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DE1198207B - Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhuetung von Luftfahrzeugen - Google Patents

Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhuetung von Luftfahrzeugen

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Publication number
DE1198207B
DE1198207B DED33060A DED0033060A DE1198207B DE 1198207 B DE1198207 B DE 1198207B DE D33060 A DED33060 A DE D33060A DE D0033060 A DED0033060 A DE D0033060A DE 1198207 B DE1198207 B DE 1198207B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
frequency
message
aircraft
frequencies
altitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DED33060A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Dr-Ing Heinz Matusche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JUERGEN DETHLOFF
Original Assignee
JUERGEN DETHLOFF
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JUERGEN DETHLOFF filed Critical JUERGEN DETHLOFF
Priority to DED33060A priority Critical patent/DE1198207B/de
Publication of DE1198207B publication Critical patent/DE1198207B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/933Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of aircraft or spacecraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Description

  • Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhütung von Luftfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhütung von Luftfahrzeugen und eine darauf beruhende Kollosionswarnanlage, wobei die elektromagnetische Nachrichtenausstrahlung des beobachteten Luftfahrzeuges (Objekt-Fahrzeug) nach Empfang der Nachrichten vom beobachtenden Luftfahrzeug (Subjekt-Fahrzeug) mit selbsterzeugten Nachrichten verglichen werden.
  • Für das Erkennen einer Kollisionsgefahr sind bereits eine große Anzahl von kooperativen Verfahren und Einrichtungen entwickelt worden, die im wesentlichen auf optischen und elektronischen Grundlagen beruhen.
  • Durch Sichtbeobachtung kann ein beobachtendes Luftfahrzeug (Subjekt-Fahrzeug) feststellen, ob der Peilwinkel zum beobachteten Fahrzeug (Objekt-Fahrzeug) zeitlich konstant bleibt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Beobachtung an Bord des Subjekt-Fahrzeuges durch die Sichtverhältnisse beschränkt ist. Außerdem hängt die Entfernung, bei der das Objekt-Luftfahrzeug erstmalig erkannt wird, von den vielen Einflüssen unterliegenden Sichtbedingungen und der Aufmerksamkeit des Flugzeugführers ab.
  • Um die Sichtbedingungen zu verbessern, wurde vorgeschlagen, die Flugzeuge am Bug, am Heck und an den Flügelenden mit verschiedenen, blinkenden Lichtern auszustatten, die auch bei Tageslicht zu erkennen sind und aus deren Lage zueinander auf die Fortbewegungsrichtung des Objekt-Fahrzeuges geschlossen werden kann. Hierdurch wird zwar eine Verbesserung der Beobachtung vor allem beim Nachtflug erreicht, die Ermittlung der Fortbewegungsrichtung ist aber sehr ungenau. Es ist nach wie vor eine über eine gewisse Zeit notwendige Beobachtung der Konstanz des Peilwinkels erforderlich, um die Kollisionsgefahr erkennen zu können.
  • Darüber hinaus ist die gleichzeitige Beobachtung auf nur ein oder höchstens zwei Partnerfiugzeuge begrenzt.
  • Es sind ferner kooperative Verfahren bekannt, die das Sekundärradar benutzen. Hierbei sendet das Subjekt-Fahrzeug Abfragesignale aus, die auf dem Objekt-Fahrzeug das Ausstrahlen von Antwortsignalen auslösen, die Aussagen über das Objekt-Fahrzeug, wie z. B. Flugrichtung, Geschwindigkeit, Höhe, Kennung usw., enthalten können. Das Subjekt-Fahrzeug wertet diese Aussagen mit Hilfe eines umfangreichen Rechengerätes zusammen mit seinen eigenen Daten über Geschwindigkeit, Flugrichtung und Peilrichtung des Abfragestrahlers aus und rekonstruiert das Lagedreieck. Bei diesen Verfahren treten folgende Schwierigkeiten auf: Die für eine wirksame Kollisionswarnung zur Verfügung stehende Zeit erlaubt dem Subjekt-Fahrzeug nicht, eine Feinabtastung vorzunehmen, so daß die Angabe des Peilwinkels nur sehr ungenau wird.
