den hinteren Rand der Strahlungskeule und vor dem Erreichen des" "Punktes C durch den vorderen Rand der Strahlungskeule werden durch keinen der in Fig. 2 dargestellten Luftfahrzeuge Signale gesendet oder empfangen. Der Torimpulsgenerator 3 liefert im Anschluß an die zuletzt decodierte Abfrage jedoch nach weiterem 30 Millisekunden ein AusgangaaLgnal,wie in Fig. 3E dargestellt ist. Wenn der vordere Rand der Strahrlungskeule 19 den Punkt C erreicht, beginnt der dort befind-^ liehe Transponder eine Folge von Antwortimpulsen abzustrahlen, die durch den Decodierer 11 decodiert werden. Das resultierende Äusgangssignal des Decodierer? 11 ist in Fig. 3C dargestellt. Wie vorher wird der Torimpulsgenerator 12 durch den ersten Impuls dieser Folge ausgelöst und durch jeden nachfolgenden Impuls wieder auf den Beginn des Zeitintervalls zurückgestellt:', Das vom Torimpulsgenerator 12 nun erzeugte Äusgangssignal ist in Fig. 3F dargestellt. Sein Anfang überlappt offensichtlich das Ende des Ausgangssignales des Torimpulsgenerators 12, so daß wieder Koinzidenz eintritt und das UND-Glied 13 ein Äusgangssignal 22 liefert, das in Fig. 3G dargestellt ist.

Wenn die Hauptkeule schließlich dfön Punkt X erreicht und der dort befindliche Transponder zu arbeiten beginnt, hat der Torimpulsgenerator 3 schon zu arbeiten aufgehört und die Anzeigevorrichtung 14 liefert daher keine Anzeige. Die Einrichtung gemäß Fig. 1 überwacht also einen Azimut'sektor um den Punkt

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B auf Antwortsignale von anderen Luftfahrzeugen, die sich innerhalb dieses Sektors befinden. Die Breite des Sektors beträgt vorzugsweise das Zwei- bis Dreifache der effektiven Breite der Hauptkeule der Radaranlage, sie wird durch die Dauer der von den Torxmpulsgeneratoren 3 und 12 erzeugten Torimpulse bestimmt. Antwortsignale von Transpondern außerhalb des gemeinsamen Azimutsektors sind ohne Interesse für die Ermittlung in der Nähe befindlicher Luftfahrzeuge und werden von der Einrichtung gemäß Fig. 1 nicht berücksichtigt.

Fig. 1 zeigt ein typisches Abfragesignal von

einem Standard-SSR-Abfragesender, das aus drei Impulsen Pl, P2 und P3 besteht. Der Abstand zwischen Pl und P3 bestimmt die Abfrageart. In der Zivilluftfahrt werden zwei Abfragearten verwendet, die mit 3/A bzw. C bezeichnet werden. Die Abstände zwischen Pl und P3 sind 8 bzw. 21 MikrοSekunden. Der zweite Impuls Pl ist ein Kontroll- oder Steuerimpuls, der bei allen Abfragearten im Abstand von 2 MikroseKunden auf Pl folgt und zur Seitenkeulenunterdrückung (SLS) bestimmt ist.

Bei Fig. 2 strahlt die SSR-Anlage nur die Impulse Pl und P3, nicht jedoch P2 in der gerichteten .Keule 19 aus. Der Impuls P2 wird mit einer Amplitude, die die von Pl und P2 im Seitenkeulenbereich der umlaufenden Richtcharakteristik übersteigt, ungerichtet abgestrahlt, wie durch die gestrichelte Linie 23 angedeutet ist. Bei allen modernen Transpondern werden die Amplituden der empfangenen Impulse Pl und P2 verglichen und eine Antwort wird nur dann abgestrahlt, wenn Pl um einen vorgegebenen Betrag größer ist als P2. Bei neueren Anlagen mit Seitenkeulenunterdrückung wird Pl sowohl gerichtet (StrahLungscha -· rakteristik 19) als auch ungerichtet (StrahlungscharakturLiJtik i3) ausgestrahlt, P2 nur ungerichtet (Charakteristik 2 3) and P3 nur gerichtet (Charakteristik I¹J). Die amerikanische Laftfeihrt behörde des U.S. Department of Transportation hat bau tintgcijebon, •"laß alle SSR-Anlagen, die in ihren Zuständigkeitsbereich fallen, mit der verbesserten SeitenkeuLenunterdrückumj ausqerüsfcet v/er~

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den sollen und daß Einrichtungen zur Seitenkeulenunterdrückung bei allen Luftfahrzeug-Transpondern obligatorisch werden sollen.

