DE60305041T2

DE60305041T2 - Luftfahrtsystem und bodenstation zur führung eines flugzeugs abseits des kurses und alarmübertragung

Info

Publication number: DE60305041T2
Application number: DE60305041T
Authority: DE
Inventors: Catello Maurizio PENNAROLA
Original assignee: Selex Communications SpA
Current assignee: Selex Elsag Datamat SpA
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-07-11
Also published as: CN1666239A; ITRM20020371A0; ITRM20020371A1; RU2005103593A; US20060167598A1; BR0312559A; EP1527432A1; ATE325408T1; AU2003250032A1; CA2491831A1; WO2004008415A1; EP1527432B1; ES2264006T3; RU2318243C2; DE60305041D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Avioniksystem und eine Bodenstation zum Führen eines Flugzeugs, das von seiner Flugroute abgewichen ist, sowie Alarmübertragungen. Im Besonderen betrifft sie ein System zum Behandeln von Vorfällen bei Abweichungen von den genehmigten Flugrouten und von der voreingestellten Höhe oder der Flugfläche oder der räumlichen Grenzen sowie die automatische Übertragung der Situation an Bord in Echtzeit zu Bodenkontrollstationen, wenn möglicherweise gefährliche Vorfälle eintreten.
Hintergrund der Technik
Wenn ein Flugzeug von der Flugroute abweicht, kann es zu besonders schweren Vorfällen kommen, einschließlich des Verlustes von Leben. Diese Situation wurde herkömmlich so behandelt, dass das Flugzeug mit Fluginstrumenten ausgerüstet war, die den Piloten die Situation in Echtzeit anzeigen und zum Boden die Sicherheitskodes übertragen konnten, die von den Piloten eingegeben wurden. Durch die Unzulänglichkeit dieser Einrichtungen, wenn komplizierte Situationen behandelt werden sollen, ermöglicht das oben erwähnte Avioniksystem und die Bodenstation, dass ein ziviles Flugzeug vorübergehend unabhängig vom Piloten arbeitet, um die Zivilbevölkerung zu schützen. Dieses System ermöglicht, dass das Flugzeug automatisch auf Abweichungen von den genehmigten Flugrouten und von der voreingestellten Höhe oder der Flugfläche oder den räumlichen Grenzen reagiert, wobei es die genaue Situation an Bord in Echtzeit zu Bodenkontrollstationen übermitteln kann, wenn möglicherweise gefährliche Vorfälle eintreten, wie etwa Pilotenfehler, bestimmte Wetterzustände, Funktionsstörungen, chaotische Zustände, Flugzeugentführungen usw.
US 5714948 offenbart ein satellitengestütztes Luftverkehr-Kontrollsystem mit einer Flugzeugeinheit in einem Flugzeug, die Informationen über die Flugzeugkennung, GPS-Daten, Informationen über den Zustand des Flugzeugs sowie einen funkgetasteten Kode zur Flugsicherungsstelle aussendet, damit die Flugsicherung das Flugzeug leiten und das Flugzeug erkennen kann, wobei über Sprechfunk kommuniziert wird. Das Flugsicherungssystem und ein Flugüberwachungssystem, das GPS verwendet, können in einem Flugzeug in der Luft und am Boden verwendet werden. Es kann für Schiffe, Boote, Kraftfahrzeuge, Züge oder Eisenbahnen sowie Flugzeuge verwendet werden. Dieses System berücksichtigt jedoch keine Aktionen von Terroristen oder Flugzeugentführungen in selbstmörderischer Absicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Avioniksystem und eine Bodenstation zum Führen eines Flugzeugs, das vom Kurs abgewichen ist, sowie Alarmübertragungen zu liefern, wobei das System im Alarmfall den Kurs des Flugzeugs aktiv steuern und die Situation an Bord zu den Bodenstationen übermitteln kann, wodurch die Sicherheit in der Luft, die Sicherheit des Flugzeugs, die Sicherheit der Fluggäste und der Menschen in Wohngebieten wirksam verbessert wird.
Ein anderer Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein System zu liefern, das in Flugzeugen leicht eingebaut und in Übereinstimmung mit den Vorschriften im kommerziellen Luftverkehr verwendet werden kann.
Diese sowie andere Gegenstände, die aus der nun folgenden Beschreibung ersichtlich werden, betreffen gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ein Avioniksystem zum Führen eines Flugzeugs, das vom Kurs abgewichen ist, und eine Alarmübertragung gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 sowie in Übereinstimmung mit einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung ein Verfahren zum Führen eines Flugzeugs, das vom Kurs abgewichen ist, gemäß Anspruch 9.
