用于飞行器的飞行安全和/或空中交通控制的装置和方法
【专利说明】用于飞行器的飞行安全和/或空中交通控制的装置和方法
[0001]本申请是于2010年9月8日进入中国国家阶段的申请号为200980108233.0、发明名称为“用于飞行器的飞行安全和/或空中交通控制的装置和方法”的中国发明专利申请的分案申请。
[0002]本发明涉及一种用于飞行器的飞行安全和/或航线安排装置。所述装置包括在要保障的和/或要引导的飞行器上的至少一个发送站和与飞行安全和/或空中交通控制中心站连接的多个接收站。在要保障的和/或要引导的飞行器上的至少一个发送站发射广播信号。至少一个接收站接收广播信号并将广播信号中所含的至少一部分数据传送到飞行安全和/或空中交通控制中心站或者其他机构。
[0003]本发明还涉及一种利用上述的用于飞行器的飞行安全和/或航线安排装置的用于飞行安全和/或空中交通控制的方法。
[0004]现有技术中以“广播式自动相关监视(ADS-B ；Automatic DependentSurveillance - Broadcast) ”的名称公开了一种飞行安全和/或航线安排装置(参见 2003 年 4 月 10 日出版的 RTCA Do_260A 标准，“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，飞行器自身，也就是在没有外部帮助的情况下，周期性发出其身份、位置、速度和航向以及其它信息作为广播信号。为此，在飞行器上设置至少一个适当的发送站(所谓的Mode S Extended Squitter，即S模式扩展应答机)。此外，飞行器具有适当的计算资源，以便对飞行器中的输出数据进行确定、收集和，在需要时，预处理并准备作为广播信号传送做好准备。优选地，广播信号每秒钟重复两次。
[0005]在公知的ADS-B飞行安全和/或航线安排装置中，在地面上设置多个彼此间隔开的接收站，这些接收站可以接收飞行器的S模式扩展应答机的广播信号。广播信号中所含的数据和信息传送到飞行安全和/或空中交通控制中心站而被接收，并且在需要时被加工和处理然后提供给用户。存在于飞行安全和/或空中交通控制中心站内的各个飞行器的数据可以用于采取飞行安全和/或空中交通控制措施。
[0006]飞行器的位置信息来自于安装在飞行器上的用于全球导航的任意来源，全球导航系统例如全球定位系统(GPS)卫星。不言而喻，为确定飞行器的位置也可以使用其他卫星支持的定位系统，例如GL0NASS (俄罗斯)、EuteltraCS (欧洲，特别是用于长途交通运输)、伽利略系统(Galileo)(欧洲)、MTSAT(日本)或者北斗系统(中国)。
[0007]飞行器的广播信号也可以由处于广播信号的有效距离内的其他飞行器接收，如果这些飞行器具有适当的接收站的话。任何飞行器上因此均可以存在周围其他飞行器的飞行信息，这些信息可以发送给飞行器驾驶员并用于避免相撞。
[0008]但是，现有技术中所公开的用于显示飞行器在空域中的移动的陆基ADS-B空中交通控制装置仅在由适当的接收站所充分覆盖的区域中是可用的。设置在地面上的接收站的沿关于飞行器的准视线的有效范围最高为400千米，该有效范围是飞行器的飞行高度(例如10000米)函数；因此，它们各自覆盖直径最高为800千米的大致圆形的接收范围。为了使ADS-B可以在大区域内使用并覆盖低飞行高度，需要大量的ADS-B地面接收站。此外，在难以通行和偏远的区域设置ADS-B地面接收站非常困难。特别是在海洋地区和/或在非常遥远和人迹罕至的地区(例如极区、荒漠等)，利用雷达设备和/或ADS-B地面站进行完全的全球监控是不可能的或者不实用的。
[0009]例如从加勒比海飞往葡萄牙的飞行器在海岸几海里后就离开目前雷达监控的有效距离并然后只能通过无线电与各种空中交通控制相连接。在即将到达葡萄牙的亚速尔群岛时，当飞行器进入葡萄牙空中交通控制(NAV葡萄牙或FIR里斯本)的飞行监控区时，飞行器才在经过较长时间后重新由空中交通控制雷达掌控。
