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STAND DER
TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein das Gebiet der Avionik für Kollisionsvermeidungssysteme
(CAS – Collision
Avoidance Systems). Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung
allgemein Anzeigen zur Verwendung mit Bord-Luftverkehrsmeldungs-
und Kollisionsvermeidungssystemen und -transpondern.
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Nach der Kollision zweier Verkehrsflugzeuge über dem
Grand Canyon 1956 begannen Fluggesellschaften mit einer Studie über Kollisionsvermeidungskonzepte.
Ende der achtziger Jahre wurde mit Zusammenarbeit der Flugwirtschaft,
der Luftfahrtindustrie und der FAA (Federal Aviation Administration) ein
System Kollisionsvermeidung zur an Bord von Flugzeugen entwickelt.
Vom US-Kongreß wurde
vorgeschrieben, daß das
mit TCAS II (Traffic Alert and Collision Avoidance System – Verkehrswarnungs- und
Kollisionsverhütungssystem)
bezeichnete System bis Anfang der neunziger Jahre in den meisten kommerziellen
Flugzeugen installiert sein sollte. Aus „Introduction to TCAS II" (Einführung in
TCAS II), gedruckt von der Federal Aviation Administration of the U.S.,
Department of Transportation, März
1990, ist eine Chronologie der Entwicklung von Kollisionsvermeidungssystemen
an Bord von Flugzeugen ersichtlich.
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Die Entwicklung eines effektiven
fliegenden CAS ist schon seit langen Jahren das Ziel der Luftfahrtgemeinschaft
gewesen. Fliegende Kollisionsvermeidungssysteme bieten Schutz gegen
Kollisionen mit anderen Flugzeugen und sind von einer bodengestützten Flugsicherung
unabhängig.
In der Luftfahrtindustrie weiß man
sehr wohl, wie wichtig die Vermeidung solcher Kollisionen mit anderen
Flugzeugen ist. Weiterhin ist die Kollisionsvermeidung ein Problem im
militarischen und im kommerziellen Bereich.
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Zusätzlich erzeugt eine große gleichzeitige Anzahl
von TCAS-Abfragen von im engen Verband fliegenden Flugzeugmitgliedern
eine bedeutende Hochfrequenz-(HF-) Störung und könnte möglicherweise die Wirksamkeit
der Aufrechterhaltung von genauen Positions/Abstandskriterien in
bezug auf andere Flugzeuge und Hindernisse herabsetzen. Um die Sicherheit
des Luftverkehrs zu fördern
sind daher Systeme, die eine Kollision mit anderen Flugzeugen vermeiden,
höchst
wünschenswert.
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Zusätzlich zu den obenbeschriebenen
Problemen ist es wünschenswert,
daß Flugzeuge,
besonders Militärflugzeuge,
Präzisions-Fallschirmabwürfe, Rendezvous,
Nachtanken in der Luft und Luft-Land-Missionen in der Nacht und
unter allen Wetterbedingungen einschließlich IMC-Flug (Instrument Meteorological Conditions)
mit niedriger Wahrscheinlichkeit, erkannt zu werden, durchführen. Auch ist
es wünschenswert,
daß diese
Flugzeuge Verbandposition und -abstand mit auswählbaren Bereichen von 152 m
bis 185 km (500 ft bis 100 nm) nach der Beschreibung in den Defence
Planning Guidelines (Richtlinien der Verteidigungsplanung) auf allen IFR-Höhen (Instrument Flight Rules – Instrumentenflugregeln)
aufrechterhalten können,
wobei der Verband aus 2 bis 250 Flugzeugen bestehen kann. Auch soll
das System (hauptsächlich
wegen der Kostenfragen) mit modernen SKE-Systemen (Station Keeping Equipment – Positionhalteeinrichtung)
kompatibel sein, sonst können
sie nicht im IMC-Verband mit mit SKE ausgerüsteten Flugzeugen fliegen.
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In 1 ist
ein Blockschaltbild eines herkömmlichen
TCAS-Systems dargestellt. In der 1 sind
TCAS-Richtantenne 10,
TCAS-Rundstrahlantenne 11 und TCAS-Rechnereinheit 12 dargestellt, wozu
der Empfänger 12A,
der Sender 12B und der Prozessor 12C gehören. Ebenfalls
dargestellt sind der akustische Signalgeber 13, die TA-Anzeige (Traffic
Advisory – Verkehrshinweis) 14 und
RA- Anzeigen (Resolution
Advisory – Auflösungshinweis) 15.
Als Alternative sind die TA- und RA-Anzeigen in einer (nicht gezeigten)
Anzeige kombiniert. Der Transponder besteht aus der Transpondereinheit 16A,
dem Bedienungsfeld 16B und den Transponderantennen 16C und 16D.
TCAS und Transponder zusammen fungieren als Kollisionsvermeidungssystem.
Der Fachmann wird verstehen, daß dies
nur beispielhaft für
ein herkömmliches
TCAS ist. Beispielsweise sind viele andere Konfigurationen wie beispielsweise
Ersetzen der Rundstrahlantenne 11 durch eine Richtantenne
möglich,
wie dem Fachmann bekannt ist. Die Funktionsweise von TCAS und seinen
verschiedenen Bestandteilen sind dem Fachmann wohlbekannt und sind
für das
Verständnis
der vorliegenden Erfindung nicht notwendig.
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Bei einem TCAS-System befinden sich
sowohl Abfragegerät
als auch Transponder im Flugzeug und bieten ein Mittel zur Kommunikation
zwischen Flugzeugen. Der Transponder antwortet auf die Anfrage,
indem er eine Antwort sendet, die vom Abfragegerät empfangen und verarbeitet
wird. Im allgemeinen enthält
das Abfragegerät
einen Empfänger,
einen Analog-Digital-Wandler (A/D), einen Videoquantisierer, einen
Vorderflankendetektor und einen Decodierer. Die vom Abfragegerät empfangene
Antwort besteht aus einer Reihe von Nutzimpulsen, die das Flugzeug
identifizieren oder Höhen-
oder sonstige Informationen enthalten können. Die Antwort ist ein PPM-Signal
(pulse position modulated – pulsphasenmoduliert),
das entweder in einem ATCRBS-Format (Air Traffic Control Radar Beacon
System) oder in einem Mode-S-Format (Mode-Select – Betriebsartauswahl) übertragen
wird.
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Ein mit TCAS II ausgerüstetes Flugzeug kann
andere Flugzeuge innerhalb eines Radius von ungefähr 32 km
des mit TCAS II ausgerüsteten
Flugzeuges überwachen.
(In US-Patent Nr. 5,805,111, Method and Apparatus for Accomplishing
Extended Range TCAS (Verfahren und Vorrichtung zum Erreichen von
TCAS mit erweiterter Reichweite) wird ein TCAS mit erweiterter Reichweite
beschrieben. Wenn ein eindringendes Flugzeug als Drohung festgestellt wird,
macht das TCAS II-System den Pilot auf die Gefahr aufmerksam und
gibt ihm Richtung und Entfernung des eindringenden Flugzeugs. Wenn
die Bedrohung nicht beseitigt wird und ein Zusammenstoß oder Fastzusammenstoß wahrscheinlich
ist, dann empfiehlt das TCAS II-System dem Pilot, beispielsweise
durch Steig- oder Sinkflug ein Ausweichmanöver durchzuführen, um
einen Zusammenstoß zu
vermeiden.
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In der Vergangenheit sind zusätzlich zu
den obenbeschriebenen Systeme entwickelt worden, um Kollisionsvermeidung
für im
Verband fliegende Flugzeuge zu bieten. Eine Art von System wird
durch AlliedSignal Aerospace bereitgestellt und ist als ETCAS (Enhanced
Traffic Alert Collision Avoidance System – Erweitertes TCAS) bekannt.
Das ETCAS bietet normale Kollisionsvermeidung und -überwachung
und einen Verband-/Suchmodus für
militärspezifische
Missionen.
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Das ETCAS von AlliedSignal ist auf
mehrere Weisen unzureichend. Als erstes hält das ETCAS, wenn ein Flugzeug
sich dem Verband anschließt, nicht
selbst, oder in Verbindung mit irgendeinem anderen Bordsystem, die
Flugzeugposition und seinen Abstand im Verband. Das ETCAS ist einfach
ein Werkzeug für
das Situationsbewußtsein,
mit dem durch Empfang des vom Transponder des Flugzeuges übertragenen
Codes Mode 3/A Verbandmitglieder bezeichnet werden; das ETCAS steht
nicht mit anderen Flugzeugsystemen in Verbindung, um Verbandpositionsfehler
zu kompensieren. Das ETCAS ist eigentlich ein Flugzeugverbandmitgliedidentifikations- und Rendezvous-System,
das als wahres Kollisionsvermeidungssystem zur Positionierung im
Verband unzureichend ist. Als zweites zeigt die ETCAS-VSI/TRA-Anzeige (Vertical
Speed Indicator/Traffic Resolution Alert – Variometer/Verkehrsauflösung) nicht die
relative Geschwindigkeit (den Entfernungsunterschied) des führenden
Verband und der zugehörigen
Flugzeuge an. Ohne die Anzeige der relativen Geschwindigkeit von
Verbandflugzeugen auf der VSI/TRA-Anzeige ist das ETCAS kaum wirkungsvoll.
Der Pilot besitzt daher keinen Bezugswert für die relative Geschwindigkeit,
um Verbandposition mit dem führenden
Flugzeug zu halten, besonders während
kritischer Wendemanöver.
Als drittes beruht das ETCAS-Verband/Suchmodusverfahren vollständig auf
aktiven TCAS-Abfragen.
Transponderabfragen und die sich ergebenden Antworten des Transponders
im Modus S steigern die HF-Empfangsstörung bei
einem großen
Flugzeugverband bedeutsam und könnten
die Wirksamkeit der Aufrechterhaltung von präzisen Positions-/Abstandkriterien herabsetzen.
Zusätzlich
hindert der erhöhte
Gesamtpegel von HF einen großen
Verband stark daran, einen Luftraum unerkannt versteckt zu durchfliegen.
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In vorherigen Systemen bietet sich
ein weiteres Problem, wobei eine Positionhalteeinrichtung (SKE)
auf existierenden Militärflugzeugen
einen Verband von nur 16 Flugzeugen unterstützen kann.
