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DE3012616A1 - Flughafenueberwachungseinrichtung - Google Patents

Flughafenueberwachungseinrichtung

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DE3012616A1
DE3012616A1 DE19803012616 DE3012616A DE3012616A1 DE 3012616 A1 DE3012616 A1 DE 3012616A1 DE 19803012616 DE19803012616 DE 19803012616 DE 3012616 A DE3012616 A DE 3012616A DE 3012616 A1 DE3012616 A1 DE 3012616A1
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DE
Germany
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secondary radar
interrogators
interrogation
monitoring
interrogation pulses
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DE19803012616
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DE3012616C2 (de
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Heinz Ludwig Dipl.-Ing. 7148 Remseck Cohrs
Günter Dr.-Ing. 7014 Kornwestheim Höfgen
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Alcatel Lucent Deutschland AG
Original Assignee
Standard Elektrik Lorenz AG
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Publication date
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Priority to NL8101444A priority patent/NL8101444A/nl
Priority to US06/248,877 priority patent/US4418349A/en
Priority to IT20886/81A priority patent/IT1136881B/it
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Description

G.Höfgen 31-4
Flughafenüberwachungseinrichtung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Flughafenüberwachungseinrichtung wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 3 angegeben. Eine solche Flughafenüberwachungseinrichtung ist in der deutschen Patentanmeldung P 29 34 844 vorgeschlagen.
Bei der dort beschriebenen Flughafenüberwachungseinrichtung werden SSR-Abfragesignale (SSR-Seeondary Surveillance Radar, Sekundärradar) abgestrahlt, die von SSR-Transpondern an Bord eines Fahrzeugs, z.B. eines rollenden Flugzeugs, mit einem SSR-Antwortsignal beantwortet werden, wenn sich das Fahrzeug im Erfassungsbereich der Abfragesignale befindet. Das SSR-Antwortsignal enthält zur Identifizierung des Fahrzeugs einen dem jeweiligen Fahrzeug zugeordneten Kode. In einer Anzeigeeinrichtung wird angezeigt, welches Flugzeug oder Fahrzeug sich wo befindet. Diese Flughafenüberwachungseinrichtung erfordert einen großen technischen Aufwand. Zur Erzeugung der SSR-Abfrageimpulse sind zwei Abfragegeräte vorgesehen,die beidseitig der Rollbahn einander gegenüberliegend angeordnet sind. Da die Abfragegeräte adressiert von einer Zentrale aus gesteuert werden, ist auf dem Flughafengelände eine aufwendige Verkabelung notwendig. Alle Abfragegeräte sind mit Empfängern ausgestattet.
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Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Flughafenüberwachungseinrichtung anzugeben, bei der billige Abfragegeräte verwendet werden können.
Lösung
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 oder Anspruch 3 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Vorteile
Die Abfragegeräte enthalten keine Empfänger, sind einfach aufgebaut und können batteriebetrieben sein. Zum Empfang der SSR-Antwortsignale reichen einige wenige Peiler oder Empfänger mit Zeitneßeinrichtimgen aus. Bei der Installation dieser Flughafenüberwachungseinrichtung auf einem bereits vorhandenen Flughafen ist es besonders vorteilhaft, daß batteriebetriebene Abfragegeräte verwendet werden können, denn eine Verkabelung der Abfragegeräte wäre in diesem Fall besonders aufwendig.
Beschreibung
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 : die Anordnung der Abfragegeräte und der Peiler,
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Fig. 2 : die Antenne eines Abfragegeräts und Fig. 3 : die Richtdiagramme eines Abfragegeräts.
Bei der Flughafenüberwachungseinrichtung wird vorausgesetzt, daß die Fahrzeuge oder Flugzeuge, die in dem zu überwachenden Bereich erkannt werden sollen, mit SSR-Transpondern ausgestattet sind. Die Grundlagen des Sekundärradars einschließlich der verwendeten Signale und SSR-Geräte (Abfragegeräte und SSR-Transponder) sind in dem Buch " Sekundär-Radar " von P. Honold, Verlag Siemens AG, 1971, beschrieben. In der weiteren Beschreibung wird noch auf einzelne Kapitel oder Seiten dieses Buches Bezug genommen werden.
