Система и способ обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами летательных аппаратов
Группа изобретений относится к технике обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами для летательных аппаратов (1, 2). По меньшей мере, одна передающая станция (3, 4) в летательном аппарате (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, посылает вещательный сигнал (5, 6), который принимается, по меньшей мере, одной из спутниковых приемных станций (20), находящихся на расстоянии друг от друга, которая передает, по меньшей мере, часть содержащихся в вещательном сигнале (5, 6) данных на наземный контрольный пункт спутниковой системы и далее центру (11) безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям. Для реализации обширной, предпочтительно глобальной системы контроля воздушного пространства с минимальными расходами и затратами предлагается, что, по меньшей мере, часть приемных станций выполняется в виде спутниковых приемных станций (20), причем вещательный сигнал (5, 6), отправленный, по меньшей мере, одной передающей станцией (3, 4) летательного аппарата (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, принимается, по меньшей мере, одной из спутниковых приемных станций (20), и, по меньшей мере, часть содержащихся в вещательном сигнале (5, 6) данных по радиоканалу (21; 25, 27) передается наземному контрольному пункту спутниковой системы и далее центру (11) безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям. Группа изобретений обеспечивает безопасность полетов и управления полетами на основе вещательных сигналов с зоной покрытия по всему миру по возможности с минимальными затратами и расходами. При этом реализуется планирование безопасности полетов и управления полетами на долгосрочной основе, а значит, и с максимально возможной безопасностью и надежностью. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Данное изобретение относится к системе для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами для летательных аппаратов. Система включает в себя по меньшей мере одну передающую станцию в летательном аппарате, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, и несколько приемных станций, которые поддерживают связь с центром безопасности полетов и/или центром управления полетами. По меньшей мере, одна передающая станция летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, посылает вещательный сигнал. По меньшей мере, одна из приемных станций принимает вещательный сигнал и, по меньшей мере, часть данных, содержащихся в вещательном сигнале, передает далее центру безопасности полетов и/или центру управления полетами или другим организациям.
Изобретение относится также к способу обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами летательных аппаратов посредством системы вышеназванного типа для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами.
Уровень техники
Из уровня техники известна система для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами, обозначаемая как Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B), или система вещательного автоматического зависимого наблюдения (АЗН-В), (ср. стандарт RTCA Do-260A от 10 апреля 2003 г. „Minimum Operational Performance Standard for 1090 MHz Extended Squitter Automatic Dependent Surveillance-Broadcast (ADS-B) and Traffic Information Services - Broadcast (TIS-B)", том I (основная часть) и том II (приложения)). В системе ADS-B (АЗН-В) летательный аппарат по собственной инициативе, т.е. без побуждения к этому извне, периодически посылает в виде вещательного сигнала свои идентификационные данные, информацию о положении, скорости и направлении полета, а также другие сведения. Для этого в летательном аппарате расположена, по меньшей мере, одна соответствующая передающая станция (так называемый "расширенный сквиттер .режима S", Mode S Extended Squitter). Кроме того, летательный аппарат располагает соответствующими вычислительными средствами, предназначенными для того, чтобы измерять, собирать посылаемые данные в летательном аппарате, при необходимости проводить их предварительную обработку и подготавливать их для передачи в виде вещательного сигнала. Вещательный сигнал повторяется предпочтительно два раза в секунду.
В наземной части известной системы АЗН-В для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами расположены несколько приемных станций, находящихся на расстоянии друг от друга, которые могут принимать вещательные сигналы от расширенных сквиттеров режима S летательных аппаратов. Содержащиеся в вещательном сигнале данные и сведения передаются дальше центру безопасности полетов и/или центру управления полетами, где они принимаются, при необходимости обрабатываются и подготавливаются, а после этого предоставляются в распоряжение пользователей. Имеющиеся в центре безопасности полетов и/или в центре управления полетами данные от отдельных летательных аппаратов могут использоваться для мероприятий по обеспечению безопасности полетов и/или управления полетами.
Сведения о местоположении летательного аппарата поступают на борт летательного аппарата от любого источника систем глобальной навигации, например, от спутников системы Global Positioning System (GPS). Разумеется, для определения местоположения летательного аппарата возможно также использование других навигационных систем на основе спутников (например, ГЛОНАСС (российской), Euteltracs (европейской, в частности, для дальних полетов), Galileo (европейской), MTSAT (японской) или Compass (китайской)).
Вещательный сигнал летательного аппарата может приниматься также другими летательными аппаратами в зоне покрытия вещательного сигнала, если они располагают подходящими для этого приемными станциями. Таким образом, в каждом летательном аппарате может иметься полетная информация от других летательных аппаратов, находящихся в его окружении, которая может предоставляться пилотам и использоваться для предотвращения столкновений.
