EP0886847A1 - Method of detecting a collision risk and preventing air collisions - Google Patents

Method of detecting a collision risk and preventing air collisions

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Publication number
EP0886847A1
EP0886847A1 EP97919267A EP97919267A EP0886847A1 EP 0886847 A1 EP0886847 A1 EP 0886847A1 EP 97919267 A EP97919267 A EP 97919267A EP 97919267 A EP97919267 A EP 97919267A EP 0886847 A1 EP0886847 A1 EP 0886847A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
aircraft
probabilities
calculated
speed
elements
Prior art date
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Granted
Application number
EP97919267A
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German (de)
French (fr)
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EP0886847B1 (en
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Jens Schiefele
Richard Schulze
Harro Von Viebahn
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VDO Luftfahrtgerate Werk GmbH
Original Assignee
VDO Luftfahrtgerate Werk GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by VDO Luftfahrtgerate Werk GmbH filed Critical VDO Luftfahrtgerate Werk GmbH
Publication of EP0886847A1 publication Critical patent/EP0886847A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0886847B1 publication Critical patent/EP0886847B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/04—Anti-collision systems
    • G08G5/045—Navigation or guidance aids, e.g. determination of anti-collision manoeuvers
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G5/00—Traffic control systems for aircraft, e.g. air-traffic control [ATC]
    • G08G5/0047—Navigation or guidance aids for a single aircraft
    • G08G5/006—Navigation or guidance aids for a single aircraft in accordance with predefined flight zones, e.g. to avoid prohibited zones

Definitions

  • the invention relates to methods for detecting a
  • TCASII Traffic Collision Avoidance System
  • TCASII Aircraft operators have the opportunity to recognize and react to potential conflicts in good time.
  • the algorithm underlying the TCASII is not designed to control regular air traffic. It should only in the case of misconduct by aviation participants or the
  • This algorithm is based on the TAU criterion, which is the relative approach time of two aircraft to
  • the object of the method according to the invention is to visually visualize the pilot's existing conflict potential so that the pilot can make reliable decisions for alternative routes.
  • the object according to the invention is achieved in that probabilities exist for the individual aircraft
  • Probabilities of residence of your own aircraft and residence probabilities of other objects are the probabilities of the simultaneous stay of the own aircraft and at least one of the other objects in a spatial element
  • Space elements and the selected times can be calculated.
  • the method according to the invention has the advantage that the expected behavior of more than two aircraft involved is taken into account and that there is no risk to third parties, in particular not if all of them
  • an alternative route is calculated and displayed if the probability of at least one space element simultaneous stay of your own and at least one other object exceeds a predetermined value.
  • An advantageous further development enables a particularly favorable calculation of an alternative route by trial and error by calculating several alternative routes with increasing excursion from alternative route to alternative route according to recognized or specified alternative rules, by selecting and displaying the calculated alternative route or by converting it into a control command that is the smallest
  • Aircraft is provided in the inventive method that for others within a relevant
  • floor-fixed objects are considered with a probability of 1 in the representation of the room elements and / or in the calculation of alternative routes.
  • objects for example buildings or
  • Ground surveys can be stored in a database and can be called up for each airspace under consideration.
  • the method according to the invention can thus be designed in such a way that it works as a pure traffic collision avoidance system without a database for floor-mounted objects or detects collision risks on the ground and in the air with a database. Finally, training as a ground collision avoidance system is also possible, in which other aircraft in the air are not detected.
  • Aircraft can be treated.
  • the room elements can have different shapes
  • the size of the room elements is variable, the size increasing with increasing flight altitude. It is preferably provided that the size of the room elements can be changed in three classes, namely the smallest room elements when rolling on the ground, medium room elements at flight altitudes below 10,000 feet and large room elements at larger ones
  • Flight altitudes The size of the spatial elements is thus adapted to the prevailing speed and the distance accuracy required due to the traffic density.
  • the procedure consists in that the probabilities - also called residence probabilities in the following - from the respective position, course and course over the reason of the
  • Ground speed, course change speed and climb / sink speed are calculated using a variety of calculations with variations in Airspeed, course change speed and climb / sink speed is performed.
  • Airspeed, the course change speed and the climb / sink speed can be varied statistically and that with each of these variations counters are incremented for those spatial elements in which the aircraft is at the selected times.
  • Another advantageous embodiment of the method according to the invention is that the probabilities from the respective position, course and course over the
  • Ground speed, course change speed and climb / sink speed are calculated, with measures for statistical dispersion of the airspeed, the course change speed and the
  • Aircraft (GPS-Sqitter) can be obtained.
  • Aircraft may be within a period of time that includes all selected times. This limits the number of room elements for which residence probabilities are calculated.
  • 1 is a schematic representation of the air space with several aircraft
  • Fig. 2 is a block diagram of a device for
  • Fig. 3 shows a plane of the detection area with an aircraft and its
  • Fig. 4 is a side view of the detection area with an aircraft and its
  • Fig. 5 shows a level of the detection area with two
  • Fig. 6 is a side view of the detection area with a
  • Fig. 7 shows the same flight situation as in Fig. 6, but with
  • Fig. 8 is a flow chart for explaining the
  • 9 shows a representation for calculating an alternative route
  • the aircraft 1 flies into a detection area 2, in which the own aircraft 1 itself and other aircraft
  • Aircraft receive data, in particular the
  • Detection area can be corresponding if available
  • Prerequisites also include the position of your own aircraft 1 - for example if it is flying a curve.
  • Aircraft 7, 8 which are further away will not be able to in the foreseeable future
  • the aircraft 3 is located within the detection space 2 at the time in question. For a part 9 of the flight space, a probability distribution for the stay of the aircraft 3 at different points in time is calculated within a period of, for example, 30 to 90 seconds. When using the method according to the invention on the ground, shorter times are preferred.
  • Aircraft 4 gives the calculation of
  • the subspaces 9 to 12 are shown in FIG. 1 as areas provided with clear boundaries, although the
  • Computing capacity is not carried out - i.e. only room elements with a value above a threshold
  • the device shown in Fig. 2 for performing the method consists of several units, the function of which is basically known and which is therefore in individual is not further described.
  • Airspeed, course change speed and climb / sink speed Airspeed, course change speed and climb / sink speed.
  • This data is fed to a main computer 24 which is connected to a computer via a bidirectional data connection
  • Transponder 25 is connected. This is one
  • Transceiver unit with one or more antennas 26 for exchanging data with other aircraft,
  • the device shown also includes a database 27, in which, among other things, cartographic data relating to the area flown over are stored. Since the calculation of the probability of residence of the other aircraft can be made dependent on the type of the other aircraft, the database 27 can also do this
  • Aircraft mobility such as maximum acceleration and the tightest curve radii.
  • the data stored in the database 27 can be called up by the main computer 24 in accordance with the respective need. Insofar as the data are provided directly for graphic display using the display 30, they can also be fed directly to a symbol generator 28.
  • the main computer 24 is also connected to other computers of the avionics system 29 of the aircraft in order to calculate the probabilities of stay and the
  • An audio system is also connected to the main computer 24
  • Aircraft at a time t0 in each shown detection area flies in and that at that time the for the calculation of the
  • the probabilities of residence are measured, calculated and, in the case of the other aircraft, transferred to one's own aircraft.
  • Space elements 33 can only be guessed at time t1 (FIG. 3a), but this becomes clearer after n ⁇ ⁇ t. Moreover,
  • FIGS. 4a and 4b likewise show the probabilities of stay in individual room elements 33 at two different times, but as a side view. While the spatial elements are shown square in FIGS. 3a and 3b, FIGS. 4a and 4b then show rectangular ones Room elements. This takes into account that in air traffic the individual flight levels are located close to one another, so that an exact maintenance of the altitude in controlled airways is necessary. In studies of the method according to the invention, it has therefore proven to be advantageous to choose the height of the space elements in the range of approximately 200 m or less and the horizontal dimensions, which are preferably dependent on the flight height of the aircraft, can be approximately 100 m on the ground. which is about the size of a largest aircraft, and about 900 m at heights of up to 10,000 feet.
  • FIGS 5a and 5b represent the distributions of the
  • the probabilities of residence of the aircraft 1 can be determined by a straight flight in the plane symbol
  • the aircraft 34 is in a right-hand curve, which shows the flight path of the aircraft 1 that has just been assumed
  • the display is recognizable so that the pilot can choose an alternative route that contains the room elements with a high level
  • the method according to the invention also includes fixed obstacles and weather-related dangers, such as thunderstorms, in the method according to the invention.
  • FIGS 6a and 6b show two different ones
  • Aircraft 1 as a side view.
  • the aircraft 1 flies over a partly flat, partly hilly terrain, which is represented by a line 37.
  • Each of the spatial elements 38, into which the terrain at least protrudes, are with one
  • Terrain 37 is punctiform, so that it is possible to fly around from the side
  • FIG. 7 shows the same flight situation of an aircraft 1 when approaching an aviation obstacle 41, with a not negligible one at time t1 + n ⁇ ⁇ t
  • Recommendation to the pilot of aircraft 1 may be that he should in any case maintain the current flight altitude.
  • FIG. 8 shows in the form of a flow chart the sequence of an embodiment of the method according to the invention. After a start at 51, an initialization takes place at 52.
  • the data of the own aircraft DAT.E are then read in at 53 and converted into a separate coordinate system with units favorable for further calculation.
  • the airspace L is initialized, that is in
  • Procedures on the ground can be used to read in and convert data from other vehicles, such as motor vehicles and aircraft.
  • program part 56 the data of foreign aircraft are sorted according to their "temporal" distance, with aircraft that are far away being sorted out. Then it is done at 57 the determination of the residence probabilities AW.E and AW.F of the own aircraft and the non-sorted aircraft.
  • program part 58 a section from the database is determined which contains the terrain and aviation obstacles.
  • 59 room elements are determined by elements of the database, ie
  • collision probabilities KW are calculated, that is, probabilities with which at least one other is involved simultaneously with one's own aircraft
  • the program then branches at 61 depending on whether one of the calculated ones
  • Collision probabilities is greater than a predetermined value KWS. If this is the case, a becomes 62
  • RE (AW.F, AW.H) is output. Afterwards and not
  • Fig. 9 shows a top view of the room elements
  • Evasion route 77 represents an evasion maneuver which requires an excessively high rotational speed and is therefore not proposed. With alternative route 78 there is still one
  • the equations of motion result from FIGS. 10 and 11.
  • the system is chosen as the fixed coordinate system for determining the whereabouts, the xy plane of which coincides with that of the geodetic system and the x axis of which is aligned with the course of the aircraft at the start of the observation is (index e).
  • the wind vector is constant for the forecast period. Since the airspeed is the determining factor for air traffic control and air traffic control, it is assumed that the
  • Amount is subject to only minor changes, which are appropriate for the
  • the airspeed is aligned along the X a axis of the aerodynamic axis system.
  • ⁇ 0, the x a z a plane coincides with the X e z e plane. This applies to the speed shown in the horizontal plane
  • the velocity vectors have to be in the predefined e-
  • the course angles are not a function of time, but reflect the course angles at the beginning of the observation period.
  • the movement of the aircraft during the prediction is determined by the variable sizes and the absolute value and direction as a constant wind vector.
  • Airspeed vector rotated so that the time-dependent
  • the determination of the location of a vehicle is characterized by a number of uncertainties. Depending on the navigation devices and methods used, accuracies in determining the position from less than one meter to several kilometers are achieved. For the following considerations it is assumed that all vehicles involved are equipped with navigation systems that achieve the following accuracies when determining the position:
  • the location is not important in terms of a point in Euclidean space, but rather as the probability with which the object in question is located in a discrete sub-volume of the air space.