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In US-A-5570095 ist ein ADS-System
(automatic dependent surveillance – automatische abhängige Überwachung)
zum Verfolgen von Flugzeugen offenbart.
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Die folgende kurze Beschreibung der
Erfindung soll das Verständnis
einiger der einmaligen Neuerungen der vorliegenden Erfindung erleichtern, aber
keine vollständige
Beschreibung darstellen. Eine vollständige Einschätzung der
verschiedenen Aspekte der Erfindung kann nur durch eine Gesamteinsicht
in die Beschreibung insgesamt, die Ansprüche, die Zeichnungen und die
Zusammenfassung gewonnen werden.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt
ein System und Verfahren zum Aufrechterhalten der Flugzeugposition
und des sicheren Abstandes einer großen Flugformation von Flugzeugen,
wie diejenigen Arten von Militärverbänden, die
einen strategischen Brigaden-Fallschirmabwurf durchführen, obwohl
sie für
jeglichen Luftfahrtdienst mit der Anwendung von Flugzeug-Verbandflugeinheiten
benutzt werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines neuen Anzeigeformats
zur Verwendung mit einem passiven TCAS-(Traffic Alert and Collision
Avoidance System) und Mode-S-Datenübermittlungstransponder
zur Bereitstellung von verteilter verbandinterner Steuerung unter
mehreren Zellen von Verbandflugzeugen.
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In einer Ausführungsform umfaßt die vorliegende
Erfindung einen Datenübermittlungstransponder
mit Betriebsartauswahl (Mode-S), der ADS-B-Daten (Automatic Dependent
Surveillance Broadcast) erzeugt und überträgt. Diese ADS-B-Daten enthalten Flugzeugpositionsinformationen
des Mutterflugzeugs. Auch enthält
die vorliegende Erfindung einen passiven TCAS-(Traffic Alert and
Collision Avoidance System) Rechner in Kommunikation mit dem Mode-S-Transponder.
Das TCAS empfängt
und verarbeitet Rundsendedaten von einem anderen Datenübermittlungstransponder,
der sich an Bord eines anderen Flugzeuges befindet (z. B. einem
Folgeflugzeug innerhalb einer Zelle), um relative Flugzeugposition
des Mutterflugzeuges in bezug auf das andere Flugzeug zu bestimmen.
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In einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steht ein Datenübermittlungs-Mode-S-Transponder mit einem
TCAS-Rechner in Verbindung. Der TCAS-Rechner empfängt und verarbeitet
die Rundsendedaten vom Transponder. Der TCAS-Rechner steht ebenfalls
in Verbindung mit einem Flugmissionsrechner, der die Rundsendedaten
vom TCAS-Rechner empfängt
und auf Grundlage der Rundsendedaten Steuerbefehle erzeugt. Die
vorliegende Erfindung enthält
eine hochratige digitale Kommunikationsstrecke, die funktionsmäßig mit dem Missionsrechner
verbunden ist, der zur Übertragung der
Steuerbefehle zu einem anderen mit einem Transponder ausgerüsteten Flugzeug
benutzt wird, wo die Steuerbefehle durch das andere Flugzeuge verarbeitet
werden. Das andere Flugzeug benutzt die Steuerbefehle, um sich in
bezug auf das Mutterflugzeug zu positionieren. Das kann entweder
mit einer Positionhalteeinrichtung oder einer Flugzeugselbststeuerung
erreicht werden.
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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die Schritte
des Bereitstellens eines Transponders (in einem oder mehreren Flugzeugen),
der ADS-B-Rundsendedaten
zur Bestimmung der relativen Flugzeugposition erzeugt und überträgt, und
das Bereitstellen eines TCAS-Rechners an Bord eines Mutterflugzeuges.
Das TCAS steht in Kommunikation mit dem Transponder und empfängt und
verarbeitet ADS-B-Rundsendedaten
vom Transponder. Das Verfahren umfaßt den Schritt des (automatischen) Positionierens
und Abstandhaltens der Flugzeuge in bezug aufeinander beim Verbandflug
auf Grundlage der Rundsendedaten unter Verwendung von beispielsweise
Flugselbststeuerungs- oder
Positionhaltemitteln. Das Verfahren umfaßt weiterhin die Schritte des
Bereitstellens eines Missionsrechners in Kommunikation mit dem TCAS-Rechner, Übertragen
der Rundsendedaten vom TCAS-Rechner zum Missionsrechner; Verarbeiten
der Rundsendedaten; und selektives Übertragen der verarbeiteten
Rundsendedaten zwischen den Flugzeugen über eine hochratige Datenstrecke.
Der Schritt des Verarbeitens umfaßt weiterhin den Schritt des
Berechnens der Entfernung, des Entfernungsunterschiedes, der relativen Höhe, des
Höhenunterschiedes
und der Richtung des Zielflugzeuges aus den vom Mode-S-Transponder
empfangenen Rundsende(ADS-B-)Daten zur Bestimmung, ob ein Flugzeug
in den Luftraum der mit TCAS ausgerüsteten Flugzeuge eindringt.
Der Schritt des selektiven Übertragens
wird beispielsweise unter Verwendung einer einmaligen Flugkennung des
bestimmten Flugzeuges durchgeführt.
Auch umfaßt
das Verfahren die Schritte des Warnens des Piloten des Flugzeuges,
wenn ein Eindringling einen vordefinierten Umkreis von im Verband
fliegenden Flugzeugen durchdringt, und Anzeigens des Entfernungsunterschiedes
oder der relativen Geschwindigkeit des Flugzeuges innerhalb einer
vordefinierten Zelle bzw. eines vordefinierten Luftraums. Das Verfahren
umfaßt
weiterhin den Schritt des Verhinderns, daß ATCRBS-Nachrichten (Air Traffic Control Radar Beacon
System) durch den Mode-S-Transponder gesendet werden.
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Die vorliegende Erfindung ist in
der Lage, einen Flugverband von 250 Flugzeugen durch verteilte Steuerung
von mehreren Zelleneinheiten des Flugzeugverbandes zu unterstützen. Um
Verbandposition innerhalb von 152 m bis 185 km (500 ft bis 100 nm) voneinander
auf allen IFR-Höhen
(Instrument Flight Rules) zu halten, bedient es sich eines passiven Überwachungsverfahrens.
Aktualisierte Flugzeugpositionsinformationen werden periodisch (z.
B. zweimal pro Sekunde) rundgesendet. Diese periodischen Übertragungen
des Mode-S-Transponders von ADS-B-Informationen (Automatic Dependent
Surveillance Broadcast) werden zu den TCAS anderer mit TCAS ausgerüsteter Flugzeuge
gesendet und von diesen empfangen. Diese erweiterte ADS-B-Datenübertragung
wird hier auch als GPS-Daten (Global Positioning System) oder ungewollte
Transponderauslösungs-(Squitter-)Daten
bezeichnet. Flugzeugpositionen, relative Höhe und Geschwindigkeit werden
auf der VSI/TRA-Anzeige (Vertical Speed Indicator/Traffic Resolution
Advisory – Variometer/Verkehrsauflösung) (z.
B. einer Kathodenstrahlröhre
oder einem Flachbildschirm) dargestellt und im Datenfusionszentrum
des IFPCAS (Intra-Formation Positioning Collision Avoidance System – verbandinternen
Positionierungs-Kollisionsvermeidungssystem) des Flugzeugmissionsrechners
verarbeitet. Der Missionsrechner empfängt Daten vom TCAS-Rechner,
verarbeitet die Daten, um beispielsweise Entfernung und Entfernungsunterschied
zu erhalten, und dann versetzt der Missionsrechner die Daten in
ein von externen Geräten
wie beispielsweise der Positionhalteeinrichtung nutzbares Format.
Es werden Steuerbefehle erzeugt und an die verschiedenen oder einzelne
Verbandflugzeuge verteilt. Die Steuerbefehle werden unter Verwendung
einer Flugzeug-Positionhalteeinrichtung
(die auch zur Aufrechterhaltung von Hubschrauberpositionierung benutzt
werden kann) oder Selbststeuermittel ausgeführt. Durch das passive Überwachungsverfahren
der vorliegenden Erfindung wird die Entfernung bedeutend verringert,
bei der ein großer Flugzeugverband
erkannt werden kann, und die sich ergebende niedrigere HF-Störung unterhält ununterbrochene
Positions- und Abstandkorrekturaktualisierungen.
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Mit der vorliegenden Erfindung werden
mehrere Probleme überwunden,
einschließlich
der Bereitstellung eines Mittels zur Positionierung und Abstandhaltung
von Flugzeugen in einem äußerst großen Flugverband
(z. B. 100 Flugzeuge) unter Nacht-/Instrumentenflugbedingungen unter
Verwendung von ADS-B-Informationen und hochratigen Datenstrecken
(und dazugehörigen
Antennen) zur Verteilung von verbandinternen Steuerbefehlen; Verwendung
des Flugzeug-Missionsrechners als Datenfusionszentrum zur Erzeugung
von Steuerbefehlen auf Grundlage von vom TCAS empfangenen aufgenommenen
ADS-B-Informationen und Verringerung der Menge an HF-Störung, die
sich aus der gleichzeitigen TCAS-Abfragen und Mode-S-Transponderantworten
ergeben, ist aber nicht darauf begrenzt. Dank der vorleigenden Erfindung
kann unter Nacht- und IMC-Flugbedingungen ein sicherer Abstand zwischen
2 bis 100 und bis zu 250 Flugzeugen aufrechterhalten werden. Mit
der vorliegenden Erfindung wird Flugzeugposition-/Abstandhaltung
bei auswählbaren Bereichen
von 152 m bis 185 km (500 ft bis 100 nm) auf allen IFR-Höhen (Instrument
Flight Rules) ermöglicht.
Die vorliegende Erfindung ist eine integrierte Flugzeug-Position-/Abstandhalte-Steuerungslösung.
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Die neuartigen Merkmale der vorliegenden Erfindung
werden dem Fachmann bei Untersuchung der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung offenbar oder werden durch Ausübung der
vorliegenden Erfindung deutlich. Man sollte jedoch verstehen, daß die ausführliche
Beschreibung der Erfindung und die bestimmten dargestellten Beispiele,
obwohl sie gewisse Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung anzeigen, nur Darstellungszwecken dienen,
da dem Fachmann verschiedene Änderungen
oder Abänderungen
innerhalb des Rahmens der Erfindung aus der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung und den Ansprüchen offenbar werden werden.