Однако известная из уровня техники система ADS-B наземного базирования для обеспечения безопасности полетов с индикацией перемещений летательных аппаратов в воздушном пространстве используется только в тех регионах, в которых обеспечивается достаточное покрытие соответствующими приемными станциями. Наземные приемные станции имеют зону покрытия, в зависимости от высоты полета (например, 10000 м) летательного аппарата, до 400 км вдоль линии виртуальной видимости летательного аппарата, так что каждая из них имеет возможность покрывать зону приема примерно круглой формы диаметром до 800 км. Чтобы предоставить возможность использования системы ADS-B с полным покрытием в обширных регионах даже для небольшой высоты полета, требуется множество наземных приемных станций ADS-B. Кроме того, размещение наземных станций системы ADS-B в труднопроходимой и отдаленной местности оказывается дорогостоящим. В частности, в океанских зонах и/или в очень удаленных и малонаселенных районах (например, полярные области, Огненная Земля, и т.д.) полный глобальный контроль с помощью радиолокационных установок и/или наземных станций ADS-B невозможен или нецелесообразен.
Воздушное судно, которое летит, например, из Карибского бассейна в Португалию, уже в нескольких милях от побережья выходит из зоны досягаемости современной системы радиолокационного наблюдения и после этого связано с различными службами безопасности полетов только по радио. Лишь незадолго до достижения португальских Азорских островов, по прошествии довольно долгого времени, оно снова регистрируется радиолокатором службы безопасности полетов, когда оно попадает, например, в зону контроля полетов португальской службы безопасности полетов (NAV Portugal или FIR Lisboa).
Кроме того, неоднородная инфраструктура служб безопасности полетов между достаточно хорошо оборудованными воздушными пространствами (например, США и Европой) и воздушными пространствами, в которых возможна только процедурная система управления воздушным движением (Air Traffic Management, ATM), обуславливает сокращение возможностей управления воздушным движением также и в хорошо оборудованных воздушных пространствах. Это происходит потому, что при управлении полетами воздушные суда международного сообщения должны иметь приоритет по сравнению с воздушными судами регионального сообщения. Оповещение о вхождении одного или нескольких воздушных судов международного сообщения в область контроля происходит только незадолго до достижения этой области и оказывает влияние, по меньшей мере, на часть полетов регионального воздушного сообщения. Планирование управления полетами регионального воздушного сообщения невозможно, поскольку неизвестно, когда точно воздушные суда международного сообщения войдут в зону контроля органов службы безопасности полетов из областей, находящихся вне зоны наблюдения радиолокаторов или системы ADS-B (моря или океаны).
Раскрытие изобретения
Исходя из описанного уровня техники в основе данного изобретения лежит задача предоставить средство обеспечения безопасности полетов и управления полетами на основе вещательных сигналов с зоной покрытия по всему миру, по возможности с минимальными затратами и расходами таким образом, чтобы было возможно планировать обеспечение безопасности полетов и управление полетами на долгосрочной основе, а значит, и с максимально возможной безопасностью и надежностью.
Для решения этой задачи исходя из системы для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами упомянутого в начале типа предлагается выполнение, по меньшей мере, части приемных станций в виде спутниковых приемных станций, которые принимают посланный от, по меньшей мере, одной передающей станции летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, вещательный сигнал и, по меньшей мере, часть содержащихся в нем данных передают дальше по радиоканалу наземному контрольному пункту спутниковой системы и далее службе безопасности полетов и/или центру управления полетами или другим организациям.
Данное изобретение относится к летательным аппаратам любого рода, которые посылают любой вещательный сигнал и оборудованы одним или несколькими соответствующими передатчиками: гражданским и военным летательным аппаратам любого рода, например, транспортным самолетам, самолетам общей авиации, пилотируемым или непилотируемым летательным аппаратам и воздухоплавательным системам.
Данное изобретение делает возможным обеспечение безопасности полетов, наблюдения за полетами и/или управления полетами, основанное на использовании космического пространства, с применением приемных станций космического базирования, которые принимают вещательные сигналы, посылаемые летательными аппаратами. Приемные станции не обязательно должны быть составной частью собственно спутника, а могут укрепляться, например, в форме так называемого навесного оборудования на спутнике, служащем, собственно, для выполнения других задач (например, для передачи информации, для глобального поиска и/или определения местоположения летательных аппаратов, наземных транспортных средств или плавсредств и т.д.).
Спутниковые приемные станции могут выполняться как единственные приемные станции системы согласно системе по изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами, в этом случае возможен отказ от приемных станций наземного базирования. В альтернативном варианте спутниковые приемные станции могут также служить в качестве дополнения существующей инфраструктуры с приемными станциями наземного базирования, при этом спутниковые приемные станции предпочтительно покрывают те регионы, в которых не располагаются наземные приемные станции.
