DE2538382A1

DE2538382A1 - Verfahren zum selektiven abfragen von transpondern und anordnung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2538382A1
Application number: DE19752538382
Authority: DE
Inventors: Philip Neville George Knowles; Christopher Pell
Original assignee: Plessey Handel und Investments AG
Current assignee: Plessey Overseas Ltd
Priority date: 1974-08-28
Filing date: 1975-08-28
Publication date: 1976-03-11
Also published as: FR2283447A1; FR2283447B1; US4109248A

Description

Plessey Handel und Investments AG 6j00 ZUG / Schweiz
Gartenstraße 2

Unser Zeichen: P 2280

Verfahren zum selektiven Abfragen von Transpondern und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf Radaranlagen und insbesondere auf sogenannte Sekundär-Radaranlagen.

Es besteht ein zunehmender Bedarf nach einer Anordnung zur Feststellung der Position und der Identität von Flugzeugen (möglicherweise von Straßenfahrzeugen) auf Flugplätzen, insbesondere zur Überwachung ihrer Bodenbewegungen bei schlechter Sicht. Prinzipiell bildet der Rundsicht-Sekundärradar-Bordtransponder (SSR-Transponder) die Basis für dieses Erfordernis, doch kann das normale Rundsicht-Sekundär-Radarsystern aus folgenden Gründen nicht angewendet werden:

(a) Wenn zwei Flugzeuge (innerhalb der Antennenstrahlbreite) hinsichtlich der Entfernung um weniger als 2,6 km (1,6 Miles) im Abstand voneinander liegen, besteht die große Wahrscheinlichkeit, daß ihre AntwortImpulsfolgen verstümmelt und ihre Identitäten verfälscht werden.

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(b) Die relativ große Toleranz der Transponder-Antwortverzögerung verursacht beträchtliche Entfernungsfehler.

(c) Die Azimut-Auflösung ist unzureichend.

Das Problem (a) kann durch selektive Abfrage einzelner Flugzeuge und ohne ein volles selektives Adressierungssystem (beispielsweise Adsel) überwunden werden; es ist vorgeschlagen worden, daß dies dadurch erzielt werden kann, daß die zwei Abfrageimpulse der Rundsicht-Sekundärradar-Anlage (nachfolgend SSR-Anlage genannt) von zwei getrennten Rundstrahlantennen abgestrahlt werden, die am Rand des Flugplatzes angebracht sind. Diese zwei Abfrageimpulse werden in der richtigen zeitlichen Beziehung nur von einem Flugzeug an der richtigen relativen Entfernung von den zwei Antennen empfangen; durch Ändern der zeitlichen Beziehung der zwei ausgesendeten Impulse können Flugzeuge an verschiedenen relativen Abständen abgefragt"werden. Die abgefragte Transponderantwort wird dann mit Hilfe einer Richtantenne empfangen, die zum Abtasten des Flugplatzes gedreht wird. Die Erfindung bezieht sich auf ein System dieser Form, bei dem die. Notwendigkeit, eine sich drehende Antenne vorzusehen, beseitigt ist.

Nach der Erfindung ist das Verfahren zum selektiven Abfragen von Transpondern die von innerhalb eines vorbestimmten Gebietes befindlichen Fahrzeugen getragen sind, zur Identifizierung und/oder Ortung dieser Fahrzeuge dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Abfrageimpulspaar zum Abfragen der in einem Streifen des Gebiets befindlichen Transponder abgestrahlt wird, daß die Position eines gesuchten Transponders bestimmt wird, daß ein Unterdrückungsimpulspaar ausgestrahlt wird, das alle bis auf einen gesuchten Transponder in dem Streifen unterdrückt, daß ein zweites Abfrageimpuls-

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paar zum Abfragen des gesuchten Transponders ausgestrahlt wird, wobei der gesuchte Transponder vorzugsweise abgefragt wird, wenn die übrigen Transponder in dem Streifen unterdrückt sind, und daß die von diesem Transponder ausgesendete Antwort zur Identifizierung und/oder Ortung empfangen wird.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Zeitbeziehung zwischen den Impulsen des ersten Abfrageimpulspaars in Schritten verändert wird, so daß das vorbestimmte Gebiet in Schritten durchlaufen wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, daß das vorbestimmte Gebiet in einer Folge von Streifen in einer Richtung und dann in einer Folge von Streifen in der entgegengesetzten Richtung durchlaufen wird.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der einen Ausführungsform ist gekennzeichnet durch erste und zweite Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht und so angeordnet sind, daß sie ein bestimmtes Paar des ersten Abfrageimpulspaars abstrahlen, und eine dritte Antenne, die am Rand des Gebiets angebracht ist, wobei die dritte und die erste oder die zweite Antenne so angeordnet sind, daß sie bestimmte Unterdrückungsimpulspaare abstrahlen.

Eine weitere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der einen Ausgestaltung ist gekennzeichnet durch erste und zweite Antennen, die am Rand des bestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht und so angeordnet sind, daß sie bestimmte Paare des ersten Abfrageimpulspaars abstrahlen, und dritte und vierte Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht sind, wobei die dritten und vierten Antennen so angeordnet sind, daß sie bestimmte Unterdrückungsimpulspaare abstrahlen.

