Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung des Abstandes zweier Objekte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Einrichtungen sind in Verbindung mit der Über- wachung des Abstandes zweier Flugzeuge bekannt und werden unter der Bezeichnung TCAS (Traffic Alert & Collision Avoidance System) von der Fa. Honeywell vertrieben. Bei dieser bekannten Einrichtung wird von den normalen Radar¬ einrichtungen des Flugzeuges Gebrauch gemacht, wobei die Lagedaten von den verschiedenen Flugzeugen über deren

Transponder der Radar-Bodenstation übermittelt werden und von dort zusammen mit anderen Daten an alle weiteren im gleichen Luftraumbereich fliegende Flugzeuge übermittelt werden.

Eine ähnliche Einrichtung wird unter der Bezeichnung TCAD (Traffic/Collision Alert Device) von der Fa. Ryan vertrie¬ ben. Diese bekannte Einrichtung empfängt und decodiert Transpondersignale und stellt den Luftverkehr im interes- sierenden Luftraum durch Zeichenfolgen auf einer kleinen

Anzeige dar. Auch bei diesem System wird aber von den normalen Radar-Transpondersignalen Gebrauch gemacht.

Die Radar-Luftüberwachung hilft zwar für höher liegende Verkehrsbereiche gut; gerade bei niederen Flughöhen, bei denen eine besonders große Gefahr von gefährlichen Annähe¬ rungen von Flugzeugen besteht, arbeitet die Radar-Überwa¬ chung und die Übertragung zusmmen mit Radarsignale über¬ tragener Daten aber weniger zufriedenstellend.

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Durch die vorliegende Erfindung wird eine Einrichtung zur Überwachung des Abstandes zweier Objekte, von denen sich mindestens eines bewegt, angegeben, bei welchem der Objektabstand unabhängig von Radarsignalen bestimmt wird.

Hierzu schafft die Erfindung eine Überwachungseinrichtung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung senden die im Hinblick auf eine gefährliche Annäherung zu über¬ wachenden Objekte ständig Lagedatensignale und Objekt- Identifizierungssignale im VHF-Bereich aus. Das Aussenden dieser Signale erfolgt im wesentlichen mit einer Kugel- Charakteristik. Ähnlich arbeiten die verwendeten Empfangs- einheiten mit einer Kugelcharakteristik. In den bewegten

Objekten sind jeweils Überwachungsrechner enthalten, welche aus den erhaltenen Lagedatensignalen und den eigenen Lage¬ datensignalen den momentanen Objektabstand berechnen. Die Lagedatensignale sind im Falle bewegter Objekte jeweils durch eine GPS-Einheit (GPS = Global Positioning

System) erstellt, basieren also auf einer Standardbe¬ stimmung unter Verwendung der Ausgangssignale einer Vielzahl im Weltraum angeordneter Navigationssatelliten. Die so erhaltene Standortbestimmung ist sehr präzise. Die GPS-Einheiten sind zwischenzeitlich preisgünstig er¬ hältlich.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die GPS- Lagebestimmung und auch die VHF-Lagedatenübermittlung nicht nur in großen Höhen sondern auch in der Nähe der

Erdoberfläche gut arbeiten. Man kann somit mit der erfin¬ dungsgemäßen Einrichtung gefährliche Annäherungen von Flugzeugen auch in der Nähe und auf der Erdoberfläche überwachen.

Die erfindungsgemäß Einrichtung läßt sich aber auch zur Kollisionsvermeidung bei Sshiffen und Landfahrzeugen verwenden.

Schließlich läßt sich die Erfindung auch dazu verwenden, die Annäherung bewegter Objekte an feststehende Hinder¬ nisse zu überwachen. Hierzu werden die feststehenden Hindernisse mit die Lagedatensignale und Objekt-Identifi¬ zierungssignale enthaltenden Speichern versehen, und die entsprechenden Daten werden laufend aus diesem Speicher augelesen und abgestrahlt, wie für bewegte Objekte. Auf diese Weise kann man hohe Gebäude, Berge oder dergleichen sehr preisgünstig in die Sicherheitsüberwachung des Kurses von Flugzeugen integrieren. In der Schiffahrt können entsprechend ausgestattete Funkbojen gefährliche Annähe¬ rungen von Schiffen an Untiefen vermeiden.

Ein Einsatz der Erfindung ist wegen der hohen Auflösung der GPS-Lagedaten auch in Verbindung mit Landfahrzeugen sinnvoll (z.B. frühzeitige Erkennung von Geisterfahrern auf Autobahnen) .