Принятый приемными станциями вещательный сигнал от летательного аппарата может проходить предварительную обработку и/или подготовку для передачи в службу безопасности полетов и/или центр управления полетами. По меньшей мере, часть содержащихся в принятом вещательном сигнале данных и сведений передается спутниковой приемной станцией в один или несколько наземных контрольных пунктов спутниковой системы, обрабатывается там и затем передается дальше в центр безопасности полетов и/или центр управления полетом или другие правомочные организации (например, авиакомпании, аэропорты и т.д.). Наземный контрольный пункт, принимающий сигнал от спутника, передает информацию в центр безопасности полетов и/или центр управления полетами или в другие правомочные организации по проводам или другим путем, например, по каналу радиосвязи.
Связь между спутниковой приемной станцией, которая приняла вещательный сигнал летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, и наземным контрольным пунктом спутниковой системы не обязательно должна осуществляться непосредственно. Предполагается, что связь между спутниковой станцией и наземным контрольным пунктом осуществляется через соответствующие радиорелейные станции, в частности, в форме спутниковых радиорелейных станций (т.н. межспутниковая связь, Inter Satellite Link). Преимущество такого варианта состоит в том, что сокращаются времена запаздывания сигнала.
При помощи данного изобретения особенно простым и экономичным образом достигается глобальное покрытие территорий с целью обеспечения безопасности полетов, наблюдения за полетами и/или управления полетами посредством вещательных сигналов. В частности, благодаря изобретению возможно наблюдение за регионами над морями и океанами, а также за регионами с густыми джунглями, крутыми горами или большими пустынями по всей их площади, вплоть до небольших высот. Преимущество этого состоит в том, что возможен, например, постоянный контроль за летательными аппаратами во время их перелета, например, из Центральной Америки или Южной Америки в Европу при полете над Атлантическим океаном, хотя там нет приемных станций наземного базирования. Вследствие этого сведения о воздушных судах международных направлений, находящихся в пути в Европу, могут заблаговременно предоставляться в распоряжение, например, органов службы безопасности полетов Португалии (Portugal NAV), ответственных за прибытие воздушных судов из Центральной Америки и Южной Америки через Атлантику. Таким образом, для португальских органов управления воздушным движением становится возможным учитывать воздушное судно международного сообщения при планировании действий службы безопасности полетов и/или управления полетами уже задолго до достижения им португальской зоны контроля, так что управление полетом летательных аппаратов региональных направлений может производиться заблаговременно и с учетом предстоящих событий. В результате производится своевременная корректировка системы обеспечения безопасности полетов, в частности, в отношении учета летательных аппаратов как региональных, так и международных направлений, с определением приоритета летательных аппаратов международных направлений, что позволяет существенно повысить эффективность, безопасность и надежность действий служб обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами и тем самым пропускную способность при управлении воздушным сообщением. Кроме того, имеется возможность сократить до минимума количество необходимых случаев перенаправления воздушных судов внутреннего сообщения, что дает экономию топлива, а также уменьшение шума и количества выхлопных газов.
Дальнейшее преимущество системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами видится в том, что теперь во время всего полета летательного аппарата, в частности, также во время его полета над регионами, которые не покрываются зонами действия радиолокаторов и в которых нет наземных приемных станций АЗН-В, имеется информация о самолете и о маршруте его полета. Эти сведения могут предоставляться в распоряжение третьим сторонам бесплатно или за плату. Так, предполагается, например, что авиакомпании информируются об актуальном местонахождении их воздушных судов. Но эти дополнительно предоставляемые сведения могут быть интересны, также и для аэропортов, поскольку они могут использовать эти сведения для обновления онлайновых расписаний прибытия и/или вылета.
Еще одно преимущество данного изобретения видится в том, что приемные станции спутникового базирования системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами охватывают существенно большую область покрытия, чем известные приемные станции наземного базирования. Контроль воздушного пространства радиолокаторами дорог, что является основной причиной того, что зона действия радиолокационных установок для наблюдения за полетами в настоящее время покрывает только небольшую часть мира (по оценке изобретателя, менее 5% площади суши). Наземные приемные станции АЗН-В имеют лишь относительно ограниченную область покрытия вследствие кривизны поверхности Земли. Для полного покрытия верхнего воздушного пространства Австралии, что соответствует контролю воздушного пространства на высоте более 30000 футов, достаточно примерно тридцати наземных станций АЗН-В. Однако для контроля всего воздушного сообщения в США с полным покрытием потребуются примерно 1500 наземных приемных станций АЗН-В, которые придется сооружать и вводить в действие с распределением их по всей территории США.
