DE2934844A1 - Flughafenueberwachungssystem - Google Patents

Flughafenueberwachungssystem

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DE2934844A1
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Arnold Milton Levine
Ray Owen Waddoups
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Description

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Flughafenüberwachungssystem
Die Erfindung betrifft ein Flughafenüberwachungssystem wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben. Ein derartiges Flughafenüberwachungssystem ist aus der OS 23 6 3 290 bekannt.
Aus der Literatur sind zahlreiche elektronische Hilfsmittel zur Streckennavigation, insbesondere für die kommerzielle Luftfahrt, bekannt. Auch Landehilfsmitteln wurde große Aufmerksamkeit gewidmet. Das bekannteste davon ist das ILS (Instrument Landing System), bei dem zur Anzeige von Landekurs (Azimut) und Gleitweg (Elevation) an Bord des Flugzeugs ein Kreuzzeigerinstrument vorgesehen ist. Zur Führung der Flugzeuge während der Landung sind auch verschiedene Radarsysteme - einschließlich des bekannten GCA (Ground Controlled Approach) - bekannt.
Bei diesen Systemen erhält der Pilot über Sprechfunk Anweisungen, wie er seinen Landekurs und seinen Gleitweg zu ändern hat oder ob er ihn beibehalten soll.
Es hat sich gezeigt, daß nach der Landung der Flugzeuge ein weiteres Problem existiert, nämlich die überwachung und die Identifizierung der Flugzeuge am Boden. Insbesondere auf großen, überregionalen Flughäfen können wetterbedingte Störungen, z.B. Nebel, die Sicht so stark einschränken, daß auch von einem optimal angeordneten Kontrollturm das Ende einer langen Rollbahn und die Zubringer nicht mehr überwacht werden können. Gebäude können ebenfalls die
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zur Überwachung notwendige Sicht vom Kontrollturtn aus einschränken.
Bei einem Lösungsversuch für ein Flughafenüberwachungssystem sind Strahlschwenkradargeräte, die mit sehr hohen Frequenzen (z.B. im K-Band) arbeiten, vorgesehen. Diese Frequenzen sind notwendig, um die verlangte Auflösung zu erzielen. Ein solches Flughafenüberwachungssystem ist unter der Bezeichnung ASDE (Airport Surface Detection Equipment) bekannt. Mit einer aolchen Einrichtung kann jedoch ein sich am Boden befindliches Radargerät nur erkannt jedoch nicht identifiziert werden.
Zu den anderen vorgeschlagenen Systemen gehört ein sogenanntes Tower-automatisiertes Bodenüberwachungssystem (TAGS), bei dem Flugzeugtransponder mehrfach abgefragt werden.
Es ist weiterhin das sogenannte LOCAR-(localized cable radar) - Flughafenüberwachungssystem bekannt, das in der DE-OS 23 63 290 beschrieben ist.
Manche Flughafenüberwachungssysteme wie z.B. das ASDE haben den Nachteil, daß hohe Antennentürme, auf denen große rotierende Antennen montiert sind, notwendig sind. Um genügend schmale Strahlungskeulen zu erhalten, sind große Reflektoren oder andere Hilfsmittel erforderlich. Wegen der sehr hohen verwendeten Radarfrequenzen sind Abschattungen, die durch Gegenstände verursacht werden, unerwünschte Reflexionen und eine hohe Absorption der abgestrahlten Radarenergie bei bestimmten Wetterverhältnissen vorhanden.
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Das TAGS-System ermöglicht zwar eine Identifizierung, bedingt jedoch einen sehr komplexen Aufbau. Wegen der zentralen Anordnung ist häufig keine überwachung des gesamten Flughafengeländes möglich, da nicht überallhin eine ungestörte Sichtverbindung möglich ist.
Das LOCAR-System ist mit dem neuen Flughafenüberwachungssystem strukturell und funktionell kompatibel. Das LOCAR-System kann mit der durch die Erfindung gegebenen Lehre so ergänzt werden, daß eine Identifizierung der Flugzeuge möglich ist.
Bei dem neuen Flughafenüberwachungssystem können zur Identifizierung der Flugzeuge an Bord der Flugzeuge ohnehin vorhandene Einrichtungen mitverwendet werden. Es ist preiswert, einfach zu installieren und leicht zu bedienen.