Bei gewissen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird der Steuerimpuls P2 zusätzlich zur Seitenkeulenunterdrückung und unabhängig von dieser für andere Zwecke verwendet, ohne daß dadurch seine vorgesehene Funktion zur Seitenkeulenunterdrückung gestört oder beeinträchtigt wird. Eine dieser zusätzlichen Aufgaben besteht darin, den gemeinsamen Azimutsektor generell in der Nachbarschaft der SSR-Anlage automatisch zu verbreitern? eine andere Verwendung besteht darin, einen "synthetischen Auslöseimpuls" für eine Bereichswarnung auf der Grundlage von Laufzeitunterschieden zu erzeugen, wenn die richtigen Auslöseimpulse fehlen, weil sich die Einrichtung außerhalb der Hauptkeule befindet.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 sind

der Empfänger 1, der Abfragedecodierer 2 und der Torimpulsgenerator 3 wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 geschaltet, dasselbe gilt für den Empfänger ΙΟ, den Empfangsbereich-Decodierer 11 und den Torimpulsgenerator 12, der jedoch an den Decodierer 11 über ein ODER-Glied 24 angeschlossen ist. An den Empfänger 1 ist ferner ein SLS-Decodierer 25 angeschlossen, der geiüäß Fig. 9 geschaltet sein kann, wobei das Verzögerungsglied 17 für eine Verzögerungszeit von 2 Mikrosekunden ausgelegt ist.

Der Decodierer 25 ist mit einem Torimpulsgenerator 26 des in Fig. 4 dargestellten Typs verbunden, dessen Torzeitintervall etwas länger ist als das maximal zu erwartende Äbfragewicderholunqsintervall, also z.B. 4 Millisekunden. Die Toriinpul sgeneratoren 3 und 12 sind hier mit einer Torimpulsdauersteup.rung versehen, die bei Erregung das Torimpulszeitintervall um einen vorgegebenen Betrag wie 3O Millisekunden verlängert. Die Impulsdauersteuerung kann z.B. aus einer Schaltvorrichtung

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bestehen, mit der in den Zähler 5 (Fig. 4) ein zusätzlicher binärer Zustand einschaltbar ist.

Der Empfänger 1, der einen Teil eines üblichen Transponders darstellen oder ähnlich wie ein solcher ausgebildet sein kann, enthält ein Videoschwellwertglied, das die Ausgangssignale von demodulierten Impulsen unterdrückt, deren Amplituden unterhalb des Schwellwertes liegen. Bei Entfernungen von mehr als vielleicht 20 oder 30 Meilen von der SSR-Anlage treten im Empfängerausgangssignal keine Impulse P2 auf, da diese nur mit einer verhältnismäßig kleinen Amplitude ausgestrahlt werden, die nur die der zweiten Keulen des umlaufenden Strahls überschreitet und unterhalb des Schwellwertes liegt. Unter diesen Umständen liefert der SLS-Decodierer 25 kein Ausgangssignal, der Torimpulsgenerator 26 bleibt im Ruhezustand und der bisher beschriebene Teil der Einrichtung gemäß Fig. 5 arbeitet wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Innerhalb des die SSR-Anlage (Abfragesender) umgebenden Seitenkeulenunterdrückungsbereiches, in dem der Impuls P2 mit einer den Empfängerschwellwert übersteigenden Amplitude empfangen wird, liefert der SLS-Decodierer 25 als Antwort auf jedes empfangene Impulspaar Pl, P2 einen Ausgangsimpuls, der den Torimpulsgenerator 26 setzt bzw. wieder auf den Beginn der Impulsperiode zurücksetzt. Das Ausgangssignal des Torimpulsgenerators 26 hält die Torimpulszeitintervalle der Torimpulsgeneratoren 3 und 12 auf den verlängerten Werten, bei diesem Beispiel 60 Millisekunden, so lang die erwähnten Bedingungen andauern. Der resultierende gemeinsame Azimutsektor ist dann doppelt so groß wie der Winkelbereich des Azimutsektors außerhalb des Seitenkeulen-Unterdrückungsbereiches.