Благодаря переносу приемных станций в космос область, контролируемая каждой отдельной приемной станцией, существенно увеличивается, так что количество приемных станций, необходимых для осуществления контроля воздушного пространства в определенном регионе, может быть сокращено. Кроме того, спутниковые приемные станции позволяют осуществлять контроль не только верхнего воздушного пространства (выше уровня полета FL200 или FL300), но и контролировать воздушное пространство вплоть до малой высоты полета, а также до уровня земли (т.н. FL0). Это означает, что при помощи системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами при относительно незначительных затратах достигается обеспечение безопасности полетов и/или управления полетами на высотах до FL0. Целью изобретения является, в частности, реализация покрытия всего мира системой АЗН-В посредством приемных станций АЗН-В спутникового базирования, что позволит осуществлять контроль воздушного пространства без наземных радиолокационных станций и/или наземных станций АЗН-В во всемирном масштабе.
Для осуществления данного изобретения требуется совокупность нескольких спутников, вращающихся вокруг земли на близких к земле орбитах, так как посылаемый летательными аппаратами вещательный сигнал имеет ограниченную дальность действия. Кроме того, в настоящее время вещательный сигнал излучается летательными аппаратами только вниз, вперед и назад (но не вверх). Это означает, что спутники, размещенные непосредственно над летательным аппаратом, принимают вещательный сигнал скорее плохо. Поэтому для получения вещательного сигнала предпочтительно используются спутниковые приемные станции, расположенные над летательным аппаратом под углом к вертикали, в частности, стоящие на уровне горизонта. Однако, разумеется, допускается, что в будущем летательные аппараты будут оборудованы и передатчиками, излучающими вещательный сигнал вверх, в особенности, если будет внедрена предложенная согласно изобретению система контроля спутникового базирования. По меньшей мере, в том случае, если передающие станции будут располагаться на верхней стороне летательных аппаратов, возможно беспроблемное получение вещательных сигналов летательного аппарата спутниками, находящимися непосредственно над летательным аппаратом.
В будущих системах АЗН-В возможно также изменение частот и излучаемой мощности вещательного сигнала по сравнению с сегодняшними системами контроля. Однако принцип неадресного, периодического излучения вещательного сигнала сохраняется и в будущих системах АЗН-В.
Согласно предпочтительному варианту усовершенствования данного изобретения предлагается, чтобы спутниковые приемные станции перемещались по орбите высотой менее чем в 3000 км над поверхностью Земли. Согласно этому варианту усовершенствования изобретения не применяются геостационарные спутники, так как их орбиты находятся на относительно большом расстоянии от поверхности Земли (примерно 36000 км), а околоземные спутники. Спутниковые приемные станции предпочтительно представляют собой составную часть так называемых низкоорбитальных спутников. Эти спутники размещены на орбитах на высоте примерно 160-2000 км над поверхностью Земли. В частности, приемные станции могли бы применяться в спутниках, находящихся на орбитах примерно в 600-900 км над поверхностью Земли. Решающим фактором при этом является возможность надежного и уверенного приема (в том числе и при неблагоприятных условиях) спутниковыми приемными станциями вещательного сигнала, отправленного передающими станциями летательных аппаратов. Однако необходимо подчеркнуть, что реализация данного изобретения возможна с помощью любых спутников и не ограничена спутниками на определенной орбите. Если обычный вещательный сигнал лишь слабо принимается спутниками на более высоких орбитах, можно допустить, что летательные аппараты посылают усиленный по сравнению с обычным сигналом вещательный сигнал с более высокой излучаемой мощностью, или передатчики таким образом размещаются в летательных аппаратах, например, на верхней стороне летательных аппаратов, что прием вещательного сигнала спутниковыми приемными станциями улучшается, и таким образом становится возможным также беспрепятственный прием сигнала спутниками на средних орбитах (например, спутниками Galileo) и геостационарными спутниками.
Согласно предпочтительному варианту исполнения данного изобретения предлагается, что спутниковые приемные станции вращаются вокруг земли таким образом, что области их приема покрывают, по меньшей мере, с определенной периодичностью, те географические регионы, которые недостаточно покрываются наземными приемными станциями. Спутниковые приемные станции предпочтительно вращаются вокруг земли таким образом, что области их приема покрывают также морские регионы, горные регионы, регионы джунглей и/или пустынь.
Согласно другому предпочтительному варианту усовершенствования данного изобретения предлагается, что спутниковые приемные станции выполняются таким образом, что они принимают вещательный сигнал передающей станции летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, выполненной в виде расширенного сквиттера режима S, работающего на частоте 1090 МГц. В качестве альтернативы или дополнения возможно также выполнение спутниковых приемных станций таким образом, что они принимают сигнал частотой 978 МГц универсального приемопередатчика (Universal Access Transceiver, DAT). Наконец, в качестве альтернативы или дополнения возможно также выполнение спутниковых приемных станций таким образом, что они принимают сигнал УКВ линии передачи данных режима 4 (VHF Data Link Mode 4, VDLM 4) в диапазоне частот от 108 до 137 МГц.