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Die beiliegenden Figuren, in denen
gleiche Bezugsziffern sich auf identische oder funktionsmäßig ähnliche
Elemente in den gesamten getrennten Ansichten beziehen, und die
in der Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden,
dienen zur weiteren Erläuterung
der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der ausführlichen Beschreibung
der Erfindung zur Erläuterung
der Grundsätze
der vorliegenden Erfindung.
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1 (Stand
der Technik) ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen TCAS-Systems.
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2 ist
ein Diagramm der Bestandteile eines beispielhaften Flugzeugverbandes.
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3 ist
ein Blockschaltbild einer Ausführungsform
des Kollisionsvermeidungssystems für Flüge im engen Verband gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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4 ist
ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform des Kollisionsvermeidungssystems
für verbandinterne
Positionierungsflüge
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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5 ist
ein ausführlicheres
Blockschaltbild der Ausführungsform
der 4 (der Architektur
des verbandinternen Kollisionsvermeidungssystems) gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
ein Aufriß einer TCAS-VSI/TRA-Anzeige
mit angezeigter relativer Geschwindigkeit (Entfernungsunterschied)
von Verbandflugzeugen gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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7 ist
ein Flußdiagramm
der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten
Methodik gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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8 ist
ein Flußdiagramm
der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten
Methodik gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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9 ist
ein Flußdiagramm
der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten
Methodik gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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10 ist
ein Flußdiagramm
der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten
Methodik gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die vorliegende Erfindung ist zur
Verwendung mit einem passiven CAS-System (Collision Avoidance System)
nach der Beschreibung in der gleichzeitig anhängigen Anmeldung mit dem Titel „Close/Intra-Formation
Positioning Collision Avoidance System and Method" (Kollisionsvermeidungssystem
und -verfahren zur Positionierung im engen Verband bzw. verbandinternen
Positionierung) (WO00/41000) ausgelegt. Ein passives CAS-System (Collision
Avoidance System) wird durch die vorliegende Erfindung implementiert,
um einen auswählbaren
Abstand zwischen Verbandszellen und Folgeflugzeugen in jeder Zelle
unter Verwendung eines integrierten Steuersystems zu halten. Das
passive CAS wird dadurch erreicht, daß die vorliegende Erfindung
eine zentrale Steuerung und eine dezentrale Ausführung mehrerer Flugzeugverbandzellen
benutzt. Die vorliegende Erfindung benutzt TCAS- und GPS-Squitter-Daten
(Global Positioning System) von einem Mode-S-Transponder. Die Begriffe
GPS-Squitter, Mode-S-Squitter und ADS-B bedeuten dasselbe und werden
in der gesamten Beschreibung der vorliegenden Erfindung austauschbar
zur Beschreibung erweiterter Datenübertragung benutzt.
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Das Sammeln einer großen Anzahl
von Verbandflugzeugen (z. B. für
einen massiven militärischen
Fallschirmabwurf unter IMC- und Nachtflugbedingungen) ist ein Problem
der Positionierung/Abstandssteuerung, das durch die vorliegende
Erfindung in zwei Teilen implementiert wird:
- 1)
Abänderung
oder Verstärkung
eines herkömmlichen
TCAS, z. B. Honeywell TCAS-2000 (Produkt-Nr. RT-951), um einen Flug
im engen Verband ohne unnötige
Verkehrshinweise oder Auflösungshinweise
zu erlauben; und
- 2) Benutzung von Daten von einem Mode-S-Transponder zur Verarbeitung
von Flugzeugposition und eine externe Hochfrequenz-(z. B. VHF-,
UHF-)Datenstrecke (Sender und Empfänger) mit zugehörigen Antennen,
zur Weitergabe von Daten wie beispielsweise ADS-B und verbandinternen
Steuerbefehlen zwischen Flugzeugen.
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Bezugnehmend auf 2 ist dort ein beispielhafter Flugzeugverband
dargestellt, dessen Mitglieder auf eine Abwurfzone 260 zufliegen,
für die
ein IFPCAS-System (Intra-Formation Positioning Collision Avoiding
System – Kollisionsvermeidungssystem für verbandinterne
Positionierung) notwendig ist. Benachbarte Flugzeuge, die nahe beieinander
fliegen, aber nicht Teil derselben Zelle sind, könnten einen sicheren Abstand
unter Verwendung passiver TCAS-Erkennung und -Verarbeitung aufrechterhalten.
Ein großer
Verband (Hauptzelle) 200 kann in kleinere Zellen (210, 220, 230, 240)
aufgespaltet sein, wobei ein Zellenführer (225, 235, 245)
für die Aufrechterhaltung
von Flugzeugabstand unter Zellennachfolgern (212, 222, 232, 242)
verantwortlich ist. Eine Zelle wird als ein kleinerer Verband von
annähernd
2–50 Flugzeugen
definiert. Ein großer
Verband (bis zu 250 Flugzeugen) 200 enthält viele
Zellen. Ein Hauptverbandführer
(MFL – Master
Formation Leader) 250 ist dafür verantwortlich, den Abstand unter
den mehreren Zellen (210, 220, 230, 240)
aufrechtzuerhalten, die den gesamten Verband 200 bilden
(der MFL wirkt als Bake für
die Verbandnachfolger).
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Vom MFL 250 wird der Zellenabstand
unter Verwendung von Informationen aufrechterhalten, die periodisch
vom Transponder des Zellenführers
rundgesendet werden, insbesondere GPS-Squitter-Daten (Global Positioning
System). Der MFL 250 empfängt die Daten vom Flugzeug
jedes Zellenführers
(225, 235, 245). Das Flugzeug jedes Zellenführers (225, 235, 245)
wird durch eine einmalige 24-Bit-Mode-S-Adresse identifiziert. Die
präzise
Positionslage von Verbandszellen und sonstigen mehrfachen Verbänden könnte mit
GPS-Squitter-Daten genau verfolgt werden. Vom MFL 250 werden
die Daten aller Zellenpositionen verschmolzen; diese Datenfusion wird
in dem IFPCAS-Datenfusionszentrum des Flugleitsystems (FMS – Flight
Management System) des MFL, wie unter Bezugnahme auf 5 dargestellt und besprochen,
erreicht. Einzelne Zellensteuerbefehle werden über die Mode-S-Datenstrecke
zum Flugzeug des Zellenführers
(225, 235, 245), wie gezeigt und unter
Bezugnahme auf 4 besprochen, übertragen.
Steuerbefehle werden durch ihre einmalige 24-Bit-Mode-S-Adresse zu einzelnen
Zellenführern
geleitet. MFL 250, Zellenführer (225, 235, 245) und
Zellennachfolger können
durch ihre 24-Bit-Mode-S-Adresse und/oder Flugkennung identifiziert werden,
die jedem Flugzeug zugewiesen und als Teil der bestehenden Mode-S-Nachrichtenarten übertragen
werden.
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Die Zellenführer (225, 235, 245)
verarbeiten dann die Steuerbefehle in ihrem eigenen FMS und verteilen
Steuerbefehle an ihre Elementflugzeuge in ihrer Zelle. Einzelne
Zellenflugzeuge befolgen den Steuerbefehl, wenn sie dahingehend
adressiert werden, über
die digitale Datenverbindung ihres Positionhaltesystems mit dem
Zellenführer.
Man sollte beachten, daß jede
Mode-S-Nachricht
eine zyklische Redundanzprüfung
(24-Bit-Fehlererkennungscode) zur
Verhinderung eines Empfangs von falschen Informationen durch das
Flugzeug enthält.
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GPS-Squitter könnte auch auf ähnliche
Weise dazu benutzt werden, mehreren Verbänden zu ermöglichen, miteinander zu fliegen
und Position/Abstand in auswählbaren
Entfernungen zu halten. Im Falle mehrerer Verbände empfängt ein Super-Hauptverbandführer (SMFL – Super
Master Formation Leader) ADS-B-Informationen von den MFL. Vom SMFL werden
die verschmolzenen Daten verarbeitet und Steuerbefehle zu Verbandelement-Hauptführern verteilt,
um Position und Abstand zwischen mehreren Verbänden zu halten.
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Durch diesen Ansatz der verteilten
Verbandpositionierungssteuerung werden einzelne Fehlerstellen vermieden
und die Flexibilität
geboten, die Pflichten des MFL 250 und Zellenführers (225, 235, 245)
an untergeordnete Verbandflugzeuge zu übertragen.
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3 zeigt
eine graphische Beschreibung des passiven Überwachungssystems der vorliegenden
Erfindung, das dazu benutzt wird, Kollisionsvermeidung im engen
Verband zu erreichen. Die hier benutzte passive Überwachung bedeutet, daß Kollisionsvermeidung
im engen Verband ohne aktive TCAS-Verkehrshinweis-Abfragen erreicht
werden kann. Herkömmliche
TCAS arbeiten mit aktiven TCAS-Verkehrshinweis-Abfragen. Passive Überwachung
kann über
GPS-Squitter-Rundsendung des Mode-S-Transponders und nachfolgendem TCAS-Empfang
und Verarbeitung dieser Daten zur Anzeige der Flugzeugposition erreicht
werden.