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Die dritte Antenne kann folglich so angeordnet sein, daß sie die Antwort des gesuchten Transponders empfängt; es können auch wenigstens drei der Antennen so angeordnet sein, daß sie die Antwort des gesuchten Transponders zur Bestimmung seiner Position innerhalb des vorbestimmten Gebiets empfangen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Verfahren zum selektiven Abfragen von Transpondern, die von innerhalb eines vorbestimmten Gebiets befindlichen Fahrzeugen getragen werden, zum Identifizieren und/oder Orten dieser Fahrzeuge dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Unterdrückungsimpulspaar abgestrahlt wird, das in einem ersten Streifen des Gebiets befindliche Transponder für eine erste vorbestimmte Periode unterdrückt, daß ein zweites Unterdrückungsimpulspaar abgestrahlt wird, das alle übrigen innerhalb des vorbestimmten Gebiets befindlichen Transponder für eine zweite vorbestimmte Periode unterdrückt, und daß ein Abfrageimpulspaar nach Ablauf der ersten Periode, jedoch vor Ablauf der zweiten Periode abgestrahlt wird, damit die Transponder, die sich in einem quer zu dem .ersten Streifen verlaufenden zweiten Streifen des Gebiets befinden, abgefragt werden, so daß nur diejenigen Transponder, die sich in den überlappenden Teilen der zwei Streifen befinden, abgefragt werden.

Die Erfindung gemäß dieser Weiterbildung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Beziehung zwischen den Unterdrückungsimpulsen und die zeitliche Beziehung zwischen den Abfrageimpulsen in Schritten verändert werden können, so daß der eine Streifen das Gebiet in der einen Richtung in Schritten durchläuft und der zweite Streifen das Gebiet in Schritten in einer weiteren Richtung durchläuft, wodurch der sich überlappende Teil der zwei Streifen das gesamte vorbestimmte Gebiet zur selektiven Abfrage durchläuft,

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wobei das vorbestimmte Gebiet vorzugsweise in Sprüngen durchlaufen wird, so daß unmittelbar aneinander angrenzende, sich überlappende Teile der zwei Streifen nicht unmittelbar nacheinander abgefragt werden.

Eine weitere Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Weiterbildung ist gekennzeichnet durch erste und zweite Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht und so angeordnet sind, daß sie bestimmte Paare der ersten Unterdrückungsimpulspaare abstrahlen, und dritte und vierte Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander und von den ersten und zweiten Antennen angebracht sind, wobei diese dritten und vierten Antennen so angeordnet sind, daß sie bestimmte Abfrageimpulspaare abstrahlen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß wenigstens fünf Antennen vorgesehen sind, die am Rand des vorbestimmten Gebiets angebracht sind, und daß die Antennen einander paarweise zugeordnet sind, damit bestimmte Teile des vorbestimmten Gebiets abgefragt und unterdrückt werden.

Bei der Durchführung der Erfindung gemäß einer der Ausgestaltungen wird der 3/A-Modus der Transponderabfrage angewendet, wobei die P₁- und P^-Impulse eine vorbestimmte Beziehung zueinander haben, die zur Abfrage angewendet wird, während die P^- und P2-Impulse eine weitere vorbestimmte Zeitbeziehung zueinander haben, die zur Unterdrückung angewendet wird.

Zweckmäßigerweise wird ein weiterer Impuls, der eine weitere vorbestimmte Beziehung zum P,-Impuls hat, ausgesendet, so daß ein Transponder, der die P^- und P,-Impulse in der vorbestimmten Beziehung, jedoch in

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der umgekehrten Reihenfolge empfängt, unterdrückt wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben, deren Figuren 1 bis 5 Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen.

Die derzeit im Einsatz befindlichen Rundsicht-Sekundärradar-Anlagen (SSR-Anlagen), die von Flugzeugen benutzt werden, machen von einem von jedem Flugzeug mitgeführten Transponder Gebrauch, wobei diese Transponder von einer Bodenstation abgefragt werden, um unter anderem die Identifizierung des Flugzeugs zu ermöglichen. Die Abfrage der Bord-Transponder wird unter Verwendung der Abfrageform im sogenannten 3/A-Modus bewirkt, der darin besteht, daß ein Impulspaar mit einer Frequenz von 1.030 MHz ausgesendet wird, wobei jeder.Impuls eine Dauer von 0,8 us aufweist, während der Abstand der Impulse § /us beträgt. Diese Impulse werden gewöhnlich als die P^- bzw. P,-Impulse bezeichnet. Es kann auch ein dritter Impuls Pp ausgesendet werden, der eine Dauer von 0,8 us hat und im Abstand von 2 us vom P₁-Impuls liegt; die P₁- und Pp-Impulse werden dazu verwendet, die Unterdrückung eines sie empfangenden Bord-Transponders für eine Minimumperiode von 25 ns zu ver- anlassen. Zur Feststellung der Position und der Identität eines Flugszeugs und möglicherweise anderer, mit Transpondern ausgestatteter Fahrzeuge auf Flugplätzen wird bei der Erfindung vom Vorhandensein eines Bord-SSR-Transponders und von der Abfrageform im 3/A-Modus Gebrauch gemacht.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein typischer Flugplatz 1 dargestellt, dessen Rand 2 mit ausgezogenen Linien dargestellt ist; er ist mit drei Rollbahnen 3 versehen. An gegenüberliegenden Seiten des Flugplatzes 1 sind an dem Rand 2 zwei Rundstrahlantennen A₁ und A₂ angebracht, die so angeordnet sind, daß sie die Abfrage-