Entlang einer Rollbahn, einem Zubringer oder entlang eines anderen zu überwachenden Bereichs des Flughafens ist mindestens ein - vorzugsweise jedoch mehrere und in einem bestimmten Abstand angeordnete - Abfrageradargerät vorgesehen. Jedes Abfrageradargerät erhebt sich nur wenig über die Flughafenoberfläche. Ihm gegenüber auf der anderen Seite der Rollbahn oder des zu überwachenden Bereichs ist ein Transponder angeordnet, der ebenfalls sehr niedrig ist. Das Abfrageradargerät kann bei einer Ausführungsform auch eine Empfangseinrichtung enthalten. Die Abfrageradargeräte könren über eine oder mehrere Signalleitungen mit dem entfernten Kontrollturm verbunden sein. Von dem Kontrollturm kann bei dem neuen System die von einem Abfrageradargerät ausgelöste ATCRBS-Antwort auch direkt empfangen werden.
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Die bordseitige ATCRBS-Ausrüstung strahlt - normalerweise wenn sie sich in der Luft befindet - auf ein von der Bodenstation abgegebenes und von ihr empfangenes Impulspaar zur Identifizierung einen Antwortkode ab. Bei der Erfindung wird vom Betrieb der ATCRBS-Ausrüstung im Mode II Gebrauch gemacht. Die Impulee des Abfrageimpulspaares haben dann einen Abstand von angenähert 8ps. Die ATCRBS-Ausrüstung und ihre Funktionsweise sind im Kapitel 16 des Buchs "Avionics Navigation System" von M.Kayton und W.R.Fried, Verlag John Wiley & Sons, New York, 1969 beschrieben.
Das zur Triggerung des ATCRBS-Geräts notwendige Impulspaar wird durch zwei Impulse gebildet, wobei jeweils ein Impuls von einem Gerät, das diesseits der (beispielsweise) RoIlbahn (Abfrageradargerät) und ein Impuls, von einem Gerät (Transponder), das jenseits der Rollbahn angeordnet 1st, erzeugt wird. Jedes Abfrageradargerät wird einzeln adressiert, vorzugsweise digital, von einer entfernten Steuereinrichtung angesprochen und es gibt daraufhin den ersten Impuls eines Abfrageimpulspaares ab. Dieser erste Impuls wird nicht nur von dem ATCRBS-Bordgerät sondern auch von dem ihm auf der anderen Seite der Rollbahn gegenüberliegenden Transponder empfangen. Nach einer geeigneten Verzögerung nach Empfang des Impulses im Transponder gibt der Transponder einen Impuls ab, der der zweite Impuls des Impulspaares ist. Die Verzögerung ist so gewählt, daß sich zusammen mit den Laufzeiten zürn ATCRBS-Bordgerät im Bordgerät der für den Doppelimpuls geforderte Abstand ergibt. Bei dieser Art der Erzeugung des Impulspaares wird verhindert, daß auf dieses Impulspaar auch ATCRBS-Bordgeräte von anderen Flugzeugen an anderen Orten des Flughafens ansprechen, was
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der Fall wäre, wenn das Impulspaar von einem einzigen Punkt abgestrahlt werden würde. Als Signalübertragungskabel kann ein Koaxialkabel oder ein Glasfaserkabel, an das geeignete Wandler angeschlossen sind, verwendet werden Adressierung der einzelnen Abfragegeräte erfolgt abhängig von ihrer räumlichen Anordnung auf dem Flughafen. Ihre Lage kann im Kontrollturm auf einem Display angezeigt werden. Mittels der ATCRBS-Antwortsignale können die jeweiligen Flugzeuge im Kontrollturm identifiziert werden. Hierzu werden die Antwortsignale entweder direkt am Ort des Kontrollturms empfangen oder sie werden von der Empfangs- ■ einrichtung des Abfragegerätes empfangen und über ein Kabel zum Kontrollturm geleitet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt
Fig.1 die Anordnung von Abfrageradargerät und des Transponders in Bezug auf eine Rollbahn,
Fig.2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Bestandteile des Flughafenüberwachungssystems,
Fig.3 eine schematische Darstellung von im Kontrollturm angeordneten Teilen des Flughafenüberwachungssystems.
