DE2245201C2 - Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln der Schrägentfernung zwischen einem eigenen Fahrzeug und einem fremden Fahrzeug mit Hilfe einer Sekundärradar-Überwachungseinrichtung - Google Patents

Description

gefahr verwendet werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Schrägentfernung auch noch zur Bestimmung des Winkels zwi-

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren ge- 25 sehen dem eigenen Kurs und dem Fremdflugzeug vermaß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner wendet Hierzu wird ein sogenannter Nordimpuls verbetrifft die Erfindung Einrichtungen zur Durchführung
eines solchen Verfahrens.

Ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist bereits in der älteren DE-PS 22 16410

arc cos

einen Addierer (132) zum Erzeugen eines Signals entsprechend der Summe Φ + θ, eine Kompaßschaltung (135) zum Erzeugen eines Signals, das den Winkel H darstellt, und einen Subtrahierer (133) enthält, der ein den Winkel B darstellendes Signals durch Subtrahieren des dem Winkel //entsprechenden Signals von dem die Summe der Winkel θ und Φ repräsentierenden Signal erzeugt

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eins Schaltungsanordnung (85, 97,121, 122) zur Auswahl von Signalen, die mit der impulswiederholungsfrequenz der Abfragen von einem vorgegebenen SSR-Sender synchronisiert sind.

in der alteren Uh-KS 22 16 410 vorgeschlagen worden.

Es ist ferner aus der GB-PS 6 40 000 ein System zur Kollisionsverhütung für Luftfahrzeuge bekannt, bei ' welchem ein Überwachungs-Sekundär-Radar ( =Se_ft condary Surveillance Radar)-Abfragesender, im folgen-— den kurz SSR-Sender genannt, eine Folge von Impulsen gleicher Amplitude abstrahlt, die jeweils von einem Transponder an Bord der betreffenden Fahrzeuge empfangen werden. Der Transponder spricht nur dann an, wenn die empfangenen Impulse gleiche Amplituden und einen vorgegebenen Abstand haben.

Es ist weiterhin aus der Veröffentlichung in den IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-4, Heft 6, November 1968, S. 922, bekannt, wendet, der vom SSR-Sender ungerichtet abgestrahlt wird, wenn die Hauptkeule des SSR-Senders durch die magnetische Nordrichtung geht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Blockdiagramm, welches ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel in allgemeiner Form zeigt;

F i g. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Anordnung von F i g. 1;

Fig.3 ein mehr ins einzelne gehendes Blockdiagramm, welches eine besondere Möglichkeit d-?r Verwirklichung der Anordnung von Fig. 1 zeigt;

F i g. 4 ein Blockdiagramm eines PRF-Selektors, der zu: Verwendung in dem System von F i g. 3 geeignet ist;

F i g. 5 ein Blockdiagramm eines phasenstarren PRF-Generators, der in dem System von F i g. 3 benutzt wird; Fig.6 ein Blockdiagramm einer Zeitmeßschaltung, ie in dem System von F i g 3 btt d

durch eine Flugleitzentrale die Kennung, die Höhe und 45 die in dem System von F i g. 3 benutzt wird;

die Position von Luftfahrzeugen in einem bestimmten Fig. 7 ein Blockdiagramm einer logischen Vor-Nach-

Bereich zu senden und diese Information in den einzel- eilungsschaltung, die in dem System von F i g. 3 benutzt

nen Flugzeugen jeweils auf einem Bildschirm darzustel- wird.

^len- Der in F i g. 1 dargestellte Transponder 60 dient dazu.

Aus der DE-OS 19 41 922 ist eine Navigations- und 50 die üblichen Abfragesignale von 1030 MHz von einem Kollisionsverhütungsanlage bekannt, bei dem die Bord- SSR-Sender zu empfangen und daraufhin Antwortsigeräte syste.ikonformer Luftfahrzeuge durch eine gnale bei 1090 MHz abzusenden. Viele Transponder DME (= Distance Measuring Equipment)-Anlage mit sind tiii Anschlüssen versehen, an denen der P2- oder CAS (= Collision Avoidance System)-Synchronisa- SLS(= Side Lobe-Suppression System)-Impuls des Abtionsimpulsgruppen einer Bodenstation synchronisiert 55 fragesignals und d*.v erste Bildimpuls Fl desAntworisiwerden. Im synchronisierten Zustand kann das Luftfahr- gnals verfügbar sind; andere Transponder können ohne zeug dann die von anderen Luftfahrzeugen gesendeten weiteres so modifiziert werden, daß diese Impulse von CAS-Abstandsimpulsgruppen zum Zwecke einer Kolli- außen zugänglich sind. Ein besonders kodiertes Nordsionsverhütung auswerten. Bezugssignal, z. B. ein /O-Impuls, der vor dem üblichen

Aus der GB-PS 11 46 559 ist schließlich ein Bordgerät 60 Pi-Abfrageimpuls abgestrahlt wird, wenn der SSR-

zur Bestimmung des Winkels zwischen der magne- Hauptstrahl nach Norden weist, läßt sich ducch eine

tischen Nordrichtung und einem von einer Bodenstation zu dem in dem Bordgerät ausgerüsteten Flugzeug gerichteten Teilstrahl bekannt. Über fremde Flugzeuge liefert dieses Bordgerät keine Information.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwälraten vorgeschlagenen Verfahren und Einrichtungen dahingehend weiterzubilden, daß geringe Modifizierung des Transponderdekodierers oder durch Hinzufügung eines einfachen Spezialdekodierers erzeugen.

Alle Transponder enthalten Antwortkodierer, die entweder manuell oder durch elektrische Eingangssignale eingestellt werden können, um eine von 4096 kodierten Nachrichten dem Antv/ortsignal hinzuzufügen.

