DE3835992A1

DE3835992A1 - Kollisionsverhinderungssystem

Info

Publication number: DE3835992A1
Application number: DE3835992A
Authority: DE
Inventors: George B Litchford
Original assignee: Litchstreet Co
Current assignee: Litchstreet Co
Priority date: 1987-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1989-05-03
Also published as: FR2622301A1; FR2622301B1; GB8824447D0; GB2211373A; GB2211373B; US4789865A; CA1333933C

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Einrichtungen für ein Kollisionsverhinderungssystem, beispielsweise für Flugzeuge.

Aus der US-PS 47 68 036 (Litchford, Hulland) ist ein Kollisionsverhinderungssystem bekannt, bei dem die Position des eigenen und anderer mit einem Transponder ausgerüsteter Fahrzeuge innerhalb der gemeinsamen Versorgungsbereiche zweier oder mehrerer identifizierter SSR-Stationen (Secondary Surveillance Radar = Rundsicht-Sekundärradar) an bekannten Standorten unter Verwendung von ATCRBS-Norm-Abfragen (Air Traffic Control Radar Beacon System = Flugsicherungs-Radarbakensystem) und darauf an der eigenen Station erhaltener Antworten bestimmt werden. Zur Einleitung des Betriebs muß die zur Zeit vorliegende eigene Position bekannt sein oder bestimmt werden. Dies kann mittels eines Versuchs- und Irrtums-Verfahrens, wie eines in der genannten US-PS 47 68 036 beschriebenen Simplex-Algorithmus erfolgen. Ein derartiges Verfahren ermöglicht einen vollständig passiven Betrieb, bei dem keine Radioaussendungen als die bei dem normalen ATCRBS-Betrieb vorhandenen notwendig sind.

Erfindungsgemäß wird die anfängliche Position der eigenen Station bestimmt durch die aktive Messung der Entfernung zu den Transpondern verfügbarer anderer Stationen, deren aufeinanderfolgende Antworten auf die Abfragen der eigenen Station frei von durch die Überlappen von Antworten hervorgerufenen Störungen sind. Eine solche Störung soll hier als Verstümmelung bezeichnet werden. Zur Bestimmung der Identität und der Höhe der anderen Stationen werden unverstümmelte Antworten ausgewählt, und deren Verzögerungen in Bezug auf die diese auslösenden Abfragen sind ein Maß für die direkte Entfernung der anderen Stationen von der eigenen. Um die Entfernungsmessung zu einer identifizierten anderen Station sicherzustellen, sendet die eigene Station einen kurzen Signalzug sich wiederholender Modus-A- und Modus-C-Abfragen und korreliert die sich ergebenden empfangenen Antworten.

Für den Fall, daß der Transponder mehr als einer anderen Station verstümmelungsfrei antwortet, wird die zur genauen Bestimmung der Positionen der eigenen und der anderen Stationen am vorteilhaftesten gelegene ausgewählt. Es ist keine Folge von Approximationen der eigenen Position notwendig, wie es in der US-PS 47 68 036 beschrieben ist. Jede Störung des bestehenden ATCRBS-Betriebs durch die Abfragen der eigenen Station und die Antworten darauf sind nur vorübergehend und können im wesentlichen vernachlässigt werden. Die Positionen der eigenen und der antwortenden anderen Stationen werden trigonometrisch bestimmt aus den gemessenen Entfernungen Y und den Azimuthdifferenzen A und den Ankunftszeitdifferenzen T der Abfragen von dem SSR-Stationen und den unverstümmelten aufeinanderfolgenden Antworten auf diese von den obengenannten identifizierten Transpondern der anderen Stationen. Nachdem die Position der eigenen Station mittels aktiver Sendungen kombiniert mit passiven Daten bestimmt worden ist, werden die Relativpositionen anderer Transponderstationen dann lediglich passiv bestimmt, wie es in der US-PS 47 68 036 beschrieben ist.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

Fig. 2-4 geometrische Schaubilder zur Beschreibung des Betriebs der in Fig. 1 dargestellten Anordnung.