Bei einem Standardtransponder liefert das Ausgangssignal des Abfragedecodierers eincin Auslöseimpuls, der den 1090-MHz-Antwortsender in Betrieb setzt und den 1030-MHz-

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Empfänger für etwa 100 Mikrosekunden sperrt. Bei Verwendung mit einem Transponder, wie es im allgemeinen beabsichtigt ist, muß der Empfänger 10 also während der Antwortsendungen gesperrt werden. Zu diesem Zweck ist der Abfragedecodierer 2 direkt mit der Setzeingangsklemme eines Flipflops 27 und über ein. 25-Mikrösekunden-Verzögerungsglied 28 mit der Rückstelleingangsklemme des Flipflops verbunden. Die 1-Ausgangsklercime des Flipflops 27 ist mit der Sperrvorrichtung des Empfängers 10verbunden, bei der es sich um die Sperrvorrichtung im 1030-MHz-Transponderempfänger handeln kann.

Jeder Ausgangsimpuls vom Abfragedecodierer 2

setzt das Flipflop "27, erregt dessen 1-Ausgangsklemme und sperrt den Empfänger 10. Nach einem Intervall von 25 Mikrosekunden, während dessen der Transponder eine Antwort abgibt, setzt der verzögerte Impuls vom Verzögerungsglied 28 das Flipflop 27 zurück, sodaß die 1-Ausgangsklemme entregt und die Sperrung des Empfängers 10 beendet wird. ,

Per Empfänger 10 enthält wie der Empfänger 1 ein Schwellwertglied, das in diesem Fälle mit einer Steuerleitung 29 versehen ist, die bei Erregung den Schwellwert um z.B. etwa 3 dB erhöht. Das Ausgangssignal des Verzogerungsgliedes 28 ist mit der Setzklemme eines Flipflops 32 direkt und über ein weiteres 25-Mikrosekunden-Verzögerungsglied 31 mit der Rückstellklemme dieses Flipflops verbunden. Die Steuerleitung 29 ist an die 1-Ausgangsklemme des Flipflops 32 angeschlossen.

Das Verzögerungsglied 31 und das Flipflop 32 erhöhen den Schwellwert des Empfängers während der ersten 25 Mikrosekunden im Anschluß an die für die Transponderantwort bewirkte Sperrung. Das 1-Ausgangssignal des Flipflops 32 gibt außerdem ein UND-Glied 33 frei, das den Ausgang des Empfängers 10 direkt mit einem zweiten Eingang des ODER-Gliedes koppelt

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und dadurch den Empfangsbereichdecodierer 11 jeweils die ersten 25 Mikrosekunden nach der Wiedereinschaltung des Empfängers überbrückt. Hierdurch wird gewährleistet, daß das ODER-Glied 24 ein Ausgangssignal liefert und den Torimpulsgenerator 12 in Betrieb setzt, wenn die Einrichtung mit einem Transponder verwendet wird und Antworten von einem anderen Transponder empfängt, der sich an einem solchen Ort in dem von der Hauptkeule eingeschlossenen Sektor befindet, dass nach dem Ende der Sperrung des Empfängers 10 nur der letzte Teil seiner Antwort empfangen wird. Durch die Erhöhung des Schwellwertes wird die Tatsache nutzbar gemacht, daß solche Teilantworten von einem verhältnismäßig nahe benachbarten Transponder kommen müssen und daher stark sind, so daß eine Unterscheidung gegenüber Störimpulsen oder anderen Störungen, die im allgemeinen schwächer sind, gewährleistet ist.