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unter¬ ansprüchen angegeben.

Überträgt man gemäß Anspruch 2 nicht nur die Lagedaten der Obj ekte sondern auch deren Kursdaten (Bewegungsrich¬ tung, Bewegungsgeschwindigkeit ) , so kann man schon nach Empfang eines einzigen Bahndatensatzes die zukünftige Bewegung des zu überwachenden Obj ektes gut abschätzen .

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 ist im Hinblick auf das Vermeiden von Überlappungen in den auf einem gemeinsamen VHF-Kanal übertragenen Bahndatensignalen von Vorteil .

Dabei wird mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß An¬ spruch 4 auf einfache Weise die Gefahr reduziert, daß zwei Objekte gleichzeitig dieselbe Sendezeitscheibe be¬ nutzen, denn die Zuteilung der verschiedenen Funkkanäle, über welche der Sprechverkehr für die verschiedenen Objekte (Flugzeuge) erfolgt, erfolgt durch die Flugüberwachung ebenfalls so, daß keine Doppelbelegung von Kanälen vorkommt,

Auch die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 5 dient dazu, Überlappungen in von den verschiedenen Objekten ausgestrahlten Lagedatensätzen zu vermeiden.

Bei einer Einrichtung gemäß Anspruch 6 wird dem Führer des bewegten Objektes zusammen mit einer Warnung auch gleich ein Vorschlag für eine Kursänderung unterbreitet, der unter Berücksichtigung der Luftfahrt- oder Schiffahrts- Ausweichregelungen erstellt ist und dem Fahrzeugführer ein rasches und richtiges Reagieren in der gegebenen Ge- fahrensituation ermöglicht.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 gestattet es, bei zwei bewegten Objekten rasch mit dem Führer des anderen Objektes Funkkontakt aufzunehmen, um den jeweils einzuschlagenden Ausweichkurs abzusprechen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei- spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

In dieser zeigen:

Figur 1 -. eine schematische Darstellung der Abstandsüber¬ wachung zwischen in einem gemeinsamen Verkehrs- räum fliegenden Flugzeugen;

Figur 2: ein Blockschaltbild einer Überwachungseinheit,

wie sie von jedem der in Figur 1 gezeigten Flug¬ zeuge getragen wird;

Figur 3: ein Blockschaltbild einer Funkboje, mit welcher besondere Hindernisse für bewegte Objekte mar¬ kiert werden können,-

Figur 4 : ein Blockschaltbild eines Datenprüfkreises der in Figur 2 wiedergegebenen Überwachungseinheit;

Figur 5: ein Flußdiagramm eines Hauptprogrammes, nach welchem ein Überwachungsrechner der Überwachungs- einheit nach Figur 2 arbeitet;

Figur 6: ein Flußdiagramm einer Unterroutine des Haupt¬ programmes nach Figur 5, welche zum Einlesen neuer Bahndatensätze dient; und

Figur 7: ein Flußdiagramm einer Unterroutine des Haupt- programmes nach Figur 5, welche zum Ermitteln eines Vorschlages für einen Ausweichkurs dient.

In Figur 1 sind drei Flugzeuge 10, 12, 14 wiedergegeben, die sich auf unterschiedlichen Kursen durch einen Luftraum bewegen. Die Flugzeuge 10, 12, 14 haben Abstands-Überwa- chungseinheiten 16, 18, 20, die einerseits laufend Objekt¬ daten auf einer VHF-Frequenz senden (angedeutet durch beispielhafte Wellenfronten 22, 24, 26), welche Informa¬ tionen über die Identität des Flugzeuges, seine Bauart, seine Position und seinen Kurs enthalten. Umgekehrt empfangen die Überwachungseinheiten 16, 18, 20 auf der gemeinsamen VHF-Frequenz Objektdaten von den anderen im betrachteten Luftraum befindlichen Flugzeugen.

Wie später noch genauer beschrieben wird, umfassen die

Objektdaten insbesondere den Objektstandort, die Höhe des Objektes über NN. , die Richtung, in welcher sich das Objekt bewegt, die Geschwindigkeit, mit der sich das Objekt bewegt, die Zeit der Absendung der Objektdaten vom Objekt, einen Objektidentifizierungscode, Angaben zum Objekttyp und den VHF-Kanal, auf welchem Funksprechverkehr mit dem Objekt abgewickelt wird.