Die oben erwähnten Funktionen werden von einer Avionikvorrichtung (die für den Flugverkehr zertifiziert ist) ausgeführt und dienen dazu, um die tägliche Flugsicherheit zu verbessern und die Sicherheit der Fluggäste und der Zivilbevölkerung zu erhöhen. Das Ausführen der Lösung gemäß jenen Zielen, die diese Erfindung verfolgt, bietet beträchtliche Vorteile: eine maximal mögliche Sicherheit für die Fluggäste; eine Ermittlung von Alarmen in Echtzeit und geeignete Reaktionen; entsprechende Handlungen in Notfällen; eine automatische Ermittlung von Vorfällen, unabhängig vom Eingreifen von Menschen; eine betriebssichere Verarbeitung von Alarmsignalen und eine sichere Kommunikation mit den Bodenkontrollstationen; genormte Schnittstellen, um den Einbau in die größtmögliche Anzahl von Flugzeugen zu ermöglichen.
Die oben erwähnten Funktionen und Ziele werden mit Hilfe eines Systems erreicht, das aus verschiedenen Bauelementen besteht: einer Avionikvorrichtung, die "Kollisionsverhütungs"- und "Alarm"-Funktionen ausführt; geeignete Sensoren und Sender an Bord; eine Bodenkontrollstation, die aus Rechnersystemen aufgebaut ist. Die Vorrichtung wird in ein bestimmtes geschütztes Gehäuse des Flugzeugs eingebaut; auf sie kann nicht zugegriffen werden und sie kann vom Cockpit aus nicht außer Betrieb gesetzt werden.
Die erste Funktion "Kollisionsverhütung" wird in der Vorrichtung ausgeführt und greift unabhängig von den Ursachen vorübergehend und unabhängig vom Piloten ein, sobald das Flugzeug von der voreingestellten Flugroute abweicht. Dies kann beispielsweise dann der Fall sein, wenn das Flugzeug in unerlaubte Richtungen fliegt oder unter die Höhen/Flugflächen sinkt, die von den Vorschriften der Flugsicherung genehmigt werden. Die zweite Funktion "Alarm" wird ebenfalls in der Vorrichtung ausgeführt, wobei mit ihr die oben erwähnten Bodenkontrollstationen alle notwendigen Informationen vom Flugzeug (beispielsweise Daten über den Kurs und Bilder) empfangen können, um geeignete Beurteilungen durchführen zu können, wenn mögliche gefährliche Vorfälle eintreten.
Weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung einer bestimmten Ausführungsform anhand eines nicht einschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen zeigt:
1 und 2 die vereinfachte Darstellung eines Flugzeugs, das das System der Erfindung verwendet; und
3 die vereinfachte Darstellung einer Landebahn, wobei die Grenzen für Flugzeuge im Landeanflug und Angaben über die Umgebung dargestellt sind, die das System der Erfindung betreffen.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt ein Flugzeug, das das System der Erfindung verwendet. Die genehmigte Flugroute ist oben dargestellt, wobei die zulässigen Grenzen für die Flugroute ebenfalls gezeigt werden. Wenn das Flugzeug unter diese Grenzen sinkt, greift das System vorübergehend automatisch ein, indem es veranlasst, dass das Flugzeug über diese Höhengrenze steigt, wobei es die Bodenkontrollstationen über den Alarm-Zustand informiert (2).
3 zeigt die vereinfachte Darstellung der Landebahn eines Flughafens. Die virtuellen Kegel bestimmen die räumlichen Grenzen, in denen sich das Flugzeug befinden muss. Wenn das Flugzeug unter diese Grenzen sinkt, greift das System vorübergehend automatisch ein und veranlasst, dass das Flugzeug auf eine festgelegte Grenzhöhe steigt, wobei das System die Bodenkontrollstationen über den Alarm-Zustand informiert. Um die Sicherheit zu maximieren, berücksichtigt das System passend die Orografie des Geländes, Bauwerke, in der Nähe befindliche Flugzeuge, die Zonen für Fehlanflüge sowie die genehmigten Warteschleifen.
Erfindungsgemäß besteht das System aus einer Avionikvorrichtung, die an Bord von Flugzeugen im kommerziellen Flugverkehr und in der allgemeinen Luftfahrt eingebaut ist, aus mehreren Sensoren und Sendern, die sich an geeigneten Stellen im Flugzeug befinden, sowie aus Verbindungen zwischen diesen Sensoren und der Avionikvorrichtung. Das System tauscht Informationen mit den Bodenkontrollstationen aus, die im Besonderen so aufgebaut sind, dass sie die vom Flugzeug gesendeten Daten verarbeiten und eine sichere Kommunikation mit der Avionikvorrichtung durchführen können.