Einige der verfügbaren Kodegruppen werden dazu benutzt, die Identität, die barometrische Höhe und verschiedene Dringlichkeits- oder Situationsmeldungen zu übermitteln; viele werden zur Zeit nicht benutzt. Der Transponder 60 ist mit einer Eingangsleitung 61 versehen, die bei Aktivierung den Antworten eine besondere, eine Annäherungssituation betreffende Nachricht anfügt. Eine andere Eingangsleitung 62 ist an einen Punkt in dem Transponder angeschlossen, an dem gewöhnlich der Antworttriggerimpuls erscheint. Wenn der Leitung 62 ein Impuls zugeführt wird, wird der Transponder getriggert. um eine Antwort in derselben Weise abzugeben, wie wenn er durch eine SSR-Einrichtung abgefragt worden wäre, auch wenn ein derartiges Abfragesignal nicht empfangen wird.

Eine bei 1090 MHz arbeitende Empfangs- und Dekodierschaltung 63 dient dazu, Antwortsignale anderer Flugzeuge in der näheren Umgebung zu empfangen und zu dekodieren. Der Dekodierteii dieser Schaltung gibt einen Ausgangsimpuls auf eine Leitung 64 aufgrund des Empfangs beider Antwortrahmenimpulse Fl und F2 von dem Transponder eines anderen Flugzeugs sowie einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 65 aufgrund des Empfangs einer kodierten Annäherungsnachricht.

Ein mit erweitertem gemeinsamem Azimutsektor arbeitender Annäherungsdetektor 66, der mit dem in der obengenannten DE-PS22 16410beschriebenen Detektor identisch sein kann, empfängt den dekodierten Antwortbildimpuls auf der Leitung 64 und den eigenen Transponderimpuls Fl sowie den dekodierten Impuls P2 auf den Leitungen 67 und 68. Das Ausgangssignal des Annäherungsdetektors 66 aktiviert die Annäherungskodierleitung 61 und die Anzeigeeinrichtung 53.

Unter gewissen Bedingungen wird ein alternatives Eingangssignal Fl für den Annäherungsdetektor 66 durch einen phasenstarren PRM (= Puls Repitition Frequency)- impulsgenerator 69 bereitgestellt, der mit der Fmpulswiederholungsfrequenz eines ausgewählten Radarstrahls entweder durch die sich wiederholenden Impuisgruppen- oder Burstsignale von Impulsen Fl, die sich aufgrund einer Abfrage durch diesen Radarstrahl ergeben haben, oder mit Hilfe der kontinuierlichen Folge von dekodierten Impulsen P2, die über diesen Radarstrahl innerhalb des SLS-Gebiets empfangen wurden, synchronisiert ist. Das Ausgangssignal des PRF-Generators69ist ein »synthetischer« Impuls Fl, der mit dem tatsächlichen Impuls Fl zusammenfällt, wenn dieser vorhanden ist, und der den tatsächlichen Impuls Fl ersetzt zu den Zeiten, wenn dieser nicht vorhanden ist.

Der tatsächliche Impuls Fl und der synthetische Impuls Fl werden einem Entfernungsrechner 70 zugeführt, der außerdem auf der Leitung 64 den dekodierten Antwortbildimpuis und auf der Leitung 65 den dekodierten Annäherungsimpuls empfängt Der Entfernungsrechner 70 verwendet, wie im einzelnen noch im Zusammennang mit F i g. 3 beschrieben wird, die Messung des Zeitintervalls zwischen den Impulsen Fl und den dekodierten Annäherungsimpulsen, wenn diese Impulse vorhanden sind, dazu, die direkte Schrägentfernung Y zwischen zwei Flugzeugen, die sich einander genähert haben, zu bestimmen. Der Entfernungsrechner verwendet ferner die Messung des Zeitintervalls zwischen den synthetischen Impulsen Fl und den nächstfolgenden dekodierten Antworibildimpulsen, um die Differenz X zwischen den Entfernungen der beiden Flugzeuge von einer ausgewählten SSR-Sender zu bestimmen.
Gemäß Fig. 2 befindet sich der ausgewählte SSR-Sender an einem Punkt 71; das »eigene« Flugzeug befindet sich am Punkt 72, und das andere Flugzeug befindet sich am Punkt 73. Die Schrägentfernutig Y ist proportional zu der Zeit, die ein Radiosignal benötigt, um von einem Flugzeug zu dem anderen und wieder zurück zu gelangen, abzüglich der Systemverzögerungen. Die radiale Entfernungsdifferenz X ist proportional dem Zeitintervall zwischen dem Empfang eines Abfragesignals von dem SSR-Sender durch das eigene Flugzeug

ίο bei 72 und dem Empfang desselben Abfragesignals durch das andere Flugzeug bei 73.

Die berechnete Schrägentfernung Y wird gemäß Fig. 1 auf einem Meßgerät oder einer anderen Anzeigeeinrichtung 74 quantitativ wiedergegeben. Darstellungen der Werte X und Y werden einem Rechner 75 zur Berechnung des Richtungswinkels des anderen Flugzeugs, welcher diese Werte und die Ausgangswerte eines Rechners 76 zur Berechnung des eigenen SSR-Richtungswinkeis verwendet, um den RiciiiüiigSwinkel des anderen Flugzeugs bezüglich des eigenen Flugzeugs zu bestimmen, zugeführt.

Der Rechner 76 zur Berechnung des eigenen SSR-Richtungswinkels verwendet, wie unten noch näher beschrieben wird, Messungen der Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden dekodierten Nord-Bczugssignalen und den nächstfolgenden Fl-Burstsignalen. um den eigenen SSR-Richtungswinkel Φ zwischen der magnetischen Nordrichtung und der Richtung von einem bestimmten, gewählten SSR-Sender zur eigenen Position 72 zu bestimmen. Der Rechner 75 zur Berechnung des Winkels B zwischen dem eigenen Kurs und der Richtung vom eigenen zum anderen flugzeug bestimmt den Winkel θ zwischen der .Richtung 80 von dem SSR-Sender zur eigenen Position und der Richtung zum anderen Flugzeug gem. der Näherungsformel

θ = src cos (XZY),

addiert dazu den eigenen SSR-Richtungswinkel Φ und subtrahiert davon den eigenen Kompaßkurs H, um den Winkel ßder Richtung zum anderen Flugzeug relativ zu dem eigenen Kurs zu bestimmen. Die Winkel Φ und B werden durch Anzeigeeinrichtungen 77 und 78 angezeigt.