Fig. 1 zeigt die Ausrüstung einer eigenen Station, wie sie typischerweise an Bord eines Flugzeuges, eines anderen Fahrzeugs oder an einem anfänglich unbekannten Standort am Boden vorhanden ist. Sie enthält einen 1030-MHz-Empfänger 1 zum Empfang und zum Decodieren üblicher SSR-Abfragen. Dieser erzeugt auf das Decodieren eines P3-Impulses eines P1-P3-Paares einer jeden empfangenen Abfrage einen Ausgangsimpuls. Wenn kein SSR-Strahl auf die eigene Station gerichtet ist, werden synthetische P3-Impulse erzeugt, wie es in der US-PS 40 21 802 beschrieben ist. Ein 1090-MHz-Empfänger 2 empfängt die Antwortsignale aller anderen Transponder innerhalb seiner Reichweite und erzeugt solchen Antworten zugeordnete Ausgangsimpulse. Ein Höhencodierer 3 erzeugt ein die Höhe der eigenen Station repräsentierendes Ausgangssignal.

Eine Speichereinrichtung 4, vorzugsweise eine nicht flüchtige Einrichtung wie ein Festspeicher (ROM), enthält eine organisierte Auflistung aller mit dem System verwendbarer SSR-Stationen einschließlich der Kennung und der geographischen Lage einer jeden. Die Kennung einer SSR-Station besteht in der unterscheidungskräftigen Kombination der Hauptstrahlrotationsperiode (P) und der der jeweiligen SSR-Station zugewiesenen Pulswiederholungscharakteristik (PRC).

Ein Speicher 5 erhält die Daten, welche die neue bestimmte Position definieren, und ersetzt diese Daten gegen revidierte oder aktualisierte Daten, wenn diese über eine Leitung 7 zugeführt werden. Die Daten bezüglich der derzeit vorliegenden Position der eigenen Station werden einer Einrichtung 8 zur Auswahl der SSR-Station und zur Berechnung der Entfernung D zugeführt, die eine in bekannter Weise geschaltete Datenvergleichseinrichtung enthält, um alle SSR-Stationen innerhalb von beispielsweise 200 Kilometern von der Position der eigenen Station auf der Basis der Positionen, wie sie in der Einrichtung 4 abgespeichert sind, und der eigenen Position auszuwählen. Das Auswahlfenster kann einstellbar und so angeordnet sein, daß bis zu beispielsweise fünf der am vorteilhaftesten gelegenen SSR-Stationen ausgewählt werden. Die Kennungen und Standorte der ausgewählten SSR-Stationen werden einem Computer 9 für die Berechnung der Azimuthdifferenz A, der Ankunftszeitdifferenz T, der Höhe H und der Identität ID zugeführt.

Die mit der SSR-Bodenabfrage in Beziehung stehenden Impulse vom Empfänger 1, die Antworten der anderen Stationen auf diese vom Empfänger 2 und die vom Höhencodierer 3 codierte Höhe der eigenen Station werden ebenfalls dem Computer 9 als Eingangssignale zugeführt, der so aufgeführt sein kann, wie es in der US-PS 40 21 802 unter Bezugsnahme auf deren Fig. 3 und insbesondere die mit den Bezugszeichen 301-304 und 306-319 bezeichneten Elemente gezeigt und beschrieben ist. Die Auswahleinrichtungen für die Pulswiederholungscharakteristik PRC entsprechend den Bestandteilen 301 und 304 in der genannten Patentschrift werden durch die Auswahl- und Berechnungseinrichtung 8 so eingestellt, daß sie die Abfragen der ausgewählten SSR-Stationen und die durch diese ausgelösten Antworten akzeptieren.

Der Computer 9 arbeitet in der in dieser genannten Patentschrift beschriebenen Weise, um Ausgangsdaten zu erzeugen, welche die Ankunftszeitdifferenz T, die Azimuth differenz A und die Höhendifferenz H einer jeden anderen Station in bezug auf die eigene Station unter Zuordnung der Identität der anderen Station und der Identität und des Standortes der SSR-Station, von der sie erhalten worden ist, repräsentieren. Derartige Daten können seriell in getrennten Signalzügen auftreten, wobei die Folge von den Positionen der teilnehmenden Stationen und von den Standorten und den Rotationsperioden der SSR-Stationen abhängt.

Die Daten vom Computer 9 werden, sobald sie verfügbar sind, in einer Puffereinrichtung 10 gespeichert, welche eine Gruppe von Registern enthält, von denen jedes die einer identifizierten anderen Station zugeordneten Daten bezüglich A, T und H zusammen mit der Identität der anderen Station und der Identität und des Standortes der SSR-Station, von der sie erhalten worden sind, assoziativ speichert. Nach der Vervollständigung eines jeden solchen Datensatzes liefert der Puffer 10 diesen an einen Positionscomputer 11. Wenn der Computer 11 eine gerade anliegende Berechnung abgeschlossen hat und dazu in der Lage ist, akzeptiert er den vorgelegten Datensatz und gibt das jeweilige Pufferregister zur Speicherung eines anderen Satzes frei.