Согласно еще одному предпочтительному варианту усовершенствования данного изобретения предлагается, что спутниковые приемные станции имеют, по меньшей мере, один передающий блок, посылающий дополнительный вещательный сигнал с информацией о положении летательных аппаратов. С помощью этого усовершенствования изобретения возможна реализация так называемой вещательной службы информации о воздушном движении (Traffic Information Services-Broadcast, TIS-B), при помощи которой летательные аппараты, оборудованные АЗН-В, могут обеспечиваться более полным отображением окружающего их воздушного пространства. TIS-B - это служба, которая снабжает летательные аппараты, оборудованные АЗН-В, данными о наблюдении за летательными аппаратами, не оборудованными АЗН-В. TIS-B включает в себя информацию наблюдения, которая предоставляется одним или несколькими источниками контроля, такими, как, например, радиолокатор наблюдения. Информация наблюдения обрабатывается и преобразуется таким образом, чтобы ее могли использовать летательные аппараты, оборудованные АЗН-В.
TIS-B может использоваться также в применениях АЗН-В, включающих несколько каналов данных АЗН-В, предоставляя возможность организации перекрестной сети или выполняя функцию шлюза между летательными аппаратами, оборудованными АЗН-В, с применением различных каналов данных. Эта подфункция TIS-B обозначается также термином Automatic Dependent Surveillance-Rebroadcast (ADS-R), или система ретрансляционного автоматического зависимого наблюдения. К настоящему времени для использования в приложениях ADS-R утверждены два коммуникативных протокола связи. Это универсальный приемопередатчик (Universal Access Transceiver, UAT), который используется большей частью малыми летательными аппаратами, и расширенный сквиттер режима S, работающий на частоте 1090 МГц (1090 MHz Mode S Extended Squitter, 1090 ES), который используется, как правило, в летательных аппаратах для коммерческого применения.
Чтобы избегать прослушивания и дальнейшего использования вещательного сигнала посторонними, согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения предлагается, что спутниковые приемные станции имеют средства для декодирования вещательного сигнала, высылаемого передающей станцией летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, в закодированном виде. Закодированная передача вещательного сигнала может представлять собой возможное усовершенствование в рамках АЗН-В. Разумеется, возможны также другие усовершенствования АЗН-В, которые также должны охватываться рамками данного изобретения. Согласно этому варианту исполнения возможность приема вещательных сигналов и, соответственно, извлечения содержащихся в них данных имеют не любые приемные станции. Напротив, вещательный сигнал высылается в закодированном виде, так что он может приниматься и расшифровываться только приемными станциями, оборудованными соответствующими средствами декодирования.
Чтобы избежать прослушивания посторонними информации, передаваемой по радиоканалу между спутниковой приемной станцией, которая приняла вещательный сигнал, и наземными контрольными пунктами спутниковой системы, предлагается, чтобы спутниковые приемные станции имели средства для кодирования данных вещательного сигнала, передаваемых центру безопасности полетов и/или центру управления полетами. Зашифрованные данные передаются приемной станцией спутника на один из наземных контрольных пунктов спутниковой системы либо непосредственно, либо опосредовано через радиорелейные станции.
В качестве дальнейшего решения задачи данного изобретения исходя из способа обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами летательных аппаратов упомянутого в начале типа предлагается, что, по меньшей мере, часть приемных станций выполняется в форме спутниковых приемных станций, причем вещательный сигнал, посланный, по меньшей мере, одной передающей станцией летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, принимается, по меньшей мере, одной из спутниковых приемных станций и, по меньшей мере, часть содержащихся в вещательном сигнале данных по радиоканалу передается на наземный контрольный пункт спутниковой системы и далее службе безопасности полетов и/или центру управления полетами или другим организациям.
Наконец, предлагается, чтобы данные, содержащиеся в вещательном сигнале, принятом, по меньшей мере, одной спутниковой приемной станцией, предоставлялись третьим сторонам, в частности, авиакомпании того летательного аппарата, безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, органам обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами и аэропортам. Таким образом, например, авиакомпания всегда располагает актуальными сведениями о положении и состоянии всех ее летательных аппаратов, или летательных аппаратов, оснащенных АЗН-В. Благодаря этому авиакомпания в состоянии значительно лучше контролировать использование и доступность своих летательных аппаратов и управлять ими, чем это было возможно ранее. В результате этого становится возможным повышение эффективности летательных аппаратов. Эта возможность появляется только благодаря данному изобретению, так как только благодаря этому изобретению становится в принципе возможным глобальный контроль воздушного движения, в частности, в области морей и океанов, а также в полярных регионах.
Краткий комментарий к фигурам чертежей
Далее на основании чертежей более подробно разъясняются предпочтительные варианты осуществления данного изобретения. На чертежах показаны:
фиг.1 - схематичный вид системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами по первому предпочтительному варианту исполнения;
фиг.2 - схематичный вид системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами по второму предпочтительному варианту исполнения;
фиг.3 - известная из уровня техники система для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами в схематичном виде.