Aus F i g. 2 sieht man, daß der Bogen 79 in guter Annäherung als gerade Linie angesehen werden kann, die senkrecht zu der differentiellen Radarentfernungslinic X verläuft und ferner ungefähr senkrecht zu der eigenen SSR-Positionslinie 80 verläuft. Dementsprechend äst der Winkel θ ungefähr arccosfX/V? innerhalb einer Abweichung von einem oder zwei Grad bei einer typischen Situation. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, gilt

B= Φ + θ-Η.

Das System von F i g. 1 arbeitet ständig wie ein üblicher SSR-Transponder, der auf die Abfragesignale antwortet, die er während der Verweilzeit erhalten hat, während der Hauptstrahl eines SSR-Senders an ihm vorbeigestrichen ist. Ähnliche Antworten von auf anderen Flugzeugen befindlichen Transponder^ die von der bei !090MHz arbeitenden Empfangs- und Dekodiereinrichtung 63 empfangen und dekodiert werden, werden ignoriert, es sei denn, das andere Flugzeug tritt in den erweiterten gemeinsamen Azimutsektor ein, der von dem Radarhauptstrahl unmittelbar vor oder unmittelbar nach dem eigenen Flugzeug, welches mit der Einrichtung gem. F i g. 1 ausgerüstet ist, überstrichen wird.

Wenn diese Antworten bei ihrer Verarbeitung im Detektorsystem 66 die Nähe eines anderen Flugzeuges erkennen lassen, fügt der Transponder 60 jeder seiner Sendungen eine Annäherungsnachricht hinzu und alarmiert damit das Luftverkehrsüberwachungssystem mit Hilfe der am Boden befindlichen SSR-Wiedergabe.

Wenn das andere Flugzeug, d. h. der »Eindringling«, mit ji.ner Empfangs-Dekodiereinrichtung 63 und einem Detektorsystem 66 versehen ist, wird es ebenfalls jeder seiner Antworten die Annäherungsnachricht hinzufügen. Gewöhnlich werden sich die beiden Flugzeuge nicht entlang einer gemeinsamen, von dem SSR-Sender ausgehenden Radialrichtung nähern. Dementsprechend wird der rotierende Radarstrahl zunächst nur eines der Flugzeuge anstrahlen, dann eventuell beide, wenn sie sich nahe genug an einer gemeinsamen Radialrichtung befinden, und dann nur das andere Flugzeug. Wenn der ungewöhnliche Fall eintritt, daß die Flugzeuge sich entiang einer gemeinsamen eii'ief bcitiiViiriien Von dem SSR-Sender ausgehenden Radialrichtung nähern, werden sie sich fast immer auch im Operationsbereich eines anderen SSR-Senders unterschiedlicher Lage befinden und damit von diesem SSR-Sender aus gesehen in unterschiedlichen Radialrichtungen.

Wenn das eine Flugzeug gerade von einem bestimmten Radarstrahl angestrahlt wird und das andere Flugzeug nicht, so wird das angestrahlte Flugzeug unter Hinzufügung der Annäherungsnachricht antworten. Diese Nachricht wird von der bei 1090MHz arbeitenden Emofangs-Dekodiereinrichtung des gerade nicht von dein Radarstrahl angestrahlten Flugzeugs empfangen und wird den Transponder dieses Flugzeugs zum Senden einer Antwort veranlassen, die nicht durch eine direkte SSR-Abfrage, sondern durch die Annäherungsnachricht des anderen Flugzeugs ausgelöst wird. Das andere Flugzeug, d. h. das gerade im Radarstrahl befindliche, wird diese besondere Sendung zu einer Zeit empfangen, die von der eigenen, durch die SSR-Station ausgelösten Sendung um ein Zeitintervall nachfolgt, welches der direkten Schrägentfernung Y zwischen den beiden Flugzeugen entspricht Somit steht in jedem Flugzeug, falls es mit einem Entfernungsrechner 70 ausgerüstet ist, eine Information über die Schrägentfernung zur Verfügung, die bei je'lem Umlauf des Radarstrahl auf den neuesten Stand gebracht wird.

Der Entfernungsrechner liefert ferner die SSR-Entfernungsdifferenz λ'. Man beachte, daß sowohl Y als auch X in dem mit einem Entfernungsrechner ausgerüsteten Flugzeug verfügbar sind, und zwar auch dann, wenn das andere Flugzeug keinen Entfernungsrechner aufweist. In ähnlicher Weise vird ein Flugzeug mit einem Rechner 76 zur Berechnung des eigenen SSR-Richtungswinkels und einem Rechner 75 zur Berechnung des Winkels der Richtung zum anderen Flugzeug eine Information über die Winkel Φ und 3 vom anderen Flugzeug erhalten, welches nur den Transponder 60. die Empfangs-Dekodiereinrichtung 63 und das Detektorsystem 66 aufweist.

Wie F i g. 3 zeigt, enthält die mit 1090 MHz arbeitende Empfangs-Dekodiereinrichtung 63 (vgl. F i g. 1) einen Empfänger 10 für 1090 MHz, ernen Antwortdekodierer 11 und einen Höhendekodierer 43, wobei alle diese Einrichtungen mit den entsprechenden Einrichtungen identisch sein können, die in der genannten DE-PS 22 16 410 beschrieben sind. Zusätzlich ist ein Annäherungsdekodierer 81 vorgesehen, um einen Ausgangsimpuls immer dann zu erzeugen, wenn von dem Empfänger 10 ein kodiertes Annäherungsantwortsignal empfangen worden ist.