  • the air space L located around the aircraft to be viewed is divided into discrete spatial elements.
  • the expansion of the airspace is selected depending on the speed, the maneuvering potential and the flight phase of the aircraft.
  • L has the dimension
  • the air space thus consists of n x ⁇ n y ⁇ n z space elements.
  • Space elements are possible in the form of cuboids in the form of spherical shell segments or hexahedra, which generate the same volume for each sub-element.
  • Speeds can be subject to changes within the forecast period, so that there are considerable deviations from the location that results from a purely aerodynamic view. While the flight speed - except for take-off and landing - is usually only subject to low change speeds, the speed of rotation can change significantly within seconds, e.g. when initiating a turn.
  • a symmetrical, triangular probability function is possible.
  • the speed at the beginning of the observation t 0 has the highest probability, which then drops to the right and left in an interval to be defined.
  • a symmetrical triangular distribution gives high probabilities for speeds that cannot be achieved due to flight physics conditions.
  • the symmetrical triangular distribution can also only inadequately reflect a conservative behavior, ie a change in the instantaneous speed has a low probability.
  • a probability density has therefore proven itself, in which the probabilities in the vicinity of the maximum decrease sharply on both sides and in the further course less strongly and asymmetrically.
  • the aircraft is moving at a time to with an airspeed V c .
  • the probability p c that this speed is maintained within the observation period is highest and thus represents the maximum of the probability density function f (x).
  • the high gradient in the interval V b ⁇ x ⁇ V t reflects the conservative behavior.
  • the probability function defined in six sections is defined with the parameters described above as follows:
  • V min and V max are the minimum and maximum flight speeds
  • V c is the speed with the highest probability
  • V b and V t are the speeds at the transitions between strong and less severe drop.
  • f (x) is valid for V t ⁇ V max and V b ⁇ V min . If V t > V max is omitted
  • Section (5) of the definition and section (4) apply to V c ⁇ x ⁇ V max . The same applies to the approximation of V c to V min .
  • the sizes S i indicate the partial areas below f (x).
  • the random variable x which indicates a speed at time t 0 + ⁇ t, must be determined. If you pull the random variable n times, n new positions can be determined according to the equations of motion given above. The probability that the aircraft is in a specific subspace of airspace L at time t 0 + ⁇ t can thus be determined.
  • the expected movement dynamics of an aircraft can also be represented by a suitable choice of these variables.

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Abstract

In a method of detecting a collision risk and preventing air collisions, it is proposed that probabilities should be calculated for the likely presence of one's own aircraft in predetermined sectors at a number of selected times (probabilities of presence) and these probabilities for one's own aircraft and those for other objects should be used to calculate the probabilities of one's own aircraft and at least one of the other objects being present simultaneously in a given sector (probability of collision) for the predetermined sectors and selected times.

Description

Verfahren zur Erkennung eines Kollisionsrisikos und zur Vermeidung von Kollisionen in der Luftfahrt  Procedure for detecting a collision risk and for avoiding collisions in aviation
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erkennung eines The invention relates to methods for detecting a
Kollisionsrisikos und zur Vermeidung von Kollisionen in der Luftfahrt.  Collision risks and to avoid collisions in aviation.
Zur Verhinderung von Zusammenstößen ist das TCASII (Traffic Collision Avoidance System) bekanntgeworden und To prevent collisions, the TCASII (Traffic Collision Avoidance System) has become known and
beispielsweise in der Druckschrift FAA, Reprint by BFS, "TCASII System Description", Washington, DC, USA 1993 beschrieben. Die Ausrüstung aller in den USA zugelassenen Luftfahrzeuge mit mehr als 30 Sitzplätzen mit diesem System ist in den USA seit 1993 vorgeschrieben. Es warnt described for example in the publication FAA, Reprint by BFS, "TCASII System Description", Washington, DC, USA 1993. Equipping all aircraft approved in the United States with more than 30 seats with this system has been mandatory in the United States since 1993. It warns
Luftfahrzeugführer direkt vor möglichen Konflikten mit anderen Luftfahrzeugen in der Umgebung. Unabhängig von der Bodenkontrolle und den Sichtverhältnissen erhält der Aircraft operators face potential conflicts with other nearby aircraft. Regardless of the ground control and visibility, the
Luftfahrzeugführer die Möglichkeit, potentielle Konflikte rechtzeitig zu erkennen und zu reagieren. Der dem TCASII zugrundeliegende Algorithmus ist nicht dazu bestimmt, den regulären Flugverkehr zu kontrollieren. Er soll lediglich bei Fehlverhalten von Luftfahrtteilnehmern oder der Aircraft operators have the opportunity to recognize and react to potential conflicts in good time. The algorithm underlying the TCASII is not designed to control regular air traffic. It should only in the case of misconduct by aviation participants or the
Bodenkontrolle eine Kollision verhindern. Dieser Algorithmus basiert auf dem TAU-Kriterium, das die relative Annäherungszeit zweier Luftfahrzeuge bis zum Ground control to prevent a collision. This algorithm is based on the TAU criterion, which is the relative approach time of two aircraft to
Zeitpunkt der nächsten Annäherung bestimmt. Dazu werden die Transponder der beteiligten Luftfahrzeuge wiederholt aktiv abgefragt. Die Zeit bis zur weitesten Annäherung wird dann bei konstantem Flugverhalten errechnet. Wird ein gewisser Zeitschwellwert bis zur weitesten Annäherung unterschritten, reagiert das System und schlägt dem Luftfahrzeugführer ein vertikales Ausweichmanöver vor.  Determines the time of the next approximation. For this purpose, the transponders of the aircraft involved are repeatedly actively queried. The time to the closest approach is then calculated with constant flight behavior. If a certain time threshold is undershot until the closest approach, the system reacts and suggests a vertical evasive maneuver to the aircraft operator.
In Bodennähe ist die Funktion von TCAS eingeschränkt, und im Bodenrollverkehr kann TCAS nicht eingesetzt werden. Ferner sind vertikale Ausweichmanöver nicht konform zu den The function of TCAS is restricted at ground level and TCAS cannot be used in ground taxiing. Furthermore, vertical evasive maneuvers do not conform to the
anerkannten Ausweichregeln. Bei den vorgeschlagenen recognized evasion rules. With the proposed
vertikalen Ausweichmanövern besteht die Gefahr, daß andere Flugebenen durchflogen werden und eine Gefährdung weiterer Luftverkehrsteilnehmer eintritt. vertical evasive maneuvers there is a risk that other flight levels will be flown through and further air traffic participants may be endangered.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, tatsächlich bestehende Konfliktpotentiale dem Piloten in anschaulicher Weise zu visualisieren, so daß der Pilot sichere Entscheidungen für Ausweichrouten treffen kann. The object of the method according to the invention is to visually visualize the pilot's existing conflict potential so that the pilot can make reliable decisions for alternative routes.
Ferner soll außer der Erfassung des tatsächlich bestehenden Konfliktpotentials ein automatisches Vorschlagen von In addition to the detection of the actual potential for conflict, an automatic suggestion of
Ausweichrouten möglich gemacht werden, ohne daß dabei weitere Risiken entstehen. Alternative routes are made possible without additional risks.
Bei einem Verfahren zur Erkennung eines Kollisionsrisikos wird die erfindungsgemäße Aufgabe dadurch gelöst, daß für das jeweils eigene Luftfahrzeug Wahrscheinlichkeiten In the case of a method for detecting a collision risk, the object according to the invention is achieved in that probabilities exist for the individual aircraft
berechnet werden, mit welchen sich das Luftfahrzeug zu mehreren ausgewählten Zeitpunkten in vorgegebenen are calculated, with which the aircraft at several selected times in predetermined
Raumelementen befinden wird, Room elements will be located
(Aufenthaltswahrscheinlichkeiten) und daß aus den  (Residence probabilities) and that from the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des eigenen Luftfahrzeugs und Aufenthaltswahrscheinlchkeiten von anderen Objekten die Wahrscheinlichkeiten des gleichzeitigen Aufenthalts des eigenen Luftfahrzeugs und mindestens eines der anderen Objekte in jeweils einem Raumelement Probabilities of residence of your own aircraft and residence probabilities of other objects are the probabilities of the simultaneous stay of the own aircraft and at least one of the other objects in a spatial element
(Kollisionswahrscheinlichkeiten) für die vorgegebenen  (Collision probabilities) for the given
Raumelemente und die ausgewählten Zeitpunkte berechnet werden.  Space elements and the selected times can be calculated.
Wie das bekannte TCASII-Verfahren soll das erfindungsgemäße Verfahren nicht den regulären Flugverkehr kontrollieren, sondern lediglich bei Fehlverhalten von Luftfahrzeugführern oder der Bodenkontrolle oder bei fehlender Bodenkontrolle eine Kollision verhindern und die Wahl einer Ausweichroute unterstützen. Like the known TCASII method, the method according to the invention is not intended to control regular air traffic, but merely to prevent a collision in the event of misconduct by aircraft operators or ground control or in the absence of ground control and to support the choice of an alternative route.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das voraussichtliche Verhalten von mehr als zwei beteiligten Luftfahrzeugen berücksichtigt wird und daß keine Gefährdung Dritter erfolgt, insbesondere dann nicht, wenn alle The method according to the invention has the advantage that the expected behavior of more than two aircraft involved is taken into account and that there is no risk to third parties, in particular not if all of them
beteiligten Luftfahrzeuge mit Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet sind.  participating aircraft are equipped with devices for performing the method according to the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine für den In the method according to the invention is one for the
Luftfahrzeugführer leicht erfaßbare Darstellung der Aircraft operator easily understandable representation of the
Risikopotentiale möglich. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, daß die Raumelemente mit der jeweils berechneten Aufenthaltswahrscheinlichkeit des eigenen Luftfahrzeugs und der anderen Objekte graphisch auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden und/oder daß Raumelemente, für die die Kollisionswahrscheinlichkeit einen vorgegebenen Wert Risk potentials possible. This can be done in particular by the fact that the spatial elements with the respectively calculated probability of residence of the own aircraft and the other objects are graphically displayed on a display device and / or that spatial elements for which the collision probability is a predetermined value
übersteigt, hervorgehoben dargestellt werden. exceeds, are highlighted.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner zur In the method according to the invention can also
Vermeidung von Kollisionen für das eigene Luftfahrzeug eine Ausweichroute berechnet und angezeigt werden, wenn für mindestens ein Raumelement die Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Aufenthalts des eigenen und mindestens eines anderen Objekts einen vorgegebenen Wert übersteigt. Avoiding collisions for your own aircraft, an alternative route is calculated and displayed if the probability of at least one space element simultaneous stay of your own and at least one other object exceeds a predetermined value.
Eine vorteilhafte Weiterbildung ermöglicht eine besonders günstige Berechnung einer Ausweichroute dadurch, daß probehalber mehrere Ausweichrouten mit von Ausweichroute zu Ausweichroute steigender Auslenkung nach anerkannten oder festgelegten Ausweichregeln berechnet werden, daß diejenige berechnete Ausweichroute ausgewählt und angezeigt oder in ein Steuerkommando umgesetzt wird, die bei kleinster An advantageous further development enables a particularly favorable calculation of an alternative route by trial and error by calculating several alternative routes with increasing excursion from alternative route to alternative route according to recognized or specified alternative rules, by selecting and displaying the calculated alternative route or by converting it into a control command that is the smallest
Auslenkung eine Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Deflection a probability of a dangerous
Begegnung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes ergibt und daß bei Erreichen einer Grenzauslenkung, ohne daß sich die Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Begegnung Encounter below a predetermined threshold value and that when a limit deflection is reached without the probability of a dangerous encounter
entsprechend verringert, Ausweichrouten in eine andere accordingly reduced, alternative routes to another
Richtung berechnet werden. Direction can be calculated.
