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Die
Erfindung betrifft allgemein Verkehrsüberwachungssysteme an einem
Flughafen und insbesondere eine an Bord eines Fahrzeugs einzubauende
Vorrichtung zum Identifizieren und Steuern des Fahrzeugs selbst
in einem Verkehrsüberwachungssystem
an einem Flughafen.
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Verschiedene
Arten beweglicher Objekte sind an einem Flughafen vorhanden: Luftfahrzeuge in
der Start- oder Landephase, geparkte Luftfahrzeuge, Fahrzeuge für den Transport
von Passagieren und Gepäck,
Tankwagen zum Auftanken der Luftfahrzeuge, Fahrzeuge für Wartungstechniker
und Sicherheitspersonal. An einem großen Flughafen kann die Zahl
solcher beweglicher Objekte, im folgenden gemeinsam Fahrzeuge genannt,
in die Tausende gehen. Für
die Sicherheit und Effizienz aller Flughafendienste ist erwünscht, daß die Position
und Identität aller
im Flughafenbereich vorhandener Fahrzeuge jederzeit genau bekannt
sein sollte.
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Derzeit
beruhen die am häufigsten
verwendeten Überwachungssysteme
auf dem kombinierten und komplementären Einsatz sogenannter "nicht kooperierender" Sensoren, d. h.
Sensoren, mit denen die Position eines Fahrzeugs erfaßt werden
kann, ohne daß dazu
im Fahrzeug spezielle aktive elektronische Vorrichtungen vorhanden
sein müssen,
und sogenannter "kooperierender" Sensoren, d. h.
solcher, die ein Fahrzeug erfassen und identifizieren können, das
mit einer elektronischen Vorrichtung versehen ist, die mit der zentralen
Steuereinheit des Systems interagieren kann. Typische nicht kooperierende
Sensoren tragen die Abkürzung
SMR (Surface Movement Radar – Bodenradar)
und sind aktive Radare, die metallische Fahrzeuge erfassen können, die
sich auf einer Oberfläche
bewegen.
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Typische
kooperierende Sensoren sind die Empfänger für Systeme, die auf "Multilaterations"-Techniken basieren,
d. h. Techniken, die es ermöglichen,
eine Quelle eines Funksignals durch Messen der Zeit zu orten, die
das von der Quelle abgestrahlte Signal benötigt, um drei oder mehr Empfänger zu
erreichen, die sich an unterschiedlichen vorbestimmten Positionen
befinden. Andere kooperierende Sensoren sind die Empfänger für Systeme, durch
die eine Funksignalquelle mit Hilfe des Empfangs und der Decodierung
der Signale selbst geortet werden kann.
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Im
letzteren Fall ist die Position der Quelle bereits im Signal eingefügt, das
sie abstrahlt. Die an Bord der Luftfahrzeuge mitgeführten Signalquellen heißen "Transponder", d. h. sie sind
allgemein Empfänger-Sender-Vorrichtungen,
die Signale spontan und/oder als Reaktion auf den Empfang von Abfragesignalen
senden können.
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Die
am weitesten verbreiteten Transponder in der Flugüberwachung
sind derzeit jene, die auf Abfragesignale reagieren, die von Radaren
vom SSR-(Secondary Surveillance Radar – sekundären Rundsichtradar-)Typ in
Mode-A/C oder in Mode-S abgestrahlt werden. Die als Mode-A/C bekannte Überwachungstechnik
erfordert, daß alle
an Bord von Luftfahrzeugen im Aktionsradius des Radars eingebauten
Transponder auf eine Abfrage reagieren, während die als Mode-S bekannte
Technik ein selektives Abfragevermögen hat, d. h. Abfragen sind
stets für
ein spezielles Luftfahrzeug bestimmt.