Der mit erweitertem gemeinsamen Azimutsektor arbeitende Annäherungsdetektor enthält löschbare Torsignalgeneratoren 3,12,35 und 49, UND-Tore 13, 36, 39 und 52, einen Höhendigitalwertgeber 46 und einen Vergleicher 45, wobei alle diese Schaltungen mit den entsprechenden in der DE-PS 22 16 410 beschriebenen Schaltungen identisch und in derselben Weise verbunden sind. Der Ausgang des U N D-Tores 52 wird der ίο Eingangsklemme eines löschbaren Torsignalgenerators

82 zugeführt, der auf ein Torzeitintervall von mehreren Umlaufperioden des SSR-Strahls eingestellt ist, z. B. auf 12 Sekunden. Der Ausgang des Torsignalgenerators 82 speist den Annäherungskodiereingang 61 zum Transponder 60 und aktiviert die Annäherungsanzeigeeinrichtung 53.

Das gemeinsame Azimutsektor- und Entfernungswarnsignal auf der Leitung 42 am Ausgang des UND-Tüi'es39 wi'rd einem UND-Tor 83 zugeführt, weiches als zweites Eingangssignal den Ausgang des Annäherungsdekodierers 81 auf der Leitung 65 erhält. Die gleichzeitige Anwesenheit beider Eingangssignale am UND-Tor

83 erzeugt einen Ausgangsimpuls zu dem externen Triggereingang 62 des Transponders 60.

Ein ODER-Tor 84 dient dazu, den Impuls FI auf der Leitung 67 oder den dekodierten Impuls P2 auf der Leitung 68, wenn einer von ihnen vorhanden ist, oder beide Impulse, wenn beide vorhanden sind, dem Torsignalgenerator 35 über das ODER-Tor 34 und dem phasenstarren PRF-Generator 69 über einen PRF-Selektor 85 zuzuführen. Der PRF-Selektor besteht aus einem UND-Tor 86 und einer Verzögerungsschaltung 87, die in der in Fig.4 gezeigten Weise geschaltet sind. Die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung 87 ist so gewählt, daß sie der Impulswiederholungsfrequenz entspricht, d. h„ daß sie dem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Abfragesignalen einer gewählten SSR-Senders gleich ist.
Jeder SSR-Sender ist eine charakteristische PRF (Impulswiederholungsfrequenz) zugeordnet, um die ausgesandten Nachrichten von denen anderer unterscheiden zu können. Die Zeitkonstante der Verzögerungsschaltung 87 kann vom Flugzeugführer so eingestellt werden, daß die Sendungen einer günstig gelegenen SSR-Sender ausgewählt werden. Jeder verzögerte Impuls erreicht die UND-Schaltung gleichzeitig mit dem nächsten unverzögerten Impuls, wodurch ein Ausgangsimpuls erzeugt wird.
Wie F i g. 5 zeigt enthält der phasenstarre PRF-Generator 69 (F i g. 1) einen Oszillator 88 mit einer Frequenzsteuerung 89, die z. B. durch Wahl eines geeigneten Quarz-Kristalls auf die gewünschte PRF eingestellt werden kann. Eine spannungsgesteuerte Reaktanzvorrichtung 90, z. B. eine Varactor-Diode, ist mit der Frequenzsteuerung 89 gekoppelt, um die Phase des Oszillators 88 in bekannter Weise zu steuern. Der Oszillatorausgang ist an einen Phasendetektor 91 angekoppelt, der außerdem die ausgewählten Pl-Impulse oder die dekodierten P2-Impulse von dem PRF-Selektor erhält Wenn das Flugzeug sich innerhalb der SLS-Reichweite der ausgewählten Radareinrichtung befindet, sind die dekodierten P2-Impu!se ständig vorhanden. Jede Phasendifferenz zwischen diesen und dem Ausgangsignal des Oszillators 88 wird von dem Phasendetektor 91 registriert, der automatisch die spannungsgesteuerte Reaktanzvorrichtung so einstellt, daß die Differenz null wird. Der Oszillator 88 treibt einen Impulsgenerator 92, um einen kontinuierlichen Zug von Impulsen zu erzeugen,

die hier als »synthetische« Fl-Impulse bezeichnet werden und die relativ zu der ausgewählten Radar-PRF in der Phase festgelegt sind.

Wenn sich das Flugzeug außerhalb der SLS-Reichweite befindet, tritt während der Verweilzeit des Radarhauptstrahls ein Burstsignal von ungefähr zwanzig echten F!-Impulsen auf. Diese stellen die Phase des Oszillators 88 einmal während jedes Radarstrahlumlaufes ein. Die Reaktanzvorrichtung 90 ist in bekannter Weise so angelegt, daß sie ihre Einstellung zwischen den Burst-Signalen beibehält. Ein UND-Tor 94, das von einem löschbaren Torsignalgenerator 93 gesteuert wird, koppelt den Oszillator 94 an dem Impulsgenerator 92 an. Der Torsignalgenerator 93 weist ein Torzeitintervall auf. das etwas länger ist als ein Umlauf des SSR-Strahls, d.h. 4 Sekunden. Wenn keine Impulse Fl oder dekodierte Impulse PI innerhalb etwa 4 Sekunden nach dem letzten Burstsignal auftreten, wird das UND-Tor 94 gesperrt, was zu einer Trennung des Oszillators SS vom Impulsgenerator 92 und zu einem Stoppen desselben führt.

Es wird nun wiederum auf F i g. 3 Bezug genommen. Das synthetische Fl-Ausgangssignal des phasenstarren PRF-Generators 69 stellt, falls vorhanden, ein alternatives Eingangssignal zu dem Entfernungswarntorgenerator 35 über das ODER-Tor 34 dar. Der synthetische Impuls Fl geht auch durch das ODER-Tor 120 zu der Anfangseingangsklemme einer Zeitmeßschaltung 95, die eines der Elemente des Entfernungsrechners 70 von Fig. 1 darstellt. Ein zweiter Eingang zum Tor 120 erfolgt von der Gemeinsamer-Azimutsektor-und-Entfernungswarnleitung 42 aus. Die Stoppeingangsklemme der Zeitmeßschaltung 95 empfängt das Ausgangssignal eines U N D-Tores 96, das mit seinem einen Eingang an dieGemeinsamer-Azimutsektor-und-Entfernungswarnleitung 42 und mit seinem anderen Eingang über den PRF-Selektor 97 an den Antwortdekodierer 11 angeschlossen ist. Dieser Selektor 97 wird ähnlich wie der Selektor 85 so eingestellt, daß nur die Wiederholungsfrequenz eines gewünschten SSR-Senders passieren kann.