[0010]此外，良好配备的空域(例如USA和欧洲)与只能使用过程化(procedural)ATM (Air Traffic Management)的空域之间的非均等的空中交通控制基础设施，使ATM的能力在良好配备的空域也会降低。这一问题的发生是因为国际航线的飞行器一定比地方航线的飞行器具有优先的航线权。一架或者多架国际航线的飞行器进入监控区仅在其即将到达之前才进行通知并影响至少一部分地方航线的空中交通。无法计划地方航线空中交通的航线，因为不知道国际航线的飞行器何时准确地从雷达或者ADS-B无法监控的区域(海/洋)进入空中交通控制部门的监控区。
[0011]从所介绍的现有技术出发，本发明的目的因此在于，使基于广播信号的飞行安全和空中交通控制以尽可能少的开支和尽可能低的成本覆盖全球区域，以便使飞行安全和空中交通控制尽可能长期有效并因此也尽可能安全和可靠地计划飞行安全和空中交通控制。
[0012]为实现上述目的，根据开头所述类型的飞行安全和/或空中交通控制装置，接收站中的至少一部分被形成为卫星接收站，它们接收由要保障的和/或要引导的飞行器的至少一个发送站发出的广播信号并将其中所含的数据的至少一部分通过无线电传输路径传送到卫星地面控制站并继续传送到空中飞行安全和/或控制交通控制中心或者其他机构。
[0013]本发明涉及发送任意的广播信号并且装备有一个或者更多个适当的发送器的所有类型的飞行器:所有类型的民用和军用飞行器；例如运输机、通用航空的飞行器；有人驾驶和无人驾驶的飞行器；以及飞行系统。
[0014]本发明可以通过建立卫星接收站并接收由飞行器发出的广播信号来进行基于宇宙空间的飞行安全、飞行控制和/或空中交通控制。接收站不必是卫星本身的组成部分，而是例如可以所谓的“肩扛(Piggy Packs)”方式固定在本来用于其他任务的卫星上(例如用于提供信息、用于全球定位和/或空中、陆地或者水上交通工具的定位等任务)。
[0015]卫星接收站可以被配置为根据本发明的飞行安全和/或空中交通控制装置的特有的接收站，并且可以取消地面接收站。替代地，卫星接收站也可以用于对具有地面接收站的现有的基础设施进行补充，其中，卫星接收站优选地覆盖没有设置地面接收站的区域。
[0016]由卫星接收站接收的飞行器的广播信号可以被预处理和/或为传送到飞行安全和/或空中交通控制中心而进行处理。所接收的广播信号中所含的数据和信息的至少一部分由卫星接收站传送到一个或多个卫星地面控制站，在所述卫星地面控制站进行加工并随后继续传送到飞行安全和/或空中交通控制中心或者其他合法机构(例如航空公司、机场等)。接收卫星信号的地面站通过电缆或者以其他方式、例如通过无线电链路，将数据传送到飞行安全和/或空中交通控制心或者其他合法机构。
[0017]接收要保障和/或要引导的飞行器的广播信号的卫星接收站与卫星地面控制站之间的连接不必直接进行。可以想到，卫星站与地面控制站之间的连接通过合适的中继站实现、特别是以卫星中继站的方式实现(所谓的星际链路；Inter Satellite-Links)。这样做的优点是减小了信号延迟。
[0018]利用本发明，可以按照特别简单和成本低廉的方式为利用广播信号进行空中交通控制、飞行监控和/或飞行安全的目的而实现全球覆盖。具体地，利用本发明，不仅可以监控海洋区域，也可以监控茂密的原始森林、陡峭的山脉或者浩瀚的沙漠区域，一直到低水平高度区域。本发明的优点是，例如，飞行器在其从中美洲或南美洲向欧洲飞行中，在飞越大西洋期间可以始终得到监控，虽然那里不存在地面接收站。由此，例如，主管从中美洲和南美洲跨越大西洋的航线的葡萄牙空中交通控制部门(NAV葡萄牙)提前提供关于飞行器飞往欧洲的信息。葡萄牙的航空部门因此在到达葡萄牙的监控领域