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3 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Obwohl nur zwei Flugzeugsysteme dargestellt
sind, sollte es dem Fachmann klar sein, daß mehrere Flugzeuge ein ähnliches
Verhältnis
wie das zwischen Flugzeug Nr. 1 und Nr. 2 dargestellte aufweisen
werden. Im Verband würde
das Flugzeug Nr. 1 den MFL darstellen. Die Funktionsweise von TCAS
und jeder dargestellten Komponente sind in der Technik wohlbekannt
und müssen
nicht ausführlich
beschrieben werden. Gewisse Transponder von Flugsicherungssystemen, wie
beispielsweise der Mode-S-Transponder, enthalten einmalige Flugzeugkennungen,
so daß jede Nachricht
von einem Zielflugzeug mit der Kennung des Zielflugzeuges gestempelt
werden kann. ADS-B-Nachrichten werden vom Mode-S-Transponder 360 in
einem vorbestimmten Zeitabstand, z. B. periodisch ein- oder zweimal
pro Sekunde, rundgesendet und enthalten die geographischen Koordinaten
(Breiten- und Längengrad)
des Flugzeuges, magnetischer Steuerkurs, Geschwindigkeit, geplanter Flugweg,
Druckhöhe
und Flugkennung usw. des jeweiligen Flugzeuges. Diese ADS-B-Datenmenge wird über eine
Busschnittstelle, z. B. hochratige ARINC 429-Busschnittstelle aus GPS, INS (Inertial Navigation
System) und FMS (Flight Management System) (nicht gezeigt) des Flugzeuges
abgeleitet und für
den Mode-S-Transponder 360 bereitgestellt. Durch
das mit TCAS ausgerüstete
Flugzeug empfangene ADS-B-Daten werden verarbeitet und im Cockpit
angezeigt, um einer Flugbesatzung eine bessere Bewertung von möglichen
Konflikten zu ermöglichen. Das
TCAS 350 wird durch Software manipuliert, um die Mode-S-Squitter-Informationen zu
empfangen und die Positionen von zielnahen Flugzeugen zu berechnen.
Zielentfernung, Entfernungsunterschied, relative Höhe, Höhenunterschied
und Richtung werden aus diesen vom Mode-S-Transponder empfangenen ADS-B-Daten
berechnet, um zu bestimmen, ob ein Flugzeug in den Luftraum des
mit TCAS ausgerüsteten
Flugzeugs Nr. 1 eindringt. In einem Verband darf wegen der Hochfrequenzstörung und
Unfähigkeit
der FAA-Flugsicherung,
mehrere Echos in einem sehr kleinen Bereich zu entziffern, nur das
Führungsflugzeug
irgendwelche Bodenabfragen antworten. Was die Genauigkeit angeht,
benutzt die vorliegende Erfindung GPS-INS-Daten, die von einem eindringenden
Flugzeug rundgesendet werden, was eine genaue Berechnung der Position
mit einem Fehler von nicht mehr als 10 m in den meisten Fällen, anstatt
einer relativen Positionsberechnung erlaubt. Relative Höhe, Höhenunterschied,
Entfernung und relative Geschwindigkeit (Entfernungsunterschied)
sind alle von kritischer Bedeutung bei der Vermeidung einer Kollision
bei der vorliegenden Erfindung. Andere Parameter des Zielflugzeuges
werden zum Ableiten von Absicht und Annäherungsgeschwindigkeit berücksichtigt.
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Das TCAS 350 des Flugzeuges
Nr. 1 empfängt
ADS-B-Daten vom Mode-S-Transponder 360' des Flugzeuges Nr. 2 über die
Datenverbindung des Mode-S-Transponders mit einer vorbestimmten
Frequenz, beispielsweise 1090 MHz. Auf ähnliche Weise überträgt der Mode-S-Transponder 360 des
Flugzeuges Nr. 1 ADS-B-Daten zum TCAS 350' des Flugzeuges Nr. 2 über die
Datenverbindung seines Mode-S-Transponders.
Das TCAS 350 steht in Kommunikation mit dem Mode-S-Transponder 360 über den Bus 370,
z. B. ARINC 429-Busschnittstelle. Der Mode-S-Transponder 360 beliefert
das TCAS mit Höheninformationen
des Flugzeuges, die aus dem Flugdatenrechner (ADC – Air Data
Computer) 340 abgeleitet sind. ADS-B-Daten 310,
wie Breitengrad, Längengrad,
Geschwindigkeit, geplanter Flugweg usw. werden vom GNSS/INS-System 330 (Global
Navigation Satellite System/Inertial Navigation System) dem TCAS 350 (über das
nicht dargestellte Flugleitsystem FMS) und dem Mode-S-Transponder 360 zugeführt. ADS-B-Daten 320 wie
beispielsweise Höhe
werden dem Mode-S-Transponder 360 vom ADC 340 zugeführt.
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Die ADS-B-Nachrichten, auf hier Bezug
genommen wird, umfassen fünf „verlängerte" Squitter-Nachrichten:
(1) Verlängerte
Squitter-Nachricht Flugposition; (2) verlängerte Squitter-Nachricht Fluggeschwindigkeit;
(3) verlängerte
Squitter-Nachricht Bodenposition; (4) verlängerte Squitter-Nachricht Flugzeugkennung
und (5) ereignisgesteuerte Squitter-Nachricht. Für den Verbandflug benutzt die
vorliegende Erfindung hauptsächlich
Nachrichtenformate (1) und (2) für
passive Implementierungen in der Luft in den folgenden Absätzen besprochen
werden. Zusätzliche
Informationen hinsichtlich dieser ADS-B-Nachrichten sind aus AEEC
(Airlines Electronic Engineering Committee) RRINC (Aeronautical Radio
Inc.), Verbreitung des Entwurfs 2 des Projektreferats 718A „MARK 4
AIR TRAFFIC CONTROL TRANSPONDER (Flugsicherungstransponder Mark 4(ATCRBS/MODES-S)," 12. September 1997
ersichtlich.
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Die verlängerte Squitter-Nachricht Flugposition
wird nur dann abgegeben, wenn das Flugzeug in der Luft ist. Die
verlängerte
Squitter-Nachricht Flugposition enthält aus den Navigationshilfsmitteln
(GPS und INS) des Flugzeuges abgeleitete Positionsinformationen.
Die verlängerte
Squitter-Nachricht für Flugposition
wird als Mode-S-Downlinkformat-Nachricht 17 (DF 017) übertragen,
das dem Fachmann bekannt ist. Die Nachricht wird zweimal pro Sekunde
in zufallsmäßigen Abständen abgegeben,
die gleichförmig
im Bereich von 0,4 bis 0,6 Sekunden relativ zu der vorherigen Abgabe
einer verlängerten
Squitter-Nachricht Flugposition verteilt sind.
-
Die verlängerte Squitter-Nachricht Fluggeschwindigkeit
wird nur dann abgegeben, wenn das Flugzeug in der Luft ist. Die
verlängerte
Squitter-Nachricht Fluggeschwindigkeit enthält aus Navigationshilfsmitteln
(GPS, INS) des Flugzeuges abgeleitete Geschwindigkeitsinformationen.
Die verlängerte
Squitter-Nachricht Fluggeschwindigkeit wird als Mode-S-Downlinkformat-Nachricht
17 (DF 017) übertragen,
das dem Fachmann bekannt ist. Die Nachricht wird zweimal pro Sekunde
in zufallsmäßigen Abständen abgegeben,
die gleichförmig
im Bereich von 0,4 bis 0,6 Sekunden relativ zu der vorherigen Abgabe
einer verlängerten
Squitter-Nachricht Fluggeschwindigkeit verteilt sind.
-
Es ist wichtig zu beachten, daß das TCAS 350 in
einem passiven Modus arbeitet, das heißt, anstelle einer aktiven
Abfrage anderer Flugzeuge empfängt
und verarbeitet es Daten. Bei herkömmlichen TCAS-Operationen teilen
sich das TCAS und der Mode-S-Transponder
manchmal Koordinationsnachrichten genannte Auflösungshinweisinformationen, wenn
das TCAS im aktiven Abfragemodus arbeitet. Bei der vorliegenden
Erfindung ist die aktive Abfrage des TCAS gesperrt, wenn es sich
in seinem Verbandflugmodus befindet.
-
Rundgesendete Mode-S-Squitter-Daten
sind nicht nur der Schlüssel
zur Kollisionsvermeidung im engen Verband, sondern auch der Schlüssel zur
effektiven Steuerung der relativen Position zellularer Verbandeinheiten
innerhalb der größeren Verbandgruppe.
Das hier dargestellte verbandinterne Positionierungssystem beruht
auf einem verteilten Verband-Zellensteuerungsschema, das ADS-B-Squitter-Nachrichten
des Mode-S-Transponder, TCAS-ADS-B-Informationsverarbeitung,
Zielkursverarbeitung vom Missionsrechner und die Bord-SKE des Flugzeuges
nutzt. Bei dieser Lösung
wird durch einen MFL Zellenpositionierung unter Verwendung der ADS-B-Informationen aufrechterhalten,
die periodisch vom Mode-S-Transponder des Zellenführers rundgesendet
werden.
-
Bezugnehmend auf 4 ist dort eine alternative Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bei Betrieb im IFPCAS-Modus dargestellt.
Ein Missionsrechner 410 und eine SKE 380 kommunizieren mit
dem TCAS 350 wie oben in Bezug auf 3 beschrieben. Eine geeignete SKE umfaßt die von
Sierra Research, einem Unternehmensbereich von Sierra Technologies
Inc., erhältlichen
Produkte AN/APN-169C oder AN/APN-240, obwohl Einzelheiten der SKE
für ein
Verständnis
der vorliegenden Erfindung nicht notwendig sind. In der 5 ist ein Diagramm dieser
Systemarchitektur auf höherer
Ebene dargestellt.
-
Obwohl in der 4 nur zwei Flugzeuge dargestellt sind,
würde ein äußerst großer Verband
(z. B. 250 Flugzeuge), der aus mehreren Verbandeinheiten besteht,
auf ähnliche
Weise fungieren. Eine Lösung mit
passiver Überwachung
könnte
gleichermaßen wirksam
dabei sein, zu ermöglichen,
daß mehrere Verbände miteinander
fliegen und Verbandposition/-abstand in auswählbaren Entfernungen von 152 m
bis 185 km (500 ft bis 100 nm) auf allen IFR-Höhen bewahren. In diesem Szenario
empfängt
ein „Super-MFL" MFL-ADS-B-Positionsinformationen
und erzeugt Steuerbefehle, die hierarchisch wie oben beschrieben
verteilt werden.
-
Ein Haupt-Verbandführer (siehe
z. B. MFL der 2) kommuniziert
mit einem Zellennachfolger. Das TCAS 350 liefert dem Missionsrechner 410 einen
vollen Satz von aus ADS-B abgeleiteten Kursdaten. Der Missionsrechner 410 wählt Verbandzellenführer nach
der einmaligen 24-Bit-Mode-S-Adresse des
Flugzeugs aus. Zelleneinheitspositions- und -abstandsinformationen
werden vom Bord-Missionsrechner 410 berechnet,
und die resultierenden Steuerbefehle werden an die Zellenverbandführer über die
Hochfrequenz-Datenstrecke 390 verteilt. Steuerbefehle werden
von der Hochfrequenz-Empfangsreihe zum Missionsrechner 410' des Zellenführers weitergegeben,
der sie wiederum zur SKE 380' weitergibt.