Zur Erkennung des Kollisionsrisikos mit anderen To identify the risk of collision with others
Luftfahrzeugen ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß für andere innerhalb einer relevanten Aircraft is provided in the inventive method that for others within a relevant
Entfernung befindliche Luftfahrzeuge Distance aircraft
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berechnet werden. Probabilities of stay are calculated.
Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist According to another development of the invention
vorgesehen, daß bodenfeste Objekte bei der Darstellung der Raumelemente und/oder bei der Berechnung von Ausweichrouten mit einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit von 1 berücksichtigt werden. Diese Objekte, beispielsweise Bauwerke oder provided that floor-fixed objects are considered with a probability of 1 in the representation of the room elements and / or in the calculation of alternative routes. These objects, for example buildings or
Bodenerhebungen, können in einer Datenbank gespeichert sein und jeweils für einen betrachteten Luftraum abgerufen werden. Ground surveys can be stored in a database and can be called up for each airspace under consideration.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann somit derart ausgebildet sein, daß es ohne Datenbank für bodenfeste Objekte als reines Traffic Collision Avoidance System arbeitet oder mit Datenbank Kollisionsrisiken am Boden und in der Luft erfaßt. Schließlich kommt auch eine Ausbildung als Ground Collision Avoidance System in Frage, bei der in der Luft befindliche andere Luftfahrzeuge nicht erfaßt werden. The method according to the invention can thus be designed in such a way that it works as a pure traffic collision avoidance system without a database for floor-mounted objects or detects collision risks on the ground and in the air with a database. Finally, training as a ground collision avoidance system is also possible, in which other aircraft in the air are not detected.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, daß es auch bei Bewegungen am Boden zur Verhinderung von The method according to the invention also has the advantage that it prevents movement even on the floor
gefährlichen Begegnungen bzw. Kollisionen benutzt werden kann, wobei feste Hindernisse in einer Datenbank gespeichert sind und Kraftfahrzeuge in ähnlicher Weise wie andere  dangerous encounters or collisions can be used, where fixed obstacles are stored in a database and motor vehicles in a similar manner as others
Luftfahrzeuge behandelt werden können.  Aircraft can be treated.
Die Raumelemente können an sich verschiedene Formen The room elements can have different shapes
annehmen. Eine für die einzelnen Berechnungen vorteilhafte Ausführungsform sieht jedoch vor, daß die Raumelemente quaderförmig sind.  accept. An embodiment which is advantageous for the individual calculations, however, provides that the spatial elements are cuboid.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Größe der Raumelemente variabel ist, wobei mit zunehmender Flughöhe die Größe ansteigt. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Größe der Raumelemente in drei Klassen veränderbar ist, nämlich kleinste Raumelemente beim Rollen am Boden, mittlere Raumelemente bei Flughöhen unter 10.000 Fuß und große Raumelemente bei größeren Another development of the method according to the invention is that the size of the room elements is variable, the size increasing with increasing flight altitude. It is preferably provided that the size of the room elements can be changed in three classes, namely the smallest room elements when rolling on the ground, medium room elements at flight altitudes below 10,000 feet and large room elements at larger ones
Flughöhen. Damit wird die Größe der Raumelemente an die jeweils vorherrschende Geschwindigkeit und an die aufgrund der Verkehrsdichte erforderliche Entfernungsgenauigkeit angepaßt. Flight altitudes. The size of the spatial elements is thus adapted to the prevailing speed and the distance accuracy required due to the traffic density.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen An advantageous embodiment of the invention
Verfahrens besteht darin, daß die Wahrscheinlichkeiten - im folgenden auch Aufenthaltswahrscheinlichkeiten genannt - aus der jeweiligen Position, Kurs und Kurs über Grund des The procedure consists in that the probabilities - also called residence probabilities in the following - from the respective position, course and course over the reason of the
Luftfahrzeugs, der Fluggeschwindigkeit und der Aircraft, the airspeed and the
Geschwindigkeit über Grund, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit berechnet werden, wobei eine Vielzahl von Berechnungen mit Variationen der Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit durchgeführt wird. Ground speed, course change speed and climb / sink speed are calculated using a variety of calculations with variations in Airspeed, course change speed and climb / sink speed is performed.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, daß die zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten angenommenen Werte der  In particular, it is provided that the values assumed for the calculation of the probabilities of the
Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit statistisch variiert werden und daß bei jeder dieser Variationen Zähler für diejenigen Raumelemente inkrementiert werden, in welchen sich das Luftfahrzeug zu den ausgewählten Zeitpunkten befindet.  Airspeed, the course change speed and the climb / sink speed can be varied statistically and that with each of these variations counters are incremented for those spatial elements in which the aircraft is at the selected times.
Bei der statistischen Variation der Geschwindigkeiten kann das Flugverhalten der jeweiligen Luftfahrzeuge With the statistical variation of the speeds, the flight behavior of the respective aircraft can
berücksichtigt werden. So kann beispielsweise bei be taken into account. For example, at
Großraumflugzeugen eine größere Trägheit und damit auch eine geringere Änderung der Fluggeschwindigkeit angenommen werden als beispielsweise bei Kampfflugzeugen. Large aircraft are assumed to have a greater inertia and thus also a smaller change in the airspeed than, for example, in the case of combat aircraft.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Wahrscheinlichkeiten aus der jeweiligen Position, Kurs und Kurs über Grund des Another advantageous embodiment of the method according to the invention is that the probabilities from the respective position, course and course over the
Luftfahrzeugs, der Fluggeschwindigkeit und der Aircraft, the airspeed and the
Geschwindigkeit über Grund, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit berechnet werden, wobei Maße für die statistische Streuung der Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Ground speed, course change speed and climb / sink speed are calculated, with measures for statistical dispersion of the airspeed, the course change speed and the
Steig/Sink-Geschwindigkeit mitgeführt werden, so daß zu jedem ausgewählten Zeitpunkt eine statistische Verteilung der Positionen des Flugzeugs berechnet wird, und daß die statistischen Verteilungen in Wahrscheinlichkeiten des Rise / sink speed are carried along, so that a statistical distribution of the positions of the aircraft is calculated at each selected point in time, and that the statistical distributions in probabilities of
Aufenthalts in einzelnen Raumelementen umgerechnet werden. Zur Durchführung dieser Berechnung stehen verschiedene analytische Rechenverfahren zur Verfügung. Stay in individual room elements can be converted. Various analytical calculation methods are available for performing this calculation.
Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Is preferred in the method according to the invention
vorgesehen, daß die zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Luftfahrzeuge in den anderen Luftfahrzeugen gemessen und durch provided that the data required for calculating the probabilities of the other aircraft in the other aircraft and measured by
Datenübertragungssysteme zum eigenen Luftfahrzeug übertragen werden. Dieses setzt zwar voraus, daß die beteiligten  Data transmission systems are transferred to your own aircraft. This presupposes that those involved
Luftfahrzeuge mit geeigneten Übertragungssystemen  Aircraft with suitable transmission systems
ausgestattet sind; es werden jedoch dabei besonders genaue und zuverlässige Ergebnisse über die Bewegungen der anderen Flugzeuge gewonnen. Insbesondere wird bei einer allgemeinen Einführung des DGNSS (Differential Global Navigation  are equipped; However, particularly precise and reliable results about the movements of the other aircraft are obtained. In particular, with a general introduction of the DGNSS (Differential Global Navigation
Satellite System) eine hohe Genauigkeit der jeweiligen  Satellite system) a high accuracy of each
Positionsbestimmung möglich.  Position determination possible.
Für den Fall, daß die anderen Luftfahrzeuge nicht mit entsprechenden Einrichtungen versehen sind, ist es zur In the event that the other aircraft are not provided with appropriate facilities, it is for
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens jedoch auch möglich, daß die zur Berechnung der Wahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Luftfahrzeuge durch Peilung oder durch wiederholte Positionsmeldungen der anderen  Implementation of the method according to the invention, however, also makes it possible for the data required for calculating the probabilities of the other aircraft to be obtained by bearing or by repeated position reports from the others
Luftfahrzeuge (GPS-Sqitter) gewonnen werden. Aircraft (GPS-Sqitter) can be obtained.
Eine andere Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Wahrscheinlichkeiten nur für einen Luftraum berechnet werden, in dem sich das eigene Another development of the method according to the invention consists in that the probabilities are only calculated for an air space in which one's own
Luftfahrzeug innerhalb eines alle ausgewählten Zeitpunkte umfassenden Zeitraums befinden kann. Damit ist die Zahl der Raumelemente, für die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berechnet werden, begrenzt. Aircraft may be within a period of time that includes all selected times. This limits the number of room elements for which residence probabilities are calculated.
Zu einer verbesserten Abschätzung des Flugverhaltens der anderen Luftfahrzeuge kann bei dem erfindungsgemäßen With the invention, an improved estimate of the flight behavior of the other aircraft can be made
Verfahren vorgesehen sein, daß bei der Berechnung der Procedures should be provided that when calculating the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mindestens eines anderen Luftfahrzeugs eine Reaktion des anderen Luftfahrzeugs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt wird. Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon ist schematisch in der Zeichnung anhand mehrerer Figuren dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigt: Probabilities of stay of at least one other aircraft, a reaction of the other aircraft according to the inventive method is taken into account. The invention allows numerous embodiments. One of them is shown schematically in the drawing using several figures and described below. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Luftraumes mit mehreren Luftfahrzeugen, 1 is a schematic representation of the air space with several aircraft,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Fig. 2 is a block diagram of a device for
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,  Implementation of the method according to the invention,
Fig. 3 eine Darstellung einer Ebene des Erfassungsraumes mit einem Luftfahrzeug und dessen Fig. 3 shows a plane of the detection area with an aircraft and its
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei  Probabilities of residence for two
verschiedenen Zeitpunkten,  different times,
Fig. 4 eine seitliche Ansicht des Erfassungsraumes mit einem Luftfahrzeug und dessen Fig. 4 is a side view of the detection area with an aircraft and its
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei  Probabilities of residence for two
verschiedenen Zeitpunkten,  different times,
Fig. 5 eine Ebene des Erfassungsraumes mit zwei Fig. 5 shows a level of the detection area with two
Luftfahrzeugen und deren  Aircraft and their
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei  Probabilities of residence for two
verschiedenen Zeitpunkten,  different times,
Fig. 6 eine Seitenansicht des Erfassungsraumes mit einem Fig. 6 is a side view of the detection area with a
Luftfahrzeug und mit bergigem Gelände und  Aircraft and with mountainous terrain and
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zu zwei  Probabilities of residence for two
verschiedenen Zeitpunkten,  different times,
Fig. 7 die gleiche Flugsituation wie in Fig. 6, jedoch mit Fig. 7 shows the same flight situation as in Fig. 6, but with
Gebäuden als Hindernis,  Buildings as an obstacle,
Fig. 8 ein Flußdiagramm zur Erläuterung des Fig. 8 is a flow chart for explaining the
erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 9 eine Darstellung zur Berechnung einer Ausweichroute und method according to the invention, 9 shows a representation for calculating an alternative route and
Fig. 10 eine Darstellung zur Flugbahnberechnung. 10 shows a representation of the trajectory calculation.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Identical parts are provided with the same reference symbols in the figures.