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impulse P^ bzw. P^ abstrahlen. Diese Impulse werden in der richtigen zeitlichen Beziehung nur von Flugzeugen oder anderen Transponder tragenden Fahrzeugen empfangen, die sich im richtigen relativen Abstand von den zwei Antennen befinden; durch Ändern der zeitlichen Beziehung der zwei ausgesendeten Impulse können Flugzeuge an unterschiedlichen relativen Abständen von den Antennen abgefragt werden. Auf diese Weise kann ein hyperbolisches Gitter der selektiven Abfrage errichtet werden, das mit gestrichelten Linien bei 4 dargestellt ist. Eine Schwierigkeit bei diesem Abfrageverfahren besteht darin, daß ein Flugzeug den P₁-Impuls als einen P^-Impuls und umgekehrt interpretieren kann, so daß ein Flugzeug an einer "falschen" Position, das einen P,-Impuls und dann einen P,.-Impuls in der richtigen zeitlichen Beziehung empfängt, aktiviert wird. Diese Schwierigkeit kann beseitigt werden, indem von der Antenne k^ ein zusätzlicher Impuls ausgesendet wird, der zeitlich um 2 ns bezüglich des P-2-Impulses verzögert wird, so daß ein Flugzeug an der "falschen" Position den P .,-Impuls und den zusätzlichen Impuls als ein Impulspaar P,., Pp interpretiert, das seine Unterdrückung verursacht.

Nun hat jeder Bord-Transponder eine beträchtliche Toleranz bezüglich der Zeitlage der Impulse P^ und P,, die einen Verlust der Auflösung verursachen könnte. Die Auswirkung dieser Gegebenheit kann dadurch auf ein Minimum verringert werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Antennen A^ und Ap die Impulse P^ bzw. P, mit einer sich ändernden Zeitbeziehung ausgesendet werden, so daß ein "Schwenk" (sweep) in einer Richtung über den Flugplatz erfolgt, worauf die Rollen der Antennen A^ und Ap dann umgekehrt werden, so daß ein Schwenk in der anderen Richtung erfolgt. Dies erhöht das Auflösungsvermögen beim Vorhandensein unterschiedlicher und assymetrischer Transpondertoleranzen.

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Ein weiteres Problem, das auftreten kann, besteht darin, daß sich mehrere Flugzeuge längs einer bestimmten Hyperbel befinden können, die alle zur Abgabe einer Antwort veranlaßt werden können, wenn die zeitliche Beziehung der von ihnen empfangenen P₁- und P,-Impulse richtig ist. Dies führt dazu, daß sich ihre Antworten überlappen und daß ihre Codeinformationen verfälscht werden. ~Zur Überwindung dieses Problems wird vorgeschlagen, eine dritte Rundstrahlantenne A, an dem Rand 2 des Flugplatzes im Abstand von den Antennen A₁ und Ap vorzusehen. Zweckmäßigerweise ist die Antenne A, in der in der Zeiohnung dargestellten Anordnung in gleichem Abstand von den zwei Antennen A₁ und A₂ angeordnet. Die Antenne A, ist so angeordnet, daß sie die sich überlappenden und möglicherweise verstümmelten Antworten von den Flugzeugen auf der gleichen Hyperbel, beispielsweise den Flugzeugen M, N und 0 auf der Hyperbel 5, empfängt; . obgleich die Codedaten dieser Antworten verfälscht sind, können die Positionen der Flugzeuge aus ihren Rahmenimpulspaaren entnommen werden. Wenn die Positionen der Flugzeuge M, N und 0 auf diese Weise bestimmt sind, werden weitere P₁- und P,-Abfragen mit begleitenden P^-Impulsen aus der Antenne A» in einer solchen zeitlichen Beziehung durchgeführt, daß eine Unterdrückung aller Flugzeuge auf der Hyperbel mit Ausnahme eines Flugzeugs bewirkt wird, dessen Antwort dann ohne Verstümmelung empfangen wird. Zur Verbesserung der Auflösung längs der Hyperbel kann vorgesehen sein, anstelle der oben angegebenen Aussendung der P₁-, P,- und Pg-Impulse eine Folge von P₁-, P₂-Impulsen mit hoher Folgegeschwindigkeit von den ent sprechenden Antennen abzustrahlen, damit die Unterdrückung aller Flugzeuge auf der Hyperbel mit Ausnahme eines Flugzeugs bewirkt wird. Dieses eine Flugzeug kann dann allein mit Hilfe eines weiteren Impulspaars aus den Impulsen P₁ und P, innerhalb der Minimumunterdrückungsperiode (25 Ais) der unerwünschten Flugzeuge abgefragt werden.