Der Missionsrechner 410 liefert Flugzeugführungsbefehle
an seine SKE 380 über
den Bus 385 auf Grundlage der vom TCAS 350 empfangenen
Daten. Folgeflugzeuge führen
dann die SKE-Befehle des Zellenführers
aus, wozu eine Reihe von Befehlen wie beispielsweise Längsneigung,
Rollbewegung und Schub gehören
können,
um die Position im Verband aufrechtzuerhalten. Die in 5 gezeigte Systemarchitektur
ist mit im Missionsrechner 410 als Softwarefunktionen oder
als getrennte VME-Verarbeitungscard
implementierter IFPCAS-Steuerung, Datenfusion und Steuerungsregeln
veranschaulicht. Mehrfunktionsanzeigen (MFD – Multi-function Displays) 550 könnten als
Alternative zur VSI/TRA-Anzeige 600 des TCAS zur Anzeige der CAS-Informationen
des Verbands benutzt werden. Auf den MFD könnten anstatt von oder zusätzlich zu
VSI/TRA 600 die TCAS-Ziele angezeigt werden.
-
Es ist wichtig, daß beachtet
wird, daß die Auswahl
von Verbandmitgliedern unter Verwendung der einmaligen 25-Bit-Mode-S-Adresse
bewirkt werden kann, die am Ende jeder GPS-Squitter-Übertragung
rundgesendet wird. Zusätzlich
kann ein zweites Mittel von Mitgliederauswahl durch Verwendung der Flug-ID
erlangt werden, die ebenfalls als Teil der verlängerten Mode-S-Nachricht übertragen
wird.
-
Nichtplatzhaltende Flugzeugverbände (z.
B. Lufttanker-Zellenverbände) können auf ähnliche Weise
behandelt werden. In der Tat können
mit TCAS ausgerüstete
Lufttanker Mode-S-ADS-B-Informationen unter Verwendung der selektiven 24-Bit-Adresse
oder Flug-ID, die in der Mode-S-Squitter-Nachricht übertragen
werden, zum Rendezvous mit bestimmten Verbandflugzeugen benutzen.
Diese nichtplatzhaltenden Flugzeuge könnten Position und Abstand
innerhalb der Verbandeinheit durch den Empfang von Mode-S-Squitter-ADS-B-Daten
vom MFL und/oder dem Zellenführerflugzeug
und Umkonfigurieren der Missionsdaten des Flugzeuges entsprechend
den Mode-S-Squitter-ADS-B-Daten
aufrechterhalten. Auf ähnliche
Weise könnten
Rendezvous-Flugzeugführungsbefehle durch
ihre Missionsrechner unter Verwendung der ADS-B-Kursdaten des bedienten Flugzeuges erzeugt
werden. Dies ist ein weiteres Beispiel, wo die einmalige Mode-S-Adresse zum selektiven
Verfolgen eines bestimmten Mitgliedflugzeuges des Verbandes benutzt
werden kann.
-
In 5 ist
eine Ausführungsform
der IFPCAS-Architektur
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. SBA-tragende Flugzeuge (Strategic Brigade
Airdrop – Strategischer
Brigaden-Fallschirmabwurf) fliegen sich einfach selbst unter Verwendung der
obenbesprochenen Positionsmethodik zu dem/der auf der VSI/TRA angezeigten
Bodenziel/Abwurfzone. Der Missionsrechner 410 des Flugzeuges besteht
aus der IFPCAS-Steuerregeln 560 unterworfenen IFPCAS-Steuerung 555,
dem FMS 565, der Datenfusion 570 und der Anzeigenverarbeitung 575.
-
Das Datenfusionselement 570 ist
an periphere (digitale) Datenverbindungseinrichtungen angeschaltet,
um vom TCAS 350, dem Mode-S-Transponder 360, dem
VHF-Datenverbindungsfunk 520, der
SKE 380 und dem Zonenmarkierungsempfänger 510 verfügbare Daten
einzusammeln. Die eingesammelten Daten sind ADS-Daten (Automatic
Dependent Surveillance – Automatische
abhängige Überwachung),
SKE-Daten (Station Keeping Equipment – Positionhalteeinrichtung)
und TCAS-(Traffic
Alert and Collision Avoidance System) und Mode-S-Daten. ADS-Daten
werden von anderen Flugzeugen im Sichtlinienbereich dieses Flugzeuges
und von ATC-Bodenstationen
(Air Traffic Control – Flugsicherung)
empfangen. SKE-Daten werden von anderen, gegenwärtig im Verband mit diesem
Flugzeug fliegenden Flugzeugen empfangen. TCAS/Mode-S-Daten werden
von anderen Flugzeugen im Sichtlinienbereich dieses Flugzeuges und
von ATC-Bodenstationen empfangen.
-
Da diese Daten von mehreren unabhängigen Quellen
empfangen werden, stellen sie unterschiedliche Ansichten der Position
und des Zustandes dieses Flugzeuges in bezug auf andere benachbarte Flugzeuge
dar. Die gesamte Menge von eingesammelten Daten enthält gedoppelte
Daten und möglicherweise
einige widersprüchliche
Daten. Um diese gesamte Datenmenge in logische und konsequente Teilmengen
von Informationen zu korrelieren, die doppelt vorliegende Daten
eliminieren und Widersprüche
in Daten lösen,
werden Datenfusionsalgorithmen benutzt (zum Verständnis der
vorliegenden Erfindung sind keine Einzelheiten notwendig). Dazu gehören mehrere
Teilmengen: eine Teilmenge für
gegenwärtig
im Verband mit diesem Flugzeug fliegende Flugzeuge; eine Teilmenge
für Flugzeuge
in benachbarten oder sich anschließenden Verbänden und eine Teilmenge für Flugzeuge,
die sich im Sichtlinienbereich dieses Flugzeuges befinden, aber
nicht verbandintern zugeordnet sind. Jede Teilmenge von Informationen
enthält
Identifikationsdaten, Positionsdaten, Planungsdaten, Bedrohungsprioritätsdaten und
verbandinterne Daten für
jedes Flugzeug.
-
Die IFPCAS-Steuerung 555 ist
an periphere Datenverbindungseinrichtungen angeschlossen, um ihre
gegenwärtigen
Betriebsarten zu bestimmen. Die IFPCAS-Steuerung 555 empfängt Besatzungs-Befehlseingaben
und Datenfusionsinformationen, um zu bestimmen, welche IFPCAS-Funktionen
zu aktivieren sind. Während
verbandinterner Operationen reagiert die IFPCAS-Steuerung 555 auf Besatzungseingaben
und aktiviert Reglerfunktionen 560, um das Flugzeug unter
Verwendung von Datenfusionsinformationen im Verband zu fliegen.
Zusätzlich
ist die IFPCAS-Steuerung 555 an das FMS 565 angeschlossen
und gibt an dieses Steuerungsdaten für Flugplanänderungen weiter, die mit anderen
Flugzeugen im eigenen Verband koordiniert wurden. Auch reagiert die
IFPCAS-Steuerung 555 auf Besatzungseingaben, um HF- Ausstrahlungen zu
ermöglichen
oder zu minimieren, indem sie Steuerungsdaten zum Mode-S-Transponder 360 und
TCRS 350 sendet. Dadurch wird die Fähigkeit des Gegners, dieses
Flugzeug in oder in der Nähe
von Kriegszonen während Militäroperationen
zu erkennen, minimiert.
-
Die IFPCAS-Reglerfunktionen 560 sind
Reglerfunktionen, die die Datenfusionsinformationen und Eingaben
der IFPCAS-Steuerung 555 zum Verarbeiten von Reglerfunktionsalgorithmen
benutzt, die Luftgeschwindigkeit, Höhe, Steuerkurs und Gashebelsolleinstellungen
für das
AFCS-System (Automatic Flight Control System – Flugzeugselbststeuerung) 530 auf
dem Fachmann offensichtliche Weise berechnen. Da die Reglerfunktionen
herkömmlicher TCAS
dem Fachmann bekannt sind, werden die Reglerfunktionen der vorliegenden
Erfindung auf ähnliche
Weise vom Fachmann implementiert und dabei auch externe Einrichtungen
wie beispielsweise die SKE berücksichtigt.
Das AFCS 530 ist ein herkömmliches Flugzeugselbststeuerungssystem,
das Steuerfunktionen für
Flugleitung, Kurssteuerung und automatische Gashebeleinstellungen
bereitstellt. Das AFCS 530 empfängt Zielwerte für Luftgeschwindigkeit,
Höhe, Steuerkurs
und Gashebeleinstellung vom IFPCAS-Reglerfunktionselement 560,
um dieses Flugzeug innerhalb des eigenen Verbandes zu steuern. Diese
Zielwerte werden dazu benutzt, das Flugzeug im Verband mit anderen
Flugzeugen zu halten und die von der Besatzung eingegebenen Abstandsentfernungen
aufrechtzuerhalten.
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Die CDU (Control Display Units – Steuerungsanzeigeeinheiten) 540 sind
von einem Bediener benutzte Schnittstellen zur Eingabe von Flugparametern
in das FMS 565. Das FMS 565 ist ein herkömmliches
Flugzeug-Flugleitsystem,
das Flugplanrouten und zeitliche und vertikale Führung entlang dieser Routen
bereitstellt. Das FMS 565 empfängt Steuerdaten von der IFPCAS-Steuerung 555,
um koordinierte Flugplanroutenänderungen zwischen
allen Flugzeugen im eigenen Verband zu bewirken.
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Das Anzeigeverarbeitungselement 575 ist eine
herkömmliche
Anzeigenverarbeitungsfunktion, die Informationen für die Flugbesatzung
beispielsweise auf Mehrfunktionsanzeigen (MFD – multi-function displays) 550 darstellt.
Das Anzeigenverarbeitungselement 575 empfängt Anzeigedaten
von den Funktionen der IFPCAS-Steuerung 555 und
der Datenfusion 570. Diese Daten stellen eine integrierte Menge
von CDTI-Informationen (Cockpit Display of Traffic Information – Cockpitanzeige
von Verkehrsinformationen) dar, die eine klare und konzise Darstellung
des Nachbarverkehrs für
verbessertes Situationsbewußtsein
bereitstellt.