Die Avionikvorrichtung enthält eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), die alle Daten mit der erforderlichen Geschwindigkeit verarbeiten kann, eine eigene Software und elektronische Bauteile. Die Avionikvorrichtung besitzt Speichereinrichtungen, die Daten der weltweiten Flugrouten und die entsprechende Grenzen, die Lage der Flughäfen auf der ganzen Welt und die entsprechenden Grenzen sowie irgendwelche andere erforderliche Daten speichern können. Die Avionikvorrichtung verfügt weiters über Eingangs- und Ausgangs-Schnittstellen, mit denen die erforderlichen Informationen und Daten zwischen dem Flugzeug, in der Nähe befindlichen Flugzeugen und den Bodenstationen ausgetauscht werden können.
Die "Kollisionsverhütungs-Funktion", bei der es sich um eine Funktion handelt, die von der Avionikvorrichtung ausgeführt wird, wird nicht nur dazu verwendet, um Kollisionen zu verhindern, wenn das Flugzeug fliegt, sondern auch bei der Landung und beim Start. Wenn die Einheit die Flugroute des Flugzeugs steuert, arbeitet sie mit den weltweit genehmigten minimalen Reiseflughöhen und Flugflächen, den sogenannten "Grenzen", die jeden Bereich der Erde bedecken, immer in Übereinstimmung mit allen Vorschriften der Zivilluftfahrt, einschließlich denen der ICAO. Hier sei ein nicht einschränkendes Beispiel angeführt: wenn das Flugzeug von seinem Kurs abgewichen ist oder unter diese Grenzen sinkt (siehe 1), greift die Einheit vorübergehend automatisch über entsprechende Verbindungen mit der Einheit selbst, in den Autopiloten und in das Navigationssystem ein.
Während des Starts und der Landung arbeitet die Einheit so, dass sie virtuelle Kegel erzeugt, die den Luftraum begrenzen, wobei sie die Orografie des Geländes, fliegende Hindernisse und Hindernisse am Boden sowie alle anderen interessanten Daten berücksichtigt (wie dies vereinfacht 3 zeigt). Diese Daten sind für jeden Bereich der Erde in der Speichereinheit des Systems so gespeichert, wie dies erforderlich ist. Die "Kollisionsverhütungs-Funktion" wird in zwei Schritten ausgeführt: im ersten Schritt, dem sogenannten "Überwachungs-Schritt" vergleicht die Einheit laufend die Position des Flugzeugs mit voreingestellten und gespeicherten genehmigten Grenzen. Die Einheit empfängt fortlaufend Daten über ihre Schnittstelle mit dem Navigationssystem des Flugzeugs und dessen Sensoren. Die Grenzen hängen von den Flugbereichen, von den anzuwendenden Vorschriften, von den Bauwerken, von den Hindernissen sowie von vielen anderen Faktoren ab. Beispielsweise enthalten die gespeicherten Daten die Koordinaten aller Flughäfen auf der Welt sowie alle Lande- und Start-Vorgänge, die in Übereinstimmung mit den ICAO-Vorschriften aufgestellt wurden. Alle erforderlichen Informationen werden in Echtzeit auf dem letzten Stand gehalten, so dass irgendwelche Änderungen der oben erwähnten Parameter berücksichtigt werden, wenn sie von Berechtigten oder von Gesellschaften der Luftfahrt geändert werden, wobei dies durch geeignete automatische Update-Vorgänge erfolgt, die dadurch ausgeführt werden, dass die Einheit mit den Bodenkontrollstationen über Datenverbindungen (Verbindungen, die bei der Alarm-Funktion beschrieben werden) verbunden wird.
Im zweiten Schritt, dem sogenannten "Steuer-Schritt" greift die Einheit, wenn das Flugzeug von den genehmigten Grenzen abweicht, über die oben erwähnten Schnittstellen automatisch in den Autopiloten ein, um das Flugzeug in seine Raumposition zu bringen.
Die bevorzugte Version des Systems zum Führen eines Flugzeugs, das von seinem Kurs abgewichen ist, ist wie folgt aufgebaut: beim Überwachungs-Schritt kann das Flugzeug auf Höhen oder Flugflächen fliegen, die höher als die voreingestellte Grenze sind (aufgestellt durch die ICAO-Vorschriften für unterschiedliche Flugrouten), um einer direkten Steuerung durch den Piloten unterworfen zu sein, wobei auch Änderungen der Flugroute oberhalb der Grenzhöhe oder der Flugfläche zulässig sind (ein Alarm erfolgt nur bei großen Änderungen der Flugroute). Der Übergang in den Steuerzustand tritt nur dann ein, wenn das Flugzeug seinen Kurs verlässt, um in unerlaubte Richtungen zu fliegen oder unter die voreingestellte Grenze zu sinken. In diesem Fall übernimmt die Einheit vorübergehend die Steuerung des Flugzeugs mit der Kollisionsverhütungs-Funktion, damit das Flugzeug auf die voreingestellte Grenze steigen kann. Wenn die Sicherheitsgrenzen wieder hergestellt wurden, gibt das System die Steuerung wieder an den Piloten ab.