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Die Position eines Flugzeugs kann zwar, wie oben beschrieben wurde, aus den Rahmenimpulspaaren einer Transponder-Antwort bestimmt werden, doch kann eine genauere Positionsanzeige erhalten werden, indem vorgesehen wird, daß jede der Antennen A^, Ap und A, die Antwort des ausgewählten Flugzeugs empfängt, und daß zur Feststellung der Position des Flugzeugs ein Dreiseitenverfahren angewendet wird.

Eine Erweiterung der bisher beschriebenen Anordnung wird dadurch erhalten, daß eine vierte Antenne A^ vorgesehen wird, die zusammen mit der Antenne A,; und anstelle der Antenne A^ oder der Antenne Ap zum Aussenden der Unterdrückungsimpulse verwendet wird. Auf diese Weise wird eine größere Genauigkeit der Unterdrückung erhalten.

Diese beiden Anordnungen leiden jedoch wegen des Merkmals der Unempfindlichmachung herkömmlicher Transponder unter einem relativ geringen Auflösungsvermögen. Solche Transponder werden nach Empfang eines ersten Impulses unempfindlich gemacht, so daß si« auf einen zweiten Impuls nicht ansprechen, wenn dieser nicht die gleiche oder eine größere Dauer als der erste Impuls hat.

Dieses Problem des geringen Auflösungsvermögens wird in den im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 5 der Zeichnung beschriebenen Anordnungen dadurch auf ein Minimum verringert, daß ein Doppelunterdrückungsverfahren angewendet wird, bei dem zunächst alle auf einer gegebenen Hyperbel befindlichen Transponder und dann alle Transponder auf dem Flugplatz unterdrückt werden. Wenn die zunächst unterdrückten Transponder wieder freigegeben werden.(d.h. nach der Nennunterdrückungsperiode von 35 vs), jedoch vor der Freigabe der übrigen Transponder, wird ein ausgewählter Abschnitt der gegebenen Hyperbel zur Aktivierung der auf diesem Abschnitt befindlichen Transponder abgefragt. Der gesamte Flugplatz kann dadurch abgetastet werden, daß

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dieser Vorgang wiederholt wird und daß dafür gesorgt wird, daß unterschiedliche Teile der gegebenen Hyperbel nacheinander abgefragt werden und die zeitliche Beziehung der anfänglichen Unterdrückungsimpulse so verändert wird, daß alle anderen Hyperbeln nacheinander abgefragt werden.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt einen Flugplatz 10 mit einem Rand 11. An gegenüberliegenden Seiten des Flugplatzes 10 sind an dem Rand 11 zwei Rundstrahlantennen S₁ und S₂ angebracht; im rechten Winkel zu diesen Antennen sind an dem Rand 11 zwei weitere Rundstrahlantennen I- und I₂ angebracht. Anfänglich strahlen die Antennen S₁ und S₂ einzelne Impulse mit einer solchen zeitlichen Beziehung ab, daß sie beispielsweise am hyperbolischen Streifen EL mit einem zeitlichen Abstand von 2 us ankommen, der die Unterdrückung aller innerhalb des hyperbolischen Streifens H₁ befindlichen Transponder für eineJKennperiode von 35 us bewirkt. Die (typischerweise 15Gm betragende) Breite des hyperbolischen Streifens H₁ wird IfOa der Toleranz der Transponder bestimmt. Während die innerhalb des hyperbolischen Streifens H₁ befindlichen Transponder unterdrückt sind, werden eine oder beide Antennen S₁, S₂ veranlaßt, zwei weitere Impulse mit einem zeitliches Abstand von 2 us Über den gesamten Flugplatz 10 abzustrahlen, so daß alle auf dem Flugplatz 10 befindlichen Transponder abgesehen von den innerhalb des hyperbolischen Streifens H₁ befindlichen Transpondern, die bereits unterdrückt sind, unterdrückt werden. Wenn die innerhalb des hyperbolischen Streifens H₁ befindlichen Transponder wieder freigegeben worden sind, Jedoch vor der Freigabe der übrigen Transponder, strahlen die Anteonen I₁ und I₂ einzelne Impulse ab, die eine solche zeitliche Beziehung zueinander haben, daß sie beispielsweise bei dem hyperbolischen Streifen H₂ mit einem zeitlichen Abstand von 8 us ankommen, der die Abfrage aller innerhalb des hyperbolischen Streifens H₂ befindlichen, nicht unterdrückten Transponder bewirkt.