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Nicht im Verband fliegende Militärflugzeuge und
Zivilflugzeuge, die in der Lage sind, TCAS-ADS-B-Daten zu empfangen,
können
Verbandflugzeugziele auf ihrer VSITRA 600 sehen (siehe 6). Da Verbandflugzeuge
Auflösungshinweise
nicht weitergeben, müssen
nicht im Verband fliegende ausweichen.
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Vom TCAS 350 werden die
ADS-B-Informationen empfangen und verarbeitet und relative Flugzeugposition
(Entfernung, Richtung und Höhe)
auf der VSI/TRA-Anzeige (Vertical Speed Indicator/Traffic Resolution
Alert) 600 angezeigt. Wenn das TCAS der vorliegenden Erfindung
für IFPCAS-Modus
konfiguriert ist, sind Auflösungshinweise
wegen der großen
Nähe von
Flugzeugen innerhalb der Zelle gesperrt. Natürlich ist die Lehre von Systemen
des Standes der Technik von diesem Merkmal der vorliegenden Erfindung
weggerichtet, da Auflösungshinweise
in diesen anderen Kollisionsvermeidungssituationen gewünscht sind.
-
Der Zonenmarkierungsempfänger 510 emuliert
GPS-Squitter-Rundsendungen
von einem Mode-S-Transponder 360, die den Schlüssel zur
Sicherstellung von Präzisions-Fallschirmabwürfen darstellen.
Das TCAS 350 könnte
die Zonenmarkierung mit einmaliger Symbolik wie hier beschrieben
bezeichnen. Aktualisierungen des Zonenmarkierungsempfängers 510 bis
zu 185 km (100 nm) hinaus scheinen durchführbar. Dies wird jedoch von
den HF-Sendeleistungspegeln abhängig
sein, die für
verschiedene Missionsszenarien geduldet werden können.
-
Das TCAS-2000 (z. B. RT-951) und
der Mode-S-Transponder (z. B. XS-950) von Honeywell können die
einmaligen hier beschriebenen verbandinternen Positionserfordernisse
mit einigen Abänderungen
an der TCAS-2000-Einheit erfüllen.
Diese Änderungen
werden in den nachfolgenden Absätzen
besprochen.
-
Ein abgeändertes oder verstärktes TCAS-2000
ist ein TCAS, das vorzuziehen ist (da es das neueste Produkt ist),
aber andere TCAS-Systeme können
auf dem Fachmann wohlbekannte Weise genauso gut angepaßt und benutzt
werden. Das TCAS-2000 ist ein neues Verkehrswarnungs- und Kollisionsverhütungssystem
und ist von Honeywell erhältlich,
der Firma, die auch das Standard-TCAS II entwickelte (d. h. vor
der hier beschriebenen Modifikation). Merkmale des TCAS 2000 umfassen
einen vergrößerten Anzeigebereich
bis 148 km (80 Seemeilen (nm)), um die Erfordernisse von CNS/ATM (Communication,
Navigation, Surveillance/Air Traffic Management) zu erfüllen; veränderliche
Anzeigebereiche (9,3, 18,5, 37, 74 und 148 km) (5, 10, 20, 40 und
80 nm); 50 Flugzeugspuren (24 innerhalb von 9,3 km (5 nm)); 617
m/s (1200 Knoten) Annäherungsgeschwindigkeit;
183 km/hr (10 000 Fuß pro
Minute) Senkrechtgeschwindigkeit; normale Ausweichmanöver; erweiterte
Ausweichmanöver;
Ausweichmanöverkoordination
und Luft-Boden-Datenverbindung.
-
Für
Darstellungszwecke und nicht als Begrenzung wird zusätzlich zu
seinen anderen Komponenten nach der Darstellung in 4 eine I/O-Karte (Input/Output) 352 (beispielsweise
an einem bestehenden Reserve-Kartenplatz)
im TCAS-2000-Rechner zugefügt.
Diese I/O-Karte 352 bietet
die ADS-B-Datenschnittstelle vom TCAS-2000-Rechner zum Bord-Missionsrechner 410.
Zusätzlich
leitet das TCAS 350 seine gegenwärtige Position, Höhe und Luftgeschwindigkeit
vom GNS/INS ab. Diese Informationen werden unter Verwendung dieser
I/O-Karte 352 zur Verbindung mit dem GPS-Empfänger und INS-Systemen (330)
der Flugzeuge aufgenommen. In der I/O-Karte 352 ist eine Schnittstelle
ARINC 429 zum GNSS/INS 330 aufgenommen, so daß das TCAS
seine eigene geographische Position und Luftgeschwindigkeitsbezugswerte
feststellen kann. Das TCAS empfängt
Höhendaten
vom Mode-S-Transponder über
einen hochratigen Datenbus ARINC 429. Diese Parameter werden
zur präzisen
Berechnung der genauen Entfernung, des Entfernungsunterschiedes,
der Richtung und der relativen Höhe
benachbarter Flugzeuge im Zellenverband benötigt.
-
Zum Verringern des durchschnittlichen
gefilterten Entfernungsfehlers von ca. 37 m auf 25,7 m (72 Fuß auf 50
Fuß) wird
eine Abänderung
an der (nicht gezeigten) Karte der Rechnerverarbeitungseinheit des
TCAS-2000 benötigt.
Auch wird eine Abänderung
an dem Bedienfeld benötigt,
um die IFPCAS-Modusauswahlmöglichkeit
und die 0,93-km-(0,5 nm)Entfernungsauswahlmöglichkeit hinzuzufügen.
-
Ein zu bevorzugender Modus-S-Transponder
ist der Mode-Select-(Mode-S-)
Data Link Transponder von Honeywell (Produkt-Nr. XS-950), der ein voll
ausgestattetes System mit allen gegenwärtig definierten Mode-S-Funktionen ist, aber
mit eingebauter Ausbaufähigkeit
für zukünftiges
Wachstum. Dem Fachmann wird offenbar sein, daß andere Mode-S-Transponder
bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Gegenwärtige Mode-S-Transponder
werden in Verbindung mit TCAS und ATCRBS zur Identifizierung und
Verfolgung von Flugzeugposition einschließlich von Höhe benutzt. Das Produkt Mode-S
Data Link Transponder XS-950 sendet und empfängt Digitalnachrichten zwischen Flugzeugen
und Flugsicherung. Es erfüllt
alle Erfordernisse an einen Mode-S-Transponder nach der Beschreibung
der DO-181A einschließlich Änderung
1. Mit Schnittstellen für
gegenwärtige
Lufttransportanwendungen ist die Einheit auch mit ARINC-Charakteristik 718 kompatibel.
Der Mode-S-Transponder
ist in der Lage, verlängerte
Mode-S-Digitalnachrichten zwischen
Flugzeugen und Bodensystemen zu übertragen
und zu empfangen. Die Datenverbindung bietet eine wirkungsvollere,
positivere und mehr bestätigte
Kommunikation, als mit gegenwärtigen
Sprachsystemen möglich
ist.
-
Von der vorliegenden Erfindung werden
Abänderungen
am herkömmlichen
Mode-S-Transponder erfordert, um Abfrageantworten des ATCRBS (Air Traffic
Control Radar Beacon System) zu sperren, während er sich im IFPCAS-Betriebsmodus befindet. Um
HF-Ausstrahlungspegel weiter zu verringern, umfaßt die vorliegende Erfindung
weiterhin einen externen HF-Leistungs-Stufenteiler, der eine Änderung an
der TCAS-HF-Karte erfordert. Der HF-Sendeleistungspegel von Mode-S beträgt 640 Watt
Spitzenimpulsleistung und 250 Watt Mindestleistung. Ein vom Pilotenplatz
aus gesteuertes externes Dämpfungsglied
verringert die Ausstrahlungspegel für eng benachbarte Flugzeuge,
trägt zur
Verringerung der Erkennungswahrscheinlichkeit bei und verringert
die Möglichkeit,
daß der
L-Band-Empfänger
benachbarter Flugzeuge desensibilisiert wird. Nur der Zellenführer des
Verbands (z. B. 225 in 2) überträgt mit höheren Mode-S-Squitter-Leistungspegeln,
um eine positive Positionssteuerung des Verbandes mit dem Hauptverbandführer (250 in
der 2) sicherzustellen.
Am Mode-S-Transponder XS-950 von Honeywell ist keine Abänderung
erforderlich, um GPS-Squitter-Daten rundzusenden, da er bereits
für Mode-S ICAO
Level 4 befähigt
ist (d. h. 16-Segment-Nachricten größerer Länge (112 Bit) sendet und empfängt).
-
Zusätzlich zu Hardwareabänderungen
am im Handel erhältlichen
TCAS 2000 (oder sonstigem TCAS-Produkt) werden Softwareabänderungen
daran und an den Mode-S-ADS-B-Systemen
für die
vorliegende Erfindung in Betracht gezogen, um die Anzahl unnötiger Ausweichmanöver zu verringern
und das Fliegen im engen Verband zuzulassen. Die Abänderungen
umfassen beispielsweise eine Verbesserung der GPS-Squitter-Fähigkeit an dem im Handel erhältlichen
Mode-S-Transponder
Produkt-Nr. XS-950 von Honeywell. Der bestehenden Software wird
der IFPCAS-Modus hinzugefügt.
Dieser einmalige TCAS-Betriebsmodus wird Situationsbewusstsein für den Piloten/Bediener
bereitstellen, wenn er in einem Verband von mehreren mit TCAS ausgerüsteten Flugzeugen
fliegt. Unterschiede zwischen dem IFPCAS-Modus der vorliegenden
Erfindung und dem herkömmlichen
TCAS-Betriebsmodus umfassen Folgendes, sind aber nicht darauf begrenzt:
TCAS-Abfrage gesperrt;
VSI/TRA-Anzeige von Eindringlingen mit optischer/akustischer Anzeige
davon, wenn ein Eindringling ein geschütztes Volumen durchdringt oder
irgendwelche Annäherungsgeschwindigkeitskriterien
in einem geschützten
Volumen erfüllt;
zentrierte (oder sonstwie positionierte) VSI/TRA-Anzeige mit ca.