Für die Beschreibung wird als zu überwachender Bereich ein Stück Rollbahn 1 betrachtet, auf der ein mit einem SSR-Transponder T ausgerüstetes Flugzeug 2 rollt. SSR-Transponder sind im Kapitel 3 des zitierten Buches " Sekundär-Radar " beschrieben.
Beidseitig der Rollbahn 1 und alternierend auf der linken bzw. rechten Seite der Rollbahn sind mehrere Abfragegeräte A1 bis A5 vorgesehen. Diese Abfragegeräte strahlen die P1-, P2- und P3-Impulse so ab, daß ein SSR-Transponder T an einem bestimmten Ort des zu überwachenden Bereiches nur von einem diesem Ort zugeordneten Abfrageradargerät die P1-P2-P3-Impulse in der Weise erhält, daß er sie als SSR-Abfrageimpulse erkennt.
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Dadurch wird der zu überwachende Bereich in mehrere uberwachungsSektoren I, II, III eingeteilt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließen sich die UberwachungsSektoren ungefähr dreieckförmig aneinander an. Das Zustandekommen des räumlichen Verlaufs eines Überwachungssektors wird anhand der Fig. 3 näher erläutert. Es ist auch möglich, daß sich die Überwachungsbereiche geringfügig überlappen.
Durch die Einteilung in einzelne Uberwachungssektoren wird verhindert, daß auf ein SSR-Abfragesignal alle SSR-Transponder im gesamten zu überwachenden Bereich antworten. Dies würde nämlich bei dem nachfolgend beschriebenen Verfahren zur Bestimmung des Standorts des SSR-Transponders, der das SSR-Antwortsignal abstrahlt, zu außerordentlichen Schwierigkeiten führen oder evtl. eine Auswertung sogar unmöglich machen, weil sich die etwa 25ns langen Antwortsignale überlappen würden (synchrone SchlüsselVerwirrung).
Die Zeitpunkte, zu denen die SSR-Abfrageimpulse von den Abfragegeräten abgestrahlt werden, wird nicht zentral gesteuert, sondern die Abfragegeräte arbeiten selbständig mit statistisch verteilten Aussendungen. Dies erreicht man dadurch, daß jedes Abfragegerät mit einem wenig konstanten Taktgenerator ausgestattet ist, der die Zeitpunkte der SSR-Abfragesignal-Abstrahlung bestimmt. Da alle Taktgeneratoren voneinander unabhängig betrieben sind, stehen die Abstrahlzeitpunkte der einzelnen Abfragegeräte in keinem zeitlichen Bezug zueinander, sondern es besteht eine zufällige Aufeinanderfolge .
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Die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abfragesignal-Abstrahlungen liegt bei etwa 10... 100 ms.
Bei dieser Steuerung der Abstrahlzeitpunkte kann es vereinzelt vorkommen, daß zwei unterschiedlichen Überwachungssektoren zugeordnete Abfragegeräte gleichzeitig ein SSR-Abfragesignal abstrahlen und daß in diesem Fall zwei SSR-Transponder gleichzeitig antworten. Die Wahrscheinlichkeit hierfür ist jedoch wegen der sehr niedrigen Belegungsdichte gering. Das heißt, die Eigenstörung ist vernachlässigbar, weil die jeweils nächsten SSR-Abfragesignale wieder zu unterschiedlichen Zeiten abgestrahlt werden und die Abfragen so schnell aufeinander erfolgen, daß die Unbrauchbarkeit einzelner Messungen nicht stört.
Die von dem SSR-Transponder T an Bord eines rollenden Flugzeugs 2 abgestrahlten SSR-Antwortsignale werden rundum abgestrahlt. Sie werden von drei auf dem Flughafengelände aufgestellten Pei.ern PL1, PL2 und PL3 empfangen, die jweils die Einfallsrichtungen ^f ι , ψ2 und (P~ der SSR-Antwortsignale ermitteln. Diese gemessenen Einfallswinkel werden zusamen mit der Flugzeugadresse des SSR-Antwortsignals zu einer Auswerteeinrichtung 3 Übertragen. Dort wird auf allgemein bekannte Weise aus den gemessenen Einfallsrichtungen und den Standorten der Peiler der augenblickliche Standort des SSR-Transponders, der das SSR-Anwortsignal abgestrahlt hat, ermittelt .