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Da zu diesem Zeitpunkt nur die innerhalb des hyperbolischen Streifens H₁ befindlichen Transponder unterdrückt sind, werden nur diejenigen Transponder abgefragt, die sich in dem Gebiet befinden, in dem sich die hyperbolischen Streifen IL und H₂ überlappen*

Durch Wiederholen dieses Vorgangs und durch Ändern der zeitlichen Beziehung der von den Antennen I₁ und I₂ abgestrahlten Abfrageimpulse kann die Position des hyperbolischen Streifens H₂ fortschreitend so bewegt werden, daß der gesamte hyperbolische Streifen H₁ nacheinander in Schritten abgefragt wird. In gleicher Weise kann durch Ändern der zeitlichen Beziehung der Unterdrückungsimpulse, die von den Antennen S₁ und S₂ abgestrahlt werden, die Position des hyperbolischen Streifens H₁ nacheinander in Schritten bewegt werden, so daß zusammen mit der Bewegung des hyperbolischen Streifens H₂ die gesamte Fläche des Flugplatzes abgetastet werden kann. Ein typisches,auf diese Weise mit der in Fig. 2 dargestellten Antennenanordnung erhaltenes hyperbolisches Gitter ist in Fig. 3 dargestellt.

Wie in der im Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Anordnung besteht abhängig von der Position des hyperbolischen Streifens H₂ die Möglichkeit, daß die von den Antennen S₁ und S₂ abgestrahlten einzelnen Impulse einen zusätzlichen hyperbolischen "Bild"-Streifen verursachen, bei dem ihr Abstand ebenfalls 2 Ais beträgt, ihre Reihenfolge jedoch umgekehrt ist. Die sich daraus ergebende unerwünschte Unterdrückung kann verhindert werden, indem gewährleistet wird, daß der abgestrahlte P₂-Impuls in allen Bereichen des Flugplatzes eine längere Dauer als der abgestrahlte P₁-Impuls hat. Wenn die Impulse P₁ und P₂ in der umgekehrten Reihenfolge empfangen werden, verhindert der Vorgang der Unwirksammachung der Transponder die Unterdrückung, Es besteht auch die Möglichkeit, daß die von den Antennen S₁ und S₂ abgestrahlten Unter-

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drückungsimpulse eine Störabfrage der Transponder auf einer zusätzlichen Hyperbel bewirken, doch erfolgt weder eine Reaktion auf die Antworten eines solchen Transponders noch bewirken sie eine Verstümmelung der gewünschten Antwort, da sie beendet sind, ehe die Abfrageimpulse von den Antennen I₁ und I₂ ausgesendet werden. Die auf die Antwort des Transponders folgende Totzeit hindert ihn am Empfang des zweiten Unterdrückungsimpulspaars, doch hindert sie ihn auch am Antworten auf die Abfrage durch die Antennen I₁ und I₂*

Ein bei Rundsicht-Sekundärradar-Anlagen auftretendes Problem ist das der Störabfragen, die von Reflexionen von verschiedenen Objekten auf einem Flugplatz verursacht werden. Beispielsweise kann ein reflektierter und somit verzögerter, von der Antenne I₁ abgestrahlter Impuls so alt einem direkten oder reflektierten, von der Antenne I₂ abgestrahlten Impuls zusammenwirken, daß unerwünschte Abfragevorgänge in irgendeinem Abschnitt des Flugplatzes verursacht werden. Da Jedoch alle Flugzeuge mit Ausnahme der im hyperbolischen Streifen,H₁ befindlichen Flugzeuge unterdrückt worden sind, ette sie von den reflektierten Signalen erreicht werden können, kann eine falsche Abfrage durch Reflexion nur im hyperbbliechen Streifen H₁ auftreten. Eine Möglichkeit zur Reduzierung dieses Verhaltens besteht darin, daß von den Antennen I₁ und I₂ relativ lange Impulse abgestrahlt werden, die zeitlich so liegen, daß sie an allen Abschnitten des hyperbolischen Streifens H₁ mit Ausnahme des gewünschten Bereichs ankommen, ehe die Impulse von den Antennen S₁ und S₂ eintreffen. Die Impulse von den Antennen I₁ und I₂ machen somit die Transponder in den unerwünschten Bereichen des hyperbolischen Streifens H₁ unwirksam, so daß sie damit ihre anfängliche unterdrückung verhindern. Sie werden dann von den zweiten UnterdrUckungsimpulsen unterdrückt und von den reflektierten Signalen folglich nicht abgefragt.

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Diese zwei Impulse wirken ebenfalls an gewissen Stellen so zusammen, daß sie eine unerwünschte Abfrage bewirken. Die resultierenden Antworten führen jedoch wie im Falle der einzelnen Impulse von den Antennen S^ und Sp weder zu einer Reaktion noch zu einer Verstümmelung der gewünschten Antwort. Es gibt natürlich auf jeder Seite der beabsichtigten Abfrageposition eine Grauzone, in der die Unwirksammachung erfolgreich sein kann oder nicht. Anfängliche Berechnungen zeigen, daß in allen !flugzeugen, die sich in einer Entfernung von mehr als 600 m von der gewünschten Position befinden, eine ' Unwirksammachung ihrer Transponder erfolgt, und daß die Transponder der mehr als 300 m entfernten Flugzeuge wahrscheinlich unwirksam gemacht werden.