0,5 nm Auswahlbereich (siehe 6),
zutreffend bemessener Bereichsring (z. B. 257 m (500 Fuß)) auf der
VSI/TRA-Anzeige
(siehe 6); Eindringlingsentfernungsquantisierung
einer vorbestimmten Entfernung (z. B. 36 m (70 Fuß)) und
gefiltert, um Auflösung
einer vorbestimmten Entfernung (z. B. 25,7 m (50 Fuß)) zu bieten;
zusätzliche
Ansage der relativen Geschwindigkeit und Verbandmitgliedsidentifizierung (siehe 6), Abschalten der störungsbegrenzenden
Logik; notwendige Änderungen
zur Anschaltung an ein GNSS/INS; neue Messwertschreiberparameter;
und Abänderung
des Mode-S-Transponder-Softwarecodes zum Sperren der ATCRBS-Antwort
(Air Traffic Control Radar Beacon System) von Folgeflugzeugen (der
Transponder ist nur beim MFL aktiviert). Diese Änderungen liegen alle im Vermögen des Fachmanns
und ihre Implementierung wird ihm offenbar sein.
-
Sowohl TCAS-2000-GPS-Squitter-Datenverarbeitung
als auch ADS-B-Datenübertragung
der verlängerten
Mode-S-Nachricht
werden als Teil der Softwareabänderungen
von TCAS-2000 Änderung
7 gemäß der vorliegenden
Erfindung wie oben beschrieben implementiert. Das bestehende im
Handel erhältliche
TCAS-2000-System kann so abgeändert werden,
daß es
in einem IFPCAS-Modus arbeitet und dabei den normalen TCAS-Betriebsmodus
beibehält. Die
normale TCAS-TA/RA-Fähigkeit
(Traffic Advisory/Resolution Advisory) würde gesperrt sein, um Flugzeugabfragen
und Auflösungshinweisbetrieb
zu verhindern.
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Die Software im Transponder wird
abgeschlossen und nach DO-178B, dem FAA-Erfordernis für Softwareentwicklung
und -zertifizierung, zertifiziert. Softwareaktualisierungen können an
Bord des Flugzeuges mittels beispielsweise eines tragbaren Datenladers
ARINC 615 fertiggestellt werden, bei dem sich ein Datenladeranschluß am Frontverbinder befindet.
Alle obigen Softwareabänderungen
liegen ohne weiteres im Vermögen
des Fachmanns und ihre Implementierung muß nicht ausführlich besprochen werden.
-
In 6 ist
eine VSI/TRA-Anzeige (Vertical Speed Indicator/Traffic Resolution
Advisory) (oder Traffic Advisory/Resolution Advisory) 600 gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. 6 zeigt
eine beispielhafte VSI/TRA-Anzeige 600 mit gekennzeichneten
(als Flugzeugsymbol dargestellten) Verband- und Nichtverbandmitgliedern
wie beispielsweise dem Verbandzellenflugzeug 610, dem (als
Flugzeugsymbol in einem Rhombus dargestellten) Verbandführungsflugzeug 250 und
(durch blaue Rhomben 620 und einem gelben Kreis 630 dargestellten)
Nichtverbandflugzeugen. Die VSI/TRA- Anzeige kann auch andere Symbolik für Verband,
Flugtanker, Nichtverbandflugzeuge usw. zeigen.
-
Nach der Darstellung in 6 zeigt die TCAS-VSI/TRA-Anzeige der vorliegenden
Erfindung nicht nur die relative Höhe 660 zum (als Flugzeugsymbol
im gestrichelten Bereichsring 640 dargestellten) mit TCAS
ausgerüsteten
Flugzeug 670, sondern signalisiert auch die relative Geschwindigkeit 650 (bzw.
den Entfernungsunterschied) des mit TCAS ausgerüsteten Flugzeuges 670 mit
dem Verbandführer 250 und
Folgeflugzeugen (610, 680). Die eigene Flugzeugposition
wird durch das Flugzeugsymbol 670 am unteren Rand der Anzeige
dargestellt, da es auf die 12-Uhr-Position ausgerichtet ist. Die
Nummer (–05) über dem
Flugzeugsymbol 680 stellt die relative Geschwindigkeit
(650, 652, 654) in beispielsweise nm/hr
dar, und die Nummer unter den Zielen (z. B. wo 660 auf –01 zeigt)
stellt die relative Höhe
in beispielsweise tausend Fuß dar.
Eine negative Nummer zeigt an, daß das Zielflugzeug (250, 610, 680)
mit niedrigerer Geschwindigkeit fliegt als das mit TCAS ausgerüstete Flugzeug 670,
während eine
positive Nummer anzeigt, daß das
Zielflugzeug (250, 610, 680) mit höherer Geschwindigkeit
als das mit TCAS ausgerüstete
Flugzeug 670 fliegt. Durch diese Erweiterung wird das TCAS
zu einem Instrument gesteigerten Werts für den in engen Verbandprofilen
fliegenden Piloten. Signalisierung der relativen Geschwindigkeit
wird besonders nützlich
sein, um die relative Position des Flugzeuges in einem Verband während Wendemanövern aufrechtzuerhalten.
Ein herkömmliches
TCAS ist sich der Eindringlingsentfernung und des Entfernungsunterschiedes bewußt, zeigt
aber gegenwärtig
nur farbige Warnungen, wenn die relative Geschwindigkeit des Eindringlings
eine Bedrohung darstellt. Wenn die TCAS-Anzeige der vorliegenden
Erfindung im verbandinternen Modus arbeitet, zeigt sie die relative
Geschwindigkeit von Verbandzellenflugzeugen (650, 652, 654)
an; die relative Geschwindigkeit wird digital zusammen mit den Daten
der relativen Höhe
auf der TCAS-Anzeige 600 angezeigt.
-
Bei sofortiger Kenntnis der relativen
Geschwindigkeit jedes Flugzeuges in einem Verband kann jede Besatzung
sofort ihre Geschwindigkeit korrigieren, um sich an das Führungsflugzeug
anzupassen oder mit einem Nachbarflugzeug zu kommunizieren, wenn
es abseits der Verbandgeschwindigkeit fliegt. Sobald sich die Geschwindigkeit
unter besserer Kontrolle befindet, wird es möglich, daß alle Flugzeuge im Verband
an ihr Flugleitsystem angekoppelt fliegen, wodurch sichergestellt
wird, daß jedes
Flugzeug denselben Kurs fliegt. Durch die TCAS-Anzeige 600 der
vorliegenden Erfindung, die durch relative Geschwindigkeit erweitert
ist, sollten fast alle Variationen bei der Entfernung eliminiert
werden, wodurch die Arbeitsbelastung der Besatzung bedeutend verringert
wird und bessere sichere effektive große Zellenverbände im IMC-Flug
sichergestellt werden.
-
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung folgt
der obigen Beschreibung der Systemausführungsformen und ist in dem
Abschnitt Kurzdarstellung der Erfindung beschrieben.
-
Bezugnehmend auf 7 bis 10b sind
dort Flußdiagramme
der Informationsverarbeitung dargestellt, um die Art und Weise zu
bestimmen, auf die Informationen für die Flugzeug-Flugbesatzung
auf der Anzeige 600 angezeigt werden. Im Schritt 704 wird der
Vorgang der Anzeige von TCAS-Verbandmitgliedern begonnen. Im Schritt
706 empfängt
der TCAS-Rechner des Führungs-
oder Mutterflugzeuges eine Mode-S-Squitter(ADS-B-)Nachricht von
einem Eindringling in das geschützte
Volumen. Die VSI/TRA-Anzeige bietet Piloten eine Lageeinschätzung der
Position von Verbandflugzeugen und eine audiovisuelle Anzeige, wenn
ein Eindringling das Volumen durchdringt oder irgendwelche Annäherungsgeschwindigkeitskriterien
in einem geschützten
Volumen erfüllt.
Eindringlingsentfernungsquantisierung wird gefiltert, um eine Auflösung von
beispielsweise 50 Fuß bereitzustellen.
Die VSI/TRA-Anzeige 600 enthält einen zutreffend bemessenen
Bereichsring 640 von ca. 500 Fuß und eine zentrierte Anzeige
mit annähernd
0,5 nm Entfernungsauswahl nach der Darstellung in 6. Im Schritt 708 wird der Eindringling
durch seine einmalige 24-Bit-Mode-S-Adressen-ID identifiziert und
für die
Weiterverarbeitung gespeichert. Im Schritt 710 greift der Missionsrechner
auf seine Nachschlagetabelle zu, um zu bestimmen, ob der Eindringling
ein Verbandmitglied (FMBR) oder ein Verbandführer (FLDR) oder ein Nichtverbandmitglied
(NFMBR) oder sonstiges ist. Im Schritt 712 wird eine Entscheidung
getroffen, ob der Eindringling entsprechend der Mode-S-Adressen-ID ein
Verbandmitglied ist. Wenn der Eindringling ein FMBR ist, dann werden
gewisse, hier als FMBR-Bit bezeichnete Bit, beispielsweise im ARINC 429 im Schritt
714 gesetzt und ein Datenetikett für TCAS-Anzeigen zugewiesen.
Im Schritt 720 werden die relativen Höhen-, Entfernungs-, Entfernungsunterschied- und
Richtungsinformationen im ARINC 429 gesetzt und ein Datenetikett
zugewiesen. Das im Schritt 720 zugewiesene Eindringling-Datenetikett
wird dann im Schritt 722 zur VSI/TRA-Anzeige 600 übertragen. Die
im Schritt 708 erhaltenen Informationen werden auch im Schritt 716
zur Verfügung
gestellt, der eine TCAS-Eindringlingsdatenbank ist, die von einer
Mode-S-Adressen-ID eines Flugzeuges angeordnet werden kann. Im Schritt
716 werden die Informationen in der TCAS-Eindringlingdatenbank aktualisiert, insbesondere
die Entfernung, der Entfernungsunterschied, die relative Höhe, der
Höhenunterschied
und der Kurs des Eindringlings. Die Ausgaben des Schritts 716 werden
sowohl für
Schritt 718 als auch 720 bereitgestellt. Im Schritt 718 wird die
TCAS-Annäherungsgeschwindigkeit
des Eindringlings berechnet, wonach sie zur Weiterverarbeitung und
Darstellung auf der Anzeige 600 zum Schritt 730 (8) gesendet wird.