  • Außerdem besteht die Gefahr, daß die Nebenkeulen der Sendecharakteristik zu Abfragen führen und dadurch große Ungenauigkeiten in der Richtungsbestimmung mit sich führen und zur Verwirrung beitragen. Befinden sich mehrere Flugzeuge innerhalb der Reichweite des Abfragesystems, dann entsteht durch die Vielzahl der Fragen und die bei allen Flugzeugen eingehenden Antworten bald eine so große Verwirrung, daß eine Auswertung der Antworten unmöglich wird. Die Lösung, den Empfänger nur für die Antwort freizugeben, die mit dem höchsten Pegel einfällt, bewirkt, daß das Subjekt-Fahrzeug durch das ihm am nächsten liegende Flugzeug »besetzt« ist, das aber keineswegs das ihn allein oder am frühesten gefährdende zu sein braucht.
  • Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem jedes Flugzeug fortlaufend Signale aussendet, die Informationen über seine Flugrichtung und seine Geschwindigkeit und andere Aussagen wie Flughöhe und Kennung enthalten. Diese Signale werden vom Subjekt-Fahrzeug mit einer rotierenden Richtantenne gesucht, die sich bei Einfall eines Signals in die Einfallsrichtung stellt.
  • Aus dem so gemessenen Peilwinkel zum Objekt-Fahrzeug, den von ihm erhaltenen Nachrichten und den eigenen Werten für Flugrichtung und Geschwindigkeit wird das Lagedreieck rekonstruiert und geprüft, ob es ein Kollisionsdreieck ist.
  • Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Subjekt-Fahrzeug ein kompliziertes Rechengerät benötigt und von Signalen, die von mehreren O'ojekt-Fahrzeugen stammen, nur das empfängt, das zufällig als erstes von der rotierenden Suchantenne erfaßt wurde.
  • Fallen aus einer Richtung mehrere Signale gleichzeitig ein, dann können die einzelnen Informationen nicht mehr auseinandergehalten werden oder führen zu Fehlauswertungen. Will man die gleichzeitige Beobachtung mehrerer Einfallsignale durch Benutzen von mehreren Peilantennen sicherstellen, dann muß auch jede Peilantenne~ ein eigenes Rechengerät und eine eigene Sichtanzeige erhalten. Damit wird der Aufwand unerträglich hoch, und es fehlt eine übersichtliche Anzeige der Luftsituation.
  • Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren, das einen großen Teil der Nachteile der bekannten kooperativen Verfahren vermeidet, basiert auf der Konstanz des Lagedreiecks im Kollisionsfall und kennzeichnet sich dadurch, daß das Objekt-Fahrzeug über einen dem Uhrzeigersinn entgegengesetzt rotierenden Drehrichtsender eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v2 des Objekt-Fahrzeuges und Sinus des Winkels fl zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der - Strahlungsrichtung des Drehrichtsenders. sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« aussendet, die das Subjekt-Fahrzeug über eine im Uhrzeigersinne rotierende Richtempfangsantenne emp fängt und mit einer selbsterzeugten ersten Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v1 des Subjekt-Fahrzeuges und Sinus des Winkels a zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der Empfangsrichtung der Richtempfangsantenne«-sowie einer zweiten Nachricht Flughöhe« vergleicht und die im Falle der Übereinstimmung der ersten und gleichzeitigen Übereinstimmung der zweiten Nachrichten bestehende Kollisionsgefahr anzeigt.
  • Eine Einrichtung zur Durchführung des kooperativen Verfahrens kennzeichnet sich durch eine Objekteinrichtung, die einen im Uhrzeiger entgegengesetzten Sinne rotierenden Drehrichtsender enthält, der eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v2 des Fahrzeuges und Sinus des Winkels ß zwischen dessen Fortbewegungseinrichtung und der Strahlungsrichtung des Drehrichtsenders« sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« aussendet und mit einer Subjekteinrichtung, die als Empfangsorgan für die von einem Objekt-Fahrzeug ausgesandten Nachrichten eine im Uhrzeigersinne rotierende Richtempfangsantenne enthält, die eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit vi und Sinus des Winkels a zwischen der Fortbewegungsrichtung und der Empfangsrichtung der Richtantenne« sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« erzeugt und mit den von einem Objekt-Fahrzeug empfangenen Nachrichten vergleicht und im Falle der Übereinstimmung der ersten und gleichzeitigen Übereinstimmung der zweiten Nachrichten eine Kollisionswarnanlage auslöst.