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Die Anzeige des Standorts in einer Anzeigeeinrichtung 4 erfolgt auf bekannte Weise· (z.B. durch Leuchtzeichen auf einem Display, auf dem die Rollbahnen, Start- und Landebahnen und andere zu überwachende Bereiche graphisch dargestellt sind ). Es ist weiterhin möglich, zusätzlich den dem betroffenen SSR-Transponder zugeordneten Kode mit anzuzeigen.
Als Peiler sind u.a. Monoplus-Peiler, die nach dem Interferometerprinzup arbeiten , geeignet ( Funksysteme für Ortung und Navigation, herausgegeben von E.Kramar, Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart 1973, Seiten 79-82; Vortrag "Schnellpeilung nach dem DLS-Prinzip als möglicher Beitrag zum Ausbau eines Sekundärradars" von G.Höfgen, Symposium über Radartechnik, 13.-15.11.1974, München ). Die Übertragung der gemessenen Winkel und Kodes kann beispielsweise wie beim Air-Trafficcontrol Radar Beacon System (M.J. Skolnik, Mcfrow Hill Verlag, New York 1970, Kapitel 38, insbesondere Seiten 38-2) erfolgen.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 die Antenne eines Abfragegeräts erläutert.
SSR-Abfragegeräte an sich sind in dem zitierten Buch Sekundär-Radar im Kapitel 2 beschrieben. Hiervon sind insbesondere die Kapitel 2. bis 2.4.3 von Interesse. Verglichen mit den dort beschriebenen SSR-Abfragegeräten sind die hier benötigten Abfrage-
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geräte um ein vielfaches einfacher gebaut. Es sind z.B. keine emfpangsseitigen Einrichtungen vorgesehen und die Sendeleistungen liegen im Mi11iwattbe re i ch.
Die Abfragegeräte für die überwachungseinrichtungen müssen folgende Aufgaben erfüllen:
- es müssen die P1- und P3- Abfrageimpulse abgestrahlt werden,
- es muß der P2-SLS-Impuls abgestrahlt werden,
- die Steuerung der aus den P1-, P2- und PS-Impulsen bestehenden Abfragen erfolgt durch einen wenig konstanten Taktgenerator. Dadurch wird erreicht, daß die Abstrahlzeitpunkte der einzelnen Abfragegeräte nach keinem festen Zeitplan erfolgt, sondern daß ihr zeitlicher Bezug zueinander zufällig ist,
- die abgestrahlten Impulse haben nur eine geringe Leistung (wenige mW). Ihre Reichweite beträgt somit nur ca. 100 m, und
- durch die gewählte Art der Impulsabstrahlung müssen Überwachungssektoren gebildet werden.
Bei dem in Kapitel 2.4.3 dargestellten Beispiel werden die P1- und P3- Impulse einer Richtantenne und der P2- Impuls einer Rundstrahlantenne zugeführt .
Bei dem neuen Abfragegerät besteht die Antenne Fig.2 aus einem Gegengewicht 22, auf denn ein Winkelreflektor 21 angeordnet ist.
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Beidseitig des WinkeIreflektors 21 sind auf dem Gegengewicht 22 Monopole 23, 24 angeordnet. Dem Monopol 24, der auf der der spitzen Seite des WinkeIreflektors 21 gegenüberliegenden Seite des Gegengewichts 22 angeordnet ist, wird der P2-Impuls zugeführt und der andere Monopol 2 3 erhält die P1- und P3- Impulse.
In der Fig. 3 ist wie in der Fig. 1 neben der Rollbahn 1 das Abfragegerät A1 angeordnet. Wie bereits erwähnt, werden die Impulse P1, P3 und der Impuls P2 über unterschiedliche Richtdiagramme abgestrahlt
Die Amplitude eines vom Sekundärradar-Transponder empfangenen P1-Impulses muß um mindestens 9 dB größer sein als die Amplitude eines empfangenen P2-Impulses, wenn auf ein empfangenes P1-, P3- Abfrageimpulspaar ein SSR-Antwortsignal abgestrahlt werden soll ( zitiertes Buch "Sekundär-Radar" Kapitel 1.6.1). Deshalb werden die Richtdiagramme und die Impulsamplituden so gewählt, daß diese Bedingung nur in einem Überwachungssektor erfüllt ist. Dadurch wird jedem Abfragegerät ein tiberwachungssektor zugeordnet.