Der Entfernungsreriaier enthält ferner eine weitere Zeitmeßschaltung 98, die ihr Starteingangssignal von einem UND-Tor 99 erhält, das mit der Fl-Leitung 67 und mit dem Annäherungssignaltor 82 verbunden ist, und deren Stoppeingangssignal von dem Annäherungsdekodierer 81 kommt. Das UND-Tor 99 erhält ein drittes Eingangssignal von einem löschbaren Torsignalgenerator 109 von 5 ms, der so geschaltet ist, daß er von einem dekodierten Annäherungsimpuls auf der Leitung 65 gestartet werden kann. Die Ausgänge der Zeitmeßschaltungen 95 und 98 werden einem Subtrahierer 100 zugeführt, und der Ausgang der Zeitmeßschaltung 98 wird auf einer Anzeigeeinrichtung 74 wiedergegeben.

Gemäß Fig.6 können die Zeitmeßschaltungen 95 und 98 digitale Einrichtungen sein, die einen Zähler 101, einen Puffer 102, UND-Tore 103 und 104, Steuerflipflop 105 und Verzögerungsschaltungen 106 und 107 aufweisen. Ein gemeinsamer Taktimpulsgenerator 108 stellt das eine Eingangssignal zum UND-Tor 103 bereit.

Ein der Starteingangsklemme zugeführter Impuls setzt das Flipflop 105 und aktiviert damit dessen »1 «-Ausgangsklemme und öffnet das Tor 103, so daß Taktimpulse zu dem Zähler 101 gelangen. Der Zähler zählt so lange, bis ein Impuls an die Stoppeingangsklemme angelegt wird, woraufhin das Flipflop g#-!öscht wird und die Aktivierung seines »!«-Ausganges aufgehoben wird, so daß das UND-Tor 103 gesperrt wird und der Zähler gestoppt wird. Der zu diesem Zeitpunkt erreichte Zählstand stellt die Länge des Zeitintervalls zwischen dem Start- und dem Stoppimpuls dar.
Nach einer kurzen Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 106 öffnet der Stoppimpuls das Tor 104, um den erreichten Zählstand in den Puffer 102 zu übertragen. Das Tor 104 kann ein Vielfacher sein, das in bekannter Weise eine Parallelübertragung ermöglicht, oder es kann eine bekannte Einrichtung für eine langsamere, aber noch ausreichend schnelle Serienübertragung sein. In jedem Fall wird der Puffer 102 in einen Zustand gezwungen, in dem er den jeweils zuletzt ihm zugeführten Zählstand darstellt, und behält diesen Zustand so lange bei, bis er in einen anderen Zustand gezwungen wird, der einem neuen, auf den neuesten Stand gebrachten Zählstand entspricht.

Nach einer weiteren Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 107 löscht der Stoppimpuls den Zähler

in digitaler oder in analoger Form ausgeführt ist, stellt ständig das zuletzt gemessene Zeitintervall dar, bis er wieder auf den neuesten Stand gebracht wird.

Es sei nun zu F i g. 3 zurückgekehrt. Die Zeitmeßschaltung 98 arbeitet nur dann, wenn ein Annäherungszustand festgestellt worden ist, was ein Ausgangssignal vom Torsignalgenerator 82 zur Folge hat, und wenn Annäherungsmeldungen von einem anderen Flugzeug empfangen werden, was ein Ausgangssignal vom Torsignalgenerator 109 zur Folge hat. Diese beiden Torsignale öffnen das UND-Tor 99, so daß Fl-Impulse passieren können, um die Zeitmeßschaltung 98 zu starten. Jeder nächstfolgende Impuls von dem Annäherungsdekodierer 81 stoppt die Zeitmeßschaltung, die damit das Zeitintervall zwischen den zwei Impulsen mißt. Dieses Zeitintervall ist unter Berücksichtigung von Systemverzögerungen die Zeit, die Radiowellen für den Hin- und Rückweg zwischen den beiden Flugzeugen benötigen, und ist daher ein Maß für die direkte Schrägentfernung Y.

Es ist zu beachten, daß die beschriebene Entfernungsmessung zwischen zwei geeignet ausgerüsteten Flugzeugen aufgrund irgendeiner SSR-Abfrage erfolgen kann, bei der sie nacheinander angestrahlt werden. Es können zwei oder mehrere solcher Radarstationen eine solche Entfernungsmessung veranlassen, ohne daß gegenseitige Störungen auftreten, außer in den extrem ungewöhnlichen Fällen, in denen beide Radarstrahlen gleichzeitig in den Annäherungssektor weisen. Diese Situation kann, wenn sie überhaupt vorkommt, nur zeitweilig auftreten, weil jedem Radarstrahl eine andere Umlaufperiode und Impulswiederholungsfrequenz zugeordnet ist.

Die Zeitmeßschaltung 95 arbeitet nur dann, wenn einGemeinsamer-Azimutsektor-und-Entfernungswarnsignal auf der Leitung 42 vorhanden ist, was die UND-Tore 96 und 120 öffnet, wenn der PRF-Generator 69 auf eine gewählte Radarstation phasenmäßig fixiert ist, so daß synthetische Fl-Impulse erzeugt werden, und wenn die Antwortbildimpulse von einem anderen Flugzeug empfangen werden, welches von derselben gewählten Radarstation befragt wird. Unter diesen Bedingungen wird die Zeitmeßschaltung von jedem synthetischen Fl-Impuls gestartet und von jedem dekodierten Antwortbildimpuls gestoppt, welcher den PRF-Seiektor 97

o3 passiert.