  • Die Sende- und die Empfangsantenne sind so orientiert, daß sie in der horizontalen Fahrzeugebene rotieren und in dieser Ebene stark gebündelt und in der vertikalen Fahrzeugebene weitgehend ungebündelt sind. Die eine Antenne, z. B. die Sendeantenne, dreht sich so schnell, daß sie in der Zeit, in der die Empfangsantenne ihren eigenen Öffnungswinkel überstreicht, mehr als eine volle Umdrehung ausgeführt hat. Dadurch wird erreicht, daß ohne Synchronisation der Antennendrehzahlen mit Sicherheit bei jeder vollen Umdrehung der langsamen Empfangsantenne von jedem innerhalb des Reichweitengebietes sendenden Objekt-Fahrzeuges je ein Signal empfangen wird.
  • Die Schutzeinrichtung ist so ausgelegt, daß die Nachrichteninhalte in der Objekteinrichtung in Form von Modulationsfrequenzen der als Trägerfrequenz dienenden festen Sendefrequenz aufgedrückt werden und die Nachrichteninhalte der Subjekteinrichtung in Vergleichsfrequenzen umgewandelt werden.
  • Dadurch wird erreicht, daß der Vergleich der Nachrichten über eine Differenzbildung von Frequenzen mit Hilfe von Mischstufen vorgenommen werden kann.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Kollisionswarnanlage ist in der Zeichnung dargestellt; darin zeigt Fig. 1 ein Kollisionsdreieck und F i g. 2 den Aufbau des Kollisionswarngerätes im Prinzip.
  • Die F i g. 1 stellt ein Kollisionsdreieck dar, bei dem sich das Subjekt-Fahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt im Punkt A befindet und sich mit der Geschwindigkeit vl in Richtung Punkt C bewegt, während sich das Objekt-Fahrzeug im Punkt B befindet und mit der Geschwindigkeit v2 in Richtung Punkt C fliegt. Im Punkt C kommt es zur Kollision zwischen den beiden Fahrzeugen. Das Subjekt-Fahrzeug sieht das Objekt-Fahrzeug, von seiner Vorausrichtung ausgehend, im Uhrzeigersinne gemessen unter dem Winkel ., und das Objekt-Fahrzeug sieht das Subjekt-Fahrzeug, von seiner Vorausrichtung ausgehend, entgegengesetzt zum Uhrzeigersinne gemessen unter dem Winkel ß. In diesem parallel zur Erdoberfläche liegenden Kollisionsdreieck gilt v1 sin a - v2 sin ß = 0. (1) Bei Flugzeugen, die auch noch in der Richtung senkrecht zur Erdoberfläche eine Bewegungsfreiheit besitzen, tritt nur dann Kollision ein, wenn außer der Bedingung gemäß Gleichung (1) gleichzeitig die Bedingung erfüllt ist, daß sich beide Flugzeuge in gleicher Flughöhe befinden bzw. sich einer gleichen Höhe nähern.
  • Die Kollisionswarnanlage besteht aus einem Sendeteil (Objekteinrichtung) und einem Empfangsteil (Subjekteinrichtung). Der Sendeteil enthält eine Richtantenne 1, die relativ schnell im entgegengesetzten Sinne zum Uhrzeiger rotiert. Die Antenne wird von einem Sender 2 gespeist, dessen Trägerfrequenz mit zwei Niederfrequenzen f1 und f2 von einem Modulator 3 moduliert wird. Diese Modulation kann eine Amplitudenmodulation, eine Frequenzmodulation oder eine Impulsmodulation sein. Die Modulationsfrequenz f1 enthält die Nachricht v2 sin fl. Der analytische Ausdruck für f1 ]autet fi j+kv2 sinfl, (2) wobei f, eine feste Frequenz und k der Dimensions-und Maßstabsfaktor ist.
  • DerModulator 3 erhält die Modulationsfrequenz f2, welche die Nachricht über die Flughöhe enthält, von einem Höhengeber 4. Die Modulationsfrequenz f2 kann entweder von Hand oder besser durch Kopplung des Gebers 4 mit dem Höhenmesser automatisch eingestellt werden. Die Modulationsfrequenz f1 gelangt zum Modulator 3 über einen Multiplikator 5, der von einem Geschwindigkeitsgeber 6 und einem mit der rotierenden Sendeantenne gekoppelten Winkelgeber 7 gesteuert wird.