Das verzögerte Auslöseausgangssignal vom Verzögerungsglied 28 wird über ein ODER-Glied 34 einem Torimpulsgenerator 35 des in Fig. 4 dargestellten Typs zugeführt, dessen Torimpulszeitintervall beispielsweise 30 Mikrosekunden beträgt. Das Ausgangssignal des Torimpulsgenerators 35 wird einem UND-Glied 36 zugeführt, das außerdem das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 24 erhält. Dem ODER-Glied 34 wird ein zweites Eingangssignal vom SLS-Decodierer 25 über ein Verzögerungsglied 37 zugeführt, das im vorliegenden Falle eine Verzögerung von 22 Mikrosekunden einführt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes wird dem einen von zwei Eingängen eines UND-GBedes 39 zugeführt. Der andere Eingang des UND-Gliedes 39 ist mit dem Ausgang des Azimutsektor-Koinzidenz-UND-Gliedes 13 verbunden. Der Ausgang des UND-Gliedes 39 ist an eine Anzeigevorrichtung 40 angeschlossen.

Der Torimpulsgenerator 35, das UND-Glied 36 und die ihnen zugeordneten Schaltungseinheiten liefern auf einer Leitung 41 ein Bereichswarnsignal in Abhängigkeit von

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einer Antwort oder einem Teil einer Antwort von einem anderen Transponder. Es sei zuerst der Fall betrachtet, daß sich die Einrichtung, gemäß Fig. 5 außerhalb des Wirkungsbereiches der Seitenkeulenunterdrücküngseinrichtung jedoch innerhalb des Abfragebereiches einer SSR-Anlage befindet. Jede Abfrage, die beim überstreichen durch die Strahlungskeule empfangen wird erzeugt dann im Decodierer 2 einen Ausgangsimpuls. Nach einer Verzögerung von 25 Mikrosekunden im Verzögerungsglied 28 löst dieser Impuls gleichzeitig mit der Beendigung der Sperrung des Empfängers 10 den Generator 35 aus.

Jeder Impuls, der während der nächsten 25 MikroSekunden vom 1090-MHz-Empfänger 10 empfangen wird und stark genug ist, um den Empfängerschwellwort zu überwinden, wird als Teil einer Antwort von einem anderen Transponder, die auf derselben Abfrage beruht, angesehen. Diese Impulse durchlaufen das UND.Glied 33 und das ODER-Glied 24 zum UND-Glied 36, das zu diesem Zeitpunkt durch das Ausgangssignal des Torimpulsgenerators 35 durchlaßbereit gemacht ist und dementsprechend ein Bereichswarnungssignal auf der Leitung 41 erzeugt. Das zu diesem Zeitpunkt vorhandene Azimutsektor-Koinzidenzsignal macht in diesem Zeitpunkt das UND-Glied 39 ansprechbereit, so daß das Bereichswarnungssignal die Anzeigevorrichtung 40 betätigen kann.

Nach dem Ablauf der Verzögerung von 25 Mikrosekunden im Verzögerungsglied 31 wird der Schwellwert des Empfängers 10 herabgesetzt und das UND-Glied 33 gesperrt. Die anschließend vom Empfänger 10 empfangenen Signale können dann das ODER-Glied 24 nur dann erreichen, wenn sie von dem Decodierer 11 als richtige Antworten identifiziert worden sind. Jede wolche identifizierte Antwort liefert dann einen einzigen Impuls, der, wenn er wähtend des 30 Mikrosekunden dauernden Intervalles des Torimpulses vom Generator 35 auftritt, vom UND-Glied 36 durchgelassen wird und ein Bereichswarnsignal er-

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zeugt. Alle empfangenen und decodierten Signale, die nach Beendigung des- Torimpulsintervalles auftreten, werden von Transpondern kommend angesehen, die ζμ weit entfernt sind, um von unmittelbarem Interesse zu sein. Die Dauer der Torimpulse des Generators 35 kann gewünschtenfalls einstellbar sein, um unterschiedlichen Verkehrsdichten Rechnung tragen zu können.