Die Umpulse P1 und P3 werden über das Richtdiagramm 32 und der Impuls P2 wird über das Richtdiagramm abgestrahlt.
Befindet sich ein Transponder in Richtung der Geraden 34 oder 36, dann empfängt er den P1- Impuls mit gleicher Amplitude wie den P2- Impuls.
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Folglich antwortet er auf diese Abfragen vom Abfragegerät A1 nicht. Nur zwischen den Geraden 35 und 37 haben empfangene P1-Impulse eine um 9 dB größere Amplitude als P2-Impulse, d.h. nur in diesem Bereich werden Abfragen vom A1-Abfragegerät als Sekundärradar-Abfragesignale erkannt. Dieser Bereich ist der Überwachungssektor I. Der nicht dargestellte Abschluß des überwachungsSektors nach rechts in der Fig. 3 hängt vom Richtdiagramm 32 und der abgestrahlten Impulsamplitude ab.
Durch die weiteren Abfragegeräte werden auf entsprechende Weise weitere Überwachungssektoren gebildet, die sich, wie bereits erwähnt, berührern oder geringfügig überlappen.
Es ist besonders vorteilhaft , von zusätzlichen Sendern weitere P2-Impulse oder P1-, P2- Impulspaare so abzustrahlen, daß sie seitwärts der Rollbahn eine so große Amplitude haben, daß P1-. P3- Impulspaare seitlich der Rollbahn nicht mehr als Sekundärradar - ^hfragelmpulse verarbeitet werden. Dadurch wird ein Überwachungssektor in guter Näherung auf einem Rollbahnabschnitt beschränkt.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Peiler PL 1, PL 2 und PL 3 durch SSR-Empfanger, denen eine Zeitmeßeinrichtung nachgeschaltet ist, ersetzt werden. Es muß hierbei dafür gesorgt sein, daß die Zeitmeßeinrichtungen miteinander synchronisiert sind. Die Eintreffzeiten eines SSR-Antwortsignals werden dann zusammen mit der Flugzeugadresse des SSR-Antwortsignals zu der Auswerteinrichtung 3 übertragen. Dort werden dann mindestens zwei Differenzen zwischen Eintreffzeiten berechnet. Da in der Auswerteeinrichtung auch die Standorte der SSR-Empfanger, die das SSR-Antwortsignal empfangen haben, bekannt sind, erhält man in der Auswerteinrichtung aus den berechneten Zeitdifferenzen zwei Hyperbelstandlinien. Der Schnittpunkt dieser Hyperbelstandlinien ist der augenblickliche Standort des SSR-Transponders, der das SSR-Antwortsignal abgestrahlt hat. Die Anzeige erfolgt wie bei dem anhand der Fig. 1 erläuterten Ausführungsbeispiel.
Die SSR-Empfanger, Zeitmeßeinrichtungen und ihre Synchronisation sowie das Hyperbelpeilverfahren sind allgemein bekannt und werden hier deshalb nicht näher erläutert.
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■/IS-
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Claims (5)

STANDARD ELEKTRIK LORENZ AKTIENGESELLSCHAFT STUTTGART G.Höfgen - H.L.Cohrs 31-4 Patentansprüche
1./ Flughafenüberwachungseinrichtung, insbesondere für Rollbahnen und Zubringer, die mit Sekundärradar-Transpondern, die sich an Bord von Flugzeugen oder Fahrzeugen befinden, zusammenwirkt, wobei diese Sekundärradar-Transponder dann Sekundärradar-Antwortsignale abstrahlen, wenn sie von entlang dem zu überwachenden Bereich, der in mehrere Uberwachungssektoren aufgeteilt ist, angeordneten Abfragegeraten der Flughafenüberwachungseinrichtung P1- und P3-Abfrageimpulse im vorgeschriebenen Abstand erhalten haben, bei dem die Sekundärradar-Antwortsignale zur Überwachung ausgewertet werden und bei dem die Flugzeuge/Fahrzeuge in einer Anzeigerichtung angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Abfragegeräte (A1,.., A5) die P1- und P3-Sekundärradar-Abfrageimpulse und den P2-Sekundärradar-Regelimpuls derart über unterschiedliche Richtdiagramme (Fig. 3) abstrahlt, daß die Signalamplituden der P1- und P3-Abfrageimpulse angenähert nur in dem diesem Abfragegerät zugeordneten Überwachungssektor um den bei Sekundärradar vorgeschriebenen Wert größer als die Signalamplitude
Sm/Hr 13.03.