Die bevorzugte Version der Kollisionsverhütungs-Funktion während der Landung und des Starts arbeitet wie folgt: für jeden Flughafen sind über die Software zwei virtuelle Kegel (einer in der Landerichtung und einer in der Startrichtung) in Übereinstimmung mit den Vorgängen beim Fehlanflug, bei einer Instrumentenlandung, sowie virtuelle Warteschleifen für die betreffenden Landebahnen vorgesehen. Wenn sich das Flugzeug in der Lande- oder Start-Phase befindet, kann die Einheit auch dem Autopiloten Befehle erteilen und vorübergehend die Steuerung des Flugzeugs übernehmen, um es in eine vorgegebenen Position in einer sicheren Höhe zu steuern. Beispielsweise kann dies in folgenden Fällen der Fall sein:

– wenn das Flugzeug während des Landeanflugs im Landekegel plötzlich unterhalb der Grenzen des Kegels fliegt (es wird ein Alarm erzeugt, wenn es aus dem Kegel oberhalb der Grenzen fliegt);
– wenn das Flugzeug mit einer Geschwindigkeit fliegt, die so betrachtet wird, dass sie mit dem Vorgang bei einer Landung oder einem Fehlanflug unvereinbar ist;
– wenn das Flugzeug während des Steigflugs oder nach dem Flug über die Startbahn plötzlich unterhalb der Kegelgrenzen fliegt (ein Alarm wird erzeugt, wenn es aus dem Kegel oberhalb der Grenzen fliegt). Die Kollisionsverhütungs-Funktion kann dauernd die optimale Flugbahn für den Steigflug und die Geschwindigkeit berechnen, um einen Aufprall am Boden oder auf ein Hindernis zu verhindern. Dies wird unter Verwendung der eigenen Geschwindigkeit und Position sowie der Geschwindigkeit und Position von anderen Flugzeugen, von Schutzzonen, der Orografie des Geländes, der künstlichen Hindernisse in der Nähe der Flughäfen sowie anderen benötigten Informationen erreicht, die an Bord, beispielsweise über die oben erwähnten Schnittstellen, zur Verfügung stehen.

Zusätzlich sind in der Einheit andere Schnittstellen vorgesehen: Schnittstellen mit Sensoren, um Reihensignale zu empfangen, um eine unabhängige, derzeitige Position automatisch zu berechnen, Schnittstellen mit dem Navigationssystem, um die Signale über die derzeitige Position zu erhalten, die von anderen Einrichtungen bereits berechnet wurden, um die Genauigkeit dieser Daten zu überprüfen.
Das Kollisionsverhütungs-System kann wahlweise gedoppelt sein, um das System noch betriebssicherer zu machen.
Mit der zweiten Hauptfunktion, die von der Avionikvorrichtung ausgeführt wird, der sogenannte "Alarm-Funktion", kann eine Kommunikation zwischen dem Flugzeug und den Bodenkontrollstationen oder einem anderen Flugzeug hergestellt werden. Die "Alarm-Funktion" wird ebenfalls in zwei Schritten ausgeführt.
Der erste Schritt, der sogenannte "Überwachungs-Schritt" besteht darin, dass Informationen über die Situation an Bord des Flugzeugs gesammelt und in der Speichereinheit gespeichert werden. Diese Informationen werden nicht automatisch zu den Bodenkontrollstationen übertragen. Im zweiten Schritt, dem sogenannten "Alarm-Schritt", der im Alarmfall aktiviert wird, sendet die Einheit jene Informationen, die an Bord des Flugzeugs erzeugt wurden, an die Bodenkontrollstationen für eine geeignete Beurteilung.
Um diese Alarm-Funktion auszuführen, müssen zusätzlich zur oben beschriebenen Avionikeinheit an Bord zusätzliche Einrichtungen installiert werden, beispielsweise Miniatur-Überwachungskameras, Miniatursender, die von der Flugzeugbesatzung getragen werden können, Schalter, Systeme zum Verriegeln des Cockpits, bestimmte Schnittstellen sowie geeignete Kommunikationssysteme. Passende Bodenkontrollsysteme vervollständigen das System. Andere Einrichtungen können ebenfalls angeschlossen werden, wenn dies von den Vorschriften oder von den Vorgaben der Fluggesellschaft gefordert wird.