Das gemessene Zeitintervall entspricht der Zeil zwischen der eigenen dekodierten Abfrage, d. h. dem synthetischen Impuls Fl, und dem Empfang der Antwort

des anderen Flugzeugs auf die iäntsprechende Abfrage. Dieses Zeilintervall ist unter Berücksichtigung von Systemverzi-gerungen ein Maß für Y + X, der algebraischen Summe der Schrägentfernung Y und der SSR-Entfernungsdifferenz X. Das Ausgangssignal der Zeitmeßschaltung 95 wird dem Subtrahierer 100 zugeführt, wo die Differenz dieses Ausgangssignals und des Signals der Zeitmeßschaltung 98 ein Signal erzeugt, das der SSR-Entfernungsdifferenz X entspricht, die vom Rechner zur Berechnung des Winkels der Richtung zum anderen Flugzeugs verwendet wird.

Es sei nun auf den oberen Teil von F i g. 3 Bezug genommen. Der Eigener-Richtungswinkel-Rechner 76 von Fig. 1 enthält PRF-Selektoren 121 und 122, Hüllkurvendetektoren 123 und 124, die Verzögerungsschaltung 125, die Zeitmeßschaltungen 126 und 127, den Dividierer 128 und den Funktionsgenerator 129. Die Zeitmeßschaltungen können ähnlich aufgebaut sein wie die oben beschriebenen, sind jedoch geeignet, über größere Zeitspannen zu arbeiten, d. h. Zeitintervalle bis zu einer Umlaufperi,;de des Radarstrahls zu messeil, also z. B. 4 Sekunden. Es kann sich jedoch auch um einfache elektromechanische Uhren bekannter Art handeln. Die Hüllkurvendetektoren sind Diodengleichrichter mit Tiefpaßfiltern oder anderen geeigneten Mitteln zum Umsetzen von Burstimpulsen in einzelne, vorzugsweise längere Impulse.

Beim Betrieb stoppt jeder Nordimpuls von dem gewählten SSR-Sender zunächst die Zeitmeßschaltung

126, wenn diese gerade läuft, und startet dann nach einer kurzen Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 125 beide Zeitmeßschaltungen 126 und 127. Das nächstfolgende Burstsignal aus Fl-Impulsen, welches auftritt, während der Radarstrahl an dem Flugzeug vorbeistreicht, stoppt die Zeitmeßschaltung 127, die in gestopptem Zustand verbleibt, bis der nächste Nordimpuls auftritt.

Das Ausgangssignal der Zeitmeßschaltung 126, das mit N bezeichnet ist, stellt die Länge des Zeitintervalls dar, das der Radarstrahl für einen vollständigen Umlauf benötigt. Das Ausgangssignal der Zeitmeßschaltung

127, das mit M bezeichnet ist, stellt die Länge des Zeitintervalls dar, das der Radarstrahl benötigt, um sich von der magnetischen Nordrichtung in die von der Radarstation aus gesehene Positionslinie 80 des Flugzeugs zu drehen. Diese Ausgangssignals werden dem Dividierer

128 zugeführt, der ein Ausgangssignal erzeugt, das den Quotienten M/N darstellt

Die Größe M/N hat einen Wert zwischen null und eins und stellt den Winkel 0 zwischen magnetisch Nord und der Richtung vom Flugzeug zu der SSR-Station dar, und zwar als Bruchteil eines vollständigen Kreises, d. h. von 360". Die Darstellung kann in digitaler oder analoger Weise erfolgen, elektrisch oder mechanisch, je nach der jeweiligen Bauart der Zeitmeßschaltungen 126 und 127 und des Dividierers 128. Der Funktionsgenerator

129 setzt diese Darstellung in eine für die Wiedergabe durch die Anzeigevorrichtung 77 und für die Verwendung in dem Rechner für den Richtungswinkel des anderen Flugzeugs geeignete Form um. Es sei darauf hingewiesen, daß der berechnete Wert von Φ unabhängig von der individuellen Umlauffrequenz des Radarstrahls des gewählten SSR-Senders ist.

Der Rechner 75 (F i g. 1) für den Winkel der Richtung zum anderen Flugzeug, der in dem unteren rechten Teil von F i g. 3 erscheint, enthält einen Dividierer 130, einen Funktionsgenerator 131, eine algebraische Addiereinrichtung 132, eine algebraische Subtrahiereinrichtung 133 und eine logische Vor-Nacheilungsschaltung 134. Der gewöhnliche magnetische Kompaß 135 liefert die für die Rechnung erforderliche Information über den eigenen Kompaßkurs H.

Aus F i g. 2 sieht man, daß der Winkel Θ zwischen der eigenen SSR-Positionslinie 80 und der Linie von dem eigenen zu dem anderen Flugzeug — im Uhrzeigersinn von der Verlängerung der Linie 80 über die eigene Position 72 hinaus gemessen — geringer ist als 90°. Wenn das andere Flugzeug sich näher an dem SSR-Sender befindet, liegt der Winkel θ zwischen 90° und 270°.

Die SSR-Entfernungsdifferenz X wird als positiv angesehen, wenn das andere Flugzeug weiter von dem SSR-Sender entfernt ist, und als negativ, wenn das andere Flugzeug sich näher an diesem befindet.

Diese Vorzeichenkonvention wird beim normalen Betrieb der Zeitmeßschaltung 95 und des Subtrahierers 100 von F i g. 3 automatisch berücksichtigt, weil die Ubsrgangszeitsdifferenz, die von der Zeitmeßschakurig 95 gemessen wird, dem Wert Y + /X/ proportional ist, wenn das andere Flugzeug weiter entfernt ist, und proportional zu Y— /X/ ist, wenn das andere Flugzeug näher ist. Wenn also V von Y ± /XAm Subtrahierer 100 subtrahiert wird, hat die Differenz X das richtige Vorzeichen.

