用于飛行器的飛行安全和/或空中交通控制的裝置和方法
【專利說明】用于飛行器的飛行安全和/或空中交通控制的裝置和方法
[0001]本申請是于2010年9月8日進入中國國家階段的申請?zhí)枮?00980108233.0、發(fā)明名稱為“用于飛行器的飛行安全和/或空中交通控制的裝置和方法”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
[0002]本發(fā)明涉及一種用于飛行器的飛行安全和/或航線安排裝置。所述裝置包括在要保障的和/或要引導的飛行器上的至少一個發(fā)送站和與飛行安全和/或空中交通控制中心站連接的多個接收站。在要保障的和/或要引導的飛行器上的至少一個發(fā)送站發(fā)射廣播信號。至少一個接收站接收廣播信號并將廣播信號中所含的至少一部分數(shù)據(jù)傳送到飛行安全和/或空中交通控制中心站或者其他機構(gòu)。
[0003]本發(fā)明還涉及一種利用上述的用于飛行器的飛行安全和/或航線安排裝置的用于飛行安全和/或空中交通控制的方法。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中以“廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B ；Automatic DependentSurveillance - Broadcast) ”的名稱公開了一種飛行安全和/或航線安排裝置(參見 2003 年 4 月 10 日出版的 RTCA Do_260A 標準，“Minimum Operat1nal PerformanceStandard for 1090MHz Extended Squitter Automatic Dependent Surveillance -Broadcast (ADS-B) and Traffic Informat1n Services - Broadcast (TIS-B)，VolumeI (Main Part) and Volume II (Appendices) ”)。在 ADS-B 下，飛行器自身，也就是在沒有外部幫助的情況下，周期性發(fā)出其身份、位置、速度和航向以及其它信息作為廣播信號。為此，在飛行器上設置至少一個適當?shù)陌l(fā)送站(所謂的Mode S Extended Squitter，即S模式擴展應答機)。此外，飛行器具有適當?shù)挠嬎阗Y源，以便對飛行器中的輸出數(shù)據(jù)進行確定、收集和，在需要時，預處理并準備作為廣播信號傳送做好準備。優(yōu)選地，廣播信號每秒鐘重復兩次。
[0005]在公知的ADS-B飛行安全和/或航線安排裝置中，在地面上設置多個彼此間隔開的接收站，這些接收站可以接收飛行器的S模式擴展應答機的廣播信號。廣播信號中所含的數(shù)據(jù)和信息傳送到飛行安全和/或空中交通控制中心站而被接收，并且在需要時被加工和處理然后提供給用戶。存在于飛行安全和/或空中交通控制中心站內(nèi)的各個飛行器的數(shù)據(jù)可以用于采取飛行安全和/或空中交通控制措施。
[0006]飛行器的位置信息來自于安裝在飛行器上的用于全球?qū)Ш降娜我鈦碓?，全球?qū)Ш较到y(tǒng)例如全球定位系統(tǒng)(GPS)衛(wèi)星。不言而喻，為確定飛行器的位置也可以使用其他衛(wèi)星支持的定位系統(tǒng)，例如GL0NASS (俄羅斯)、EuteltraCS (歐洲，特別是用于長途交通運輸)、伽利略系統(tǒng)(Galileo)(歐洲)、MTSAT(日本)或者北斗系統(tǒng)(中國)。
[0007]飛行器的廣播信號也可以由處于廣播信號的有效距離內(nèi)的其他飛行器接收，如果這些飛行器具有適當?shù)慕邮照镜脑?。任何飛行器上因此均可以存在周圍其他飛行器的飛行信息，這些信息可以發(fā)送給飛行器駕駛員并用于避免相撞。
[0008]但是，現(xiàn)有技術(shù)中所公開的用于顯示飛行器在空域中的移動的陸基ADS-B空中交通控制裝置僅在由適當?shù)慕邮照舅浞指采w的區(qū)域中是可用的。設置在地面上的接收站的沿關(guān)于飛行器的準視線的有效范圍最高為400千米，該有效范圍是飛行器的飛行高度(例如10000米)函數(shù)；因此，它們各自覆蓋直徑最高為800千米的大致圓形的接收范圍。為了使ADS-B可以在大區(qū)域內(nèi)使用并覆蓋低飛行高度，需要大量的ADS-B地面接收站。此外，在難以通行和偏遠的區(qū)域設置ADS-B地面接收站非常困難。特別是在海洋地區(qū)和/或在非常遙遠和人跡罕至的地區(qū)(例如極區(qū)、荒漠等)，利用雷達設備和/或ADS-B地面站進行完全的全球監(jiān)控是不可能的或者不實用的。