Eine bevorzugte Beschreibung des Vorgangs, der von der Avionikeinheit ausgeführt wird, um die Alarm-Funktion zu erfüllen, erfolgt später. Beim Überwachungs-Schritt besitzt die Avionikeinheit eine "Überwachungs"-Rolle, wobei sie fortlaufend mit den Videokameras und den Sensoren an Bord des Flugzeugs kommuniziert. Sie zeichnet die Bilder und die erforderlichen Informationen in vorgegebenen Zeitintervallen auf und speichert die Informationen und die Daten über eine vorgegebene Zeitspanne. Bei diesem Schritt vergleicht die Einheit über Schnittstellen mit der Kollisionsverhütungs-Funktion fortlaufend die Position des Flugzeugs mit dem im Flugplan erwarteten Kurs. Weiters prüft die Einheit fortlaufend automatisch ihre Funktionen. Das System geht in den Voralarm-Zustand, wenn von den Sensoren oder der Flugzeugbesatzung eine Flugzeugentführung oder ein Terrorakt festgestellt werden, wenn eine beträchtliche Abweichung vom Flugplan erfolgt, oder wenn die Kegelzonen nicht berücksichtigt werden. In diesem Zustand wird an die nächstliegende Bodenkontrollstation eine Anfrage über die Richtigkeit gesandt. Wenn diese nicht innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls bestätigt wird, geht die Einheit vom Überwachungs-Zustand automatisch in den Alarm-Zustand. Sie geht direkt in den Alarm-Zustand, wenn das Flugzeug unterhalb der oben erwähnten Fluggrenzen fliegt.
Im Alarm-Zustand sendet die Einheit fortlaufend die Navigationsdaten des Flugzeugs sowie andere Daten (beispielsweise Bilder) zu den Bodenkontrollstationen und empfängt Nachrichten für die Flugzeugbesatzung und die Fluggäste. Sowohl im Überwachungs- als auch im Alarm-Zustand arbeitet die Einheit unabhängig vom Piloten, wobei sie im Falle von bestätigten Terroraktionen automatisch irgendwelche notwendigen Daten zu den Bodenkontrollstationen überträgt. Es werden geeignete Maßnahmen getroffen, so dass dann, wenn die Instrumente an Bord oder die Verkabelung mechanisch beschädigt werden, die Einheit nicht betroffen ist.
Die Einheit besitzt Schnittstellen mit den Systemen an Bord und mit dem Kommunikationssystem des Flugzeugs, um alle notwendigen Daten mit den Bodenkontrollstationen zu kommunizieren.
Das System enthält eine Anzahl von Miniatur-Überwachungskameras, die in Abhängigkeit von der Größe des Flugzeugs an geeigneten Stellen angebracht und mit der Alarmeinheit verkabelt sind. Während des Überwachungs-Zustands senden die Videokameras automatisch ein Signal, wenn sie außer Betrieb gesetzt, beschädigt oder abgedeckt werden. Die Videokameras übertragen die Bilder fortlaufend sowohl in das Cockpit als auch zur Einheit. Das System enthält mehrere Sensoren, die mit der Alarmeinheit geeignet verbunden sind, die im Flugzeug an geeigneten Stellen installiert ist, die von der Größe des Flugzeugs abhängen. Bevorzugte Sensoren sind "ferngesteuerte", von der Besatzung getragene Miniatursender, die mit Schaltern betätigt werden können. Dabei handelt es sich um "ferngesteuerte" Schalter für Herzfrequenzmesser für die Piloten und Schalter an Bord, die von der Flugzeugbesatzung betätigt werden können. Die Flugzeugbesatzung kann die Sensoren händisch aktivieren, die im Falle einer Flugzeugentführung oder eines Terrorakts zur Avionikeinheit verschiedene Impulse aussenden. Diese Sender sind mit Schaltern versehen und verfügen über bestimmte Schutzeinrichtungen, um sie vor Fehlalarmen zu schützen. Weiters sind Schalter an Stellen angeordnet, die auch den Fluggästen zugänglich sind. Wahlweise kann die Einheit im Alarmfall den Zugang zum Cockpit automatischen verriegeln.
Das System wird mit geeigneten Bodenkontrollstationen vervollständigt. Vorzugsweise empfangen diese keine Informationen während des Überwachungs-Zustands der Einheit. Im Voralarm-Zustand, oder dann, wenn der Alarm-Zustand bestätigt wird, empfangen die Bodenkontrollstationen vom betreffenden Flugzeug, das in ihrem Bereich fliegt, sowohl die vor dem Alarmfall registrierten Informationen als auch Echtzeit-Informationen vom Flugzeug. Die Bodenkontrollstationen führen folgendes bevorzugtes Verfahren aus: Liefern der empfangenen Informationen an die zuständigen Behörden; fortlaufende Prüfung über die Richtigkeit der Flugparameter der Flugzeuge unter ihrer Steuerung, wenn sich diese im Voralarm-Zustand und im Alarm-Zustand befinden; fortlaufende Prüfung der Situation an Bord des Flugzeugs während einer Flugzeugentführung und unverzügliche Weitergabe der benötigten Informationen. Eine passende Anzahl von Bodenkontrollstationen ist für eine richtige Arbeitsweise des Systems dort angeordnet, wo von nationalen Behörden angenommen wird, dass dies notwendig ist. Diese Stationen weisen zumindest folgende Systeme auf: entsprechend leistungsfähige Rechner mit Spezifikationen, die für die auszuführenden Funktionen geeignet sind, ein Sprechfunk-System, ein Dekodier- und Kodier-System, ein audiovisuelles Datenkommunikations-System. Die Flugzeug/Boden/Flugzeug-Übertragung der Informationen erfolgt vorzugsweise über eine Datenverbindung, die Tondaten, Radardaten und Videosignale verarbeiten kann, sowie über ein Dekodier- und Kodier-System, das einen hohen Widerstand gegen Störeinflüsse besitzt. Die übertragenen Daten werden in einem geeigneten Datenformat auf passenden Übertragungsfrequenzen und mit entsprechenden Schwingungsformen gesendet. Es werden Verfahren mit gespreiztem Spektrum (Frequenzsprung- oder Direktsequenz-Verfahren) überlegt, um die Qualität, die Sicherheit und die Betriebssicherheit der Übertragung zu verbessern und Störungen mit anderen Funkübertragungen zu vermeiden.