Осуществление изобретения
На фиг.3 показана известная из уровня техники система для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами. Система служит для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами летательных аппаратов 1, 2, в частности, самолетов. В каждом из летательных аппаратов 1, 2 расположена, по меньшей мере, одна передающая станция 3, 4. Передающие станции 3, 4 с определенной периодичностью посылают вещательный сигнал, в представленном варианте осуществления в форме сигнала частотой 1090 МГц расширенного сквиттера режима S (1090 ES), который может приниматься любыми приемными станциями. Для наглядного представления вещательных свойств сигнала 1090 ES на фиг.3 вокруг передающих станций 3, 4 изображены концентрические окружности. Эти окружности соответствуют первому сигналу 5 типа 1090 ES первой передающей станции 3 и второму сигналу 6 типа 1090 ES второй передающей станции 4. Такая система для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами известна из уровня техники под названием «система вещательного автоматического зависимого наблюдения» (АЗН-В).
Известная система АЗН-В включает в себя, кроме того, несколько приемных станций, расположенных на земле на расстоянии друг от друга, из которых на фиг.3 представлены для примера только две приемных станции 7, 8. Приемные станции 7, 8 связаны с центром 11 обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами посредством линий 9, 10 связи. В качестве альтернативы или дополнения приемные станции 7, 8 могут также поддерживать связь с центром 11 службы безопасности полетов и/или управления полетами по радио или любым другим способом. Центр 11 управляется и эксплуатируется национальным или региональным органом обеспечения безопасности полетов, например, Немецкой службой безопасности полетов (Deutsche Flugsicherung, DFS) или Маастрихтским центром верхнего воздушного пространства (Maastricht Upper Area Control, MUAC).
Летательные аппараты 1, 2, как уже говорилось, регулярно посылают вещательные сигналы 5, 6, по собственной инициативе, и не адресуя их конкретному получателю или специальному адресу получателя. В сигнале 5, 6 типа 1090 ES содержатся данные, относящиеся к летательному аппарату 1, 2, который высылает сигнал 5; 6. Данные включают в себя, например, местоположение, высоту, скорость, направление полета, пункт отправления, пункт назначения, позывные, класс самолета и т.д. летательного аппарата 1, 2. Высота и скорость летательного аппарата 1, 2 определяются посредством соответствующих регистрирующих устройств на борту летательных аппаратов 1, 2. Местоположение летательных аппаратов 1, 2 устанавливается посредством соответствующих систем определения местоположения, предпочтительно спутниковых, например, посредством спутников системы Global Positioning System (GPS). При этом на борту летательных аппаратов 1, 2 должны иметься в наличии предназначенные для этого устройства (например, спутниковая приемная антенна, вычислительные средства и т.д.) для определения местоположения летательных аппаратов 1, 2 при помощи спутниковой системы. Альтернативно определение местоположения летательных аппаратов 1, 2 может производиться также посредством другой глобальной спутниковой навигационной системы (Global Navigation Satellite System, GNSS), например, спутников ГЛОНАСС (русский аналог американского GPS NAVSTAR), посредством спутников Galileo, или посредством спутников Compass, включая системы их оптимизации (WAAS, EGNOS, MTSAT, GAGAN, и т.д.). Каким образом, в конечном счете, определяется положение летательных аппаратов 1, 2, не имеет значения. Важно то, что в вещательном сигнале 5, 6 типа 1090 ES наряду с другими сведениями о летательном аппарате 1, 2, включая его актуальные летные характеристики, передается также информация об актуальном местоположении летательного аппарата 1, 2.
Вещательные сигналы 5, 6, высланные передающими блоками 3, 4, принимаются помимо прочего также наземными приемными станциями 7, 8 (ср. стрелки 5' и 6'). Необходимо определенно указать на то, что нарисованные для наглядности стрелки 5' и 6' не означают, что между передающими станциями 3, 4 и приемными станциями 7, 8 образовано соединение типа точка-точка. Совсем наоборот, сигналы 5, 6 представляют собой вещательные сигналы, которые могут приниматься любым приемником. По меньшей мере, часть данных о летательных аппаратах 1, 2, содержащихся в принятых вещательного сигналах 5, 6, передается через линии 9, 10 связи центру 11 обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям, где эти сведения поступают в распоряжение для дальнейшей обработки. Благодаря информации, имеющейся в распоряжении в центре 11, возможно осуществление с высокой степенью точности так называемого "контроля типа воздух-воздух" (Air-to-Air Surveillance Application, ASA), a также "контроля типа земля-воздух" (Air-to-Ground Surveillance Application, GSA).