-
Wieder auf Schritt 712 bezugnehmend,
wird eine Entscheidung getroffen, ob der Eindringling entsprechend
der Mode-S-Adressen-ID ein Verbandmitglied ist. Wenn der Eindringling
kein FMBR ist, dann wird im Schritt 724 eine weitere Entscheidung
getroffen, ob der Eindringling ein FLDR ist. Wenn der Eindringling
ein FLDR ist, dann werden im Schritt 714 die FLDR-Bit im ARINC 429 zur
Verarbeitung in Schritten 720 und 722 wie unten besprochen gesetzt.
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Wenn der Eindringling kein FLDR ist,
dann werden im Schritt 728 im ARINC 429 die Nichtverbandmitglied(NFMBR-)Bit
gesetzt. Im Schritt 730 wird das NFMBR identifiziert oder als Auflösungshinweis,
Verkehrshinweis, Nahverkehr oder sonstiger Verkehr markiert. Diese
NFMBR-Bit werden dann als NFMBR-Eindringlingsverkehrsart-Bit
im ARINC 429 gesetzt. Dann werden die Informationen in
Schritten 720 und 722 wie schon besprochen zur Übertragung zur VSI/TRA-Anzeige
600 verarbeitet.
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In 9 werden
im Schritt 742 die im Schritt 722 übertragenen TCAS-Eindringlingsdatenetikettinformationen
vom Missionsrechner empfangen. Im Schritt 744 wird das TCAS-Eindringlingsdatenetikett decodiert,
um die Eindringlingsart abzuleiten (d. h. FMBR, FLDR, NFMBR) zusätzlich zu
seiner relativen Höhe,
Entfernung, Entfernungsunterschied und Richtung. Der Eindringling
wird im Schritt 746 durch seine einmalige Mode-S-Adressen-ID identifiziert.
Die Informationen werden im Schritt 748 verarbeitet, um zu bestimmen,
ob das FMBR-Bit gesetzt is, und im Schritt 754, um zu bestimmen,
ob das FLDR-Bit gesetzt ist. Wenn das FMBR-Bit gesetzt ist, dann wird der Eindringling
auf der Anzeige als ein FMBR an der richtigen relativen Kurs/Entfernungsposition
zusammen mit der jüngsten
relativen Höhe
und Entfernungsunterschied im Schritt 750 signalisiert. Diese Informationen
werden zusammen mit aus der Eindringlingsdatenbank im Schritt 752
erhaltenen Informationen verarbeitet. Wenn das FMBR-Bit nicht gesetzt
ist, dann wird im Schritt 754 eine weitere Entscheidung getroffen
(10A). Wenn das FLDR-Bit gesetzt
ist, dann wird der Eindringling auf der Anzeige als ein FLDR an
der richtigen relativen Kurs-/Entfernungsposition zusammen mit der
jüngsten
relativen Höhe
und Entfernungsunterschied im Schritt 756 wie teilweise aus Schritt
752 erhalten signalisiert. Diese Informationen werden zusammen mit
aus der Eindringlingsdatenbank im Schritt 752 erhaltenen Informationen
verarbeitet. Wenn das FLDR-Bit nicht gesetzt ist, dann wird im Schritt
758 eine weitere Entscheidung getroffen. Wenn weder FLDR-Bit noch FMBR-Bit
gesetzt ist, dann ist der Eindringling ein NFMBR. Im Schritt 758
wird, wenn der NFMBR-Eindringling
ein Auflösungshinweis
ist, der Eindringling auf der Anzeige 600 beispielsweise
als ein gefülltes rotes
Quadrat angezeigt. Zusammen mit einem gefüllten roten Quadrat wird die
richtige relative Richtung/Entfernungsposition und die relative
Höhe im Schritt
762 wie teilweise aus Schritt 752 erhalten angezeigt. Wenn der NFMBR-Eindringling
kein Auflösungshinweis
ist, dann wird im Schritt 764 ( 10B) eine
weitere Entscheidung getroffen, um zu bestimmen, ob der NFMBR-Eindringling
ein Verkehrshinweis ist. Im Schritt 768 wird, wenn der NFMBR-Eindringling ein
Verkehrshinweis ist, der Eindringling auf der Anzeige 600 als
gefüllter
gelber Kreis wie in 6 gezeigt
(Ziffer 630) angezeigt. Zusammen mit dem gefüllten gelben
Kreis wird die richtige relative Richtung/Entfernungsposition und
die relative Höhe im
Schritt 770 wie teilweise aus Schritt 752 erhalten angezeigt. Wenn
der NFMBR-Eindringling kein Verkehrshinweis ist, dann wird im Schritt
766 eine weitere Entscheidung getroffen, um zu bestimmen, ob der NFMBR-Eindringling
naher Verkehr ist. Wenn der NFMBR-Eindringling naher Verkehr ist, dann
wird er als Eindringling im Schritt 772 als gefüllter zyanblauer Rhombus wie
in 6 gezeigt (z. B.
Ziffer 620) angezeigt. Zusammen mit dem gefüllten zyanblauen Rhombus
ist die richtige relative Richtung/Entfernungsposition und die relative
Höhe im
Schritt 774 wie teilweise aus Schritt 752 erhalten angezeigt. Wenn
der NFMBR-Eindringling kein naher Verkehr ist, dann wird im Schritt
776 eine Symbolik benutzt, um den Eindringling als sonstigen Verkehrseindringling
wie beispielsweise als hohler zyanblauer Rhombus anzuzeigen. Zusammen
mit dem hohlen zyanblauen Rhombus ist wiederum die richtige relative Richtung/Entfernungsposition
und die relative Höhe im
Schritt 778 wie teilweise aus Schritt 752 erhalten angezeigt.
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Obwohl es zahlreiche durch das hier
beschriebene TCAS-System
realisierte Vorteile gibt, bestehen zwei Hauptvorteile bei der Verwendung passiver Überwachung
der Abstandhaltung von Flugzeugen im engen Verband.
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Der erste Hauptvorteil besteht darin,
daß die Positionsgenauigkeit
im wesentlichen der mit der GPS-Navigationsquelle
des Flugzeuges verbundenen Längen- und Breitengrad-Positionsgenauigkeit gleichwertig
ist. Mit der vorliegenden Erfindung kann ein relativer Flugzeugkurs
innerhalb von 2° effektiv erreicht
werden. Der Grund dafür
ist, daß TCAS
einzelne Zielzellenposition auf Grundlage von ADS-B-Positionsdaten
berechnet, die von jedem Flugzeug übertragen werden. TCAS-ADS-B-Operationen
ermöglichen
die Verarbeitung von mindestens 50 Zielen. Die Anzahl von dem Piloten
angezeigten Zielen wird auf einem Priorisierungsschema der Anzahl
von Flugzeugen innerhalb einer angegebenen horizontalen Entfernung,
dem Steuerkurs relativ zum Mutterflugzeug und der relativen Höhe beruhen.
Die nominelle Flugzeugzielverarbeitungs- und Anzeigefähigkeit
ist ein Verband von 35 mit TCAS ausgerüsteten Flugzeugen. Die empfangenen TCAS-ADS-B-Daten
könnten über die
ARINC 429-Datenbusschnittstelle
zum Missionsrechner des Flugzeuges zur Weiterverarbeitung und Erzeugung von
SKE-Steuerungsbefehlen übertragen
werden, um den horizontalen und senkrechten Abstand von Flugzeugen
in der Zelle aufrechtzuerhalten. Verarbeitete ADS-B-Informationen, die
horizontale und senkrechte Positionierung von Flugzeugen ergeben, würden direkt
oder indirekt über
den Flugleitrechner (FMC – Flight
Management Computer) an die Kurssteuerung oder die SKE angekoppelt
werden.
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Der zweite Hauptvorteil besteht darin,
daß passive Überwachung
HF-Ausstrahlungen verringert und zum Minimieren der Erkennungswahrscheinlichkeit
beiträgt.
TCAS-Abfragen sind nicht erforderlich, um die relative Position
von Flugzeugen festzustellen, die ADS-B-Squittermeldungen abgeben. GPS-Squitterdaten
werden in zufallsmäßigen Zeitabständen ausgestrahlt,
die gleichförmig über einem Bereich
von beispielsweise 0,4 bis 0,6 Sekunden verteilt sind. Der XS-950-Transponder
von Honeywell enthält
ARINC 429-Schnittstellen, die für
die Eingabe von Längengrad,
Breitengrad, Luftgeschwindigkeit, magnetischem Steuerkurs, geplantem
Flugweg und Flugnummernidentifikation reserviert sind. Die meisten
dieser Parameter werden über
GNSS (Global Positioning System Navigation Satellite System) und FMS
(Flight Management System) bereitgestellt. Die Druckhöhe würde jedoch
vom Bord-Flugwerterechner (ADC 340 – Air Data Computer) über die
Schnittstelle des Mode-S-Transponders abgeleitet werden.
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Dem Fachmann werden andere Variationen und
Abänderungen
der vorliegenden Erfindung offenbar sein, und es ist die Absicht
der beiliegenden -Ansprüche,
daß solche
Variationen und Abänderungen
abgedeckt sind. Beispielsweise könnte
in der vorliegenden Erfindung das im US-Patent Nr. 5,805,111 gelehrte
Antenneninstallationsverfahren implementiert werden, um den Erkennungsbereich von
TCAS zu erweitern. Die obenbesprochenen bestimmten Werte und Konfigurationen
können
verändert
werden und sind nur aufgeführt,
um eine bestimmte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zu erläutern und sollen nicht den
Rahmen der Erfindung begrenzen. Es wird in Betracht gezogen, daß die Verwendung
der vorliegenden Erfindung Komponenten mit unterschiedlichen Eigenschaften umfassen
kann, solange wie der Grundsatz, die Anzeige von Verkehrshinweisen,
Auflösungshinweisen, nahem
Verkehr und sonstigen Informationen, die bei der Verwendung eines
passiven TCAS und Mode-S-Transponders in Kommunikation erhalten
werden, befolgt wird. Die vorliegende Erfindung ist auf beinahe
jedes CAS-System anwendbar und ist nicht auf die Verwendung mit
TCAS begrenzt. Es ist beabsichtigt, daß der Rahmen der vorliegenden
Erfindung durch die hier beiliegenden Ansprüche definiert sei.