Bei der Darstellung nach Fig. 1 fliegt das Luftfahrzeug 1 in einen Erfassungsraum 2 hinein, in welchem für das eigene Luftfahrzeug 1 selbst und für andere Luftfahrzeuge In the illustration according to FIG. 1, the aircraft 1 flies into a detection area 2, in which the own aircraft 1 itself and other aircraft
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berechnet werden, was später noch genauer beschrieben wird. Dazu werden von anderen Probabilities of stay are calculated, which will be described in more detail later. To do this from others
Luftfahrzeugen Daten empfangen, die insbesondere die Aircraft receive data, in particular the
Position, Geschwindigkeit, die Kursänderungsgeschwindigkeit und die Steig/Sink-Geschwindigkeit betreffen. Der Position, speed, course change speed and climb / sink speed. The
Erfassungsraum kann bei Vorliegen entsprechender Detection area can be corresponding if available
Voraussetzungen auch die Position des eigenen Luftfahrzeugs 1 einschließen - beispielsweise, wenn dieses eine Kurve fliegt. Prerequisites also include the position of your own aircraft 1 - for example if it is flying a curve.
In die Berechnungen werden nur Luftfahrzeuge 3, 4, 5 Only aircraft 3, 4, 5 are included in the calculations
einbezogen, die eine Entfernung vom eigenen Luftfahrzeug 1 aufweisen, bei welcher unter Berücksichtigung der included, which have a distance from their own aircraft 1, at which taking into account the
Annäherungsgeschwindigkeit an das eigene Luftfahrzeug eine Gefährdung nicht völlig ausgeschlossen ist. Weiter entfernte Luftfahrzeuge 7, 8 können in absehbarer Zeit keine Approach speed to the own aircraft, a hazard is not completely excluded. Aircraft 7, 8 which are further away will not be able to in the foreseeable future
gefährliche Begegnung mit dem eigenen Luftfahrzeug 1 dangerous encounter with your own aircraft 1
erleiden. Wenn nicht bereits die Entfernung zum eigenen Luftfahrzeug 1 zu groß für eine Datenübertragung ist, wird aufgrund der übertragenen Position und der eigenen Position für diese Luftfahrzeuge 7, 8 von einer weiteren Einbeziehung in die Berechnung abgesehen. Das Luftfahrzeug 3 befindet sich zum betrachteten Zeitpunkt innerhalb des Erfassungsraumes 2. Für einen Teil 9 des Flugraums wird eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für den Aufenthalt des Luftfahrzeugs 3 zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb eines Zeitraums von beispielsweise 30 bis 90 Sekunden berechnet. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Boden sind kürzere Zeiten vorzuziehen. suffer. If the distance to one's own aircraft 1 is not already too great for data transmission, further inclusion in the calculation is dispensed with on the basis of the transmitted position and one's own position for these aircraft 7, 8. The aircraft 3 is located within the detection space 2 at the time in question. For a part 9 of the flight space, a probability distribution for the stay of the aircraft 3 at different points in time is calculated within a period of, for example, 30 to 90 seconds. When using the method according to the invention on the ground, shorter times are preferred.
Für ein außerhalb des Erfassungsraumes 2 liegendes For one lying outside the detection area 2
Luftfahrzeug 4 ergibt die Berechnung der  Aircraft 4 gives the calculation of
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten einen Teilraum 10 innerhalb des Erfassungsraumes 2.  Probabilities of stay a subspace 10 within the detection area 2.
Die Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten für das Luftfahrzeug 5 ergibt einen Teilraum 11 , der vollständig außerhalb des Erfassungsraumes 2 liegt. Deshalb wird das Luftfahrzeug 5 ebenfalls außer Betracht gelassen. Das eigene Luftfahrzeug 1 bewegt sich während der vorgegebenen Zeit voraussichtlich in einem Teilraum 12. The calculation of the probabilities of stay for the aircraft 5 results in a subspace 11 that is completely outside the detection area 2. Therefore, the aircraft 5 is also disregarded. Own aircraft 1 is likely to move in a subspace 12 during the predetermined time.
Die Teilräume 9 bis 12 sind in Fig. 1 als mit eindeutigen Grenzen versehene Flächen dargestellt, obwohl die The subspaces 9 to 12 are shown in FIG. 1 as areas provided with clear boundaries, although the
Wahrscheinlichkeit bei Entfernung von Orten mit hoher Probability when removing places with high
Wahrscheinlichkeit allmählich gegen 0 gilt. Diese Probability gradually approaches 0. This
Darstellung erfolgte einerseits der Anschaulichkeit halber, entspricht aber insofern der tatsächlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, als eine Berücksichtigung von Raumelementen mit einer äußerst geringen Representation was made on the one hand for the sake of clarity, but corresponds to the actual implementation of the method according to the invention, as a consideration of room elements with an extremely low
Aufenthaltswahrscheinlichkeit aus Gründen der Probability of residence for reasons of
Rechenkapazität nicht erfolgt - also nur Raumelemente mit einer oberhalb eines Schwellwertes liegenden Computing capacity is not carried out - i.e. only room elements with a value above a threshold
Aufenthaltswahrscheinlichkeit berücksichtigt werden. Probability of residence are taken into account.
Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus mehreren Einheiten, deren Funktion als solche grundsätzlich bekannt ist und die deshalb im einzelnen nicht weiter beschrieben wird. Eine The device shown in Fig. 2 for performing the method consists of several units, the function of which is basically known and which is therefore in individual is not further described. A
Navigationseinheit 21 ist mit zwei Antennen 22, 23 versehen und empfängt Signale eines GNS-Systems, wie beispielsweise des Global Positioning Systems. Dabei ist die Antenne 22 zum Empfang von Satellitensignalen eingerichtet, während über die Antenne 23 Differenzsignale zur Erhöhung der Genauigkeit der Positionsbestimmung empfangen werden können. In der Navigationseinheit 21 befinden sich noch weitere zur  Navigation unit 21 is provided with two antennas 22, 23 and receives signals from a GNS system, such as the Global Positioning System. The antenna 22 is set up to receive satellite signals, while the antenna 23 can receive differential signals to increase the accuracy of the position determination. There are still more in the navigation unit 21
Navigation erforderliche Einrichtungen, beispielsweise ein Kompaß und ein Höhenmesser. Aus den empfangenen Daten und den Signalen des Kompasses und des Höhenmessers berechnet die Navigationseinheit die Position und Lage des Flugzeugs sowie die Änderungen dieser Daten, insbesondere die  Equipment required for navigation, such as a compass and an altimeter. From the received data and the signals from the compass and the altimeter, the navigation unit calculates the position and location of the aircraft and the changes to this data, in particular the changes
Fluggeschwindigkeit, die Kursänderungsgeschwindigkeit und die Steig/Sink-Geschwindigkeit.  Airspeed, course change speed and climb / sink speed.
Diese Daten werden einem Hauptcomputer 24 zugeleitet, der über eine bidirektionale Datenverbindung mit einem This data is fed to a main computer 24 which is connected to a computer via a bidirectional data connection
Transponder 25 verbunden ist. Dieser ist eine  Transponder 25 is connected. This is one
Sende/Empfangs-Einheit mit einer oder mehreren Antennen 26 zum Austausch von Daten mit anderen Flugzeugen,  Transceiver unit with one or more antennas 26 for exchanging data with other aircraft,
Bodenstationen und Fahrzeugen. Derartige Ground stations and vehicles. such
Datenübertragungssysteme sind an sich bekannt und brauchen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht näher erläutert zu werden. Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeignetes System ist beschrieben im Tagungsband: The  Data transmission systems are known per se and do not need to be explained in connection with the present invention. A system suitable for the method according to the invention is described in the conference proceedings: The
International Air Transport Association, Global Navcom '94, Genf, 18. bis 21. Juli 1994, J. Nilsson, Swedavia: "The Worldwide GNSS-Time Synchronized Self-Organising TDMA Data Link - A Key to the Implementation of Cost-Effective International Air Transport Association, Global Navcom '94, Geneva, July 18-21, 1994, J. Nilsson, Swedavia: "The Worldwide GNSS-Time Synchronized Self-Organizing TDMA Data Link - A Key to the Implementation of Cost-Effective
GNSS-Based CNS/ATM Systems!" GNSS-Based CNS / ATM Systems! "
Sollte es im Einzelfall zweckmäßig sein, kann die If it is appropriate in individual cases, the
Übertragung der von der Navigationseinheit 21 erzeugten Daten, soweit sie zur Übertragung zu anderen Luftfahrzeugen vorgesehen sind, auch unmittelbar zum Transponder 25 erfolgen . Transmission of the data generated by the navigation unit 21, insofar as it is intended for transmission to other aircraft, also directly to the transponder 25 respectively .
Die dargestellte Einrichtung umfaßt ferner eine Datenbank 27, in der unter anderem karthographische Daten zu dem überflogenen Gelände abgelegt sind. Da die Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit der anderen Luftfahrzeuge vom Typ des jeweils anderen Luftfahrzeugs abhängig gemacht werden kann, können in der Datenbank 27 auch dazu The device shown also includes a database 27, in which, among other things, cartographic data relating to the area flown over are stored. Since the calculation of the probability of residence of the other aircraft can be made dependent on the type of the other aircraft, the database 27 can also do this
erforderliche Daten der relevanten Luftfahrzeuge gespeichert werden. Solche Daten beschreiben im wesentlichen die required data of the relevant aircraft are stored. Such data essentially describe the
Bewegungsfähigkeit des Luftfahrzeugs, wie beispielsweise die maximale Beschleunigung und die engsten Kurvenradien. Die in der Datenbank 27 gespeicherten Daten sind vom Hauptcomputer 24 entsprechend des jeweiligen Bedarfs abrufbar. Soweit die Daten unmittelbar zur graphischen Darstellung mit Hilfe des Displays 30 vorgesehen sind, können sie auch direkt einem Symbolgenerator 28 zugeleitet werden. Aircraft mobility, such as maximum acceleration and the tightest curve radii. The data stored in the database 27 can be called up by the main computer 24 in accordance with the respective need. Insofar as the data are provided directly for graphic display using the display 30, they can also be fed directly to a symbol generator 28.
Der Hauptcomputer 24 ist ferner mit anderen Computern des Avionik-Systems 29 des Luftfahrzeugs verbunden, um für die Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten und der The main computer 24 is also connected to other computers of the avionics system 29 of the aircraft in order to calculate the probabilities of stay and the
Ausweichrouten erforderliche Daten abfragen zu können. Alternative routes to be able to query required data.
Ferner ist an den Hauptcomputer 24 ein Audiosystem zu An audio system is also connected to the main computer 24
Zwecken einer Sprachausgabe angeschlossen. Connected for voice output.