  • Der Empfangsteil enthält eine Richtantenne 8, die relativ langsam im Uhrzeigersinne rotiert. Die Empfangssignale werden von einem Empfänger 9 verstärkt und in einem Demodulator 10 von der Trägerfrequenz getrennt. Die beiden Modulationsfrequenzen ei und f2 werden über einen Tiefpaß 11 und einen Hochpaß 12 in zwei getrennte Kanäle geleitet. Die Modulationsfrequenz f1 gelangt zu einer Mischstufe 13, der gleichzeitig die Vergleichsfrequenz f1 von einem Multiplikator 14 zugeführt wird. Die Vergleichsfrequenz f1, enthält die Nachricht v1 sin a, wobei die Abhängigkeit vom Antennenwinkel oc der Abhängigkeit der Modulationsfrequenz f1 vom Sendeantennenwinkel fl entspricht. Der analytische Ausdruck für f1, lautet f1, = f0, + kv1 sin oc, (3) wobei k identisch ist mit dem Wert aus Gleichung (2).
  • Der Multiplikator 14 wird von einem Geschwindigkeitsgeber 15 und einem mit der rotierenden Empfangsantenne gekoppelten Geber 16 gesteuert.
  • Die Eigenschaft einer Mischstufe, alle Summen- und Differenzfrequenzen zu bilden, wird hier dazu benutzt, die Modulationsfrequenz f1 mit der Vergleichsfrequenz f1, zu vergleichen bzw. die Differenzfrequenz f1,-f1 zu erzeugen. Wenn diese Differenzfrequenz die Alarmfrequenz fai wird, dann liegt der Koliisionsfall vor. Bei der Auslegung der Mischstufe ist allerdings darauf zu achten, daß keine Kreuzmodulation auftritt, damit keine Differenzfrequenzen zwischen mehreren gleichzeitig einfallenden Signale: auftreten können. Der Ausgang der Mischstufe ist mit einem Bandpaß 17 verbunden, der nur einen schmalen Frequenzbereich um die Winkel-Alarmfrequenz fal herum durchläßt. Die Winkelalarmfrequenz fal wird auf ein Und-Gatter 18 mit zwei Eingängen weitergegeben.
  • In entsprechender Weise wird eine zweite Alarmfrequenz erzeugt, die als Höhenalarmfrequenz fa2 bezeichnet werden soll. Hierbei wird das Höhensignal f2 über den Tiefpaß 11 einer Mischstufe 19 zugeführt, die gleichzeitig von einem Geber 20 eine Höhenvergleichsfrequenz f2, erhält. Die Höhenvergleichsfrequenz f21 muß in ihrer Abhängigkeit von der Höhe natürlich parallel zur Modulationsfrequenz f2 verlaufen.
  • Der Ausgang der Mischstufe 19 ist mit einem Bandpaß 21 verbunden, der nur einen schmalen Frequenzbereich um die Höhenalarmfrequenz fa2 herum durchläßt.
  • Ist an den beiden Eingängen des Und-Gatters 18 gleichzeitig die Winkelalarmfrequenz fal und die Höhenalarmfrequenz fa2 vorhanden, dann wird ein Schaltgerät 22 angestoßen, das ein Alarmgerät 23 auslöst und über ein Steuergerät 24 das Ausweichmanöver einleitet. Damit ist gewährleistet, daß sich innerhalb der Reichweite des Kollisionswarngerätes beliebig viele Flugzeuge gleichzeitig gegenseitig warnen können, ohne sich in der Signalgabe und der Signalanalyse gegenseitig zu stören oder zu blockieren.
  • Darüber hinaus wird nur dann Alarm gegeben, wenn die Partnerflugzeuge innerhalb wählbarer Toleranzen in gleicher Höhe fliegen, wobei die Höhentoleranzen über die Bandbreite des Bandpasses 21 eingestellt werden.
  • Ein neben dem Alarmgerät 23 arbeitendes Sichtanzeigegerät 25 enthält eine Oszillographenröhre mit einer Polarkoordinatenanzeige, die durch die Drehung eines Spulensatzes synchron mit der Empfangsantenne erreicht wird, wobei sich die Winkel koordinate entsprechend der jeweiligen Stellung der Antenne einstellt.
  • Der Spulensatz wird mit Gleichstrom gespeist, so daß der Elektronenstrahl auf dem Schirm synchron mit der Empfangsantenne einen Kreis beschreibt. Die Modulationsfrequenz f1 wird hinter dem Hochpaß 12 abgegriffen und dem Sichtgerät 25 zur Hellsteuerung über ein Und-Gatter 26 zugeführt. Der zweite Eingang des Und-Gatters 26 ist mit dem Ausgang des Bandpasses 21 verbunden, so daß nur diejenigen Flugzeuge abgebildet werden, die sich in annähernd gleicher Höhe mit dem Subjekt-Flugzeug befinden.