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Andere
Arten von Transpondern, die seit kurzem in Flugüberwachungssystemen der zivilen
Luftfahrt zum Einsatz kommen, sind als Mode-S/ADS-B-Transponder
bekannt. Die Abkürzung ADS-B
(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast – automatischer bordabhängiger Überwachungsfunk)
bezeichnet Techniken zum periodischen und automatischen Senden von
Informationen über den
Zustand eines Luftfahrzeugs, z. B. Position, Flughöhe, Geschwindigkeit
usw. Das für
ADS-B verwendete Frequenzband hat 1090 MHz ± 1 MHz. Die S-Mode/ADS-B-Techniken
gelten als besonders vorteilhaft und sicher, weshalb ihr Einsatz
nicht nur für die Überwachung
von Luftfahrzeugen im Flug und auf dem Boden, sondern auch für die Überwachung von
Fahrzeugen und mobilen Objekten jeder Art in einem Flughafenbereich
vorgeschlagen wurde. Insbesondere wurde empfohlen, Bodenfahrzeuge
und mobile Objekte mit sogenannten transponderfreien Vorrichtungen
auszustatten, die sich von den Transpondervorrichtungen dadurch
unterscheiden, daß sie nicht
mit Empfangsschaltungen versehen sind: die Fahrzeuge müssen durchaus
geortet werden (mit Hilfe der Signalabstrahlungen), brauchen aber
nicht auf Abfragen zu reagieren.
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Eine
bekannte transponderfreie Vorrichtung zum Einbau in ein Fahrzeug
oder anderes mobiles Objekt ist in Form eines Funktionsblockdiagramms
in 1 der beigefügten
Zeichnungen gezeigt. In dieser Darstellung empfängt eine mit GPS/SBAS RX bezeichnete
Funktionseinheit GNSS-I-Signale (Global Navigation Satellite System
Interface – globale
Navigationssatellitensystem-Schnittstelle), die von einem Satellitensystem
eintreffen, decodiert sie und sendet sie zu einer mit GPS/SBAS Proc
bezeichneten Funktionseinheit. Dort werden die decodierten Signale verarbeitet,
um Daten (GNSS-Pos) zu erhalten, die die Position des Fahrzeugs
festlegen, in dem die Vorrichtung eingebaut ist. Diese Daten werden
einer mit Data Proc bezeichneten Zentralverarbeitungseinheit zugeführt, die
mit Hilfe einer mit I/O Int bezeichneten Eingabe-/Ausgabeschnittstelle
mit einer Konfigurations- und Anzeigeeinheit verbunden ist, die
mit Conf/Displ bezeichnet ist. Die Zentraleinheit Data Proc erzeugt
Daten über
die Position des Fahrzeugs und Abstrahlungskriterien, die in der
Einheit Conf/Displ bestimmt werden, und führt sie zu einem ADS-B-Prozessor
(ADS-B Proc). Dort werden die Daten nach ADS-B-Spezifikationen codiert
und dann zu einer Sendeeinheit 1090ES TX gesendet, die entsprechende
S-Mode-Signale im Band von 1090 MHz ± 1 MHz abstrahlt. Die gesendeten
Signale sind durch Einheitsdatenfolgen gebildet, die in Impulsposition
auf der Trägerfrequenz
von 1090 MHz moduliert sind; die Einheitsfolgen bilden eine "ADS-B-Meldung" und folgen einander
mit einer vorbestimmten Folgefrequenz (Abstrahlungshäufigkeit).
Eine Stromversorgung Pow Supp speist alle durch die verschiedenen
Funktionsblöcke
dargestellten Schaltungen mit elektrischer Energie, die sie zum
Funktionieren benötigen.
Die von der Vorrichtung abgestrahlten Signale werden durch die Leitstelle
des Flughafens und alle im Flughafenbereich oder in seiner unmittelbaren Nachbarschaft
vorhandenen Luftfahrzeuge empfangen und decodiert, die daher das
Bodenfahrzeug genau orten können,
in dem die Vorrichtung eingebaut ist.