ORIGINAL INSPECTED
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des P2-Regelimpulses ist, daß die Abstrahlung der P1- und P3-Abfrageimpulse durch die einzelnen Abfragegeräte zeitlich zueinander zufällig erfolgt, daß mindestens zwei Peiler (PL1, P12, P13) vorgesehen sind, die die Einfallsrichtung (<fij ψ? f ψ^ ) der Sekundärradar-Antwortsignale peilen, daß die gepeilten Einfallsrichtungen zu einer Auswerteeinrichtung (3) übertragen werden und daß aus den Einfallsrichtungen und den Standorten der Peiler der Standort des Sekundärradar-Transponders (T),der das empfangene Sekundärradar-Antwortsignal abgestrahlt hat, ermittelt wird.
2. Flughafenüberwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die im Sekundärradar-Antwortsignal enthaltene Flugzeugadresse von den Peilern zu der Auswerteeinrichtung (3) übertragen wird.
3. Flughafenüberwachungseinrichtung, insbesondere für Rollbahnen und Zubringer, die mit Sekundärradar-Transpondern, die sich an Bord von Flugzeugen oder Fahrzeugen befinden, zusammenwirkt wobei diese Sekundärradar-Transponder dann Sekundärradar-Antwortsignale abstrahlen, wenn sie von entlang dem zu überwachenden Bereich, der in mehrere Überwachungssektoren aufgeteilt ist, angeordneten Abfragegeräten der Flughafenüberwachungseinrichtung P1- und P3- Abfrageimpulse im vorgeschriebenen Abstand erhalten haben, bei dem die Sekundärradar-Antwortsignale zur Überwachung ausgewertet werden und bei dem die Flugzeuge/Fahrzeuge in einer Anzeigerichtung angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
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jedes der Abfragegeräte (A1,..,A5) die P1- und P3-Sekundärradar-Abfragelmpulse und den P2-Sekundärradar-Regel impuls derart über unterschiedliche Richtdiagramme (Fig. 3) abstrahlt, daß die Signalamplituden der P1- und P3-Abfrageimpulse angenähert nur in dem diesem Abfragegerät zugeordneten Überwachungssektor um den bei Sekundärradar vorgeschriebenen Wert größer als die Signalamplitude des P2-Regelimpulses
ist, daß die Abstrahlung der P1- und P3-Abfrageimpulse durch die einzelnen Abfragegeräte zeitlich zueinander zufällig erfolgt, daß mindestens drei Sekundärradar-Empfänger, denen Zeitmeßeinrichtungen nachgeschaltet
sind, vorgesehen sind, daß in den Zextmeßeinrichtungen die Eintreffzeiten eines Sekundärradar-Antwortsignals gemessen werden, daß die gemessenen Zeitpunkte zusammen mit der Flugzeugadresse des Sekundärradar-Antwortsignals zu einer Auswerteeinrichtung (3) übertragen werden, daß dort mindestens zwei Differenzen der gemessenen Zeitpunkte berechnet werden, wodurch man zusammen mit den Empfängerstandorten Hyperbelstandlinien
erhält, und daß der Standort des Sekundärradar-Transponders (T), der das empfangene Sekundärradar-Antwortsignal abgestrahlt hat, durch Schnitt der Ifyperbelstandlinien ermitteln wird.
4. Flughafenüberwachungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Anzeigeeinrichtung (4) außer dem Standort auch die dem Transponder zugeordnete Flugzeugadresse angezeigt wird.
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5. Flughafenüberwachungseinrichung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenne (Fg. 2) der Abfragegeräte einen auf einem Gegengewicht (22) aufgesetzten Winkelreflektor (21) aufweist, daß auf entgegengesetzten Seiten des WinkeIreflektors auf dem Gegengewicht Monopole angeordnet sind, wobei von dem einen Monopol (23) die P1- und P3-Abfrageimpulse und von dem anderen Monopol (24) der P2-Sekundärradar-Regelimpuls abgestrahlt wird.
130041/037S
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