  • Dem den Spulensatz durchfließenden Gleichstrom wird ein Wechselstrom überlagert, dessen Amplitude der Differenzfrequenz fai-(Ji'-fi) und damit der Differenz vl sin a - v2 sin ß proportional ist. Dazu werden die Ausgangsspannungen der Mischstufe 13 auf einen Bandpaß 27 gegeben, dessen Grenzfrequenzen so liegen, daß er alle Frequenzen außer den Differenzfrequenzen f1'-fi sperrt. Die Differenzfrequenz f,'-f, wird in einer Mischstufe 28 mit der festen Oszillatorfrequenz Jai eines Oszillators 29 gemischt und die neue Anzeige-Differenz-Frequenz durch einen Tiefpaß 30 von den anderen Frequenzen getrennt und über einen Amplitudenwandler 31 dem rotierenden Spulensatz zugeführt.
  • Der Amplitudenwandler 31 sorgt mit Hilfe eines frequenzabhängigen Gliedes (RC-Glied) dafür, daß die Amplitude der Anzeigedifferenzspannung mit abnehmender Frequenz kleiner wird.
  • Damit wird erreicht, daß die Strichlänge des Flugzeugbildes in den meisten und vor allem in den entscheidenden Fällen mit guter Annäherung der Relativgeschwindigkeit in Richtung des Minimalabstandes entspricht, der in einem Fast-Kollisionsfall auftreten kann.
  • Mit Hilfe eines zweipoligen Umschalters 32 kann man wahlweise den Spulensatz vom Amplitudenwandler 31 trennen und gleichzeitig die Hellsteuerung von einem Punkt hinter dem Und-Gatter 18 abnehmen, so daß im Bedarfsfalle nur diejenigen Flugzeuge abgebildet werden, die auf Kollisionskurs liegen.
  • Der Strom des Spulensatzes wird außerdem noch von einem Impuls strom überlagert, der hinter dem Und-Gatter 26 abgenommen und dem Spulensatz über einen Entfernungsmarkierer 33 zugeführt wird.
  • Wenn die Sender der Objekt-Flugzeuge alle die gleiche Energie abstrahlen und innerhalb des Reichweitegebietes des Kollisionswarngerätes eine bezüglich der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen homogene Atmosphäre vorliegt, dann ist die Intensität der einfallenden Signale umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen Sender und Empfänger. Der Entfernungsmarkierer 33 wandelt die quadratische Abhängigkeit der einfallenden Signale in eine lineare um und gibt die Impulsströme mit umgekehrten Vorzeichen in den Spulensatz, so daß unter den obengenannten Voraussetzungen die Objekt-Flugzeuge etwa in ihrem Abstand zum Subjekt-Flugzeug abgebildet werden.
  • Auf dem Sichtgerät 25 erscheint dann bei der Schalterstellung 1 folgende Sichtanzeige. Fällt bei einem Antennenwinkel ein Signal mit der Modulationsfrequenz f1 ein, dann erscheint auf dem Schirm der Braunschen Röhre unter dem gleichen Winkeln ein Lichtzeichen, das im allgemeinen die Form eines radialen Striches hat. Die Länge des Striches entspricht der Anzeige-Differenzfrequenz fai - (fi' - f3 und damit recht genau der Relativgeschwindigkeit in Richtung des Minimalabstandes, der bei einem Fast-Kollisionsfall auftreten kann. Liegt ein Kollisionsfall vor, dann degeneriert der Strich zu einem besonders hellen Punkt.
  • Der Abstand der Punkte bzw. des Zentrums der Striche vom Mittelpunkt des Schirmes ist in grober Annäherung proportional dem Abstand des sendenden Flugzeuges vom empfangenden Flugzeug. Wegen der Antikollisionsfälle wird die Abbildung auf die in der vorderen Halbkugelzone des Subjekt-Flugzeuges befindlichen Objekt-Flugzeuge beschränkt.