Der Computer 11 kann ein Allzweckcomputer sein oder eine zweckgebundene Einrichtung, die beispielsweise als ein Kalman-Filter programmiert sein kann, deren Ausgangssignale die Positionen der eigenen und der anderen Stationen in Ansprache auf jeden neuen Datensatz aktualisieren. Die Positionsdaten für die eigene und die anderen Stationen, die im Längen-Breiten-Format vorliegen können, werden einem Koordinatenkonverter 12 bekannter Art zugeführt. Der Konverter erzeugt Ausgangs signale, welche die Entfernungen und die Peilungen von identifizierten anderen Stationen von der eigenen Station repräsentieren. Ein ebenfalls als solcher bekannter Anzeigegenerator 13 verwendet diese Ausgangssignale zur Erzeugung von Signalen zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung 15, wie einer Kathodenstrahlröhre, um Entfernung, Peilung und Höhe der anderen Station unter identifizierten anderen Stationen bezüglich der eigenen anzuzeigen. Der von einer Einrichtung 14, wie beispielsweise einem Kompaß erhaltene Steuerkurs kann ebenfalls dem Generator 13 zugeführt werden, um die Anzeige bezüglich des Steuerkurses der eigenen Station zu orientieren.

Ein 1030-MHz-Sender 16 enthält einen Abfragecodierer ähnlich dem einer Standard-SSR-Station, der jedoch so geschaltet ist, daß er kurze Signalfolgen erzeugt, von denen jede mindestens drei Paare von alternierenden Abfragen im Modus A (Identität) und im Modus C (Höhe) enthält. Der Sender 16 kann, wenn er sich in einem Flugzeug befindet, automatisch nach dem Start während der Aufstiegsphase aktiviert werden, beispielsweise wenn das eigene Flugzeug eine Höhe von 500 Fuß erreicht. Die Abfragesignalfolgen können, wenn notwendig, in Intervallen von beispielsweise einer Sekunde wiederholt werden, wobei die Wiederholungsperiode wesentlich länger ist als die irgendeiner Standard-SSR-Station zugeordnete. Anders ausgedrückt nutzen die Abfragen eine Kennungs- und Wiederholungsfrequenz, die wesentlich verschieden ist von der irgendeiner SSR-Station. Mit jeder Abfrage führt der Sender 16 einem Computer 17 für die aktive Berechnung der Entfernung einen Zeitgeberimpuls zu.

Die von dem 1090-MHz-Empfänger 2 empfangenen decodierten Antworten werden dem Computer 17 über einen aktiven Korrelator 2 A bekannter Art zugeführt, der dem in der SSR-Bodenempfangs station verwendeten ähnlich ist und verstümmelte Antworten zurückweist und nur solche aufeinanderfolgende Antworten durchläßt, in denen mindestens zwei Identitätsantworten und zwei Höhenantworten auf einer Puls-zu-Puls-Basis mit den kombinierten Modus-A- und Modus-C-Abfragen vom Sender 16 korreliert und in Bezug auf diese um dieselben Intervalle verzögert sind. Solche Antworten enthalten die Identität und die Höhe der unverstümmelten Signale irgendeiner anderen Station und sind in Bezug auf die entsprechenden Abfragen um der direkten Entfernung Y der anderen Station von der eigenen Station proportionale Intervalle verzögert. Der Computer 17 mißt die Intervalle, berechnet die Entfernung oder die Entfernungen und führt die Entfernungsdaten in Zuordnung zu entsprechenden Identitäts- und Höhendaten einem Anfangspositionscomputer 18 zu.

Der Computer 18 enthält vom Computer 9 passive Daten bezüglich der Azimuthdifferenz A, der Ankunftszeitdifferenz T, der Höhe H und der Identität ID betreffend die auf die von der Boden-SSR-Station gesendeten Abfragen antwortende Station und von dem Computer 17, wobei der Computer 18 Entfernung, Höhe und Identität der auf den Sender antwortenden anderen Stationen empfängt und die Position der eigenen Station trigonometrisch aus diesen Daten berechnet. Die direkte Entfernung Y der anderen Station von der eigenen Station wird von dem Computer 17 geliefert. Die Positionsdaten der eigenen Station werden der Speichereinrichtung 5 für die eigene Position über eine Auswahleinrichtung 18 A für die beste Geometrie und Position, welche folgend beschrieben wird, zugeführt.