Wie nachstehend noch genauer beschrieben wird, ermitteln die Überwachungseinheiten der verschiedenen Flugzeuge, ausgehend von der eigenen Position und dem eigenen Kurs und den Positionen und Kursen der anderen Flugzeuge, ob eine gefährliche Annäherung an ein anderes Flugzeug droht.

Figur 2 zeigt Einzelheiten des Aufbaus einer der Über¬ wachungseinheiten 16, 18, 20.

Die Überwachungseinheiten 16, 18, 20 umfassen jeweils eine GPS-Einheit 28, die an einem ersten Ausgang "GPS" die Lagekoordinaten des Flugzeuges bereitstellt, wie es sich aus dem Laufzeitvergleich von Standard-Uhrensignalen ergibt, welche von verschiedenen im Weltraum fest positi¬ onierten Navigationssatelliten abgestrahlt wird. An einem weiteren Ausgang TME stellt die GPS-Einheit 28 ein hoch- genaues Echtzeitsignal bereit .

Zu einer Überwachungseinheit gehört ferner jeweils ein Kursfühler 30, der ein dem momentan eingeschlagenen Kurs des Flugzeuges entsprechendes digitales Kurssignal COU bereitstellt. Dieses Signal kann z.B. von dem im Flugzeug eingebauten Kreiselkompaß abgeleitet sein.

Ferner umfaßt jede Überwachungseinheit einen Höhenfühler 32, der ein der Flughöhe des Flugzeuges zugeordnetes Höhen- signal HGH bereitstellt. Dieses Signal ist wiederum ein

digitales Signal und wird von einem entsprechend ausgerüste¬ ten Höhenmesser des Flugzeuges bereitgestellt.

In einem Festwertspeicher 34 sind die Zulassungsnummer und der Typ des betrachteten Flugzeuges einprogrammiert.

Ein VHF-Funksprechgerät 40 des Flugzeuges stellt ein digitales Ausgangssignal bereit, welches dem eingestellten VHF-Kanal entspricht. Hierzu ist das Funksprechgerät 40 mit einer Kanalausgabe CHA ausgestattet, die mit dem Ausgang eines mit dem Kanalwähler gekoppelten digi¬ talen Stellungsgebers verbunden ist .

Ein Verkettungskreis 42 setzt die verschiedenen Zeichen- ketten, welche von der GPS-Einheit 28, dem Kursfühler 30, dem Höhenfühler 32, dem Festwertspeicher 34 und dem Funksprechgerät 40 bereitgestellt werden, zu einer einzigen Zeichenkette zusammen, wobei zwischen die einzelnen Zeichenketten Trennzeichen eingefügt werden und eine Kopfzeichenkette vorangestellt wird. Die so erhaltene Zeichenkette wird auf einen Sendekreis 44 gegeben.

Der Sendekreis 44 arbeitet gesteuert durch einen Sende¬ steuerkreis 46. Letzterer erhält an einem ersten Eingang das Zeit-Ausgangssignal TME der GPS-Einheit 28 und an einem zweiten Ausgang das Kanalidentifizierungssignal CHA, welches vom Funksprechgerät 40 abgegeben wird. Unter Verwendung des letztgenannten Signales legt der Sende¬ steuerkreis 46 ein vom eingestellten Funksprechkanal abhängendes Sende-Zeitfenster fest. Innerhalb dieses Sende¬ zeitfensters wird der Sendesteuerkreis 46 aktiviert und setzt dann die ihm überstellte Zeichenkette in serielle Darstellung um, moduliert mit dieser Zeichenkette ein VΗF-Signal fest vorgegebener Standard-Leistung und über- mittelt dieses modulierte VHF-Signal an eine Sende/Emp-

fangsweiche 48, deren Ausgang mit einer Antenne 50 ver¬ bunden ist. Das Arbeiten der Sende/Empfangsweiche 48 erfolgt wiederum gesteuert durch das Ausgangssignal des Sendesteuerkreises 46.

Alternativ kann man die Zuteilung der Sendezeitscheibe auch in Abhängigkeit von der Zulassungsnummer des be¬ trachteten Objektes vornehmen, und in weiterer Abwandlung kann die Zuteilung auch sowohl in Abhängigkeit (oder teilweiser Abhängigkeit) von dem eingestellten VHF-Kanal und von der Zulassungsnummer erfolgen.

In denjenigen Zeitspannen, in denen kein Ausgangssignal des Sendesteuerkreises 46 vorliegt, verbindet die Sende/ Empfangsweiche 48 die Antenne 50 mit einem Empfangskreis 52.