Nachdem die Abfrage der Transponder im ausgewählten Bereich veranlaßt worden ist, muß ihre Position innerhalb dieses Bereichs bestimmt werden. Wahrscheinlich besteht das einfachste Verfahren darin, den Schwerpunkt des Musters der Echos irgendeines (durch eine Codegruppe identifizierten) Transponders bezüglich des Schnittpunkts des Abfrage.- und Unterdrückungsmusters zu berechnen. Bei diesem Verfahren treten jedoch die folgenden Probleme auf:

1♦ Yfenn irgendein Teil des Antwortmusters das eines anderen Flugzeugs überlappt, dann wird jedes Muster verzerrt und es wird schwierig, den Schwerpunkt zu finden.

2. Die Transpondertoleranzen brauchen nicht symmetrisch um den Nennimpulsabstand liegen. Die Mitte des Musters ist dann gegenüber der wahren Position des Flugzeugs verschoben.

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5. Es besteht eine gewisse Gefahr der Must erver zerrung und somit eines Positionsfehlers aufgrund von Störuxgpn durch, nicht synchrone Antworten und ungewollte Traneponderauslösungen.

Eine andere Möglichkeit zur Positionsbestimmung besteht darin, eine Form eines Dreiseitenverfahrens anzuwenden, bei dem die Position eines Transponders durch Bezugnahme auf die relative Empfangszeit der Transponderantworten bei drei oder mehr Empfangsantennen bestimmt wird, die beispielweise am Rand des Flugplatzes angebracht sind. Mit Hilfe dieser Anordnung kann die Position aus einer einzigen Antwort des Transponders gefunden werden, obwohl in der Praxis der Mittelwert aus mehreren Antworten gebildet wird. Genaue Positionsangaben können auf diese Weise erzielt werden, auch wenn sich zwei Flugzeugmuster fast vollständig überlappen. Transpondertoleranzen sind dabei ohne Bedeutung.

Durch Vergleich der mit dem Dreiseitenverfahren ermittelten Position mit der Position, auf die die Abfrage gezielt war, iet es möglich, den größten Teil der Störantworten zu eliminieren, die aufgrund von Reflexionen, nicht synchronen Antworten (fruit), unerwünschten Transpondersstslösungen (squitter), Modusspiegelungen, Antworten im falschen Modus usw. auftreten. Diese Eliminierung hat keinen Einfluß auf die Positionsgenauigkeit der übrigen Antworten.

Es wird in Betracht gezogen, daß zur Vereinfachung des Probleme au gewährleisten, daß sich die Zeitbeziegungsvergleichsvorgänge auf die gleichen Transponderdaten beziehen, die Rahmenimpulsdecodierung angewendet werden sollte, wobei die Empfangszeit jedes Rahmenimpulspaara aus jeder Empfangsantenne zu einer zentralen Verarbeitungsei&heit gesendet wird, wo die Positionsberechnungen durchgeführt werden.

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Am einfachsten wird die Positionsinformation mit Hilfe von Breitband-Funkverbindungen oder von Koaxialkabelverbindungen zu der zentralen Verarbeitungseinheit übertragen. Diese Verbindungen sind jedoch relativ teuer und sie werden an Betriebsflughäfen im allgemeinen nicht gut empfangen.

Eine Alternative dazu besteht darin, jede Empfangsstation mit einer genauen (wahrscheinlich quarzgesteuerten) Taktvorrichtung auszustatten, bezüglich der die Empfangszeit der Transponderantworten gemessen werden kann. Diese Zeit kann dann zur übertragung über eine schmalbandige Verbindung digital codiert werden. Zur Behandlung der hohen Antwortspitzengeschwindigkeit aufgrund aufeinanderfolgender Antworten von einzelnen oder von dicht beieinander befindlichen Flugzeugen kann ein Puffer-Speicher vorgesehen sein. Die Taktvorrichtung kann zur Steuerung der Übertragungsfolge verwendet werden.

Zur Aufrechterhaltung der Synchronisierung der Taktvorrichtung mit dem Abstrahlungsmuster wird vorgeschlagen, zu Beginn jeder vollständigen Abtastung des Flugplatzes, beispielsweise in Intervallen von einigen fünf Sekunden, von einer Hauptstation eine codierte Impulsfolge auszusenden. Damit gewährleistet wird, daß GMC-Abfragen nur während der Totzeit der örtlichen SSR-Anlage gemacht werden» kann es jedoch notwendig sein, Synchronisierungsimpulse häufiger beispielsweise beim Start jeder Totzeit abzugeben. Dies hat den weiteren Vorteil, daß die Anforderungen an die Genauigkeit der Taktvorrichtung um etwa vier Größenordnungen reduziert werden. Die Musterstart-Synchronisierungsimpulse · wären immer noch erforderlich und sie wären eindeutig codiert.