Схематичный вид системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами по первому предпочтительному варианту исполнения данного изобретения представлен на фигуре 1. Одни и те же элементы или детали системы согласно изобретению снабжены одними и теми же обозначениями, как и в известном устройстве, представленном на фигуре 3. Существенное отличие системы согласно изобретению для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами по сравнению с уровнем техники состоит в том, что, по меньшей мере, часть приемных станций расположена уже не на земле, а в космическом пространстве.
На фиг.1 для примера показана только одна спутниковая приемная станция 20; разумеется, система согласно изобретению может включать в себя также существенно большее количество спутниковых приемных станций 20. Спутниковая приемная станция 20, представленная на фигуре 1, включает в себя приемопередающую антенну 20', а также соответствующий обрабатывающий и вычислительный блок (не показан) для обработки принятых вещательных сигналов 5, 6 типа 1090 ES. Получение спутниковой приемной станцией 20 вещательных сигналов 5, 6, высланных передающими станциями 3 или 4, схематично проиллюстрировано на фигуре 1 стрелками 5'” и 6'”. Принятые вещательные сигналы 5, 6 и, соответственно, содержащиеся в них данные АЗН-В через радиоканал 21 пересылаются спутниковой приемной станцией 20 на наземный контрольный пункт 22 спутниковой системы. Там данные АЗН-В обрабатываются и подготавливаются к дальнейшей передаче в центр 11 обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами через канал 23 связи.
В варианте исполнения согласно изобретению, конечно, возможно также, что вещательный сигнал 5, 6, посланный одним из летательных аппаратов 1, 2, принимается другим летательным аппаратом 2, 1 и там анализируется. Данные, относящиеся к одному самолету 1, 2, принятые на другом самолете 2; 1, могут использоваться для реализации системы предотвращения столкновений между летательными аппаратами 1, 2, например, в форме системы предотвращения столкновений (Traffic Collision Avoidance System, TCAS).
Система наблюдения согласно изобретению предоставляет средства для реализации системы наблюдения АЗН-В космического базирования с использованием спутниковых приемных станций 20, принимающих сигналы 5, 6 типа 1090 ES от летательных аппаратов 1, 2. Кроме того, система может предоставлять в распоряжение пользователя также сервисы системы ретрансляционного автоматического зависимого наблюдения (ADS-B Rebroadcast, ADS-R), вещательной службы информации о воздушном движении (Traffic Information Service Broadcast, TIS-B) и службы информации о полете (Flight Information Broadcast, FIS-B) с применением сигналов 5, 6 типа 1.090 ES через спутниковые приемные станции 20.
Система наблюдения АЗН-В, базирующаяся в космическом пространстве, может дополнять или усовершенствовать существующую систему АЗН-В наземного базирования (с наземными приемными станциями 7, 8). Соответствующая приемная станция 8 наземного размещения для приема вещательных сигналов 5', 6' системы АЗН-В, представленная в качестве примера, изображена на фигуре 1 пунктиром. В альтернативном варианте согласно изобретению возможна реализация глобальной системы наблюдения АЗН-В, которая включает в себя спутниковые приемные станции 20 в качестве единственных приемных станций, т.е. без дополнительных приемных станций 8 наземного размещения.
В дополнение к функциям обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами - т.н. задачам управления воздушным движением (Air Traffic Control, АТС), принятые данные АЗН-В могут предоставляться в распоряжение другим потребителям и использоваться ими. Так, например, данные АЗН-В могут применяться также для того, чтобы предоставлять в распоряжение авиакомпании информацию об актуальном местоположении ее летательных аппаратов 1, 2. Это полезно в случаях опозданий рейсов воздушных судов 1, 2 или же в чрезвычайных ситуациях. Благодаря этому авиакомпания может значительно лучше планировать использование своих летательных аппаратов более эффективно и с учетом предстоящих событий.
Система АЗН-В подразумевает регулярную, без посылки запросов передачу данных или сведений относительно летательного аппарата 1, 2, имеющихся на борту летательного аппарата 1, 2. Передаваемые сведения включают в себя данные наблюдений, такие, как, например местоположение, высота, скорость, направление, позывной сигнал летательного аппарата 1, 2, класс летательного аппарата и другие. Сигналы 5, 6 системы АЗН-В передаются спонтанно, самостоятельно, регулярно и без конкретного адреса получателя. В этом отношении сигналы АЗН-В отличаются от сообщений системы контрактного автоматического зависимого наблюдения (ADS-Contract, ADS-C), которые передаются к геостационарным спутникам связи через соединение типа точка-точка. Геостационарные спутники связи находятся на орбите на высоте нескольких десятков тысяч метров над поверхностью 29 Земли, в частности, на высоте примерно 360000 км над поверхностью 29 Земли. Связь типа точка-точка является платной и относительно дорогой, так что для передачи сведений от летательного аппарата 1, 2 во время длительного межконтинентального полета только за счет времени, необходимого для передачи сведений о летательном аппарате, возникают относительно высокие издержки, которые были бы неприемлемы для авиакомпаний и, в конечном счете, для пользователей летательных аппаратов 1, 2 (пассажиров или клиентов грузового авиатранспорта). По сравнению с системой наблюдения ADS-C предложенная согласно изобретению система наблюдения типа АЗН-В (ADS-B), базирующаяся на использовании космического пространства, предоставляет существенные преимущества относительно максимально простого и экономичного наблюдения за летательными аппаратами 1, 2.