Zur Veranschaulichung verschiedener Werte der To illustrate different values of the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten wurden die in den Figuren 3 bis 7 dargestellten Raumelemente verschieden dicht The spatial elements shown in FIGS. 3 to 7 became different densities
schraffiert, wobei eine dichte Schraffur eine hohe hatched, with a thick hatching a high
Aufenthaltswahrscheinlichkeit wiedergibt. Nicht schraffierte Raumelemente weisen eine so geringe Reproduces probability of residence. Non-hatched room elements are so small
Aufenthaltswahrscheinlichkeit auf, daß sie bei der Ausgabe von Warnhinweisen und bei der Berechnung von Ausweichrouten nicht berücksichtigt werden. Bei den Darstellungen gemäß den Figuren 3 bis 7 wird jeweils angenommen, daß das  Probability that they will not be taken into account when issuing warnings and when calculating alternative routes. In the representations according to Figures 3 to 7, it is assumed that the
Luftfahrzeug zu einem Zeitpunkt t0 in den jeweils dargestellten Erfassungsraum einfliegt und daß zu diesem Zeitpunkt die für die Berechnung der Aircraft at a time t0 in each shown detection area flies in and that at that time the for the calculation of the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten erforderlichen Größen gemessen, berechnet und im Falle der anderen Luftfahrzeuge zum eigenen Luftfahrzeug übertragen werden.  The probabilities of residence are measured, calculated and, in the case of the other aircraft, transferred to one's own aircraft.
Für eine große Anzahl statistisch verteilter Werte und Wertekombinationen der Fluggeschwindigkeit, der For a large number of statistically distributed values and combinations of values of the airspeed, the
Kursänderungsgeschwindigkeit und der  Course change speed and the
Steig/Sink-Geschwindigkeit werden jeweils Punkte innerhalb des Erfassungsraumes berechnet, welche das Luftfahrzeug zu ausgewählten Zeitpunkten einnimmt, nämlich t = t1+n·δt, wobei n ganzzahlig ist und beispielsweise Werte zwischen 0 und 10 einnimmt, während sich für öt bei Erprobungen Werte zwischen 1 und 5 Sekunden als günstig herausgestellt haben. Die Berechnungen der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten und der Ausweichrouten erfolgt wesentlich schneller, als die  Rise / sink speed are calculated in each case points within the detection area that the aircraft occupies at selected times, namely t = t1 + n · δt, where n is an integer and takes values between 0 and 10, for example, while values for öt are used in tests between 1 and 5 seconds have been found to be cheap. The calculation of the probabilities of residence and the alternative routes is much faster than that
Fortbewegung des Luftfahrzeugs, so daß die Ergebnisse vorausschauend angezeigt bzw. weiterverarbeitet werden.  Locomotion of the aircraft so that the results are displayed in advance or processed.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel hat das In the example shown in FIG. 3, this has
Luftfahrzeug einen leichten Trend nach rechts, was die Aircraft a slight trend to the right what the
Verteilung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten über Distribution of residence probabilities over
Raumelemente 33 im Zeitpunkt t1 (Fig. 3a) nur ahnen lassen, was sich jedoch nach n·δt deutlicher zeigt. Außerdem Space elements 33 can only be guessed at time t1 (FIG. 3a), but this becomes clearer after n · δt. Moreover
verteilen sich zum späteren Zeitpunkt die distribute the later
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten wegen des größeren Residence probabilities because of the larger one
Vorhersagezeitraumes auf eine größere in Fig. 3b Prediction period to a larger one in Fig. 3b
dargestellte Fläche - d.h. in Wirklichkeit über einen größeren Raum. displayed area - i.e. in reality over a larger room.
Die Figuren 4a und 4b zeigen ebenfalls zu zwei verschiedenen Zeitpunkten die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in einzelnen Raumelementen 33, jedoch als Seitenansicht. Während in den Figuren 3a und 3b die Raumelemente quadratisch dargestellt sind, zeigen dann die Figuren 4a und 4b rechteckige Raumelemente. Dieses berücksichtigt, daß im Luftverkehr die einzelnen Flugebenen dicht übereinander liegen, so daß eine genaue Einhaltung der Höhe in kontrollierten Luftstraßen erforderlich ist. Es hat sich daher bei Untersuchungen zum erfindungsgemäßen Verfahren als günstig herausgestellt, die Höhe der Raumelemente im Bereich von etwa 200 m oder weniger zu wählen und die waagerechten Abmessungen, die vorzugsweise von der Flughöhe der Luftfahrzeuge abhängig sind, können am Boden etwa 100 m betragen, was etwa der Größe eines größten Luftfahrzeugs entspricht, und in Höhen bis zu 10.000 Fuß etwa 900 m. FIGS. 4a and 4b likewise show the probabilities of stay in individual room elements 33 at two different times, but as a side view. While the spatial elements are shown square in FIGS. 3a and 3b, FIGS. 4a and 4b then show rectangular ones Room elements. This takes into account that in air traffic the individual flight levels are located close to one another, so that an exact maintenance of the altitude in controlled airways is necessary. In studies of the method according to the invention, it has therefore proven to be advantageous to choose the height of the space elements in the range of approximately 200 m or less and the horizontal dimensions, which are preferably dependent on the flight height of the aircraft, can be approximately 100 m on the ground. which is about the size of a largest aircraft, and about 900 m at heights of up to 10,000 feet.
An der Verteilung der Wahrscheinlichkeiten über die At the distribution of the probabilities over the
Raumelemente 33 kann man erkennen, daß sich das Luftfahrzeug 1 in einem leichten Sinkflug befindet, was sich bei der Verteilung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten zum Zeitpunkt t = t1 nur äußerst gering, in dem um n·δt späteren Zeitpunkt jedoch deutlich in Erscheinung tritt. Space elements 33 can be seen that the aircraft 1 is in a slight descent, which is only extremely low in the distribution of the probabilities of stay at the time t = t1, but clearly occurs at a later point in time.
Die Figuren 5a und 5b stellen die Verteilungen der Figures 5a and 5b represent the distributions of the
Aufenthaltswahrscheinlichkeit zweier Luftfahrzeuge 1, 34, die sich begegnen, zu zwei verschiedenen Zeitpunkten dar. Zum Zeitpunkt t1 sind die Luftfahrzeuge 1, 34 soweit Probability of residence of two aircraft 1, 34 that meet at two different points in time. At time t1, the aircraft 1, 34 are ready
entfernt, daß mit einer Wahrscheinlichkeit, daß sich die Luftfahrzeuge im gleichen Raumelement aufhalten, nicht gerechnet wird. An der Verteilung der removed that a probability that the aircraft are in the same space element is not expected. At the distribution of the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Luftfahrzeugs 1 kann auf einen Geradeausflug in der durch das Flugzeugsymbol  The probabilities of residence of the aircraft 1 can be determined by a straight flight in the plane symbol
angegebenen Richtung geschlossen werden. Das Luftfahrzeug 34 befindet sich jedoch in einer Rechtskurve, welche die als gerade angenommene Flugbahn des Luftfahrzeugs 1 specified direction. However, the aircraft 34 is in a right-hand curve, which shows the flight path of the aircraft 1 that has just been assumed
möglicherweise schneidet. Dieses zeigt die Vorausberechnung um n«δt nach Fig. 5b. Zu diesem Zeitpunkt ist die possibly cuts. This shows the pre-calculation by n «δt according to Fig. 5b. At this point the
Wahrscheinlichkeit, daß sich beide Luftfahrzeuge 1, 34 in einem der Raumelemente 35, 36 befinden, nicht mehr zu vernachlässigen. Dieses kann in ähnlicher Weise, wie in Fig. 5b dargestellt, auf einem Display angezeigt werden. Dabei können beispielsweise die Felder 35, 36 mit einer Warnfarbe versehen sein. Die in Fig. 5b durch die unterschiedliche Schraffurdichte dargestellten unterschiedlichen Probability that both aircraft 1, 34 are in one of the space elements 35, 36 can no longer be neglected. This can be done in a similar manner as in Fig. 5b are shown on a display. For example, the fields 35, 36 can be provided with a warning color. The different shown in Fig. 5b by the different hatching density
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten sind ebenfalls auf dem  Residence probabilities are also on the
Display erkennbar, damit der Pilot eine Ausweichroute wählen kann, welche die Raumelemente mit hoher  The display is recognizable so that the pilot can choose an alternative route that contains the room elements with a high level
Aufenthaltswahrscheinlichkeit des anderen Luftfahrzeugs meidet. Eine automatische Ermittlung eines Vorschlags für eine Ausweichroute wird später im Zusammenhang mit Fig. 9 erläutert.  Avoidance of the other aircraft. An automatic determination of a proposal for an alternative route will be explained later in connection with FIG. 9.
Außer anderen Luftfahrzeugen können bei dem In addition to other aircraft, the
erfindungsgemäßen Verfahren auch feststehende Hindernisse und wetterbedingte Gefahren, wie beispielsweise Gewitter, in das erfindungsgemäße Verfahren einbezogen werden.  The method according to the invention also includes fixed obstacles and weather-related dangers, such as thunderstorms, in the method according to the invention.
Die Figuren 6a und 6b zeigen zu zwei verschiedenen Figures 6a and 6b show two different ones
Zeitpunkten die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten eines  Times the probabilities of residence
Luftfahrzeugs 1 als Seitenansicht. Das Luftfahrzeug 1 fliegt über ein teils ebenes, teils hügeliges Gelände, das durch eine Linie 37 dargestellt ist. Jedes der Raumelemente 38, in die das Gelände mindestens hineinragt, sind mit einer Aircraft 1 as a side view. The aircraft 1 flies over a partly flat, partly hilly terrain, which is represented by a line 37. Each of the spatial elements 38, into which the terrain at least protrudes, are with one
Aufenthaltswahrscheinlichkeit von 1 belegt. Die Residence probability of 1 is proven. The
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Luftfahrzeugs 1 Probabilities of the aircraft to stay 1
entsprechen denjenigen in Fig. 4. Zum Zeitpunkt t = t1 ergeben sich noch keine relevanten Wahrscheinlichkeiten dafür, daß das Luftfahrzeug sich in Raumelementen befindet, die auch vom Gelände belegt sind. Dieses hat sich jedoch zum Zeitpunkt n·δt wesentlich geändert, was an der doppelten Schraffur der Raumelemente 38, 39 und 40 erkennbar ist. Wenn dieser Zustand eintritt, erhält der Pilot des Luftfahrzeugs 1 eine geeignete Warnung, die aus einer Darstellung gemäß Fig. 6b, einer anderen geeigneten optsschen oder einer akustischen Anzeige besteht. Geht man davon aus, daß die bezeichnete Erhöhung des correspond to those in FIG. 4. At time t = t1, there are still no relevant probabilities that the aircraft is in spatial elements which are also occupied by the terrain. However, this has changed significantly at the time n · δt, which can be seen from the double hatching of the spatial elements 38, 39 and 40. If this state occurs, the pilot of the aircraft 1 receives a suitable warning, which consists of a representation according to FIG. 6b, another suitable optical or an acoustic display. Assuming that the designated increase in
Geländes 37 punktformig ist, so daß ein seitliches Umfliegen möglich ist, wird eine Ausweichrouten-Empfehlung des  Terrain 37 is punctiform, so that it is possible to fly around from the side
Computers eine Kursänderung nach rechts vorschlagen.  Computers suggest a course change to the right.
Alternativ kommt eine Kursänderung nach links oder notfalls auch ein Vorschlag zum Steigen auf eine größere Flughöhe in Frage.  Alternatively, a change of course to the left or, if necessary, a suggestion to climb to a higher altitude is also possible.