Um mögliche Kollisionen mit anderen Flugzeugen in der Kollisionsverhütungs-Funktion (oder im Alarm-Zustand) zu vermeiden, wenn der Autopilot das Flugzeug zur voreingestellten Raumposition auf einer bestimmten Höhe oder Flugfläche bringt, ist das System mit der Position eines in der Nähe befindlichen Flugzeugs versehen. Um dies auszuführen, kann die Einheit beispielsweise Informationen empfangen, die von Systemen der allgemeinen Luftfahrt kommen, beispielsweise vom Automatic Dependent Surveillance (ADS) System, das die Position des Flugzeugs über eine Funkverbindung übertragen oder Daten empfangen kann, die vom Bodenradar abgetastet wurden, wobei diese Daten zum betreffenden Flugzeug auf die geeignetste Weise übertragen werden (beispielsweise über die oben erwähnte Bodenkontrollstation).
Um die Verbindungsfähigkeit zu vergrößern und die Anzahl von Bodenkontrollstationen zu minimieren, kann das System auch über eine eigene satellitengestützte breitbandige Datenverbindung arbeiten. Dadurch kann das Flugzeug überwacht werden, wenn es über dem offenen Meer fliegt, und die Übertragung von Bildern hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Größe verbessert werden, die sehr gering sein können, wenn ein Funkfrequenzbereich verwendet wird.
Wahlweise können in der Einheit geeignete Maßnahmen getroffen werden, um die Bilder an Bord elektronisch zu scannen (um beispielsweise das Vorhandensein von Feuerwaffen automatisch abzutasten). Wahlweise können an Bord Detektoren für Narkose- oder Giftgase installiert werden.
Weiters sieht das System eine Funktion zum Behandeln von Notfällen vor. Dies betrifft sowohl die Möglichkeit, dass das System mit Waffengewalt außer Betrieb gesetzt wird, als auch die Notwendigkeit für den Piloten, in kritischen Phasen eines tatsächlichen Notfalls sofort eingreifen zu können. Um das erste Ziel zu erreichen, arbeitet das System immer automatisch und kann vom Piloten nicht außer Betrieb gesetzt werden. Im Alarmfall sendet das System Nachrichten, einschließlich von Abschaltkodes. Die Verwendung von sicheren Funkfrequenzbereichen garantiert eine sichere Verbindung mit den Bodenkontrollstationen und ermöglicht es dem Flugzeug, wenn der Alarmfall ausgelöst wurde, automatisch standardisierte Nachrichten auszusenden, mit denen die zuständigen Behörden von der Situation an Bord informiert werden, und irgendwelche Abschaltsignale vom Boden zu empfangen. Dazu ist es möglich, die Abschaltung des gesamten Systems von einer Bodenkontrollstation oder von einem anderen Flugzeug zu bestätigen, nachdem die empfangenen Nachrichten überprüft wurden (beispielsweise Bilder). Dies schließt die Gefahr aus, dass das System zufällig, von Terroristen, die "Fachleute" auf dem Gebiet der Telekommunikation sind, oder unter Androhung von Waffengewalt herunter gefahren werden kann.
Um das zweite Ziel zu erreichen, ist es notwendig, das System über die Avionikeinheit automatisch außer Betrieb zu setzen. Es muss eine Liste von möglichen technischen oder betriebsmäßigen oder baulichen schweren Notfällen (beispielsweise ein Triebwerkschaden) vorbereitet werden, die in der Einheit gespeichert werden. Es müssen Auslesesignale von der Einheit über eigene Schnittstellen mit den Systemen an Bord empfangen werden können. Wenn diese Notfälle eintreten, reagiert eine eigene Software sofort, wobei sie die gesamte Steuerung an den Piloten übergibt. Daraufhin beginnt die Einheit eine Kommunikation mit der Bodenstation, wobei sie die gespeicherten Daten sowie Echtzeit-Daten aussendet und um eine Bestätigung für den Abschaltkode bittet. Wenn die Bestätigung erfolgt, wird die Einheit automatisch abgeschaltet.