Aufgrund der Tatsache, daß die beschriebene Anlage für eins sehr kurze Entfernung benötigt wird, ist es möglich,

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mit sehr hoher Geschwindigkeit abzufragen. Dies würde jedoch einige gegenseitige Störungen mit dem örtlichen Sekundärrädarsystem für die Luftverkehrskontrolle (ATC SSR) aufgrund von Transponder-Mitnahme^ Unterdrückung und nicht symmetrisch® Antworten zur Folge haben. Obgleich manche Störungen nur geringfügig wären, sollte jede Beeinträchtigung der vorhandenen SSR-Anlage vermieden werden. Dies kann dadurch erzielt werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Abfragevorgänge in der Totzeit des Luftverkehrskontrollradars erfolgen. Mit einer einfachen Positionsschrittfolge, wie sie oben beschrieben wurde, können jedoch mehrere aufeinanderfolgende Abfragen zum gleichen Flugzeug gesendet werden, dessen Transponder natürlich die Zeit (bis zu 125 Ms) zur Erholung nach dem Antworten vor der nächsten Abfrage gegeben werden muß. Eine Zeit von etwa 85 p& ßiuß ebenfalls für die AnfangsunterdrückungsvorgSnge zugelassen werden, so daß eine Gesamtzeit von etwa 210 us zwischen aufeinanderfolgenden Abfragen verstreichen muß, so daß zwei pro SSR-Totzeit und somit eine Abfragefolgefrequenz von etwa 800 Hz ermöglicht werden. Zur Erfassung eines Gebiets wie das des Flughafens Heathrow einschließlich der Mittelinsel wären somit typischerweise etwa 8.800 Abfragen erforderlich. Mi der Oben beschriebenen einfachen Positionsschrittfolge Hür&e das Batfcnintervall etwa 11 Sekunden betragen, das etwa um den Faktor 2 zu lang gehalten wird. Die Dattnfolge kann durch folgende Maßnahmen erhöht werden;

1. Durch Anwendung eines Doppelsprungmusters, bei dem nicht zwei nebeneinander liegende Abfragen zum gleichen Flugzeug gesendet werden. Dadurch muß die Totzeit der Transponderantwort nicht abgewartet werden, so daß die Impulsfolgefrequenz und die Datengeschwindigkeit verdoppelt werden können. Dies wird als die beste Lösung angesehen.

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2. Durch eine Vergrößerung der Teilschritte in jeder Koordinate um den Faktor ^Z zur Erzielung einer Verdoppelung der Datengeschwindigkeit. Beim Dreiseitenverfahren tritt hier kein Verlust der Positionsgenauigkeit auf, doch würde die Auflösung benachbarter Flugzeuge geringfügig beeinträchtigt*." ■

3. Durch kompliziertere Muster, so daß die Abfragen auf Start und Landebahnen und Rollstraßen beschränkt werden. Es könnte notwendig sein, zur Gesamtbereichsüberdeckung zurückzukehren, wenn von einem Flugzeug angenommen wird, daß es verloren gegangen ist.

4. Durch Anwendung eines groben Schrittmusters in Bereichen, die ein Flugzeug enthalten, und Reduzieren der Schrittweite in Bereichen, die zwei oder mehr Flugzeuge enthalten. Dies ergibt eine hohe Datengeschwindigkeit und eine niedrige Abfragegeschwindigkeit,, erfordert Jedoch ziemlich sicher eine relativ breitbandige Übertragung zwischen den Antennenorten. Aufgrund der Vorteile schmalbandiger Übertragungsverbindungen ist dieses Verfahren nicht ideal.

Bei der bisher im Zusammenhang mit den Figuren 2 und 3 der Zeichnung beschriebenen Anordnung ist angenommen worden, daß sich die die Antennen I^, I^ und S^, S₂ verbindenden Basislinien zur Erzeugung des (doppelten) hyperbolischen Gitters überschneiden, das in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt ist. Eine solche Anordnung eignet sich jedoch nicht gut für einen Flughafen wie den Flughafen Heathrow mit einer Mittelinsel, da von den Zentralgebäuden Schatten verursacht werden und eine ringförmige Überdeckung benötigt wird.

In Fig. 4 der Zeichnung ist eine abgewanderte Antennenanordnung dargestellt, die sich für einen Flughafen mit einem ringförmigen Flugfeld eignet. Anstelle von zwei

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Antennenpaaren S* , S~ und I^ , I₂, wie sie in der Anordnung von Fig. 1 verwendet werden, sind zwei Gruppen aus drei Antennen S-,, S^, S₁- und Ι,, Ιλ, Ic vorgesehen, die am Rand des Flugfelder angebracht sind; aus den zwei Gruppen zu je drei Antennen werden Paare ausgewählt und wie in der Anordnung von Fig. 2 dazu verwendet, die Unterdrückungsund Abfrageimpulse abhängig von dem bestimmten abgefragten Teil des ringförmigen Flugfeldes auszusenden. In Fig. 5 der Zeichnung ist die Abfragefläche bei Verwendung der Antennen S^, S^ und I,, I^ dargestellt.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum selektiven Abfragen von Transpondern, die von innerhalb eines vorbestimmten Gebiets befindlichen Fahrzeugen getragen sind, zur Identifizierung und/oder Ortung dieser Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst ein Abfrageimpulspaar zum Abfragen der in einem Streifen des Gebiets befindlichen Transponder abgestrahlt wird, daß die Position eines gesuchten Transponders bestimmt wird, daß ein Unterdrückungsimpulspaar ausgestrahlt wird, das alle bis auf einen gesuchten Transponder in dem Streifen unterdrückt, daß ein zweites Abfrageimpulspaar zum Abfragen des gesuchten Transponders ausgestrahlt wird und daß die von diesem Transponder ausgesendete Antwort zur Identifizierung und/oder Ortung empfangen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesuchte Transponder abgefragt wird, wenn die übrigen Transponder in dem Streifen unterdrückt sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitbeziehung zwischen den Impulsen des ersten Abfrageimpulspaars in Schritten verändert wird, so daß das vorbestimmte Gebiet in Schritten durchlaufen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Gebiet in einer Folge von Streifen in einer Richtung und dann in einer Folge von Streifen in der entgegengesetzten Richtung durchlaufen wird.
5. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch erste und zweite Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets