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Der
Hauptnachteil im Zusammenhang mit der Anwendung eines S-Mode-Kanals
zur Bodenfahrzeugüberwachung
ist, daß die
Funkabstrahlungslast auf dem schmalen Band, das dem Kanal zugewiesen
ist, wegen der großen
Anzahl von Fahrzeugen, die im Flughafenbereich kontrolliert werden müssen, sehr
groß ist,
so daß Interferenzeffekte
zwischen den Signalen intensiv und zahlreich sein und daher die
Sicherheit der Flugsicherungsanwendungen beeinträchtigen können, die auf dem S-Mode-Kanal
basieren. Das als ICAO (Internationale Zivilluftfahrtorganisation)
bekannte internationale Gremium, das sich mit Standards im zivilen
Luftfahrtsektor befaßt,
hat die Abstrahlungskriterien von S-Mode-Transpondervorrichtungen
für Luftfahrzeuge
festgelegt: Die Positionsmeldungen müssen zweimal pro Sekunde abgestrahlt
werden, wenn das Luftfahrzeug in Bewegung ist, und mit einer viel
geringeren Häufigkeit,
z. B. einmal alle fünf
Sekunden, wenn es stillsteht. Hinter der Annahme dieser Kriterien
steht die Absicht, Interferenz zwischen den durch die Luftfahrzeuge
abgestrahlten Signalen möglichst
weitgehend zu reduzieren. Trotz der Verabschiedung dieser Kriterien
würde aber
die Tatsache, daß derselbe
Kanal auch für
Bodenfahrzeuge verwendet wird, eine inakzeptable Funksignallast
an einem großen
Flughafen bedeuten.
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Eine
Bordvorrichtung, mit der die zuvor beschriebenen Überlastungsprobleme
reduziert werden können,
ist bereits aus der
US-A-5574648 bekannt.
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Die
Hauptaufgabe der Erfindung ist, eine Bordvorrichtung für Bodenfahrzeuge
der zuvor beschriebenen Art vorzuschlagen, die in einem Flughafen-Verkehrsüberwachungssystem
verwendet werden kann, ohne die zuvor beschriebenen Überlastungsprobleme
zu verursachen.
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Diese
Aufgabe wird durch Realisierung der Bordvorrichtung gelöst, die
allgemein im beigefügten ersten
Anspruch beschrieben und gekennzeichnet ist, während spezielle Ausführungsformen
durch die abhängigen
Ansprüche
beschrieben sind.
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Die
Erfindung wird aus der nachfolgenden näheren Beschreibung, die exemplarisch
ist und keine Einschränkung
darstellen soll, anhand der beigefügten Zeichnungen deutlicher.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm einer bekannten transponderfreien Vorrichtung,
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2 ein
Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen transponderfreien Vorrichtung
und
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3 ein
näheres
Blockdiagramm eines Funktionsblocks von 2.
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Gemäß dem Blockdiagramm
von 2 unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung von
ihrem herkömmlichen
Gegenstück
in 1 prinzipiell dadurch, daß die wiederum mit Data Proc
bezeichnete Zentralverarbeitungseinheit ein mit Map Man bezeichnetes
Modul enthält,
in dem topographische Daten, d. h. Daten als Darstellung einer Karte des
Flughafenbereichs, in dem das Fahrzeug, in dem die Vorrichtung einzubauen
ist, operieren soll, und Daten gespeichert sind, die verschiedene
Abstrahlungsprofile der Fahrzeugpositionssignale festlegen. Außerdem enthält das Modul
Map Man eine Verarbeitungseinrichtung zum Verwalten der o. g. Daten.
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Weiterhin
werden gemäß der im
Diagramm von 2 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung die durch einen Prozessor ADS-B Proc codierten Daten
sowohl zu einem Mode-S-Sender im Band von 1090 MHz ± 1 MHz
als auch zu einem mit Non-Mode-S bezeichneten Sender gesendet, der
Signale in einem Band abstrahlt, das sich von dem durch die Luftfahrzeugtransponder
verwendeten unterscheidet, z. B. einem VHF-Band. Insbesondere enthält gemäß dem Diagramm
von 3 das Modul Map Man eine Datenbank (Airp Map),
die eine schematische Karte des Flughafenbereichs digital festlegt.
Der Bereich ist in Zonen unterteilt, denen unterschiedliche Sicherheitsstufen
auf der Grundlage der spezifischen Kennwerte jeder von ihnen zugewiesen
sein können. Beispielsweise
ist einer Landebahn die höchste
Sicherheitsstufe zugewiesen, während
einem Parkplatz für
Bodenfahrzeuge die minimale Sicherheitsstufe zugewiesen ist. Weiterhin
kann jeder Zone eine Liste von Fahrzeugen zugeordnet sein, denen
die Einfahrt in die betreffende Zone erlaubt ist.