In der Fig.1 sind ein Abfrageradargerät 10 mit einer Antenne 19 und ein ihm zugeordneter Transponder 11 mit einer Antenne 23 an einander gegenüberliegenden Stellen
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einer Rollbahn dargestellt. Anstelle der Rollbahn kann auch ein Zubringer oder ein anderer auf entsprechende Weise zu überwachender Bereich vorgesehen sein. Beispielhaft für zahlreiche andere ist eine weitere AbfrageradargerMt/ Transponder-Kccnbination 28, 29 dargestellt. Alle Abfrageradargeräte 10, 28 sind über eine Leitung 22 mit einer entfernten Stelle (dies ist normalerweise der Kontrollturm) zur Informationsübertragung verbunden. Ein Flugzeug 14 auf der Rollbahn 13 rollt gerade zwischen einer Abfrageradargerät/Transponder-Kombination 10, 11. Sein ATCRBS-Bordgerät wird abgefragt. Dies wird anhand der Fig.2 näher erläutert. Der Abstand zwischen Abfrageradargerät und Transponder ist d1. Dies gilt auch für eine weitere dargestellte 28, 29 und die nicht dargestellten Kombinationen.
Die Entfernungen d3, d2 des ATCRBS-Bordgerätee zu dem Abfrageradargerät und dem Transponder Bind normalerweise untereinander gleich und gleich d1/2. Geringe Abweichungen hiervon sind möglich. Der Unterschied darf jedoch nicht so groß werden, daß die Toleranz für den Abstand zwischen den beiden Impulsen, die das Impulßpaar bilden, überschritten wird. Dies wird anhand der weiteren Beschreibung noch näher erläutert.
In der Fig.2 ist in der Mitte wieder die Rollbahn dargestellt, die d4 breit ist. In der Mitte ist das sich an Bord des Flugzeugs befindende ATCRBS-Bordgerät dargestellt.
Die Bedienperson im Kontrollturm 15 leitet einen Abfragevorgang ein, indem über die Leitung 22 ein kodiertes Signal, das eine bestimmte Adresse darstellt, abgegeben wird. Es
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wird angenommen, daß dieses Signal, das das Abfrageradargerät triggert, ein elektrisches Signal im Videobereich ist. Dieses Signal, das die Abfrageradargeräte, die mit der Leitung 22 verbunden sind, entsprechend der jeweiligen Adresse triggert, ist vorzugsweise digital, da hierfür eine ausgereifte und umfassende Technik zur Verfügung steht.
Wenn das zu einer bestimmten Zeit vom Kontrollturm 15 abgegebene Signal, das über die Leitung 22 zu dem Abfrageradargerät 10 gelangt, die Adresse für das Abfrageradargerät 10 enthält, dann wird es nach passieren eines Multiplexers 16 in einem Adressen-Kodierer/Dekodierer 17 erkannt. Zum Vergleich und zur Prüfung, ob die richtige Adresse vorliegt, kann die Adresse in einem einfachen Lesespeicher gespeichert sein. Wenn die richtige Adresse vorliegt,wird von dem Adressen-Kodierer/Dekodierer an einen Itnpulssender ein Triggerimpuls abgegeben, der daraufhin den ersten Impuls des ATCRBS-Abfrageimpulspaares über einen Duplexer 20 und die Antenne 19 zum Bordgerät 12 abstrahlt. Außer von dem ATCRBS-Bordgerät 12 wird dieser erste Impuls auch von der Antenne 23 des Transponders 11 empfangen, in dem er über einen HF-Duplexer zu einem Empfänger 25 gelangt. Nach einer bestimmten Verzögerung in einer Verzögerungseinrichtung 26 wird von einem Impulssender 27 über den HF-Duplexer 24 und die Antenne 23 der zweite Impuls des Impulspaares abgegeben. Die Verzögerung ist dabei so gewählt, daß der zweite Impuls des Impulspaares um die vorgeschriebene Zeit nach dem ersten Impuls im ATCRBS-Bordgerät eintrifft. Hierbei müssen auch die Laufzeiten der Impulse aufgrund der räumlichen Anordnung berücksichtigt werden.
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Die Sendeleistung und die Empfanqsempfindlichkeit von Abfrageradargerät und Transponder sind relativ gering, da das Abfrageradargerät 10, der Transponder 11, und das ATCRBS-Boidgerät nahe beieinander liegen. Das Ausgangssignal des ATCRBS-Bordgeräts hingegen ist sehr groß. Seine Empfindlichkeit ist auf große Entfernungen beim Streckenflug ausgelegt.
bereits erwähnt, kann der Antwortkode direkt vom Kontrollturm empfangen werden, was auch der Fall ist, wenn das Plugzeug in der Luft abgefragt wird. Durch die Art der Erzeugung des Doppelimpulses (wird an zwei verschiedenen Stellen erzeugt) erreicht man, daß der Impulsabstand zwischen den Impulsen des Doppelimpulses nur in der Nähe des Abfrageradargerätes und des Transponders den vorgeschriebenen Wert hat. Die Abfrage und der Antwortkode können daher dem jeweiligen Abfrageort auf dem Plughafen zugeordnet werden. ATCRBS-Bordgeräte an anderen Stellen des Flughafens sprechen auf diesen Abfragedoppelimpuls nicht an, da an den anderen Stellen nicht der vorgeschriebene Impulsabstand vorliegt.