[0009]例如從加勒比海飛往葡萄牙的飛行器在海岸幾海里后就離開目前雷達監(jiān)控的有效距離并然后只能通過無線電與各種空中交通控制相連接。在即將到達葡萄牙的亞速爾群島時，當飛行器進入葡萄牙空中交通控制(NAV葡萄牙或FIR里斯本)的飛行監(jiān)控區(qū)時，飛行器才在經(jīng)過較長時間后重新由空中交通控制雷達掌控。
[0010]此外，良好配備的空域(例如USA和歐洲)與只能使用過程化(procedural)ATM (Air Traffic Management)的空域之間的非均等的空中交通控制基礎設施，使ATM的能力在良好配備的空域也會降低。這一問題的發(fā)生是因為國際航線的飛行器一定比地方航線的飛行器具有優(yōu)先的航線權(quán)。一架或者多架國際航線的飛行器進入監(jiān)控區(qū)僅在其即將到達之前才進行通知并影響至少一部分地方航線的空中交通。無法計劃地方航線空中交通的航線，因為不知道國際航線的飛行器何時準確地從雷達或者ADS-B無法監(jiān)控的區(qū)域(海/洋)進入空中交通控制部門的監(jiān)控區(qū)。
[0011]從所介紹的現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的因此在于，使基于廣播信號的飛行安全和空中交通控制以盡可能少的開支和盡可能低的成本覆蓋全球區(qū)域，以便使飛行安全和空中交通控制盡可能長期有效并因此也盡可能安全和可靠地計劃飛行安全和空中交通控制。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)開頭所述類型的飛行安全和/或空中交通控制裝置，接收站中的至少一部分被形成為衛(wèi)星接收站，它們接收由要保障的和/或要引導的飛行器的至少一個發(fā)送站發(fā)出的廣播信號并將其中所含的數(shù)據(jù)的至少一部分通過無線電傳輸路徑傳送到衛(wèi)星地面控制站并繼續(xù)傳送到空中飛行安全和/或控制交通控制中心或者其他機構(gòu)。
[0013]本發(fā)明涉及發(fā)送任意的廣播信號并且裝備有一個或者更多個適當?shù)陌l(fā)送器的所有類型的飛行器:所有類型的民用和軍用飛行器；例如運輸機、通用航空的飛行器；有人駕駛和無人駕駛的飛行器；以及飛行系統(tǒng)。
[0014]本發(fā)明可以通過建立衛(wèi)星接收站并接收由飛行器發(fā)出的廣播信號來進行基于宇宙空間的飛行安全、飛行控制和/或空中交通控制。接收站不必是衛(wèi)星本身的組成部分，而是例如可以所謂的“肩扛(Piggy Packs)”方式固定在本來用于其他任務的衛(wèi)星上(例如用于提供信息、用于全球定位和/或空中、陸地或者水上交通工具的定位等任務)。
[0015]衛(wèi)星接收站可以被配置為根據(jù)本發(fā)明的飛行安全和/或空中交通控制裝置的特有的接收站，并且可以取消地面接收站。替代地，衛(wèi)星接收站也可以用于對具有地面接收站的現(xiàn)有的基礎設施進行補充，其中，衛(wèi)星接收站優(yōu)選地覆蓋沒有設置地面接收站的區(qū)域。
[0016]由衛(wèi)星接收站接收的飛行器的廣播信號可以被預處理和/或為傳送到飛行安全和/或空中交通控制中心而進行處理。所接收的廣播信號中所含的數(shù)據(jù)和信息的至少一部分由衛(wèi)星接收站傳送到一個或多個衛(wèi)星地面控制站，在所述衛(wèi)星地面控制站進行加工并隨后繼續(xù)傳送到飛行安全和/或空中交通控制中心或者其他合法機構(gòu)(例如航空公司、機場等)。接收衛(wèi)星信號的地面站通過電纜或者以其他方式、例如通過無線電鏈路，將數(shù)據(jù)傳送到飛行安全和/或空中交通控制心或者其他合法機構(gòu)。
[0017]接收要保障和/或要引導的飛行器的廣播信號的衛(wèi)星接收站與衛(wèi)星地面控制站之間的連接不必直接進行?？梢韵氲?，衛(wèi)星站與地面控制站之間的連接通過合適的中繼站實現(xiàn)、特別是以衛(wèi)星中繼站的方式實現(xiàn)(所謂的星際鏈路；Inter Satellite-Links)。這樣做的優(yōu)點是減小了信號延遲。
[0018]利用本發(fā)明，可以按照特別簡單和成本低廉的方式為利用廣播信號進行空中交通控制、飛行監(jiān)控和/或飛行安全的目的而實現(xiàn)全球覆蓋。具體地，利用本發(fā)明，不僅可以監(jiān)控海洋區(qū)域，也可以監(jiān)控茂密的原始森林、陡峭的山脈或者浩瀚的沙漠區(qū)域，一直到低水平高度區(qū)域。本發(fā)明的優(yōu)點是，例如，飛行器在其從中美洲或南美洲向歐洲飛行中，在飛越大西洋期間可以始終得到監(jiān)控，雖然那里不存在地面接收站。由此，例如，主管從中美洲和南美洲跨越大西洋的航線的葡萄牙空中交通控制部門(NAV葡萄牙)提前提供關(guān)于飛行器飛往歐洲的信息。葡萄牙的航空部門因此在到達葡萄牙的監(jiān)控領域