Die Antenne 50 hat eine der Kugelform nahekommende Richt¬ charakteristik.

Wie aus Figur 4 ersichtlich, umfaßt der Empfangskreis 52 einen Eingangsverstärker 54. Dessen Ausgang ist mit dem Eingang eines Amplitudendiskriminators 56 verbunden, welcher nur diejenigen Signale auf seinen Ausgang durch- laufen läßt, deren Amplitude größer ist als ein vorgege¬ bener Schwellwert. Dieser Schwellwert ist so gewählt, daß Signale, die von anderen Flugzeugen empfangen werden, die sich in größerer Entfernung als ein vorgegebener Ab¬ stand von beispielsweise 60 Meilen befinden, unterdrückt werden. Um eine solche direkte Zuordnung zwischen Signal- stärke und Flugzeugabstand zu gewährleisten, haben - wie schon angesprochen - die Sendekreise 44 aller von den verschiedenen Flugzeugen getragenen Überwachungseinheiten gleiche Standard-Sendeleistung, und die sowohl Sendezwecken als auch Empfangszwecken dienenden Antennen 50 der ver-

schiedenen Überwachungseinheiten haben eine der Kugel- Charakteristik möglichst nahekommende Arbeitscharakteristik.

Diejenigen Signale, die zum Ausgangs des Amplitudendis- kriminators 56 durchlaufen und somit Flugzeugen entspre¬ chen, die sich in vorgegebener näherer Umgebung des be¬ trachteten Flugzeuges befinden, gelangen auf einen De¬ modulator 58. Dieser setzt die einlaufenden VHF-Signale wieder in serielle Datensignale um.

An den Ausgang des Demodultors 58 ist ein Seriell/Parallel- Umsetzer 60 angeschlossen. An dessen Ausgang wird somit eine Zeichenkette erhalten, die Ort, Kurs, Flughöhe, Iden¬ tifizierungsnummer und Bauart sowie Funksprechkanal eines anderen in der Nähe befindlichen Flugzeuges ebenso umfaßt wie den genauen Zeitpunkt der Absendung dieser Daten. Der Ausgang des Umsetzers 60 ist mit dem Eingang eines Prüf¬ kreises 62 verbunden. Dieser prüft, ob die erhaltene Zei¬ chenkette vollständig oder fehlerhaft ist. Fehlerhafte Zeichenketten können sich z.B. durch fehlerhafte Signal- Übertragung und/oder Überlappung von Datensätzen ergeben, welche durch zufälliges Arbeiten der Funksprechgeräte 40 zweier Flugzeuge auf derselben Frequenz ergeben können.

Das Erkennen von Fehlern kann an Hand von Plausibilitäts- betrachtungen (z.B. Vergleich des übertragenen Flugzeug¬ typs mit einer Liste aller Flugzeugtypen) oder an Hand von Prüfbits erfolgen, die nach einem vorgegeben Algorithmus aus der zu übertragenden Zeichenkette sendeseitig berechnet werden und zur Zeichenkette hinzugefügt werden, sodaß empfängerseitig ein Vergleich der übermittelten Prüfbits mit dort nach dem gleichen Algorithmus berechneten Ver¬ gleichsprüfbits erfolgen kann.

An einem Ausgang ND stellt der Prüfkreis 62 bzw. der

Empfangskreis 52 immer dann ein Signal bereit, wenn in ihm ein fertiger Datensatz liegt. Die Art dieses Ausgangs¬ signales läßt erkennen, ob es sich um einen fehlerfreien oder einen fehlerbehafteten Datensatz handelt, wobei das Signal zugleich die Art des Fehlers erkennen läßt. Dieses Signal ND wird auf einen Steuereingang eines Prüfrechners 64 gegeben.

Der Prüfrechner 64 entscheidet, ob der erhaltene Daten- satz verworfen oder weiterverwertet werden soll. Im letzt¬ genannten Falle aktiviert der Prüfrechner 64 eine Schreib/ Lese-Steuerklemme W/R eines Objektdatenspeichers 66. Dessen Dateneingangsklemme DI ist mit dem Ausgang des Prüfkreises 62 verbunden.

Durch entsprechende Ansteuerung der Schreib/Lese-Steuer¬ klemme W/R kann der Prüfrechner 64 Daten von der Datenaus¬ gangsklemme DO des Objektdatenspeichers 66 übernehmen.