Gemäß Fig. 2 rotieren alle SSR-Strahlen von oben gesehen im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 136 angedeutet wird. Wenn das eigene Flugzeug vor dem anderen angestrahlt wird, wie das bei den gezeigten Positionen der Fall ist, liegt der Winkel 0 zwischen 0 und 180". Wenn das andere Flugzeug zuerst angestrahlt wird, liegt θ zwischen 180° und 360°. Der zuerst erwähnte (gezeigte) Zustand wird »Voreilung« genannt; der andere (nicht gezeigte) Zustand wird »Nacheilung« genannt. Wendet man die Konvention an, daß Y beim Voreilungszustand positiv und beim Nacheilungszustand negativ ist, so wird das Vorzeichen von Y durch die logische Vor-Nacheilungsschaltung 134 bestimmt.
Gemäß F i g. 7 besteht die logische Vor-Nacheilungsschaltung aus UND-Toren 137 und 138 und Flipflops 139 und 140. Ein Nordimpuls, der dem Ausgang des Hüllkurvendetektors 123 entnommen wird, löscht beide Flipflops und aktiviert damit deren »0«-Ausginge und öffnet beide UND-Tore. Das UND-Tor 137 empfängt die von dem Hüllkurvendetektor 124 abgetasteten Fl-Burstsignale, und das UND-Tor 138 empfängt die dekodierten Antwortbildimpulse von dem Ausgang des U N D-Tores 96 von F i g. 3.

Nachdem ein Nordimpuls aufgetreten ist, während der Strahl des ausgewählten SSR-Senders nach Norden weist, erscheint ein Fl-Signal, während der Radarstrahl zu dem eigenen Flugzeug hinweist, und ein Antwortrahmensignal wird erscheinen, wenn der Radarstrahl zu dem anderen Flugzeug weist. Wenn zunächst das Fl-Signal erscheint, wird das Flipflop 139 gesetzt, wodurch die »1 «-Ausgangsklemme desselben aktiviert wird« um einen Voreilungszustand anzuzeigen, und die Aktivierung seiner »O«-Ausgangsklemme aufgehoben wird. Dadurch wird das UND-Tor 138 gesperrt, so daß ein nachfolgender Antwortbildsignal daran gehindert wird, das Flipflop 140 zu setzen.

Wenn ein Antwortrahmensignal vor dem Fl -Signal auftritt, wird das Flipflop 140 gesetzt und sein »1 «-Ausgang aktiviert um einen Nacheilungszustand anzuzeigen, und sein »0«-Ausgang entaktiviert um das Setzen des Flipflops 139 durch ein nachfolgendes Fl-Signal zu verhindern. Dementsprechend wird das Vorzeichen von Y dadurch bestimmt welcher der »!«-Auseänse der

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Flipflops aktiviert ist.

Es sei nun wieder auf F i g. 3 Bezug genommen. Die y-Vorzeicheninformation von der logischen Vor-Nacheilungsschaltung 134 und der Ausgang des Dividierers 130, der den Quotienten X/Y mit dem X-Vorzeichen darstellt werden dem Funktionsgenerator 131 zugeführt, der eine digitale oder analoge Schaltung bekannter Art sein kann und dessen Ausgang den Winkel arc cos (X/Y) darstellt einschließlich der quadrantenmäßigen Lage desselben. Dieser Winkel ist eine gute Annaherung — in einer typischen Situation innerhalb zwei oder drei Grad — an den Winkel Θ.

Die Addiereinrichtung addiert die den Winkeln 0und Φ entsprechenden Signale und erzeugt ein Ausgangssignal, das θ + Φ darstellt und das, wie F i g. 2 zeigt, den Winkel zwischen der magnetischen Nordrichtung und der vom eigenen Flugzeug zum anderen Flugzeug weisenden Linie entspricht. Eine ähnliche Darstellung der eigenen Magnetkursrichtung H, die von dem Kompaß 135 bereitgestellt wird, wird in dein Subtrahierer 133 subtrahiert so daß ein Ausgangssignal entsteht das θ + Φ- Hdarstellt was gemäß Fig.2 der Winkel B zwischen der Richtung vom eigenen zum anderen Rugzeug und der Kursnchtung des eigenen Flugzeugs ist. Die von der Wiedergabevorrichtung 78 ausgegebene Darstellung zeigt direkt die Sichtlinie auf ein eingedrungenes Flugzeug bezüglich der Längsachse des eigenen rlugzeugs an.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Ermitteln der Schrägentfernung zwischen einem eigenen Fahrzeug und einem fremden Fahrzeug, die jeweils mit einem Transponder ausgerüstet sind und sich im Bereich einer umlaufenden Strahlungskeule mindestens eines Überwachungs-Sekundär-Radar-Abfragesenders (= SSR-Sender) befinden, bei welchem im eigenen Fahrzeug Antwortsignale des Transponders des fremden Fahrzeuges empfangen und verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der eigene Transponder beim Empfang einer Abfrage von einem ausgewählten SSR-Sender eine Antwort abstrahlt, weiche ein zusätzliches Codezeichen enthält, das beim Empfang dieser Antwort durch den Transponder des fremden Fahrzeuges diesen Transponder zum Abstrahlen einer Antwort veranlaßt; daß diese vom fremden Transponder abgestrahlte Antwort im eigenen Fahrzeug empfangen wird und daß die Schrägentfernung Kzwischen dem eigenen und dem fremden Fahrzeug aufgrund der Signallaufzeit zwischen der Aussendung der Antwort des eigenen Fahrzeuges und dem Empfang der Antwort vom fremden Fahrzeug ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Abfrageimpulsen (Fi) des ausgewählten SSR-Senders synchronisierte Impulsfolge erzeugt wird; daß das Zeitintervall zwischen den Impulsen dies=?·- Impulsfolge und empfangenen Antwortimpulsen, die vom fremden Fahrzeug als Antwort auf Abfragen durch den ausgewählten SSR-Sender abgestrahlt wurden, erraittelt wird und daß aus diesem Zeitintervall die Diherenz Xder Entfernungen vom SSR-Sender zum eigenen und zum fremden Fahrzeug errechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem der SSR-Sender einen Nordimpuls abstrahlt, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Schrägentfernung Y und der Entfernungsdifferenz X der Winkel θ zwischen der Richtung vom ausgewählten SSR-Sender zum eigenen Fahrzeug und der Richtung vom eigenen zum fremden Fahrzeug nach der Näherungsformel Θ =* arc cos (XJY) errechnet wird; daß aus der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des Nordimpulses und dem Empfang der umlaufenden Strahlungskeule des SSR-Senders der Winkel 0 zwischen magnetisch Nord und der Richtung zwischen dem SSR-Sender und dem eigenen Fahrzeug ermittelt wird und daß aus den beiden oben erwähnten Winkeln Θ und Φ sowie dem Winkel H zwischen dem eigenen Kurs und magnetisch Nord der Winkel B zwischen dem eigenen Kurs und der Richtung vom eigenen zum fremden Fahrzeug gemäß der Gleichung