  • Der Flugzeugführer kann somitauf dem Sichtgerät feststellen, in welcher Richtung sich innerhalb der Reichweite des Kollisionswarngerätes in seiner Flughöhe andere Flugzeuge befinden, ferner ob eines oder mehrere davon mit ihm zur Kollision führen und welche Relativgeschwindigkeiten in Richtung der Minimalabstände in Fast-Kollisionsfällen auftreten; außerdem kann er grob abschätzen, in welcher Entfernung sich die Partnerflugzeuge, insbesondere die Kollisionsflugzeuge, befinden. In der Schalterstellung 2 werden nur die Flugzeuge angezeigt, die zur Kollision führen. Unterstützt wird der optische Überblick des Sichtgerätes in der Schalterstellung 1 durch die Tatsache, daß die Peilung wegen des Gesetzes der Konstanz der Lage nur für die kollidierenden Flugzeuge konstant bleibt. Das wirkt sich so aus, daß die Lichtpunkte winkelmäßig stehenbleiben, während die Uchtstriche winkelmäßig wandern und mitunter noch zusätzlich ihre Lage ändern. Im Falle der Nichtkollision verteilt sich bei gleicher Intensität des Signals ei die Lichtintensität auf einen mehr oder weniger langen Strich, im Kollisionsfalle konzentriert sich die Lichtintensität jedoch auf einen Punkt, der sich besonders hell heraushebt.
  • Die Punktanzeige wird lediglich dann gestört, wenn aus ein und derselben Einfallsrichtung mehr als ein Signal einfällt, von denen eines zu einem Kollisionsfall gehört.
  • Dieser Fall wird aber sehr selten auftreten und bleibt darüber hinaus nur kurze Zeit aufrechterhalten, da der Punkt winkelmäßig stehenbleibt und der bzw. die ihm überlagerten Striche wandern. Beim Umschalten auf Schalterstellung 2 wird die Strichanzeige unterdrückt, und es bleibt nur der Punkt des kollidierenden Flugzeuges übrig. Da unabhängig von der Sichtanzeige bei jedem Kollisionsfall das Alanngerät ausgelöst wird, liefert die Schalterstellung 2 die Möglichkeit, auch ein sonst verdecktes Bild eines zum Alarm führenden Flugzeuges herauszufinden.
  • Die Kollisionswarnanlage kann bei Höhenänderungen die Höhengeber 4 und 20 dem Grad der Höhenänderung entsprechend vor- bzw. nachlaufen lassen, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Annäherung an den Kollisionspunkt die im Kollisionspunkt zu erwartende Höhe ausgewertet wird.
  • Ferner kann die Kollisionswarnanlage bei Kursänderungen die Winkelgeber 7 und 16 dem Grad der Kursänderungen entsprechend vor- bzw. nachlaufen lassen, so daß zu einem bestimmten Zeitpunkt der Annäherung an den Koffisionspunkt der Kolli- sionsalarm auch bei gekrümmten Bahnkurven der Luftfahrzeuge richtig ausgelöst wird.
  • Außerdem kann die Kollisionswarnanlage bei Geschwindigkeitsänderungen die Geschwindigkeitsgeber 6 und 15 dem Grad der Geschwindigkeitsänderung entsprechend vor- bzw. nachlaufen lassen, so daß auch bei Geschwindigkeitsänderungen der Kollisionsalarm in einem bestimmten Zeitpunkt der Annäherung an den Kollisionspunkt richtig ausgelöst wird.
  • Die Behinderung der Ausstrahlung und des Empfanges von elektromagnetischen Wellen durch die Flugzeugzelle wird dadurch vermieden, daß je zwei synchron rotierende oberhalb und unterhalb des Luftfahrzeuges angebrachte Sende- und Empfangsantennen benutzt werden, deren Richtcharakteristiken so ausgebildet sind, daß jeweils die obere Antenne den oberhalb der Luftfahrzeugebene liegenden Raum und die untere Antenne den unterhalb der Luftfahrzeugebene liegenden Raum überstreicht.
  • Will man in die sich schützenden Luftfahrzeugtypen auch solche Flugzeuge einbeziehen, die in der Höhenrichtung eine sehr große Bewegungskomponente aufweisen, wie z. B. Lotrechtstarter, dann empfiehlt es sich, das Kollisionskriterium in zwei vorzugsweise senkrecht aufeinanderstehenden Ebenen vorzunehmen. Hierzu werden die Fahrzeuge mit einer kompletten zweiten Kollisionswarnanlage ausgerüstet, die in einer senkrecht zur ersten liegenden Ebene arbeitet.