Im in der Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel enthält das Abfrageradargerät 10 einen Multiplexer 16, was die übertragung des Antwortkodes über das Kabel 22 zum Kontrollturm 15 ermöglicht. Der vom ATCRBS-BordgerMt abgestrahlte Antwortkode wird von der Antenne 19 aufgenommen, passiert den HF-Duplexer 20, wird in dem Empfänger 21 verarbeitet und über den Multiplexer 16 und die Leitung 22 zum Kontrollturm 15 rückübertragen.
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Als Multiplexer kann irgendein bekannter Typ verwendet werden, der z.B. nach dem Zeitmultiplex-, Frequenzmultiplex- oder Polaritätsmultiplex-Prinzip arbeitet. Bei der Verwendung von Glasfaserkabeln und den entsprechenden Übertragungstechniken werden wegen der zur Verfügung stehenden großen Bandbreite die Multiplexmöglichkeiten noch vergrößert. Es kann eine farbliche Trennung der übertragenen Lichtsignale vorgenommen werden.
Der im Empfänger 21 empfangene Antwortkode erhält vor seinem Weiterleiten über die Leitung 22 in der Adressen-Kodier/Dekodiereinrichtung 17 eine ihm zugeordnete Adresse. Es können außer der beschriebenen Lösung auch Abwandlungen davon realisiert werden. Da das ATCRBS-Antwortsignal (der Antwortkode) verglichen mit der Zeit, die notwendig ist, um von einem Abfrageradargerät zu einem anderen umzuschalten, im Kontrollturm nahezu gleichzeitig mit der Auslösung der entsprechenden Abfrage eintrifft, ist es durch die Gleichzeitigkeit möglich, den Antwortkode dem entsprechenden Abfrageradargerät zuzuordnen. Wenn sich jedoch auf dem Plughafen eine Vielzahl von Plugzeugen befindet, ist es wünschenswert, dem ATCRBS-Antwortkode (wie anhand der Fig.2 erläutert) eine Adresse zuzuordnen. Die Abfrageradargeräte 10, 28 können auch Kurzzeitspeicher enthalten, in denen die ATCRBS-Antwortkodes kontinuierlich aufgezeichnet werden können. Die Abfrageradargeräte können so gesteuert werden, daß sie, wenn ein gegebenes Flugzeug sie passiert, jeweils aufgefrischte Informationen speichern. Durch eine geeignete Adressierung vom Kontrollturm 15 aus können dann die aufgefrischten Informationen von jedem Abfrageradargerät abgerufen werden.
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Anhand der Fig.3 werden die im Kontrollturm 15 benötigten Komponenten erläutert. Auf eine Abfrage manuell oder programmiert gesteuert - wird über einen Multiplexer 31 und die Leitung 22 von einer Adressen-Kodier/Dekodiereinrichtung 30 ein gewünschtes Abfrageradargerät wirksam geschaltet. Der ATCRBS-Antwortkode wird über die Leitung 22 rückübertragen und gelangt über den Multiplexer 31 zu der Adressen-Kodier/Dekodiereinrichtung 30, wo die ihm in der Einrichtung 17, Fig.2 zugeordnete Adresse, die das jeweilige Abfrageradargerät kennzeichnet, dekodiert wird. Das Ausgangssignal der Einrichtung 30 steuert eine ATCRBS-Anzeigeeinrichtung 32, die die ATCRBS-Antwortkodes auf bekannte Weise darstellt. Es kann dieselbe Anzeigeeinrichtung wie bei den bekannten ATCRBS-Systemen angewandt werden. Es kann für Antwortkodes von in der Luft befindliehen Flugzeugen und von am Boden befindlichen Flugzeugen simultan oder alternativ betrieben werden.