Zur Betriebsaufnahme des Systems ist eine grobe Schätzung der eigenen Position innerhalb von beispielsweise 50 Kilometern notwendig, um es der SSR-Auswahleinrichtung 8 möglich zu machen, die Pulswiederholungscharakteristik-Auswahleinrichtungen im Computer 9 so einzustellen, daß sie die Abfragen von zwei oder mehreren SSR-Stationen im weiteren Bereich und die Antworten auf diese Abfragen erkennen und akzeptieren. Normalerweise wird diese Anforderung schon durch das Ausgangssignal der Speichereinrichtung 5 für die eigene Position erfüllt, welche die vor dem Ausschalten des Systems zuletzt verfügbaren Daten enthält. Andernfalls, beispielsweise wenn die eigene Station eine wesentliche Entfernung ohne Betrieb der Einrichtung bewegt worden ist, kann eine grobe Schätzung, beispielsweise manuell in die Einrichtung 5, eingegeben werden.

Zur Verbesserung der geschätzten Position der eigenen Station in Richtung auf ihre tatsächliche Position gibt der Sender 16 eine Signalfolge von sich wiederholenden Abfragen ab, welche alternierend bezüglich Identität und Höhe codiert sind, mit einer Pulswiederholungscharakteristik-Kennung, die von der irgendeiner SSR-Station zugeordneten ununterscheidbar ist. Während der Sendung wird der 1030-MHz-Empfänger blockiert. Alle anderen Stationen innerhalb der Reichweite werden antworten. In einer verhältnismäßig dichten Luftverkehrssituation, wie in der Nachbarschaft eines Hauptflughafens, werden sich die aus verschiedenen Richtungen kommenden Antworten von anderen Stationen überlappen und einander verstümmeln und von dem Korrelator 2 A zurückgewiesen werden, weil die Antwortsendungen in Ansprache auf die Abfragen nicht pulsweise miteinander korreliert sind. Eine einzige Signalfolge kann klare, unverstümmelte Antworten, wie von einer oder mehreren Stationen außerhalb der unmittelbaren Nachbarschaft, auslösen. Falls dies nicht auftritt, wird die Signalfolge in Intervallen von ungefähr einer Sekunde wiederholt. Normalerweise sollten vier oder weniger Signalfolgen zu korrelierten und damit unverstümmelten Antworten von mindestens einer anderen Station führen. Solche Antworten werden von dem Computer 17 verarbeitet, um assoziativ Daten bezüglich der Identität, der Höhe und der direkten Entfernung zu liefern. Diese Daten werden dem Computer 18 zur trigonometrischen Bestimmung der Position der eigenen Station zugeführt.

Fig. 2 ist ein Plan oder eine kartenähnliche Darstellung der bekannten Positionen von zwei Radarstationen SSR 1 und SSR 2 und der (anfänglich unbekannten) Positionen der eigenen und einer anderen Station. Die Azimuthdifferenzen A 1 und A 2 zwischen der eigenen Station und der anderen Station bezüglich SSR 1 und SSR 2 werden durch den Computer 9 bestimmt, ebenso wie die Ankunftszeitdifferenzen T 1 und T 2 an der eigenen Station von der anderen Station und SSR 1 bzw. SSR 2. Die Länge und Richtung der Linie D zwischen den Radarstationen sind von den bekannten Positionen der Radarstationen bekannt. R 1 und R 2 sind die Linien der Position der eigenen Station von SSR 1 und SSR 2 und S 1 und S 2 sind die der anderen Station von den Radarstationen. Y ist die Entfernung der eigenen Station von der anderen, welche anfänglich durch den Computer 17 bestimmt wird. Dann ist die Ankunfts zeitdifferenz T 1 gegeben durch

T 1 = 1/c (S 1 + Y - R 1),

wobei c die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Radiowellen ist.

Wenn man T 1, A 1 und Y als bekannte Größen für eine gegebene identifizierte andere Station annimmt, löst der Computer 18 das durch die Linien R 1, S 1 und Y gebildete Dreieck folgendermaßen. Angenommen, die andere Station ist weiter entfernt von SSR 1 als die eigene Station, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, so ist S 1 größer als R 1. Man setzt S 1 = R 1 + X. Somit zieht man eine Linie Z von der eigenen Station zu einem Punkt W auf der Linie S 1 in einer Entfernung X von der anderen Station, wobei der Punkt W bei einer Entfernung R 1 von SSR 1 liegt. Die Linie Z bildet zusammen mit der Linie R 1 und dem Abschnitt der Linie S 1 zwischen SSR 1 und dem Punkt W (mit der Länge R 1) ein gleichschenkliges Dreieck mit einem Öffnungswinkel A 1. Die mit der Linie Z eingeschlossenen Winkel sind jeweils 90°- A 1/2.