Β=Φ +Θ-Η

errechnet wird.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, für ein vorgebenes eigenes Fahrzeug, mit einem Transponder (60) zum Empfang von Abfragesignalen, die von SSR-Sendern abgestrahlt worden sind, und zum Senden entsprechender Transponder-Antwortsignale und mit einem Antwortempfänger (63) für Transponder-Antwortsignale, die von Transpondern anderer, entsprechend ausgerüsteter Fahrzeuge als Antwort auf empfangene Abfragesignale abgestrahlt worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (60) mit einem Annäherungsdetektor (66) der einen erweiterten Azimutwinkel besitzt, zum Einfügen eines Entfernungsmeßkommandosignales in die Transponder-Antwortsignale versehen ist; daß der Antwortempfänger (63) mit einem Antwortrahmendficodicrer (II) sowie einem Annäherungsdecodierer (81) zur Erfassung der mit einem Entfernungsmeßkommandosignal codierten Antwortsignale, die von Transpondern anderer Fahrzeuge als Antwort auf die Transponder-Antwortsignale des eigenen Fahrzeugs gesendet worden sind, und daß der Transponder (60) sowie der Antwortempfänger (63) mit einem Entfernungsrechner (70) gekoppelt sind, der die Schrägentfernung Y zwischen dem eigenen Fahrzeug und einem anderen Fahrzeug auf der Basis der Signallaufzeit zwischen dem Senden eines mit dem Entfennungsmeßkommandosignal codierten Antwortsignais und dem Empfang eines durch dieses ausgelösten Antwortsignals des anderen Fahrzeugs ermittelt

5. Einrichtung nach Anspruch 4, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung (6S) zum Erzeugen einer Impulsfolge, weiche mit denAntwortimpulsen (Fi), die vom Transponder (60) des eigenen Fahrzeugs als Antwort auf Abfragen eines bestimmten SSR-Senders gesendet werden, synchronisiert ist und welche dem Entfernungsrechner (70) zugeführt ist, und daß der Entfernungsrechner (70) das Zeitintervall zwischen den Impulsen der Impulsfolge und den empfangenen Antwortimpulsen, welche vom anderen Fahrzeug als Antwort auf Abfragen des bestimmten SSR-Senders bestimmt und hieraus durch Subtraktion der der Schrägentfernung Y entsprechenden Signallaufzeit die Differenz ,Yder Abstände vom SSR-Sender zum eigenen uaJ zu dem fremden Fahrzeug ermittelt

6. Einrichtung nach Anspruch 5, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, mit einer Anordnung zum Decodieren eines vom SSR-Sender abgestrahlten Nordimpulses, gekennzeichnet durch einen Eigen-SSR-Richtungsrechner (76) zum Bestimmen des Winkels Φ aufgrund der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang des Nordimpulses und dem Empfang der umlaufenden Strahlungskeule des SSR-Senders, und durch einen Fremdrichtungsrechner (75) zum Bestimmen des Winkels B.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsrechner (70) eine erste Zeitmeßschaltung (98) zum Messen der zur Ermittlung der Schrägentfernung (Y) dienenden Signallaufzeit und eine zweite Zeitmeßschaltung (95) zum Messen des Zeitintervalls zwischen den Impulsen der Impulsfolge und empfangenen Impulsen, die vom anderen Fahrzeug als Antwort auf Abfragen von der bestimmten SSR-Station gesendet wurden, enthält und daß die Zeitmeßschaltungen (95,98) mit einem Subtrahierer (100) zum Bestimmen der Differenz X durch Subtraktion der der Schrägentfernung Y entsprechenden Signallaufzeit von dem erwähnten Zeitintervall gekoppelt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fremdrichtungsrechner (75) einen Dividierer (130) zum Erzeugen eines Signals entsprechend dem Quotienten X/Y, einen Funktionsee-

nerator (131) zum Erzeugen eines den Wert des Winkels έ? darstellenden Signals aus der Funktion Zusammenstöße oder Beinahezusammenstöße in der Luft auch in stark frequentierten Gebieter? in einfacher und kostengünstiger Weise verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst

Die Unteransprüche sprechen vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und vorteilhafte Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens an.

Das vorliegende Verfahren läßt sich mit geringem apparativem Aufwand realisieren und liefert eine direkte Information über die Schrägentfernung zwischen dem eigenen Flugzeug und einem sich nähernden Flugzeug. Eine Modifizierung des üblichen SSR-Systems ist nicht erforderlich. Außerdem wird auch die normale Arbeitsweise des Systems nicht gestört.

Die Information über die Schrägentfernung zwischen dem eigenen Flugzeug und einem sich nähernden Fremdflugzeug ist schon für sich kleine von großem Nutzen, da sie als quantitatives MaE fü- die Koiiisions-