Mit Hilfe der oben beschriebenen Merkmale und Funktionen liefert das System der Erfindung eine Echtzeit-Information über die Situation an Bord des Flugzeugs und ermöglicht dem Flugzeug das Fliegen unterhalb der Grenzhöhe oder der Flugfläche nur beim Start und bei der Landung, wobei verhindert wird, dass das Flugzeug auf irgendeinen Punkt der Erde sinkt, wenn kein Notfall an Bord eingetreten ist. Damit ist das System in der Lage, ein Flugzeug, das vom Kurs abgekommen ist, zu führen, die Flugsicherheit zu erhöhen und über eine sichere Kommunikation dem Boden die Situation an Bord in Echtzeit zu liefern. Zusätzlich erhöht das System die tägliche Flugsicherheit, da es eine automatische Funktion liefert, die verhindert, dass das Flugzeug auch im Falle eines Fehlers unter die Minimalhöhe sinkt, die durch die Vorschriften festgelegt ist, wodurch mögliche Unfälle durch menschliche und/oder Umwelteinflüsse verhindert werden.
Mit Hilfe der Schnittstellen mit den Systemen an Bord kann das System wahlweise das Flugzeug zu einer autonomen Landung bringen, wobei dies von der Ausrüstung des Flugzeugs und des Flughafens abhängt.

Claims

Luftfahrtsystem zur Führung eines Flugzeugs abseits vom Kurs und zur Alarmübertragung, welches umfasst: mindestens eine an Bord eines Flugzeugs befindliche Avionikanlage, welche mit einem Speicher zum Speichern von vorher festgelegten Informationen, elektronischen Datenverarbeitungsmitteln zur Verarbeitung von empfangenen Informationen und zu ihrem Vergleich mit vorher eingestellten Werten im Echtzeitmodus, Schnittstellen zur Aufnahme von Informationen von Bordsystemen und Abgabe von Befehlen an einen Flugzeug-Autopiloten zur Übernahme der Steuerung des Flugzeugs und Rückführung desselben auf die vorher festgelegten Flugflächen oder Raumpositionen und mit Sensoren für den Erhalt von Daten über die Situation an Bord des Flugzeugs ausgestattet ist; ein Datenübertragungssystem zur Übertragung der Situation an Bord im Echtzeitmodus an eine Bodenkontrollstation und zur Aufnahme von geeigneten Anweisungen von der Bodenkontrollstation oder einem anderen Flugzeug, wobei diese Avionikanlage imstande ist, eine Kollisionsverhütungsfunktion auszuüben, um während des Flugs des Flugzeugs, der Landung und des Abhebens Kollisionen zu vermeiden, wobei diese Kollisionsverhütungsfunktion während einer zugehörigen Überwachungsphase ausgeführt wird, während welcher die Avionikanlage ständig die Position des Flugzeugs mit vorher eingestellten und gespeicherten genehmigten Grenzwerten vergleicht, wohingegen während einer Kontrollphase, in welcher, wenn das Flugzeugs von den genehmigten Grenzwerten abweicht, das Avioniksystem automatisch in den Autopiloten über die genannten Schnittstellen eingreift, um das Flugzeug in seine räumliche Grenzen zurück zu bringen, dadurch gekennzeichnet, dass die Avionikanlage imstande ist, eine Alarmfunktion auszuführen, wobei diese Alarmfunktion ausgeübt wird während einer zugehörigen Überwachungsphase, während welcher Informationen über die Situation an Bord des Flugzeugs in der Speicheranlage gespeichert und nicht automatisch an die Bodenstation gesendet werden, und während einer Alarmphase, welche in Fällen von Alarm aktiviert wird und während welcher die an Bord des Flugzeugs von der Avionikanlage generierten Informationen an die Bodenkontrollstation für deren zielgerichtete Auswertung gesendet werden.
Avioniksystem gemäß Anspruch 1, bei welchem die genannten vorher festgelegten Informationen die Flugrouten, weltweite Start- und Landebahnen, die Orografie des Landes und Hindernisse betrifft und die vorher eingestellten Werte die Flugrouten und -höhen oder Flugflächen umfassen.
Avioniksystem gemäß Anspruch 2, bei welchem die Flugzeugsensoren Videokameras zur Überwachung und Miniatursender umfassen, welche von der Flugzeugbesatzung getragen werden, um Informationen für die Avionikanlage zu erhalten.
Avioniksystem gemäß Anspruch 3, bei welchem die Videokameras Mittel enthalten, um festzustellen, ob sie außer Betrieb gesetzt oder beschädigt worden sind oder ob sie eine Funktionsstörung aufweisen.