Es ist somit offensichtlich, daß die Ankunftszeitdifferenz T 1 multipliziert mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit c gleich X + Y ist. Somit ist X = cT 1-Y. Der Winkel zwischen X und Z ist 90° + A 1/2. Mit Kenntnis dieses Winkels und der Längen der Seiten X und Y kann das durch die Linien X, Y und Z gebildete Dreieck für die Länge von Z gelöst werden. Kehrt man zu dem gleichschenkligen Dreieck zurück, so ist die Länge der Linie Z

2 R 1cos(90°-A 1/2).

Dementsprechend gilt

R 1 = Z/2cos(90°- A 1/2).

Das durch die Linien R 2, S 2 und Y gebildete Dreieck wird in der gleichen Weise gelöst. Da die Positionen von SSR 1 und SSR 2 bekannt sind, ist die Länge und Richtung der Linie D direkt in der Auswahl- und Recheneinrichtung 8 bestimmbar, was eine Lösung des durch die Linien R 1, R 2 und D gebildeten Dreiecks und damit die Bestimmung der Kartenposition der eigenen Station ermöglicht.

D kann unabhängig gemessen und mit dem ersten Wert für D, der von den aus der Speichertafel der Einheit 4 wie oben beschrieben abgeleiteten Daten berechnet ist, verglichen werden. Da somit alle Winkel um den Standort der eigenen Station mit Ausnahme von R (dem Winkel zwischen R 1 und R 2) direkt bestimmbar sind, kann R in einem D-Rechner 19 durch Subtrahieren der Summe der Winkel von 360° berechnet werden. Das durch R 1, R 2 und R definierte Dreieck kann dann für D gelöst werden.

Der durch die Auswahl- und Recheneinrichtung 8 berechnete Wert für D und der von dem D-Rechner 19 berechnete Wert D werden einem Komparator oder Vergleicher 20 zugeführt. Das dem Sender 16 zugeführte Ausgangssignal des Komparators 20 zeigt an, ob der gemessene Wert D im wesentlichen der gleiche ist wie der berechnete Wert D, was ein eindeutiges Charakteristikum ist, da alle SSR-Stationen unterschiedliche Abstände haben. Für den Fall der wesentlichen Übereinstimmung erlaubt es das Ausgangssignal des Komparators 20 den Sender 16 auszuschalten, nachdem die Positionen der eigenen Station und der anderen Stationen wie im folgenden beschrieben ermittelt worden sind. Wenn die beiden D-Werte nicht im wesentlichen dieselben sind, dann setzt der Sender 16 seinen Betrieb fort und es wird ein anderes Paar von SSR-Stationen ausgewählt. Mit anderen Worten stellt der Vergleich der D-Werte sicher, daß die korrekte Lösung für die Dreiecke gefunden worden ist, und das System kann in die vollständig passive Betriebsweise zurückzukehren.

Unter der Annahme, daß die eigene Position weiter von SSR 1 entfernt ist als die andere Station, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, so ist S 1 kleiner als R 1. Man setzt R 1 = S 1 + X. Mit einer von der eigenen Station zu einem Punkt W auf einer Verlängerung der Linie S 1 bei einer Entfernung X jenseits der anderen Station gezogenen Linie bilden die Linien R 1, Z und S 1 + X ein gleichschenkliges Dreieck. Mit Kenntnis von Y und dem Öffnungswinkel am Punkt W kann das durch die Linien X, Y und Z gebildete Dreieck für Z gelöst werden. Kennt man Z und den Winkel A 1, so kann das gleichschenklige Dreieck für R 1, wie oben beschrieben, gelöst werden.

Das vorstehende Verfahren kann zu zwei Lösungen führen, von denen die eine die tatsächliche Situation trifft und die andere nicht. Diese Zweideutigkeit wird hier durch Kenntnis der Tatsache, daß alle SSR-Stationen von oben gesehen im Uhrzeigersinn rotieren, gelöst. Mit der Vereinbarung, daß die Azimuthdifferenz von der eigenen Station zu der anderen Station im Uhrzeigersinn gemessen wird, ist der Winkel A 1 in Fig. 2 negativ und A 2 positiv.