Fig. 7 stellt die gleiche Flugsituation eines Luftfahrzeugs 1 bei Annäherung an ein Luftfahrthindernis 41 dar, wobei zu der Zeit t1+n·δt eine nicht zu vernachlässigende FIG. 7 shows the same flight situation of an aircraft 1 when approaching an aviation obstacle 41, with a not negligible one at time t1 + n · δt
Wahrscheinlichkeit besteht, daß das Luftfahrzeug 2 sich gemeinsam mit dem Gebäudekomplex in den Raumelementen 42, 43, 44 befindet. Gegenüber der Bodenerhebung gemäß Fig. 6 sind jedoch die Gebäude niedriger, so daß auch eine There is a probability that the aircraft 2 is located together with the building complex in the spatial elements 42, 43, 44. 6, however, the buildings are lower, so that also one
Empfehlung an den Piloten des Luftfahrzeugs 1 lauten kann, daß er auf jeden Fall die derzeitige Flughöhe einhalten soll. Recommendation to the pilot of aircraft 1 may be that he should in any case maintain the current flight altitude.
Fig. 8 zeigt in Form eines Flußdiagramms den Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach einem Start bei 51 erfolgt eine Initialisierung bei 52. 8 shows in the form of a flow chart the sequence of an embodiment of the method according to the invention. After a start at 51, an initialization takes place at 52.
Danach werden bei 53 die Daten des eigenen Luftfahrzeugs DAT.E eingelesen und in ein eigenes Koordinatensystem mit zur weiteren Berechnung günstigen Einheiten konvertiert. Bei 54 wird der Luftraum L initialisiert, das heißt im The data of the own aircraft DAT.E are then read in at 53 and converted into a separate coordinate system with units favorable for further calculation. At 54, the airspace L is initialized, that is in
wesentlichen der Erfassungsraum 2 festgelegt. Bei 55 werden Daten fremder Luftfahrzeuge DAT.F eingelesen und essentially defined the detection area 2. At 55, data from other aircraft DAT.F are read in and
konvertiert. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen converted. When using the invention
Verfahrens am Boden können hier Daten anderer Fahrzeuge, wie Kraftfahrzeuge und Luftfahrzeuge, eingelesen und konvertiert werden. Procedures on the ground can be used to read in and convert data from other vehicles, such as motor vehicles and aircraft.
Im Programmteil 56 werden die Daten fremder Luftfahrzeuge nach ihrer "zeitlichen" Entfernung sortiert, wobei weit entfernte Luftfahrzeuge aussortiert werden. Dnnach erfolgt bei 57 die Bestimmung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten AW.E und AW.F des eigenen Luftfahrzeugs und der nicht aussortierten Luftfahrzeuge. In program part 56, the data of foreign aircraft are sorted according to their "temporal" distance, with aircraft that are far away being sorted out. Then it is done at 57 the determination of the residence probabilities AW.E and AW.F of the own aircraft and the non-sorted aircraft.
Im Programmteil 58 wird ein Ausschnitt aus der Datenbank bestimmt, welche das Gelände und Luftfahrthindernisse enthält. Für diesen Ausschnitt werden bei 59 Raumelemente bestimmt, die durch Elemente der Datenbank, also In program part 58, a section from the database is determined which contains the terrain and aviation obstacles. For this section, 59 room elements are determined by elements of the database, ie
Luftfahrthindernisse oder Bodenerhebungen, belegt sind und daher die Aufenthaltswahrscheinlichkeit AW.H = 1 erhalten.  Aviation obstacles or ground surveys are occupied and therefore have the probability of staying AW.H = 1.
Bei 60 werden Kollisionswahrscheinlichkeiten KW berechnet, das heißt Wahrscheinlichkeiten, mit denen sich gleichzeitig mit dem eigenen Luftfahrzeug mindestens ein anderes At 60, collision probabilities KW are calculated, that is, probabilities with which at least one other is involved simultaneously with one's own aircraft
Luftfahrzeug oder ein anderes Objekt jeweils in einem  Aircraft or another object in one
Raumelement RE befindet. Danach verzweigt sich das Programm bei 61 in Abhängigkeit davon, ob eine der berechneten  Room element RE is located. The program then branches at 61 depending on whether one of the calculated ones
Kollisionswahrscheinlichkeiten größer als ein vorgegebener Wert KWS ist. Ist dieses der Fall, wird bei 62 eine  Collision probabilities is greater than a predetermined value KWS. If this is the case, a becomes 62
Ausweichroute AR bestimmt, die bei 63 gegebenenfalls zusammen mit einer Darstellung des Konfliktgebietes  Alternative route AR determines that at 63 if necessary together with a representation of the conflict area
RE(AW.F,AW.H) ausgegeben wird. Danach und im nicht RE (AW.F, AW.H) is output. Afterwards and not
zutreffenden Fall nach der Verzweigung 61 wird nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit T bei 64 das Programm bei 53 beginnend wiederholt.  applicable case after branch 61 after a predetermined time T at 64 the program is repeated starting at 53.
Fig. 9 dient zur Erläuterung der Bestimmung einer 9 serves to explain the determination of a
Ausweichroute, wobei in einem vorangegangenen Schritt das Risiko einer Kollision dadurch erkannt wurde, daß die Alternative route, whereby in a previous step the risk of a collision was recognized by the fact that the
Kollisionswahrscheinlichkeit für ein oder mehrere Collision probability for one or more
Raumelemente einen zulässigen Wert überschritt, wie es beispielsweise in Fig. 5b für die Raumelemente 35, 36 dargestellt ist. Fig. 9 zeigt eine Draufsicht des Room elements exceeded a permissible value, as is shown for example in FIG. 5b for the room elements 35, 36. Fig. 9 shows a top view of the
Erfassungsraumes 2 für eine ausgewählte Höhe mit einem eigenen Luftfahrzeug 1 und einem fremden Luftfahrzeug 3. Ferner befindet sich im Erfassungsraum 2 eine Bodenerhebung 71 , welche die Belegung von sechs Raumelementen mit einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit von 1 zur Folge hat. Außerdem ragt ein Gewitter 72 in den Erfassungsraum 2 hinein, dessen Aufenthaltswahrscheinlichkeit für ein Raumelement relativ hoch ist und nach außen hin abnimmt. Detection room 2 for a selected height with its own aircraft 1 and a third-party aircraft 3. Furthermore, there is a ground survey in the detection space 2 71, which results in the occupancy of six room elements with a residence probability of 1. In addition, a thunderstorm 72 protrudes into the detection space 2, the probability of its presence for a spatial element is relatively high and decreases towards the outside.
Außerdem sind in Fig. 9 die Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des Luftfahrzeugs 3 dargestellt, wobei im Raumelement 79 für das Luftfahrzeug 3 eine relativ hohe In addition, the probabilities of residence of the aircraft 3 are shown in FIG. 9, with a relatively high one for the aircraft 3 in the space element 79
Aufenthaltswahrscheinlichkeit herrscht. Probability of residence prevails.
Es sei angenommen, daß ein Erkennen eines Kollisionsrisikos das Luftfahrzeug 1 ohne Kurskorrektur eine durch den PfeilIt is assumed that a detection of a collision risk causes the aircraft 1 without a course correction by the arrow
73 dargestellte Kurve fliegen wird. Entsprechend den 73 curve shown will fly. According to the
allgemeinen Ausweichregeln werden probehalber AusweichroutenGeneral avoidance rules will be trial routes to try out alternative routes
74 bis 76 mit kleiner werdenden Kurvenradien berechnet. 74 to 76 calculated with decreasing curve radii.
Ausweichroute 77 stellt ein Ausweichmanöver dar, das eine zu hohe Drehgeschwindigkeit erfordert und deswegen nicht vorgeschlagen wird. Bei Ausweichroute 78 wird noch ein Evasion route 77 represents an evasion maneuver which requires an excessively high rotational speed and is therefore not proposed. With alternative route 78 there is still one
Raumelement durchflogen, dessen Flown through space element, whose
Aufenthaltswahrscheinlichkeit für das fremde Luftfahrzeug 3 nicht vernachlässigbar ist, aber unterhalb einer  Residence probability for the foreign aircraft 3 is not negligible, but below one
festgelegten, noch tolerierbaren Schwelle liegt, so daß dem Piloten des Luftfahrzeugs 1 beispielsweise diese Route vorgeschlagen wird. fixed, still tolerable threshold, so that the pilot of the aircraft 1, for example, this route is proposed.
Die Bewegungsgleichungen ergeben sich nach den Figuren 10 und 11. Als raumfestes Koordinatensystem für die Bestimmung der Aufenthaltsorte wird das System gewählt, dessen xy-Ebene mit dem des geodätischen Systems zusammenfällt und dessen x-Achse nach dem Kurs des eigenen Luftfahrzeugs zum Anfangszeitpunkt der Betrachtung ausgerichtet ist (Index e). Es wird bei der Betrachtung der Bewegung davon ausgegangen, daß der Windvektor für den Vorhersagezeitraum konstant ist. Da die Fluggeschwindigkeit gegenüber der Luft die bestimmende Größe für die Flugführung und Flugsicherung ist, wird angenommen, daß derThe equations of motion result from FIGS. 10 and 11. The system is chosen as the fixed coordinate system for determining the whereabouts, the xy plane of which coincides with that of the geodetic system and the x axis of which is aligned with the course of the aircraft at the start of the observation is (index e). When considering the movement, it is assumed that the wind vector is constant for the forecast period. Since the airspeed is the determining factor for air traffic control and air traffic control, it is assumed that the
Betrag nur geringen Änderungen unterworfen ist, die entsprechend für die Amount is subject to only minor changes, which are appropriate for the
Vorhersage modelliert werden. Dadurch ergibt sich die Geschwindigkeit über Grund als „freie" Größe, die erhebliche Änderungen nach Betrag und Richtung erfahren kann. Damit ergibt sich fürdie xeyβ-Ebene Prediction can be modeled. This gives the ground speed as a "free" quantity, which can experience significant changes in amount and direction. This results in the x e y β plane
Die Geschwindigkeit gegenüber der Luft ist entlang der Xa-Achse des aerodynamischen Achsensystems ausgerichtet. Für β =0 fällt die xaza-Ebenen mit der Xeze-Ebene zusammen. Damit gilt für die in der Horizontalebene dargestellte Geschwindigkeit The airspeed is aligned along the X a axis of the aerodynamic axis system. For β = 0, the x a z a plane coincides with the X e z e plane. This applies to the speed shown in the horizontal plane
Setzt man cosγ = 1, so liegt der Fehler bis zu γ = 16°unter 4%, was durch eine angenommene Unsicherheit für VA mit berücksichtigt werden kann, sodaß für die folgenden Betrachtungen gilt If one sets cosγ = 1, the error is up to γ = 16 ° below 4%, which can be taken into account by an assumed uncertainty for V A , so that the following considerations apply
Die folgenden Bestimmungsgleichungen für die Geschwindigkeit gelten zunächst für das e- System jedes beteiligten Luftfahrzeugs mit i = [θ, 1...,n], wobei für das eigene Luftfahrzeug i = 0 gilt. The following equation of equations for the speed initially apply to the e-system of each aircraft involved with i = [θ, 1 ..., n], where i = 0 applies to its own aircraft.
Die Geschwindigkeitsvektoren müssen in das für die Prädiktion festgelegte e- The velocity vectors have to be in the predefined e-
Koordinatensystem des eigenen Luftfahrzeugs transformiert werden. Es gilt  Coordinate system of your own aircraft can be transformed. It applies
$$
J J
wobei die Kurswinkel keine Funktion der Zeitsind, sondern die Kurswinkel zum Beginn des Betrachtungszeitraumes wiedergeben. the course angles are not a function of time, but reflect the course angles at the beginning of the observation period.
