DE60318915T2 - Vorrichtung an bord eines fahrzeuges zur verkehrsüberwachung in einem flughafenbereich - Google Patents

Vorrichtung an bord eines fahrzeuges zur verkehrsüberwachung in einem flughafenbereich Download PDF

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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Eine Bordvorrichtung, mit der die zuvor beschriebenen Überlastungsprobleme reduziert werden können, ist bereits aus der US-A-5574648 bekannt.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird aus der nachfolgenden näheren Beschreibung, die exemplarisch ist und keine Einschränkung darstellen soll, anhand der beigefügten Zeichnungen deutlicher. Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm einer bekannten transponderfreien Vorrichtung,
  • 2 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen transponderfreien Vorrichtung und
  • 3 ein näheres Blockdiagramm eines Funktionsblocks von 2.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (7)

  1. Bordvorrichtung für ein terrestrisches Fahrzeug zur Verwendung in einem Verkehrsüberwachungssystem in einem Flughafenbereich mit: – einer Einrichtung (GPS/SBAS-RX, -Proc) zum Erzeugen von Fahrzeugpositionsdaten (GNSS Pos), – einer Einrichtung (ADS-B Proc) zum Codieren der erzeugten Positionsdaten und – einer Einrichtung (1090ES TX) zum mit einer vorbestimmten Folgefrequenz erfolgenden Senden von Hochfrequenzsignalen, die die codierten Daten enthalten, – einer Einrichtung zum Speichern von topographischen Daten (Airp Map), die unterschiedliche Zonen des Flughafenbereichs festlegen, und Emissionsdaten (Em-R), die unterschiedliche Folgefrequenzen der zu sendenden Signale (Em-R Prof) festlegen, – einer Einrichtung (Em-R Corr) zum Zuordnen von Emissionsdaten (Em-R) zu topographischen Daten (Air Map) und – einer Einrichtung (Area Corr) zum Korrelieren der Positionsdaten (GNSS Pos) des Fahrzeugs mit den topographischen Daten (Air Map), um die Flughafenzone zu identifizieren, in der sich das Fahrzeug gerade befindet, und um die Folgefrequenz, die der Zone zugeordnet ist, in der sich das Fahrzeug gerade befindet, als die Folgefrequenz der zu sendenden Signale zuzuweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Senden von Hochfrequenzsignalen aufweist: – eine Sendeeinheit (1090ES TX), die in Übereinstimmung mit den Kriterien der Mode-S-Überwachungstechnik funktioniert, und – eine weitere Sendeeinheit (Non-Mode-S TX), die in Übereinstimmung mit Kriterien funktioniert, die sich von denen der Mode-S-Überwachungstechnik unterscheiden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner mit einer Einrichtung (Veh ID) zum Erzeugen von Daten, die das Fahrzeug kennzeichnen, und einer Einrichtung (ADS-B Proc) zum Codieren der Kennzeichnungsdaten, so daß sie zusammen mit den codierten Positionsdaten gesendet werden können.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Kennzeichnungsdaten Identifizierungsdaten des Fahrzeugs aufweisen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, wobei die Kennzeichnungsdaten Identifizierungsdaten des Fahrzeugführers aufweisen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Erzeugen von Positionsdaten ein Satellitenortungssystem aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Erzeugen von Positionsdaten ein Gyroskop und einen Wegstreckenmesser aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Codieren der Positionsdaten einen Prozessor (ADS-B Proc) aufweist, der Daten in Übereinstimmung mit ADS-B-Spezifikationen codieren kann.
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