Es sei als nächstes der Fall betrachtet, daß sich die Einrichtung gemäß Fig. 5 innerhalb des effektiven Bereiches der Seitenkeulenunterdrückung befindet. Da sowohl Pl als auch P2 ungerichtet (Strahlungsverteilung 23 in Fig. 2) ausgestrahlt werden, liefert der SLS-Decodierer 25 dann als Antwort auf jeden vom SSR-Abfragesender ausgestrahlten Abfrageimpuls einen Ausgangsimpuls unabhängig von der Lage der Hauptkeule. Jeder dieser Impulse schaltet nach der Verzögerung im Verzögerungsglied 37 den Torimpulsgenerator 35 ein.

Während des größten Teiles der etwa 5 bis 15 Sekunden dauernden Umlaufperiode der SSR-Anlage weist die Hauptkeule in irgend eine andere Richtung und der Empfänger 1 empfängt dem-entsprechend keine P3-Impulse. Der Decodierer 2 liefert daher kein Ausgangssignal und der Empfänger 10 wird daher nicht gesperrt sondern bleibt betriebsbereit. Jede Antwort, die von einem anderen Transponder empfangen wird, unabhängig davon, wo sich dieser befindet, erzeugt daher nach der Decodierung durch den Decodierer 11 einen Einzelimpuls am UND-Glied 36. Dieser Impuls erzeugt ein Bereichswarnsignal auf der Leitung 41, wenn er auftritt, während das UND-Glied 36 durch das Signal vom Torimpulsgenerator 35 geöffnet ist. Die Anzeigevorrichtung 40 wird jedoch erst betätigt, wenn in diesem Zeitpunkt auch ein Azimutsektorkoinzidenzsignal vorhanden ist, das das UND-Glied 39 öffnet. Alle Bereichswarnsignale, die durch Antworten von Transpondern außerhalb des Azimutkoinzidenzsektors erzeugt werden, bleiben also außer Betracht.

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Während der etwa 30 Millisekunden, in denen die Strahlung der Hauptkeule 19 vom Empfänger 1 empfangen wird, arbeitet der Abfragedecoder 2 in der oben beschriebenen Weise und es werden gegebenenfalls in der gleichen Weise wie wenn sich die Einrichtung außerhalb des Seitenkeulenunterdrückungsbereichs befindet, Bereichswarnungssignale erzeugt. Jeder Impuls vom SLS-Decodierer 25 löst den Torimpulsgenerator frühzeitig und wiederholt aus, ohne daß dadurch die Bereichswarnungsfunktion beeinflußt wird.

Zusammenfassend gesagt liefert die Einrichtung gemäß Fig. 5 also eine Azimutsektorkoinzidenzwarnung wie die Einrichtung gemäß Fig. 1, sie ändert ferner automatisch die Breite des überwachten Sektors etwa entsprechend dem Abstand vom Abfragesender, sie bewirkt weiterhin eine Bereichswarnung, wenn sie sich in der Hauptkeule außerhalb des Seitenkeulenunterdrückungsbereiches befindet und schließlich gewährleistet sie eine Bereichswarnung im ganzen gemeinsamen Azimutsektor innerhalb des SLS- oder Seitenkeulenunterdrückungsbereiches.

Viele der gebräuchlichen Transponder sind mit einer Höhencodiereinrichtung versehen, die bei der Abfragebetriebsart C mit der Antwort automatisch die barometrische Höhe des antwortenden Luftfahrzeugs meldet. Der genormte Höhenberichtscode ist im Rundschreiben Nr. 00-27 vom 1. Januar 1969 der Federal Aviation Administration, U.S. Department of Transportation beschrieben. Fig. 8 zeigt ein tapisches Antwortsignal, das zwischen den Bereichs- oder Rahmenimpulsen Fl und F2 weitere Infatnationsimpulse enthält, die die Höhe angeben.