Avioniksystem gemäß Anspruch 4, bei welchem die Sensoren Überwachungsvorrichtungen für die Herzfrequenz der Piloten umfassen, so dass diese an die Avionikanlage angeschlossen werden können.
Avioniksystem gemäß Anspruch 4, welches Schalter umfasst, die sich an spezifischen Stellen des Flugzeugs befinden und für die Besatzung und die Passagiere zugänglich sind, damit Informationen für die Avionikanlage erhalten werden, sowie ein automatisches Verriegelungssystem für das Cockpit.
Avioniksystem gemäß Anspruch 4, welches Mittel umfasst, die geeignet sind, das Kollisionsverhütungssystem gemäß vorher festgelegten Regeln von außen und/oder automatisch beim Auftreten eines Notfalls außer Funktion zu setzen.
Avioniksystem gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches Mittel umfasst, um die zwischen dem Flugzeug und der Bodenkontrollstation ausgetauschten Signale zu verschlüsseln und zu kodieren, ohne dass dabei die Kommunikation im Funkfrequenzbereich beeinträchtigt wird.
Verfahren zur Führung eines abseits vom Kurs befindlichen Flugzeugs, wobei dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst, die von einem Avioniksystem gemäß Anspruch 1 ausgeführt werden: – Festlegung von primären Daten, welche die Flugrouten, die weltweiten Start- und Landebahnen, die Orografie des Landes, Hindernisse und vorher festgelegte Werte betreffen, wobei zu den Letzteren die Flugrouten und die Flughöhen oder -flächen gehören, insbesondere zum Einrichten einer Kollisionsverhütungsfunktion und zum Laden der genannten ersten Daten in die Avionikanlage des Flugzeugs, – Festlegung von sekundären Daten, welche die vorher festgelegte Flugroute des Flugzeugs und die genehmigten Höhen- und Fluggrenzen betreffen, zum Einrichten einer Alarmfunktion und zum Laden der genannten sekundären Daten in die Avionikanlage des Flugzeugs, – Festlegung von tertiären Daten für mindestens eine Bodenkontrollstation und Laden der genannten tertiären Daten in diese Station, – Bereitstellung von Schnittstellen, – Bereitstellung von Übertragungskanälen und ihren zugehörigen Eigenschaften, – Bereitstellung von Sensoren, Aufnehmern, Schaltern und Videokameras an Bord des Flugzeugs, – Festlegung der Betriebslogik der Kollisionsverhütungsfunktion und ihre Implementierung in die Avionikanlage auf der Grundlage des Vergleichs der genannten primären Daten mit der Position des Flugzeugs, – Festlegung der Betriebslogik der Alarmfunktion und ihre Implementierung in die Avionikanlage auf der Grundlage des Vergleichs der genannten sekundären Daten mit der tatsächlichen Position des Flugzeugs, – Festlegung der Betriebeslogik der Bodenkontrollstation und Laden derselben in die Station mit ständigem Vergleich der Position des Flugzeugs mit vorher eingestellten und gespeicherten genehmigten räumlichen Begrenzungen mit automatischen Eingriff in den Autopiloten, um das Flugzeug, wenn es von den genehmigten räumlichen Begrenzungen abweicht, über die Schnittstellen in seine genehmigten räumlichen Begrenzungen zu bringen, insbesondere auf seine minimale Flughöhe und Flugfläche, wobei die Situation an Bord des Flugzeugs in der Speicheranlage gespeichert und nicht automatisch an die Bodenkontrollstation übertragen wird, jedoch die genannte, an Bord generierte Information an die Bodenkontrollstation für die zielgerichtete Auswertung dann übertragen wird, wenn ein Alarm im Fall eines Alarmzustandes aktiviert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 9, bei welchem elektronische Verarbeitungsmittel die empfangenen Informationen verarbeiten und sie im Echtzeitmodus mit Daten vergleichen, welche sich auf vorher eingestellte Flugrouten und zugelassene Höhen oder Flugflächen beziehen und bei denen die Schnittstellen Fluginformationen von Bordsystemen erhalten und Kommandos an den Autopiloten des Flugzeugs geben, um die Steuerung des Flugzeugs zu übernehmen und es zurück auf die vorher eingestellten Höhen oder Flugflächen oder räumliche Positionen zurück zu bringen, und in welchem Sensoren Daten über die Situation an Bord des Flugzeugs aufnehmen, und wobei die Übertragungsmittel und die verbindenden Schnittstellen Informationen, welche die Situation an Bord betreffen, im Echtzeitmodus an die Bodenkontrollstation senden und zweckdienliche Anweisungen von der Bodenkontrollstation oder von einem anderen Flugzeug erhalten, wenn vorher festgelegte Ereignisse auftreten.