Claims (17)

  1. Patentansprüche: 1. Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhütung von Luftfahrzeugen mit elektromagnetischer Nachrichtenausstrahlung des beobachteten Luftfahrzeuges (Objekt-Fahrzeug) und Empfang und Vergleich dieser Nachrichten auf dem beobachtenden Luftfahrzeug (Subjekt-Fahrzeug) mit selbsterzeugten Nachrichten, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß das Objekt-Fahrzeug über einen dem Uhrzeigersinne entgegengesetzt rotierenden Drehrichtsender eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v2 des Objekt-Fahrzeuges und Sinus des Winkels ß zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der Strahlungsrichtung des Drehrichtsendersa sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« aussendet, die das Subjekt-Fahrzeug über eine im Uhrzeigersinne rotierende Richtempfangsantenne empfängt und mit einer selbsterzeugten ersten Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeitvl des Subjekt-Fahrzeuges und Sinus des Winkels a zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der Empfangsrichtung der Richtempfangsantenne« sowie einer zweiten Nachricht »Flughöhe« des Subjekt-Fahrzeuges vergleicht und die im Falle der Übereinstimmung der ersten und gleichzeitigen Ubereinstimmung der zweiten Nachrichten bestehende Kollisionsgefahr anzeigt.
  2. 2. Kollisionswarnanlage zur Durchführung des kooperativen Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Objekteinrichtung, die einen im Uhrzeiger entgegengesetzten Sinne rotierenden Drehrichtsender enthält, der eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit vs des Fahrzeuges und Sinus des Winkels ß zwischen dessen Fortbewegungsrichtung und der Strahlungsrichtung des Drehrichtsenders« sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« aussendet, und eine Subjekteinrichtung, die als Empfangsorgan für die von einem Objekt-Fahrzeug ausgesendeten Nachrichten eine im Uhrzeigersinne rotierende Richtempfangsantenne enthält, die eine erste Nachricht »Produkt aus Geschwindigkeit v1 und Sinus des Winkels cx zwischen der Fortbewegungsrichtung und der Empfangsrichtung der Richtantenne« sowie eine zweite Nachricht »Flughöhe« erzeugt und mit den'von einem Objekt-Fahrzeug empfangenen Nachrichten vergleicht und im Falle der Übereinstimmung der ersten und gleichzeitigen Übereinstimmung der zweiten Nachrichten eine Kollisionswarnanlage auslöst.
  3. 3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsantenne in der horizontalen Luftfahrzeugebene rotieren und in dieser Ebene stark gebündelt, in der vertikalen Ebene weitgehend ungebündelt sind.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Sendeantenne so schnell dreht, daß die in der Zeit, in der die Empfangsantenne ihren eigenen Öffnungswinkel überstreicht, mehr als eine volle Umdrehung ausgeführt hat.
  5. 5. Anlage nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachrichteninhalte in der Objekteinrichtung in Form von Modulationsfrequenzen der als Trägerfrequenz dienenden festen Sendefrequenz aufgedrückt werden und die Nachrichteninhalte der Subjekteinrichtung in Vergleichsfrequenzen umgewandelt werden.
  6. 6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Objekteinrichtung die Modulationsfrequenz f,= fo + k Va sin fl und in der Subjekteinrichtung die Vergleichsfrequenz f,' = f0, + k V1 sin oc erzeugt werden, wobei f, und J01 zwei verschiedene, feste Frequenzen und k der gemeinsame Dimensions- und Maßstabsfaktor sind und die festen Frequenzen f, und f0, so gewählt werden, daß auch für die größten in Frage kommenden Geschwindigkeiten fo > k v2 und go > k v sind.
  7. 7. Anlage nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Objekteinrichtung als Nachricht über die Flughöhe eine Modulationsfrequenz f2 und die Subjekteinrichtung als Nachricht über die Flughöhe eine Vergleichsfrequenz f2' erzeugen, wobei innerhalb des in Frage kommenden Höhenbereiches die Zuordnungen der Höhenfrequenz f2 und J2, zu den Höhen eindeutig und gleich sind und sich lediglich um eine konstante Frequenz Ja2 = J2'1 - f21 voneinander unterscheiden, wobei f21 und J2'i diejenigen Frequenzen sind, die der kleinsten in Frage kommenden Höhe zugeordnet sind und die Frequenzen fi, f1,, f2 und f21 so gewählt werden, daß alle Differenzfrequenzen fil - fi und J21 - J2 außerhalb der Frequenzbereiche zu liegen kommen, die von fi, fi', J2 und J2, belegt sind.
  8. 8. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang in der der Flugrichtung abgekehrten Halbebene bzw. Halbkugel unterdrückt wird.
