DE69911260T2 - Tcas system zur kontrolle einer flugzeugformation - Google Patents

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    • G08G5/0078Surveillance aids for monitoring traffic from the aircraft

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In vorherigen Systemen bietet sich ein weiteres Problem, wobei eine Positionhalteeinrichtung (SKE) auf existierenden Militärflugzeugen einen Verband von nur 16 Flugzeugen unterstützen kann.
  • In US-A-5570095 ist ein ADS-System (automatic dependent surveillance – automatische abhängige Überwachung) zum Verfolgen von Flugzeugen offenbart.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 1 (Stand der Technik) ist ein Blockschaltbild eines herkömmlichen TCAS-Systems.
  • 2 ist ein Diagramm der Bestandteile eines beispielhaften Flugzeugverbandes.
  • 3 ist ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des Kollisionsvermeidungssystems für Flüge im engen Verband gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist ein Blockschaltbild einer alternativen Ausführungsform des Kollisionsvermeidungssystems für verbandinterne Positionierungsflüge gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist ein ausführlicheres Blockschaltbild der Ausführungsform der 4 (der Architektur des verbandinternen Kollisionsvermeidungssystems) gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist ein Aufriß einer TCAS-VSI/TRA-Anzeige mit angezeigter relativer Geschwindigkeit (Entfernungsunterschied) von Verbandflugzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist ein Flußdiagramm der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten Methodik gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein Flußdiagramm der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten Methodik gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ist ein Flußdiagramm der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten Methodik gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist ein Flußdiagramm der zur Anzeige von Informationen für den Betrachter benutzten Methodik gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (15)

  1. Verbandflug-Kollisionsverhütungssystem für ein Mutterflugzeug (250) im Verband, mit folgendem: einem Datenstrecken-Transpondermittel (360), das Rundsendedaten erzeugt und überträgt, die Flugzeugpositionsinformationen des Mutterflugzeugs (250) umfassen; einem Verkehrswarnungs- und Kollisionsverhütungssystem- (TCAS – traffic alert and collision avoidance system) (350) Rechnermittel (340) in Kommunikation mit dem Transpondermittel (360) zum Empfangen und Verarbeiten von Rundsendedaten von einem zweiten Datenstrecken-Transpondermittel (360'), das sich an Bord anderer Flugzeuge (225, 235, 245) im Verband befindet, um die relative Flugzeugposition des Mutterflugzeuges (250) in bezug auf die anderen Flugzeuge zu bestimmen; und einem Anzeigemittel (600) zum Anzeigen von Rundsendedaten für einen Bediener des Mutterflugzeuges (250), die die relative Geschwindigkeit und relative Position der anderen Flugzeuge (225, 235, 245) umfassen, wobei die anderen Flugzeuge symbolisch entsprechend ihres bestimmten Typs und ihrer Position im Verband gekennzeichnet sind.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Transpondermittel (360) ein Datenübermittlungstransponder mit Betriebsartauswahl ist.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die Rundsendedaten ADS-B- (automatic dependent surveillance broadcast) Daten sind.
  4. System nach Anspruch 1, wobei die Rundsendedaten GPS- (global positioning system)Daten sind.
  5. Anzeige nach Anspruch 1, wobei die Rundsendedaten ungewollte Transponderauslösungs-(Squitter-)Daten im Modus S sind.
  6. Passives Kollisionsverhütungssystem für verbandinterne Positionierung für ein mit einem Transponder ausgerüstetes Mutterflugzeug (250) im Verband, mit folgendem: einem Datenübermittlungstransponder (360), der Rundsendedaten mit der Position von Flugzeugen erzeugt; und einem TCAS- (traffic alert and collision avoidance system) Rechner (340) in Kommunikation mit dem Transponder (360) zum Empfangen und Verarbeiten der Rundsendedaten von dem Transponder; einem Missionsrechner (410) in Kommunikation mit dem TCAS-Rechner (340), wobei die Missionsrechnereinheit die Rundsendedaten vom TCAS-Rechner empfängt und auf den Rundsendedaten basierende Steuerbefehle erzeugt; einer Kommunikationsverbindung in Kommunikation mit dem Missionsrechner zur Übertragung der Steuerbefehle zu mindestens einem anderen mit einem Transponder ausgerüsteten Flugzeug (225, 235, 245) im Verband zur Verarbeitung, wobei das mindestens eine andere mit einem Transponder ausgerüstete Flugzeug auf die Steuerbefehle reagiert und sich in Bezug auf das Mutterflugzeug (250) positioniert; und einem Anzeigemittel (600) zum Anzeigen von Rundsendedaten für einen Bediener des Mutterflugzeuges (250), die die relative Geschwindigkeit und relative Position der anderen Flugzeuge (225, 235, 245) umfassen, wobei die anderen Flugzeuge symbolisch entsprechend ihres bestimmten Typs und ihrer Position im Verband gekennzeichnet sind.
  7. System nach Anspruch 6, wobei das TCAS-Rechnermittel passiv ist.
  8. System nach Anspruch 6, wobei das mindestens eine andere mit einem Transponder ausgerüstete Flugzeug durch eine einmalige Adressenkennung im Modus S identifizierbar ist.
  9. System nach Anspruch 6, wobei die Rundsendedaten ADS-B- (automatic dependent surveillance broadcast) Daten sind.
  10. System nach Anspruch 6, wobei die Rundsendedaten GPS- (global positioning system) Daten sind.
  11. System nach Anspruch 6, wobei die Rundsendedaten ungewollte Transponderauslösungsdaten im Modus S sind.
  12. Verfahren zum Darbieten von Informationen, die vom passiven Kollisionsverhütungsverfahren für in bezug zueinander im Verband fliegende Flugzeuge (250, 225, 235) erhalten worden sind, für einen Flugzeugbediener, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Transponders (360), der Rundsendedaten erzeugt und überträgt, die die Position von Flugzeugen umfassen; Bereitstellen eines TCAS- (traffic alert and collision avoidance system) Rechners (340) an Bord eines Mutterflugzeuges (250) im Verband, wobei das TCAS zum Empfangen und Verarbeiten der Rundsendedaten vom Transponder in Kommunikation mit dem Transponder (360) steht; und Bereitstellen einer Anzeige zum Darbieten der Rundsendedaten für den Bediener, die die relative Geschwindigkeit (650) anderer Flugzeuge (610) im Verband enthalten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Missionsrechners (410) in Kommunikation mit dem TCAS-Rechner (340); Übertragen der Rundsendedaten vom TCAS-Rechner zum Missionsrechner; Verarbeiten der Rundsendedaten; und selektives Anzeigen der verarbeiteten Rundsendedaten für den Bediener.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin mit den Schritten des Warnens eines Bedieners des Flugzeuges, wenn ein Eindringling (620) einen vordefinierten Umkreis (200) von im Verband fliegenden Flugzeugen durchdringt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Verarbeitens der Rundsendedaten den Schritt des Berechnens von Zielentfernung, Entfernungsunterschied, relativer Höhe (660), Höhenunterschied und Richtung aus den vom Transponder (360) empfangenen Rundsendedaten umfaßt, um zu bestimmen, ob ein Flugzeug (620) in einen vordefinierten Luftraum des Mutterflugzeuges (250) eindringt.
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