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im Abstand voneinander angebracht und so angeordnet sind, daß sie ein bestimmtes Paar des ersten Abfrageimpulspaars abstrahlen, und eine dritte Antenne, die am Rand des Gebiets angebracht ist, wobei die dritte und die erste oder die zweite Antenne so angeordnet sind, daß sie bestimmte Unterdrückungsimpulspaare abstrahlen.
6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch erste und zweite Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht und so angeordnet sind, daß sie bestimmte Paare des ersten Abfrageimpulspaares abstrahlen, und dritte und vierte Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht sind, wobei die dritten und vierten Antennen so angeordnet sind, daß sie bestimmte Unterdrückungsimpulspaare abstrahlen..
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Antenne so angeordnet ist, daß sie die Antwort des gesuchten Transponders empfängt.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens drei der Antennen so angeordnet sind, daß sie die Antwort des gesuchten Transponders zur Bestimmung seiner Position innerhalb des vorbestimmten Gebiets empfangen.
9. Verfahren zum selektiven Abfragen von Transpondern, die von innerhalb eines vorbestimmten Gebiets befindlichen Fahrzeugen getragen werden, zum Identifizieren und/oder Orten dieser Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Unterdrückungsimpulspaar abgestrahlt wird, das in einem ersten Streifen des Gebiets befindliche Transponder für eine

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erste vorbestimmte Periode unterdrückt, daß ein zweites Unterdrückungsimpulspaar abgestrahlt wird, das alle übrigen innerhalb des vorbestimmten Gebiets befindlichen Transponder für eine zweite vorbestimmte Periode unterdrückt, und daß ein Abfrageimpulspaar nach Ablauf der ersten Periode, jedoch vor Ablauf der zweiten Periode abgestrahlt wird, damit die Transponder, die sich in einem quer zu dem ersten Streifen verlaufenden zweiten Streifen des Gebiets befinden, abgefragt werden, so daß nur diejenigen Transponder, die sich in den überlappenden Teilen der zwei Streifen befinden, abgefragt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitliche Beziehung zwischen den Unterdrückungsimpulsen und die zeitliche Beziehung zwischen den Abfrageimpulsen in Schritten verändert werden, so daß der eine Streifen das Gebiet in der einen Richtung in Schritten durchläuft und der zweite Streifen das Gebiet in Schritten in einer weiteren Richtung durchläuft, wodurch der sich überlappende Teil der zwei Streifen das gesamte vorbestimmte Gebiet zur selektiven Abfrage durchläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das vorbestimmte Gebiet in Sprüngen durchlaufen wird, so daß unmittelbar aneinander angrenzende, sich überlappende Teile der zwei Streifen nicht unmittelbar nacheinander abgefragt werden.
12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch erste und zweite Antennen, die am Rand des vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander angebracht und so angeordnet sind, daß sie bestimmte Paare der ersten Unterdrückungsimpulspaare abstrahlen, und dritte und vierte Antennen,die am Rand

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dies vorbestimmten Gebiets im Abstand voneinander und von den ersten und zweiten Antennen angebracht sind, wobei diese dritten und vierten Antennen so angeordnet sind, daß sie bestimmte Abfrageimpulspaare abstrahlen.
13« Anordnung naoh Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens fünf Antennen vorgesehen sind, die am Rand des vorbestimmten Gebiets angebracht sind, und daß die Antennen einander paarweise zugeordnet sind, damit bestimmte Teile des vorbestimmten Gebiets abgefragt und unterdrückt werden.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 5, 6, 7, 8, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der 3/A-Modus der Transponderabfrage angewendet wird, daß die P^- und P .,-Impulse eine vorbestimmte Beziehung zueinander haben, die zur Abfrage angewendet wird, und daß die P^- und Pp-Impulse eine weitere vorbestimmte Zeitbeziehung zueinander haben, die zur Unterdrückung angewendet wird.
15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Impuls, der eine weitere vorbestimmte Beziehung zum Ρ-,-Impuls hat, ausgesendet wird, so daß ein Transponder, der die P^- und P,-Impulse in der vorbestimmten Beziehung, jedoch in der umgekehrten Reihenfolge empfängt, unterdrückt wird.

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