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Das
Verwaltungsmodul Map Man enthält auch
einen Bereichskorrelator (Area Corr), der einen Algorithmus enthält, der
die Fahrzeugpositionsdaten GNSS-Pos, die vom Block GPS/SBAS Proc
eintreffen, und die Daten in Beziehung setzen kann, die die Zone
des Flughafenbereichs festlegen, in der die betreffende Position
liegt.
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Eine
mit Em-R Prof bezeichnete zweite Datenbank enthält Daten, die verschiedene
Kriterien oder Profile für
die Signalabstrahlung und insbesondere unterschiedliche Folgefrequenzen
der ADS-B-Meldungen festlegen.
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Ein
mit Em-R Corr bezeichneter Abstrahlungskorrelator setzt die im Zonenkorrelator
Ar Corr festgelegten Zonen mit jeweiligen Abstrahlungsprofilen in
Beziehung, um dem ADS-B-Prozessor
die Daten zuzuführen,
die zum Setzen der Abstrah lungsparameter notwendig sind, insbesondere
die Folgefrequenz (Em-R) der zu sendenden ADS-B-Meldungen und möglicherweise
auch Daten (un-auth Al) zum Ingangsetzen eines Verfahrensablaufs
zum Signalisieren von Präsenzen
in einer Zone, zu der Zugang nicht erlaubt ist. Unterschiedliche
Profile können nach
Zonen und nach Fahrzeugen konfiguriert sein.
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Im
dargestellten Beispiel empfängt
der Abstrahlungskorrelator Em-R Corr auch Daten von einer weiteren
Bordvorrichtung (Veh ID) des Fahrzeugs. Diese Daten kennzeichnen
das Fahrzeug, z. B. ein auf das betreffende Fahrzeug und seine Funktionskennwerte
bezogener Kennungscode und möglicherweise
auch einen den Fahrzeugführer
identifizierenden Code. In diesem Fall kann der Abstrahlungskorrelator
Em-R Corr dem ADS-B-Prozessor auch
Daten für
mögliche
Warnmitteilungen über
unbefugten Zutritt übermitteln.
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Durch
die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird es möglich,
einen Verkehrsüberwachungsdienst
in einem Flughafenbereich mit erheblichen Sicherheitsgarantien und
einer minimalen Last von Funkfrequenzabstrahlungen zu implementieren.
Insbesondere kann durch die Möglichkeit, jedem
Fahrzeug jederzeit einen genauen Standort im Flughafenbereich zuzuordnen,
das für
die gewünschten
Sicherheitsstufen geeignetste Positionssignal-Abstrahlungsprofil
in jedem Fall und automatisch bestimmt werden. Da die Abstrahlungen
mit maximaler Häufigkeit
nur Folge der Fahrzeuge sind, die sich in den kritischsten Zonen
bewegen, z. B. den Start- und Landebahnen, d. h. eines kleinen Prozentsatzes der
im Flughafenbereich vorhandenen Fahrzeuge, ist die Abstrahlungslast
im Frequenzband (S-Mode mit 1090 MHz), das Datenübertragungen zwischen Luftfahrzeugen
zugewiesen ist, stets begrenzt. Zu beachten ist auch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verwendung auf unterschiedlichen Flughäfen leicht angepaßt werden
kann: Dazu ist nichts weiter erforderlich, als die Flughafenkarte
und die Abstrahlungsprofile in jedem Fall zu erstellen, d. h. die geeigneten
Daten in die Datenbanken Airp Map und Em-R Prof zu laden.
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Obwohl
nur eine einzige Ausführungsform veranschaulicht
und beschrieben wurde, ist klar, daß zahlreiche Varianten und
Abwandlungen möglich sind,
ohne vom zugrunde liegenden Erfindungskonzept abzuweichen. Was beispielsweise
die Erzeugung der Positionsdaten des Fahrzeugs betrifft, ist es möglich, anstelle
eines Ortungssystems vom GPS-Typ oder auch in Kombination damit
ein System zu verwenden, das auf einem Gyroskop und einem Wegmesser
beruht.