  9. 9. Anlage nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenz J2 von einem Höhengeber (4) und die Modulationsfrequenz fi von einem Multiplikator (5) geliefert werden, der von einem Geschwindigkeitsgeber (6) und einem mit der rotierenden Sendeantenne gekoppelten Winkelgeber (7) gesteuert wird.
  10. 10. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden empfangenden Modulationsfrequenzen fi und J2 durch einen Hochpaß (12) und einen Tiefpaß (11) voneinander getrennt mit den in entsprechender Weise wie fi und J2 erzeugten Vergleichsfrequenzen J1, und J2, in je einer Mischstufe (13 und 19) die Differenzfrequenzenf,'-f, und J2,-J2 gebildet werden, und diese über je einen auf die Alarmfrequenz Jai bzw. ga2 abgestimmten Bandpaß (17 bzw. 21) und ein Und-Gatter (18) zu einem Schaltgerät (22) leitet, das mit einem Alarmgerät (23) und wahlweise mit einem Steuergerät (24) verbunden ist.
  11. 11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite der Bandpässe (17 und 21) auf die gewünschten Toleranzen für die Abweichung der Relativgeschwindigkeit in Richtung des Mindestabstandes vom Wert Null und die Abweichung der Höhendifferenz von Wert Null, für die noch Alarm gegeben werden soll, eingestellt sind.
  12. 12. Anlage nach den Ansprüchen 2 bis 10, gekennzeichnet durch ein mit einer Braunschen Röhre ausgerüstetes Sichtgerät (25), dessen Wehnelt-Zylinder wahlweise mit dem Ausgang des Und-Gatters (18) oder mit einem zweiten Und-Gatter (26) verbunden ist, ferner dessen Eingänge mit dem Ausgang des Hochpasses (12) und dem Ausgang des Bandpasses (21) verbunden sind und dessen synchron mit der Empfangsantenne rotierende Ablenkspule außer mit einer Gleichstromquelle mit einem Entfernungsmarkierer (33) verbunden ist, der durch die Verbindung mit dem Ausgang des zweiten Und-Gatters (26) die quadratische Abhängigkeit der Intensität von der Entfernung Sender-Empfänger der einfallenden Signale in eine lineare umwandelt und wahlweise gleichzeitig mit einem Amplitudenwandler (31) verbunden ist, der die Amplituden der Differenzfrequenzen Jai-(Ji'-Ji) die in einer dritten Mischstufe (28) aus der hinter der ersten Mischstufe (13) abgegriffen und ihr über einen Bandpaß (27) zugeführten Differenzfrequenz f,' - f, und der in einem Oszillator (29) erzeugten Frequenz fal gebildet werden, frequenzabhängig macht.
  13. 13. Anlage nach Anspruch 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhengeber (4) und (20) dem Grad der Höhenänderung entsprechend vor-bzw. nachlaufen.
  14. 14. Anlage nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelgeber (7) und (16) dem Grad der Kursänderung entsprechend vor-bzw. nachlaufen.
  15. 15. Anlage nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsgeber (6) und (15) dem Grad der Geschwindigkeitsänderungen entsprechend vor- bzw. nachlaufen.
  16. 16. Anlage nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei synchron rotierende, oberhalb und unterhalb des Luftfahrzeuges angebrachte Sende- und Empfangsantennen benutzt werden, deren Richtcharakteristiken so ausgebildet sind, daß jeweils die obere Antenne den oberhalb der Luftfahrzeugebene liegenden Raum und die untere Antenne den unterhalb der Luftfahrzeugebene liegenden Raum überstreicht.
  17. 17. Anlage nach Anspruch 2 bis 15, gekennzeichnet durch eine komplette zweite Schutzeinrichtung, die in einer senkrecht zur Ebene der ersten liegenden Ebene arbeitet.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1173 611; »Minderung der Kollisionsgefahr in Schiffahrt und Luftfahrta, herausgegeben vom Ausschuß für Funkortung, Düsseldorf, Best.-Nr. 20241/lt.
DED33060A 1960-04-07 1960-04-07 Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhuetung von Luftfahrzeugen Pending DE1198207B (de)

Priority Applications (1)

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DED33060A DE1198207B (de) 1960-04-07 1960-04-07 Kooperatives Verfahren zur Kollisionsverhuetung von Luftfahrzeugen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR1173611A (fr) * 1957-06-29 1959-02-27 Dispositif pour la prévention de collisions maritimes ou aériennes

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