Die Bewegung derLuftfahrzeuge während derPrädiktion wird bestimmt durch die veränderlichen Größen und dem nacn Betrag und Richtung als konstant angenommenen Windvektor. Durch die Kursänderung aufgrund von wird der The movement of the aircraft during the prediction is determined by the variable sizes and the absolute value and direction as a constant wind vector. By changing course due to will the
Fluggeschwindigkeitsvektor gedreht, sodaß sich für die zeitabhängigeAirspeed vector rotated so that the time-dependent
Bestimmungsgleichung ergibt Determination equation results
Für die Geschwindigkeit über Grundergibt sich danach im e-System Die Positionsänderung in der Xeye -Ebene läßt sich nun bestimmen nach For the speed above ground there is then in the e-system The change in position in the X e y e plane can now be determined according to
Für die z-Komponente gilt die einfache Beziehung The simple relationship applies to the z component
MitHilfe derbekannten Additionstheoreme fürtrigonometrische Funktionen führen die Integralgleichungen aufdie Bestimmungsgleichungen für die Positionänderung. Mit den Anfangsbedingungen ergeben sich daraus die drei Gleichungen für die Positionsbestimmung, wobei für das eigenen Luftfahrzeug Δ ΨH,i = 0 gilt. With the help of the known addition theorems for trigonometric functions, the integral equations lead to the determination equations for the position change. With the initial conditions, this results in the three equations for the position determination, where Δ Ψ H, i = 0 applies to one's own aircraft.
Die Bestimmung des Aufenthaltsortes eines Fahrzeugs ist von einer Reihe von Unsicherheiten gekennzeichnet. Je nach verwendeten Navigationseinrichtungen und -verfahren werden Genauigkeiten bei der Positionsbestimmung von unter einem Meter bis hin zu mehreren Kilometern erreicht. Für die nachfolgenden Betrachtungen wird davon ausgegangen, daß alle beteiligten Fahrzeuge mit Navigationssystemen ausgerüstet sind, die folgende Genauigkeiten bei der Positionsbestimmung erreichen: The determination of the location of a vehicle is characterized by a number of uncertainties. Depending on the navigation devices and methods used, accuracies in determining the position from less than one meter to several kilometers are achieved. For the following considerations it is assumed that all vehicles involved are equipped with navigation systems that achieve the following accuracies when determining the position:
Für den Reiseflug, bzw. Flughöhe über FL100 Sigmaxy<100m Sigmaz<30m Für alle übrigen Flugabschnitte Sigma xy < 30m Sigma z < 30mFor cruising or flight altitude above FL100 Sigmaxy <100m Sigmaz <30m For all other flight sections Sigma xy <30m Sigma z <30m
Für alle Bewegungen amBoden Sigmaxy < 3mDetektion On Ground For all movements on the floor Sigmaxy <3m detection on ground
Für die Prädiktion des Aufenthaltsortes ergeben sich zusätzliche Unsicherheiten durch atmosphärische Einflüsse und die Steuereingaben des Fahrzeugführers bzw. eines Autopiloten. Weiterhin müssen die Abmessungen des Fahrzeugs, die bei Großraumflugzeugen in der Größenordnung von 70m für Länge und Breite (Spannweite) liegen, - insbesondere bei Bewegungen am Boden - mitberücksichtigt werden. Für die Bestimmung eines Kollisionsrisikos ist daher der Aufenthaltsort nicht im Sinne eines Punktes im euklidischen Raum von Bedeutung, sondern als Wahrscheinlichkeit, mit der sich das betrachtete Objekt in einem diskreten Teilvolumen des Luftraums aufhält. For the prediction of the location there are additional uncertainties due to atmospheric influences and the control inputs of the driver or an autopilot. Furthermore, the dimensions of the vehicle, which in the case of wide-body aircraft are of the order of 70 m for length and width (wingspan), must be taken into account, in particular when moving on the ground. When determining a collision risk, the location is not important in terms of a point in Euclidean space, but rather as the probability with which the object in question is located in a discrete sub-volume of the air space.
Dazu wird der sich um das zu betrachtende Luftfahrzeug befindliche Luftraum L in diskrete Raumelemente aufgeteilt. Die Ausdehnung des Luftraums wird dabei abhängig von der Geschwindigkeit, dem Manöverpotential und der Flugphase des Luftfahrzeugs gewählt. L hat die Dimension  For this purpose, the air space L located around the aircraft to be viewed is divided into discrete spatial elements. The expansion of the airspace is selected depending on the speed, the maneuvering potential and the flight phase of the aircraft. L has the dimension
L:= [1..nx]x[1..ny]x[1..nz]. L: = [1..n x ] x [1..n y ] x [1..n z ].
DerLuftraum besteht somit aus nx · ny · nz Raumelementen. Die Einführung von The air space thus consists of n x · n y · n z space elements. The introduction of
Raumelementen ist außer in Form von Quadern in Form von Kugelschalsegmenten oder von Hexaedern, die fürjedes Teilelement ein gleiches Volumen erzeugen, möglich. Um ein  Space elements are possible in the form of cuboids in the form of spherical shell segments or hexahedra, which generate the same volume for each sub-element. To a
Kollisionsrisiko bestimmen zu können, muß nun fürjedes Raumelement von L, die To be able to determine the risk of collision must now for each spatial element of L, the
Aufenthaltswahrscheinlichkeit aller in Frage kommender Objekte bestimmt werden. Dazu wird im folgenden einVerfahren erläutert. Wie in den Gleichungen für die Positionsbestimmung angegeben ist der Ort den ein Luftfahrzeug zu einer bestimmten Zeit erreicht, von der Fluggeschwindigkeit VA , derProbability of residence of all objects in question can be determined. A procedure for this is explained below. The location is as given in the equations for positioning which an aircraft reaches at a certain time, from the airspeed V A , which
Vertikalgeschwindigkeit VVS und der Drehgeschwindigkeit abhängig. DieseVertical speed V VS and the rotational speed dependent. This
Geschwindigkeiten können innerhalb des Vorhersagezeitraumes Änderungen unterliegen, sodaß sich gegenüber dem Ort, der sich aus einer rein flugmechanischen Betrachtung ergibt, erhebliche Abweichungen ergeben. Während die Fluggeschwindigkeit - außer bei Start und Landung - meist nur geringen Änderungsgeschwindigkeiten unterworfen ist, kann sich die Drehgeschwindigkeit innerhalb von Sekunden stark ändern, wie z.B. bei der Einleitung eines Kurvenflugs. Speeds can be subject to changes within the forecast period, so that there are considerable deviations from the location that results from a purely aerodynamic view. While the flight speed - except for take-off and landing - is usually only subject to low change speeds, the speed of rotation can change significantly within seconds, e.g. when initiating a turn.
Um die stochastischen Einflüsse zu berücksichtigen, wird für die Berechnung des Aufenthaltsortes statt konstanten Geschwindigkeiten Wahrscheinlichkeitsfunktionen für die drei genannten Geschwindigkeiten eingeführt, wodurch keine deterministische Größe mehrist. In order to take the stochastic influences into account, probability functions for the three speeds mentioned are introduced for the calculation of the location instead of constant speeds is no longer a deterministic quantity.
An sich ist eine symmetrische, dreiecksförmige Wahrscheinlichkeitsfunktion möglich. Dabei hat die Geschwindigkeit zum Anfangszeitpunkt t0 der Betrachtung die höchste Wahrscheinlichkeit, die dann in einem zu definierenden Intervall nach rechts und links auf Null abfällt. Bewegt sich das Luftfahrzeug jedoch nahe an einer Maximal- oder Minimalgeschwindigkeit, so ergibt eine symmetrische Dreiecksverteilung hohe Wahrscheinlichkeiten für Geschwindigkeiten, die aufgrund flugphysikalischer Bedingungen nicht erflogen werden können. Auch kann die symmetrische DreiecksVerteilung ein konservatives Verhalten, d.h. eine Änderung der momentanen Geschwindigkeit hat eine geringe Wahrscheinlichkeit, nur unzureichend wiedergeben. Es hat sich daher eine Wahrscheinlichkeitsdichte bewährt, bei welcher die Wahrscheinlichkeiten in der Nähe des Maximums zu beiden Seiten stark und im weiteren Verlauf weniger stark und unsymmetrisch abfällt. As such, a symmetrical, triangular probability function is possible. The speed at the beginning of the observation t 0 has the highest probability, which then drops to the right and left in an interval to be defined. However, if the aircraft moves close to a maximum or minimum speed, a symmetrical triangular distribution gives high probabilities for speeds that cannot be achieved due to flight physics conditions. The symmetrical triangular distribution can also only inadequately reflect a conservative behavior, ie a change in the instantaneous speed has a low probability. A probability density has therefore proven itself, in which the probabilities in the vicinity of the maximum decrease sharply on both sides and in the further course less strongly and asymmetrically.
Das Luftfahrzeug bewege sich zu einem Zeitpunkt to mit einer Fluggeschwindigkeit Vc. Die Wahrscheinlichkeit pc, daß diese Geschwindigkeit innerhalb des Betrachtungszeitraumes beibehalten wird, ist am höchsten und stellt somit das Maximum der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion f(x)dar. Der hohe Gradient im Intervall Vb≤ x≤ Vt gibt das konservative Verhalten wieder. Die Wahrscheinlichkeit p fällt zu den Grenzgeschwindigkeiten Vmin, Vmax stetig ab und ist außerhalb des Intervalls Vmin≤ X≤ Vmax p = 0. Die in sechs Abschnitten definierte Wahrscheinlichkeitsfunktion ist mit den oben beschriebenen Parametern wie folgt definiert: The aircraft is moving at a time to with an airspeed V c . The probability p c that this speed is maintained within the observation period is highest and thus represents the maximum of the probability density function f (x). The high gradient in the interval V b ≤ x≤ V t reflects the conservative behavior. The probability p falls to that Limit speeds V min , V max steadily decrease and are outside the interval V min ≤ X≤ V max p = 0. The probability function defined in six sections is defined with the parameters described above as follows:
Dabei sind Vmin und Vmax die minimale und maximale Fluggeschwindigkeit, Vc die Geschwindigkeit mit der höchsten Wahrscheinlichkeit und Vb und Vt die Geschwindigkeiten bei den Übergängen zwischen starkem und weniger starkem Abfall. V min and V max are the minimum and maximum flight speeds, V c is the speed with the highest probability and V b and V t are the speeds at the transitions between strong and less severe drop.
Die Definition von f(x)ist gültig für Vt≤Vmaxund Vb≥Vmin. Wird Vt >Vmax so entfälltThe definition of f (x) is valid for V t ≤V max and V b ≥V min . If V t > V max is omitted
Abschnitt (5) der Definition und Abschnitt (4) gilt für Vc≤ x≤Vmax . Entsprechendes gilt für die Annäherung von Vc an Vmin . Section (5) of the definition and section (4) apply to V c ≤ x≤V max . The same applies to the approximation of V c to V min .
Die Verteilungsfunktion ergibt sich nach The distribution function follows from
Die abschnittsweise Integration liefert die Bestimmungsgleichungen für F(x). The integration in sections provides the equations for F (x).
Dabei geben die Größen Si die Teilflächen unterhalb f(x) an. The sizes S i indicate the partial areas below f (x).