An eine Adressierklemme ADR des Objektdatenspeichers

66 legt der Prüfrechner 64 jeweils ein die für das Schreiben bzw. Lesen auszuwählende Speicherzelle charakteristisches Signal .

Weitere Dateneingänge des Prüfrechners 64 sind mit den Ausgänen der GPS-Einheit 28 verbunden.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, arbeitet der Prüfrechner 64 so, daß er innerhalb einer Schleife, in welcher die verschiedenen Objektbahnen vorausberechnet und die jewei¬ ligen kleinsten Abstände zur eigenen vorausberechneten Bahn ermittelt werden, ständig seinen mit dem Ausgang des Prüfkreises 62 verbundenen Eingang daraufhin abfragt, ob ein neuer Objektdatensatz im Prüfkreis 62 vorliegt.

Ist dies der Fall, ermittelt der Rechner (vgl. die Unter¬ routine von Figur 6) , wo dieser Datensatz in dem Objekt- datenspeicher 66 abzulegen ist und ob der Abstand zu dem zu diesem Datensatz gehörenden Objekt kleiner ist als eine vorgegebene Sicherheitsmarge. Ist dies der Fall, aktiviert der Prüfrechner 64 einen Alarm und gibt eine entsprechende Anzeige sowie einen Vorschlag für ein Ausweichmanöver auf einem Bildschirm 68 aus.

Liegt eine derartige direkte Gefahrensituation nicht vor, so arbeitet der Prüfrechner 64 gemäß seinem Hauptprogramm weiter. In diesem lädt der Prüfrechner die verschiedenen Objektdatensätze aus dem Objektdatenspeicher 66. Für jeden Objektdatenstatz wird durch Extrapolation der voraussicht- lieh von dem zugeordneten Flugzeug durchlaufene Weg berech¬ net und mit dem durch Extrapolation der eigenen Lagedaten und Kursdaten berechneten Kurs verglichen. Der kleinste Abstand zwischen diesen beiden Kursen wird ermittelt, und liegt dieser Abstand wieder unter einer vorgegebenen Sicherheitsmarge, erfolgt zum einen Aktivierung der Alarm¬ einheit 70 und eine entsprechende Ausgabe auf dem Bild¬ schirm 68.

Der Prüfrechner 64 macht hierbei zugleich einen Vorschlag für eine Kurskorrektur, der den gebräuchlichen Ausweich¬ regeln Rechnung trägt. Außerdem wird bei dem Ausweichvor¬ schlag schon berücksichtigt, ob durch den vorgeschlagenen geänderten Kurs möglicherweise eine unzulässige Annäherung an ein anderes Objekt erfolgt. Siehe hierzu das Flußdiagramm der Unterroutine für die Ermittlung des Ausweichvorschlages, das in Figur 7 wiedergegeben ist.

Das oben beschriebene Prinzip zur Überwachung des Abstandes zwischen verschiedenen in einem gemeinsamen Luftraum be- findlichen Flugzeugen läßt sich gleichermaßen übertragen

auf die Kollisionsverhinderung zwischen Schiffen.

Ferner kann man mit dem oben geschilderten Prinzip auch Kollisionen mit feststehenden Hindernissen vermeiden, z.B. Bergen und hohen Gebäuden, wenn es sich bei den Ob¬ jekten um Flugzeuge handelt oder Untiefen oder gesperrte Bereiche des Meeres, wenn es sich um Schiffe handelt. Hierzu werden die Hindernisse mit Funkbojen versehen, welche ähnlich arbeiten wie der aktive oder sendende Teil einer Überwachungseinheit, wie sie obenstehend unter Bezug¬ nahme auf Figur 2 beschrieben wurde. Da die Lage des Hin¬ dernisses aber unveränderlich ist, kann man einen entspre¬ chenden Objektdatensatz einfach in einem Festwertspeicher 72 ablegen (vgl. Figur 3), der mit dem Eingang des Sende- kreises 44 verbunden ist. Da die Lage des Hindernisses bekannt ist und aus Kostengründen in der Funkboje keine GPS-Einheit enthalten ist, erfolgt die Zuteilung einer Zeitscheibe in fester Weise, wobei das Synchronisieren des Sendesteuerkreises 46 auf die Echtzeit durch eine Funkuhr 74 erfolgt, die an eine Antenne 76 angeschlossen ist .

Man erkennt, daß man mit Funkbojen der in Figur 3 gezeig¬ ten Art auf sehr preiswerte Weise Hindernisse in eine leitstellenunabhängige Kursüberwachung von bewegten Ob¬ jekten integrieren kann.