Bei der Einrichtung gemäß Fig. 7 ist an den

Ausgang des 1090-MHz-Empfängers 10 (Fig. 5) ein Informationsimpulsdecodierer 43 angeschlossen. Der Decodierer 43 kann ähnlich aufgebaut sein, wie die entsprechenden Einrichtungen,die

die.
in der Bodenstation für/verarheitung von Antworten, wie sie

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in der Betriebsart C empfangen werden, vorgesehen sind. Das Ausgangssignal des Decodierers 43 hat die Form eines Codes, der durch binäre Spannungszustände auf entsprechenden Adern einer mehradrigen Leitung 44 auftritt. Der Code gibt z.B. die in der zuletzt empfangenen Antwort enthaltene Höhenangabe in binärcodierter Dezimalform an. Die Leitung 44 ist mit einem von zwei Eingängen einer Vergleichseinrichtung 45 verbunden.

Der zweite Eingang der Vergleichseinrichtung ist über eine mehradrige Leitung 47 mit einer Höhencodiereinrichtung 46 bekannter Bauart verbunden. Die Signale auf der Leitung 47 entsprechen denen aus der Leitung 44, sie geben jedoch die durch den barometrischen Höhenmesser des eigenen Flugzeugs ermittelte Höhe an.

Die Vergleichseinrichtung 45 kann z.B. einen binären Paralleladdierer enthalten, der die Bitkombination auf der einen der mehradrigen Leitungen 44, 47 zum Komplement der Bitkombination auf der anderen Leitung addiert und auf einer Ausgangsleitung 48 ein Signal liefert, wenn die beiden Eingangssignale einander entsprechen oder sich diesem Zustand bis zu einem bestimmten Grade nähern, welcher einem vorgegebenen Höhenunterschied innerhalb der gewünschten Grenzen, wie z.B. plus oder minus 500 Fuß entspricht. Die Leitung 48 führt zu einem Torimpulsgenerator 49, der entsprechend Figur 4 ausgebildet sein kann und für ein Torimpulszeitintervall von 30 ms ausgelegt ist. Der Ausgang des Torimpulsgenerators ist jeweils mit dem einen von zwei Eingängen zweier UND-Glieder 50 und verbunden. Der andere Eingang des UND-Gliedes 50 ist mit der Azimutsektor-Koinzidenzwarnsignalleitung 38 (Fig. 5) verbunden und der Ausgang des UND-Gliedes 50 ist an eine Anzeigevorrichtung 51 angeschlossen. Der andere Eingang des UNO-Gliedes 52 ist mit der Bereichs- und Azimutsektorkoinzidenzwarnsignalleitung 42 verbunden und der Ausgang dieses UND-Gliedes ist an eine Anzeigevorrichtung 53 angeschlossen.

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Im Betrieb der Einrichtung gemäß Fig. 7 wird

eine Darstellung des letzten Höhenberichts, der vom Empfänger IO empfangen wurde, mit einer entsprechenden Darstellung der eigenen Flughöhe verglichen. Wenn sich die Höhen um weniger als einen vorgegebenen, gegebenenfalls einstellbaren'Betrag unterscheiden, wird der Torimpulsgenerator 49 ausgelöst und macht die UND-Glieder 50 und 52 ansprechbereit. Wenn dann ein

Azimutsektor-Koinzidenzwarnsignal vorhanden ist oder auftritt, während das UND-Glied 50 durchlaßbereit'ist, wird die Anzeigevorrichtung 51 betätigt und liefert eine Warnung, daß sich ein anderes Luftfahrzeug sowohl im überwachten gleichen Azimutsektor als auch im überwachten gemeinsamen Höhenbereich befinden. Wenn ein Azimut-Koinzidenz- und Bereichswarnsignal vorhanden ist oder auftritt, während die Torschaltung 52 durchlaßbereit ist, wird die Anzeigevorrichtung 53 betätigt und sie liefert dann eine Warnung, die anzeigt, daß sich ein weiteres Luftfahrzeug.sowohl im gleichen Azimutbereich, im gleichen Höhenbereich und im Nahbereich des eigenen Flugzeugs befindet»

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Claims (5)