Nachfolgend werden für die erwähnten Größen einige Zahlen angegeben. Der Abstand d1 in der Fig.1 kann in der Größenordnung 100 m liegen. d4 ist meist kleiner als 10Om. Im Mode-II-Betrieb antwortet das ATRBS-Bordgerät auf Impulspaare, deren Impulsstand 8± 0,2 ps ist. Wenn sich das Flugzeug in der Rollbahnmitte befindet, d2 und d3 sind dann jeweils 50 m, ist die Laufzeit der HF-Signale vom Abfragegerät 10 zum Bordgerät 12 0,150 ^s. Nach weiteren 0,150 ^us empfängt der Transponder 11 das Abfragesignal. Die Verzögerung im Transponder 11 kann deshalb 7,7 /as sein.
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Die beim Impulsabstand zugelassene Toleranz von 0,2 ps erlaubt es, daß sich das Flugzeug nicht genau auf der Mittellinie befinden muß. Eine Abweichung von der Mittellinie kann z.B. bei schlechter Sicht vorliegen.
Die Antennen 19 und 23 von Abfragegerät 10 und Transponder sind Richtantennen. Dadurch und wegen der geringen abgestrahlten Leistung werden unerwünschte Antworten vermieden. Die Abfragen sind auf das Flugzeug beschränkt, das sich in der unmittelbaren Nähe eines Abfrageradargerät/Transponder-Paares befindet.
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Claims (6)

  1. Patentanwalt
    Dipl.-Phys.Leo Thul
    Kurze Str.8
    7 Stuttgart 30
    A.M.Levine-R.O.Waddoups 47-4
    INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
    Patentansprüche
    M.JFlughafenüberwachungssystem, insbesondere für Rollbahnen und Zubringer, bei dem entlang den zu überwachenden Bereichen erste Radargeräte vorgesehen sind, die von einer zentralen Stelle aus getriggert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die am Boden angeordneten Einrichtungen (10, 11, 15) mit den Bordgeräten (12) des ATCRBS-Systems, die bei Empfang eines Impulspaares mit einem festgelegten Impulsabstand einen Antwortkode zur Identifizierung des Flugzeugs (14) abstrahlen, zusammenwirken, daß die am Boden ancjeordneten ersten Radargeräte (10) Abfrageradargerate sind, die von der zentralen Stelle (15) aus einzeln und adressiert getriggert werden, worauf das betroffene Radargerät (10) einen Abfrageimpuls abstrahlt, der sowohl vom ATCRBS-Bordgerät (12) als auch von einem dem Abfrageradargerät (10) auf der anderen Seite des zu überwachenden Bereiches (13) gegenüberliegend angeordneten Transponder (11) empfangen wird, daß der Transponder (11) eine bestimmte Zeit nach Empfang des ersten Impulses einen zweiten Impuls abstrahlt, wobei die bestimmte Zeit so gewählt ist, daß der zweite Impuls, der ebenfalls vom ATCRBS-Bordgerät (12) empfangen wird, im Bordgerät einen
    Sm/Sch 22.08.1979 Q3QQ16/0634
    A.M.Levine 47-4
    solchen Abstand vom ersten Impuls hat, daß das hierdurch gebildete Impulspaar einem Abfrageimpulspaar des ATCRBC-Systems entspricht.
  2. 2. Flughafenüberwachungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn zelehne t/ daß entlang einem zu überwachenden Bereich mehrere Abfrageradargeräte (10, 28), denen jeweils ein Transponder (11, 29) zugeordnet ist, vorgesehen sind.
  3. 3. Flughafenüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragegeräte (10) auch eine Empfangseinrichtung (21) enthalten, die den vom ATCRBS-Bordgerät abgestrahlten Antwortkode empfangen,und daß der Antwortkode über eine Leitung (22) zu der zentralen Stelle (15) übertragen wird.
  4. 4. Flughafenüberwachungssystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn zelehne t , daß zusammen mit dem Antwortkode die Adresse des Abfragegerätea (10), das die Abfrage ausgelöst hat, mit übertragen wird.
  5. 5. Flughafenüberwachungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zelehnet, daß der von dem ATCRBS-Bordgerät abgestrahlte Antwortkode von der zentralen Stelle (15) direkt empfangen wird.
  6. 6. Flughafenüberwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Abfrageradargerät (10) und Transponder (11) mit Richtantennen (22, 23) ausgerüstet sind.
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DE19792934844 1978-10-02 1979-08-29 Flughafenueberwachungssystem Withdrawn DE2934844A1 (de)

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