Obwohl in der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Situation nur eine einzige Station involviert ist, ist es möglich und üblicherweise wahrscheinlich, daß unverstümmelte Antworten von einer oder mehreren zusätzlichen anderen Stationen erhalten werden, welche zusätzliche, zur Verbesserung der Positionsbestimmungen nützliche Information liefern. In Fig. 4 sind zwei andere Stationen an Positionen O₁ und O₂ eingezeichnet. Deren Positionslinien von SSR 1 sind mit S 10₁ bzw. S 10₂ bezeichnet. S 20₁ und S 20₂ sind die Positionslinien von SSR 2. Y 1 und Y 2 sind die direkten Entfernungen von O₁ und O₂ von der eigenen Station. A 10₁ und A 10₂ sind die Azimuthdifferenzen von O₁ und O₂ bezüglich SSR 1. A 20₁ und A 20₂ sind die Azimuthdifferenzen bezüglich SSR 2.

Betrachtet man zuerst die andere Station O₁, so kann das durch die Linien R 1, S 10₁ und Y 1 gebildete Dreieck, wie unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschrieben, gelöst werden. Da jedoch A 10₁ ziemlich klein ist, ist dieses Dreieck geometrisch unvorteilhaft für die genaue Bestimmung von R 1. Der Grund dafür besteht darin, daß Messungen der Azimuthdifferenz systemathisch in Fehlern von ungefähr plus oder minus 0,3° unterworfen sind. Wenn A klein ist, beispielsweise 5° oder weniger, kann der prozentuale Fehler sehr groß sein, wodurch die Genauigkeit der Positionsbestimmung schwerwiegend verschlechtert wird, insbesondere wenn die eine oder die andere der Entfernungen R, S und Y groß sind.

Das durch die Linien R 2, S 20₁ und Y 1 gebildete Dreieck bezüglich der anderen Station O₁ ist geometrisch vorteilhaft, da A 20₁ groß ist. Dieses Dreieck kann, wie oben beschrieben, gelöst werden, um einen genauen Wert für R 2 zu erhalten.

In ähnlicher Weise ist das durch die Linien R 2, S 20₂ und Y 2 gebildete Dreieck bezüglich der anderen Station O₂ unvorteilhaft, jedoch das durch die Linien R 1, S 10₂ und Y 2 gebildete Dreieck vorteilhaft und dessen Lösung wird zu einem genauen Wert für R 1 führen.

Wiederum Bezug genommen auf Fig. 1 löst der Computer 18 für die anfängliche Position alle Dreiecke einschließlich der geometrisch unvorteilhaften und liefert diese an eine Auswahleinrichtung 18 A in Zuordnung zu den Werten ihrer jeweiligen Azimuthdifferenzwinkelwerte A. Die Auswahleinrichtung vergleicht die Winkel und wählt die den größten Werten von A zugeordneten Lösungen zur Speicherung im Speicher 5 für die eigene Position aus.

Nachdem die Positionen der eigenen Station und der anderen Stationen auf diese Weise ermittelt worden sind, wird der Abfragesender 16 automatisch abgeschaltet, die Computer 17 und 18 beenden ihren Betrieb und der Rest des Systems arbeitet passiv in der Weise wie es in der bereits genannten US-PS 47 68 036 beschrieben ist. Der Computer 11, der einen bekannten Algorithmus wie die Kalman-Filterung anwendet, aktualisiert wiederholt die Positionen der eigenen Station und der anderen Stationen sowie aufeinanderfolgende passive Daten von dem Datenpuffer 10 zugeführt werden.

Der Sender 16 wird nur dann automatisch wieder eingeschaltet, wenn die Position der eigenen Station nicht mehr weiter aktualisiert wird. Während eines typischen Flugweges eines Düsenflugzeugs in ausreichend großen Höhen, so daß die Sichtlinie zu allen Zeiten bis zu zwei oder mehreren SSR-Stationen reicht, wird der Sender 16 nicht neu gestartet werden. Nach der Landung und einem neuen Start wird der Sender automatisch eingeschaltet, um die Position der eigenen Station, wie beschrieben, zu initialisieren. Das System bleibt für etwa 99% für die meisten Flugwege passiv, so daß die Möglichkeit einer Störung mit den ATCRBS-Radarstationen und Transpondern wesentlich minimiert wird.