Zur Bestimmung der Position eines Luftfahrzeugs muß die Zufallsvariable x , die eine Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t0 + Δ t angibt, ermittelt werden. Zieht man die Zufallsvariable n-mal, so können nach den oben angegebenen Bewegungsgleichungen n neue Positionen bestimmt. Damit kann die Wahrscheinlichkeit, daß sich das Luftfahrzeug zum Zeitpunkt t0 + Δ t in einem bestimmten Teilraum des Luftraumes L aufhält, ermittelt werden. Neben der aktuellen Geschwindigkeit Vc sind die Größen Vmax und Vmin durch die Konfiguration des Luftfahrzeugs festgelegt. Durch die Wahl von Vb und Vt und des Verhältnisses pc /pt mit pb = Pt ist die Wahrscheinlichkeitsfunktion bestimmt. Durch eine geeignete Wahl dieser Größen läßt sich auch die zu erwartende Bewegungsdynamik eines Luftfahrzeuges abbilden. Wählt man pc /Pt klein, so sind hohe Geschwindigkeitsänderungen innerhalb des Betrachtungszeitraumes zu erwarten. Ein großes Verhältnis pc /pt dagegen führtzu dem bereits erwähnten konservativen Verhalten. Da Rechner in der Regel nur rechteckverteilte ( R[0,1] ) Zufallsvariablen liefern, sollte die Bestimmung der Zufallsvariable mittels der Invertierungsmethode erfolgen. Es gilt, daß eine Variable y wie F verteilt ist, wenn y bestimmt wird nach To determine the position of an aircraft, the random variable x, which indicates a speed at time t 0 + Δ t, must be determined. If you pull the random variable n times, n new positions can be determined according to the equations of motion given above. The probability that the aircraft is in a specific subspace of airspace L at time t 0 + Δ t can thus be determined. In addition to the current speed V c , the variables V max and V min are determined by the configuration of the aircraft. The probability function is determined by the choice of V b and V t and the ratio p c / p t with p b = P t . The expected movement dynamics of an aircraft can also be represented by a suitable choice of these variables. If one chooses p c / P t small, high speed changes are to be expected within the observation period. A large ratio p c / p t, on the other hand, leads to the conservative behavior already mentioned. Since computers usually only supply rectangular (R [0,1]) random variables, the random variable should be determined using the inversion method. It holds that a variable y is distributed like F if y is determined by
y-F-1(u). yF -1 (u).
wobei u eine R[0,1] verteilte Zufallsvariable ist. Die Bestimmung der Umkehrfunktion für die abschnittsweise streng monoton verlaufende Funktion führt für jeden Abschnitt zu einer quadratischen Gleichungen, die sich mittels der pq-Formel einfach lösen läßt. Die Bestimmungsgleichungen für die vier Abschnitte der Umkehrfunktion lauten wie folgt : where u is an R [0,1] distributed random variable. The determination of the inverse function for the function, which is strictly monotonous in sections, leads to a quadratic equation for each section, which can be easily solved using the pq formula. The equations for the four sections of the inverse function are as follows:
Die Zufallsvariable berechnet sich damit nach The random variable is thus calculated
Für die Abschnitte (2) und (3) ergibt sich die Zufallsvariable durch Addition des Wurzelterms, für (4) und (5) ergibt sich x durch Subtraktion. Damit ergibt sich für eine genügend hohe Anzahl von Ziehungen einer R[0,1] verteilten Zufallsvariable eine für das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafte Verteilung. For sections (2) and (3) the random variable results from adding the root term, for (4) and (5) x results from subtraction. This results in a distribution which is advantageous for the method according to the invention for a sufficiently high number of draws of an R [0,1] distributed random variable.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Erkennung eines Kollisionsrisikos in der Luftfahrt, dadurch gekennzeichnet, 1. A method for detecting a collision risk in aviation, characterized in that
- daß für das jeweils eigene Luftfahrzeug  - that for their own aircraft
Wahrscheinlichkeiten berechnet werden, mit welchen sich das Luftfahrzeug zu mehreren ausgewählten Zeitpunkten in vorgegebenen Raumelementen befinden wird,  Probabilities are calculated with which the aircraft will be in predetermined spatial elements at several selected times,
(Aufenthaltswahrscheinlichkeiten) und  (Residence probabilities) and
- daß aus den Aufenthaltswahrscheinlichkeiten des eigenen Luftfahrzeugs und Aufenthaltswahrscheinlchkeiten von anderen Objekten die Wahrscheinlichkeiten des  - That from the probabilities of residence of the own aircraft and probabilities of residence of other objects the probabilities of the
gleichzeitigen Aufenthalts des eigenen Luftfahrzeugs und mindestens eines der anderen Objekte in jeweils einem Raumelement (Kollisionswahrscheinlichkeiten) für die vorgegebenen Raumelemente und die ausgewählten Zeitpunkte berechnet werden.  simultaneous stay of the own aircraft and at least one of the other objects in one spatial element (collision probabilities) for the given spatial elements and the selected times are calculated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumelemente mit der jeweils berechneten 2. The method according to claim 1, characterized in that the spatial elements with the calculated
Aufenthaltswahrscheinlichkeit des eigenen Luftfahrzeugs und der anderen Objekte graphisch auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt werden. Probability of residence of one's own aircraft and the other objects are graphically displayed on a display device.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Raumelemente, für die die 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that space elements for which the
Kollisionswahrscheinlichkeit einen vorgegebenen Wert übersteigt, hervorgehoben dargestellt werden.  Collision probability exceeds a predetermined value, are highlighted.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in
- daß zur Vermeidung von Kollisionen für das eigene  - that to avoid collisions for your own
Luftfahrzeug eine Ausweichroute berechnet und angezeigt wird, wenn für mindestens ein Raumelement die  Aircraft an alternative route is calculated and displayed if the for at least one space element
Wahrscheinlichkeit des gleichzeitigen Aufenthalts des eigenen und mindestens eines anderen Objekts einen  Probability of the simultaneous stay of your own and at least one other object
vorgegebenen Wert übersteigt.  exceeds the specified value.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß probehalber mehrere Ausweichrouten mit von Ausweichroute zu Ausweichroute steigender Auslenkung nach anerkannten oder festgelegten Ausweichregeln berechnet werden, daß diejenige berechnete Ausweichroute ausgewählt und angezeigt oder in ein Steuerkommando umgesetzt wird, die bei kleinster 5. The method according to claim 4, characterized in that several trial routes with alternate routes from alternate route to alternate route increasing deflection are calculated according to recognized or specified alternative rules that the calculated alternative route is selected and displayed or implemented in a control command, which is the smallest
Auslenkung eine Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Deflection a probability of a dangerous
Begegnung unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes ergibt und daß bei Erreichen einer Grenzauslenkung, ohne daß sich die Wahrscheinlichkeit einer gefährlichen Begegnung Encounter below a predetermined threshold value and that when a limit deflection is reached without the probability of a dangerous encounter
entsprechend verringert, Ausweichrouten in eine andere accordingly reduced, alternative routes to another
Richtung berechnet werden. Direction can be calculated.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für andere innerhalb einer relevanten Entfernung befindliche Luftfahrzeuge 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that for other aircraft located within a relevant distance
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten berechnet werden. Probabilities of stay are calculated.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bodenfeste Objekte bei der 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that floor-fixed objects in the
Darstellung der Raumelemente und/oder bei der Berechnung von Ausweichrouten mit einer Aufenthaltswahrscheinlichkeit von 1 berücksichtigt werden. Representation of the room elements and / or when calculating alternative routes with a probability of a stay of 1 be taken into account.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Raumelemente quaderförmig sind. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the spatial elements are cuboid.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Raumelemente variabel ist, wobei mit zunehmender Flughöhe die Größe ansteigt. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the size of the room elements is variable, the size increasing with increasing flight altitude.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Raumelemente in drei Klassen veränderbar ist, nämlich kleinste Raumelemente beim Rollen am Boden, mittlere Raumelemente bei Flughöhen unter 10.000 Fuß und große 10. The method according to claim 9, characterized in that the size of the room elements can be changed in three classes, namely the smallest room elements when rolling on the ground, medium room elements at flight altitudes below 10,000 feet and large
Raumelemente bei größeren Flughöhen.  Room elements at higher flight altitudes.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten aus der jeweiligen Position, Kurs und Kurs über Grund des Luftfahrzeugs, der  Probabilities of stay from the respective position, course and course on the basis of the aircraft which
Fluggeschwindigkeit und der Geschwindigkeit über Grund, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Airspeed and ground speed, course change speed and speed
Steig/Sink-Geschwindigkeit berechnet werden, wobei eine Vielzahl von Berechnungen mit Variationen der  Rise / sink speed can be calculated using a variety of calculations with variations of the
Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit durchgeführt wird. Airspeed, course change speed and climb / sink speed is performed.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der Aufenthaltswahrscheinlichkeiten angenommenen Werte der Fluggeschwindigkeit, der 12. The method according to claim 11, characterized in that the values assumed for calculating the probabilities of stay of the airspeed, the
Kursänderungsgeschwindigkeit und der Course change speed and the
Steig/Sink-Geschwindigkeit statistisch variiert werden und daß bei jeder dieser Variationen Zähler für diejenigen  Rise / sink speed can be varied statistically and that with each of these variations counters for those
Raumelemente inkrementiert werden, in welchen sich das Space elements are incremented in which the
Luftfahrzeug zu den ausgewählten Zeitpunkten befindet. Aircraft located at the selected times.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahrscheinlichkeiten aus der 13. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the probabilities from the
jeweiligen Position, Kurs und Kurs über Grund des  respective position, course and course based on the
Luftfahrzeugs, der Fluggeschwindigkeit und der Aircraft, the airspeed and the
Geschwindigkeit über Grund, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Steig/Sink-Geschwindigkeit berechnet werden, wobei Maße für die statistische Streuung der Fluggeschwindigkeit, der Kursänderungsgeschwindigkeit und der Ground speed, course change speed and climb / sink speed are calculated, with measures for statistical dispersion of the airspeed, the course change speed and the
Steig/Sink-Geschwindigkeit mitgeführt werden, so daß zu jedem ausgewählten Zeitpunkt eine statistische Verteilung der Positionen des Flugzeugs berechnet wird, und daß die statistischen Verteilungen in Rise / sink speed are carried so that a statistical distribution of the positions of the aircraft is calculated at each selected point in time, and that the statistical distributions in
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten in einzelnen Raurr.elementen umgerechnet werden.  Residence probabilities are converted into individual room elements.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der 14. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the calculation of the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Luftfahrzeuge in den anderen Luftfahrzeugen gemessen und durch Datenübertragungssysteme zum eigenen Luftfahrzeug übertragen werden. Data of the other aircraft required for the probabilities of stay are measured in the other aircraft and transmitted to the own aircraft by data transmission systems.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der 15. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the calculation of the
Wahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Probabilities required other's data
Luftfahrzeuge durch Peilung gewonnen werden. Aircraft are obtained by bearing.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Berechnung der 16. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the calculation of the
Wahrscheinlichkeiten erforderlichen Daten der anderen Probabilities required other's data
Luftfahrzeuge durch wiederholte Positionsmeldungen der anderen Luftfahrzeuge gewonnen werden. Aircraft are obtained through repeated position reports from the other aircraft.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die 17. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten nur für einen Luftraum berechnet werden, in dem sich das eigene Luftfahrzeug innerhalb eines alle ausgewählten Zeitpunkte umfassenden Zeitraums befinden kann.  Residence probabilities are only calculated for an airspace in which the aircraft can be within a period of time that includes all selected points in time.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der 18. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in the calculation of the
Aufenthaltswahrscheinlichkeiten mindestens eines anderen Luftfahrzeugs eine Reaktion des anderen Luftfahrzeugs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt wird. Probabilities of stay of at least one other aircraft, a reaction of the other aircraft according to the inventive method is taken into account.
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