1. Patentansprüche

   ,./Sekundärradar-Nahwarneinrichtung für Fahrzeuge, welche mit den von einem üblichen Überwachungs-Sekundärradar-Abfragesender ausgestrahlten AbfrageSignalen arbeitet und einen Azimutsektor erfaßt, der breiter ist als die Abfragestrahlungskeule des Abfragesenders, gekennzeichnet d u r c h

   a) eine Vorrichtung (1) zum Empfang der Abfragesignale während des Durchganges durch die Hauptkeule (19) der Abfragestrahlung;

   b) eine Vorrichtung (10) zum Empfang der Antwortsignale von Transpondern anderer Fahrzeuge;

   c) eine Speicheranordnung (3) zur Speicherung einer Darstellung des als letztes empfangenen Abfragesignales für eine vorgegebene Zeitspanne;

   d) eine Speicheranordnung zur Speicherung einer

   Darstellung des als letztes empfangenen Antwortsignales für eine vorgegebene Zeitspanne und

   e) eine Vorrichtung (13, 14) zur Erzeugung eines Azimutkoinzidenzwarnsignales bei gleichzeitigem Vorliegen der gespeicherten Darstellungen (Fig. 3D, Fig. 3E).
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine durch ein vom Abfragesender einer Überwachungs-Sekündärradaranlage ausgestrahltes Seitenkeulenunterdrückungs-Steuersignal gesteuerte Schaltungsanordnung (25) ein Ausgangssignal zur Änderung der vorgegebenen Zeitspanne, für die die Darstellungen der Abfragesignale und Transponderantwortsignale gespeichert werden,liefert.

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3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 bei welcher die Vorrichtung zum Empfang der Abfragesignale auch zum Empfang eines Seitenkeulenunterdrückungssteuerimpulses eingerichtet ist, der durch den Abfragesender vor und nach dem Durchgang der Hauptkeule ausgestrahlt wird, gekennzeichnet durch

   a) eine Vorrichtung zur Verzögerung des empfangenen SeitenkeUlenunterdrückungs-Steuerimpulses für eine Zeit·* spanne, die größer ist als die Verzögerung zwischen dem letzten Impuls eines normalen Abfragesignales und dem ersten Impuls eines normalen Transponderantwortsignales;

   b) eine Anordnung zur Speicherung eines Darstellung des letzten verzögerten Seitenkeulenunterdrückungssteuerimpulses für eine vorgegebene Zeitspanne;

   c) eine Anordnung, die bei gleichzeitigem Vorhandensein der letzterwähnten gespeicherten Darstellung und_: eines Transponderantwortsignales von-einem anderen Fahrzeug ein Bereichswarnsignal erzeugt;

   d) eine Warnsignalanzeigevorrichung und

   e) eine Vorrichtung, die die Warnsignalanzeigevorrichtung betätigt, wenn das Bereichswarnsignal und das Azimutsektorkoinzidenzwarnsignal gleichzeitig vorhanden sind.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, g ekennzeichnet durch einen Decodierer (43) für Höhenmeldungen in den Transponderantwortsignalen anderer Fahrzeuge; eine Einrichtung (46) zum Erzeugen entsprechender

   Signale, die die eigene Flughöhe angeben; eine Vergleichsein-

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   richtung (45), die ein Signal liefert, wenn der Unterschied zwischen den beiden Höhenmeldungen einen vorgegebenen, gegebenenfalls einstellbaren Betrag unterschreitet, und eine Höhenannäherungs- und Azimutsektorkoinzidenzanzeigevorrichtung (51), die bei gleichzeitigem Vorhandensein eines Ausgangssignales von der Vergleichseinrichtung (45) und des Azimutsektorkoinzidenzwarnsignals (auf der Leitung 38) anspricht.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Decodierer (43) für Höhenmeldungen in Transponderantwortsignalen anderer Luftfahrzeuge; eine Einrichtung (46) zum Erzeugen eines entsprechenden, die eigene Flughöhe angebenden Signals; eine Einrichtung (45) zum Vergleich der beiden HöhenSignaIe, welche ein Ausgangssignal liefert, wenn die Höhendifferenz einen vorgegebenen Wert unterschreitet, und eine Anzeigevorrichtung (52), die bei gleichzeitigem Vorhandensein des Höhenannäherungssignals und des Bereichsannäherungs- und Azimutsektorkoinzidenzwarnsignals (auf der Leitung 42) eine Anzeige erzeugt.

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