Die passiv berechneten Positionsdaten der anderen Stationen bezüglich der eigenen Station sind systematischen Fehlern und Quantisierungseffekten unterworfen. Die sich ergebenden Ungenauigkeiten sind im allgemeinen klein und nehmen mit zunehmender Anzahl von teilnehmenden anderen Stationen und SSR-Stationen ab, wodurch die höchste Genauigkeit in Umgebungen mit großen Verkehrsdichten erreicht wird, wo sie am meisten benötigt wird, ohne daß aktive Sendungen notwendig sind. Ein Fehler von beispielsweise einem oder zwei Kilometern in der geschätzten oder anfänglich berechneten Kartenposition der eigenen Station kann auftreten, wenn die Antworten nur von einer einzigen anderen Station unverstümmelt sind. Es kann gezeigt werden, daß selbst in einer Umgebung mit zwei Radarstationen ein solcher Fehler nur kleine Effekte zweiter Ordnung für die berechnete relative Entfernung, die Peilung und die Peilungsrate irgendeiner anderen Station von der eigenen Station haben wird. Solche relative Positionsdaten sind ausreichend für Kollisionsverhinderungsberechnungen für Änderungen des Peilwinkels der eigenen Station zu der anderen Station, selbst ohne genaue Kartenpositionsdaten.

Bei irgendeinem denkbaren, luftgestützten Kollisionsverhinderungssystem sind Änderungen des Peilwinkels eines sich nähernden anderen Flugzeuges, die im eigenen Flugzeug, wie hier beschrieben, genau gemessen werden, kritisch bezüglich einer sicheren Unterscheidung zwischen einem auf geleicher Höhe befindlichen anderen Flugzeug auf Kollisionskurs und einem auf Nichtkollisionskurs.

Claims

1. Verfahren zur anfänglichen Ermittlung der Position einer eigenen Station eines Kollisionsverhinderungssystems, bei welchem passiv Daten bezüglich der Azimuthdifferenz (A) der Ankunftszeitdifferenz (T), der Identität (ID) und der Höhe (H) betreffend transponderbestückter anderer Stationen unter Verwendung von ATCRBS-Norm-Bodenabfragen und diesbezüglichen Transponderantworten ermittelt werden und die Position der eigenen Station und der anderen Stationen zur Anzeige in der eigenen Station aktualisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine kurze Signalfolge von Abfragen im ATCRBS-Normformat gesendet wird unter Verwendung einer Kennung und einer Wiederholungsfrequenz, die wesentlich verschieden sind von der irgendeiner SSR-Station,
b) die Antworten aller anderen Stationen im Umkreis auf diese Abfragen empfangen werden,
c) von den Antworten der anderen Stationen nur diese Antworten ausgewählt werden, die unverstümmelt sind,
d) die direkte Entfernung (Y) von der eigenen Station zu einer oder mehrerer der anderen Stationen bestimmt wird, deren unverstümmelte Antworten mit den Zeitintervallen zwischen den Abfragen und den Antworten darauf korreliert sind, und
e) die anfängliche Position der eigenen Station aus der oder den Entfernungen (Y), den bekannten Positionen der teilnehmenden SSR-Stationen und den von den ATCRBS-Norm- Bodenabfragen von den SSR-Stationen und den Transponderantworten auf diese von der oder den anderen Stationen abgeleiteten Daten bezüglich der Azimuthdifferenz (A), der Ankunftszeitdifferenz (T), der Identität (ID) und der Höhe (H) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verfahrensschritt (c) nur solche Antworten akzeptiert werden, die mit den von der eigenen Station gesendeten Abfragen korreliert sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (e) auch die Positionen der teilnehmenden anderen Stationen berechnet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die berechneten Positionen auf der Basis der geometrisch vorteilhaftesten Bedingungen unter Verwendung der größten Azimuthdifferenzwinkel ausgewählt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (a) nach Beendigung des Verfahrensschrittes (e) sofort automatisch beendet wird.

6. Einrichtung zur anfänglichen Ermittlung der Position einer eigenen Station eines Kollisionsverhinderungssystems, bei welcher passiv Daten bezüglich der Azimuthdifferenz (A) der Ankunftszeitdifferenz (T), der Identität (ID) und der Höhe (H) betreffend transponderbestückter anderer Stationen unter Verwendung von ATCRBS-Norm-Bodenabfragen und diesbezüglich Transponderantworten ermittelt werden und die Positionen der eigenen Station und der anderen Stationen zur Anzeige in der eigenen Station aktualisiert werden, gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung (16) zum Senden einer kurzen Signalfolge von Abfragen im ATCRBS-Normformat unter Verwendung einer Kennung und einer Wiederholungsfrequenz, die von denen irgendeiner SSR-Station wesentlich verschieden sind,
b) eine Einrichtung (2) zum Empfang der Antworten auf die Abfragen von allen anderen Stationen im Umkreis,
c) eine Einrichtung (2 A) zur Auswahl nur der unverstümmelten Antworten aus den Antworten von den anderen Stationen,
d) eine Einrichtung (17) zur Bestimmung der direkten Entfernung (Y) von der eigenen Station zu einer oder mehreren der anderen Stationen, deren unverstümmelte Antworten mit den Zeitintervallen zwischen den Abfragen und den Antworten auf diese korreliert sind, und
e) eine Einrichtung (18) zum Berechnen der anfänglichen Position der eigenen Station aus der oder den Entfernungen (Y), den bekannten Positionen der teilnehmenden SSR-Stationen und den von den ATCRBS-Norm-Bodenabfragen von den SSR-Stationen und den Transponderantworten auf diese von der oder den anderen Stationen abgeleiteten Daten bezüglich der Azimuthdifferenz (A), der Ankunftszeitdifferenz (T), der Identität (ID) und der Höhe (H).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2 A) zur Auswahl der Antworten eine Pulswie derholcharakteristik-Auswahleinrichtung enthält, welche nur solche Antworten akzeptiert, die mit den von der eigenen Station gesendeten Abfragen korreliert sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (18) zur Berechnung der anfänglichen Position der eigenen Station auch die Positionen der teilnehmenden anderen Stationen berechnet.

9. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (18 A) zur Auswahl der berechneten Positionen auf der Basis der geometrisch vorteilhaftesten Bedingungen unter Einbeziehung der größten Azimuthdifferenzwinkel.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (19, 20) zur automatischen Beendigung des Betriebs der Einrichtung (16) zum Senden einer kurzen Signalfolge von Abfragen unmittelbar nach der Beendigung des Betriebs der Einrichtung (18) zum Berechnen der anfänglichen Position der eigenen Station.

11. Verfahren zum Bestimmen der Entfernung (D) zwischen zwei SSR-Stationen in der eigenen Station innerhalb des gemeinsamen Versorgungsgebietes der SSR-Stationen, wobei das Versorgungsgebiet auch eine transponderbestückte andere Station umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß

a) von der eigenen Station Abfragen gesendet und Antworten auf diese von der anderen Station empfangen werden,
b) die Entfernung (Y) der anderen Station von der eigenen Station aus der Zeitverzögerung zwischen der Sendung der Abfragen und dem Empfang der dadurch ausgelösten Antworten bestimmt wird,
c) Daten bezüglich der Azimuthdifferenz (A) und der Ankunftszeitdifferenzen (T) betreffend die andere Station in Bezug auf die SSR-Station abgeleitet werden,
d) aus diesen Daten und der Entfernung (Y) die Längen von Linien (R 1) und (R 2) von der eigenen Station zu den SSR-Stationen und der Winkel R zwischen diesen Linien berechnet werden, und
e) das durch die Linien (R 1) und (R 2) und den Winkel R definierte Dreieck für die Seite (D) gegenüber dem Winkel R gelöst wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der gemessene Wert für die Seite (D) mit dem berechneten, von den Daten der SSR-Bodenstationen abgeleiteten Wert (D) verglichen wird, um die richtige Auswahl der SSR-Stationen sicherzustellen.

13. Einrichtung zum Bestimmen der Entfernung (D) zwischen zwei SSR-Stationen in einer eigenen Station innerhalb des gemeinsamen Versorgungsgebiets der SSR-Stationen, wobei das Versorgungsgebiet auch eine transponderbestückte andere Station umfaßt, gekennzeichnet durch:

a) eine Einrichtung (16) zum Senden von Abfragen von der eigenen Station und zum Empfang von Antworten auf diese von der anderen Station,
b) eine Einrichtung (17) zum Bestimmen der Entfernung (Y) der anderen Station von der eigenen Station aus der Zeitverzögerung zwischen der Sendung der Abfragen und dem Empfang der durch diese ausgelösten Antworten,
c) eine Einrichtung (9) zum Ableiten von Daten bezüglich der Azimuthdifferenzen (A) und der Ankunftszeitdifferenzen (T) betreffend die andere Station in Bezug auf die SSR-Stationen,
d) eine Einrichtung (18) zum Berechnen von Linien (R 1) und (R 2) von der eigenen Station zu den SSR-Stationen und des Winkels R zwischen den Linien aus diesen Daten und der Entfernung (Y), und
e) eine Einrichtung (18) zum Lösen des durch die Linien (R 1) und (R 2) und den Winkel R definierten Dreiecks für die Seite (D) gegenüber dem Winkel R.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20) zum Vergleichen des gemessenen Wertes für die Seite (D) mit einem berechneten, von den Daten der SSR-Bodenstationen abgeleiteten Wert (D), um eine richtige Auswahl der SSR-Stationen sicherzustellen.