Наконец, данное изобретение позволяет также реализовать т.н. приложения системы наблюдения воздух-земля (Air-to-Ground-Surveillance Applications, GSA) в регионах, которые не покрываются первичными и/или вторичными радиолокаторами. При помощи системы согласно изобретению наблюдения АЗН-В космического базирования в этих регионах возможно осуществление управления воздушным движением (Air Traffic Control, АТС) и вне зоны покрытия радиолокатора. Это интересно, в частности, в тех регионах, где размещение наземных приемных станций 7, 8 системы АЗН-В возможно только с большими затратами или даже в принципе невозможно.
Кроме того, с помощью данного изобретения впервые становится возможным непрерывное наблюдение за воздушным пространством и на более низких высотах полета. При необходимости осуществим контроль на уровне вплоть до поверхности 29 земли, например, вплоть до взлетно-посадочной полосы аэропорта. Это достигается благодаря тому, что спутниковые приемные станции 20 находятся над летательными аппаратами 1, 2 и - в отличие от применявшихся до сих пор наземных радиолокаторов и наземных приемных станций 7, 8 системы АЗН-В - не являются наземными системами, для которых при приеме вещательных сигналов 5, 6 возникают препятствия из-за кривизны Земли, а также из-за преград, например, зданий, растительности, холмов или гор.
Так же, как и система АЗН-В наземного базирования, предложенная согласно изобретению система АЗН-В космического базирования могла бы также стать существенной составной частью Авиатранспортной системы нового поколения (US Next Generation Air Transportation System, NextGen) в США, австралийской системы наблюдения за воздушным движением (Australian Air Traffic Surveillance System), a также других соответствующих систем в Европе, Азии и других частях света. Нужно исходить из того, что в будущем система контроля АЗН-В космического базирования станет решающим компонентом системы наблюдения за воздушным движением в мире. Изобретение предоставляет возможность обеспечения усовершенствованного наблюдения за летательными аппаратами 1, 2 в воздушном пространстве, а также получения более полной информации об актуальном воздушном движении в окружающем воздушном пространстве как для пилотов, так и для штурманов авиации. Система АЗН-В космического базирования предназначена для того, чтобы улучшить безопасность, качество и эффективность региональных систем контроля за воздушным пространством и одновременно предоставить в распоряжение гибкую, расширяемую без больших затрат платформу, позволяющие учитывать возможности для будущего роста в воздушном сообщении.
Благодаря применению спутниковых приемных станций 20 преимущества системы АЗН-В могут быть беспроблемно и с невысокими затратами реализованы, в частности, в том числе для таких регионов, в которых до сих пор система АЗН-В могла быть реализована только с большими издержками или вовсе нереализуема, к примеру, в областях морей или океанов, или в регионах со слабой инфраструктурой. Дополнительно к функции контроля за воздушным движением авиакомпании получают возможность глобального контроля за ее собственными воздушными судами.
На фиг.2 представлен следующий предпочтительный вариант исполнения настоящего изобретения. Этот вариант исполнения отличается от первого варианта исполнения по фиг.1, в частности, тем, что принятые спутниковой приемной станцией 20 вещательные сигналы 5, 6, и соответственно, содержащиеся в них данные, пересылаются спутниковой приемной станцией 20 не непосредственно обратно к поверхности Земли (к наземному контрольному пункту 22 спутниковой системы), а по радиоканалу 25 сначала передаются на другой спутник 26. Принятый спутниковой приемной станцией 20 вещательный сигнал 5, 6 и соответственно содержащиеся в нем данные могут от следующего спутника 26 либо снова передаваться на последующие спутники (не показаны), либо передаваться к наземному контрольному пункту 22 спутниковой системы. Дополнительный спутник 26 может также содержать приемную станцию для вещательных сигналов 5, 6 типа 1090ES от летательных аппаратов 1, 2. Однако также возможно, что дополнительный спутник 26 служит - как в представленном на фиг.2 варианте исполнения - просто в качестве радиорелейной станции для получения сигналов от спутниковой приемной станции 20 по радиоканалу 25 и ретрансляции содержащихся в сигнале данных на наземный контрольный пункт 22 спутниковой системы, при этом спутник 26 может не иметь средств для самостоятельного приема вещательных сигналов 5, 6 1090 ES, посылаемых от летательных аппаратов 1, 2.
В представленном на фиг.2 варианте исполнения вещательные сигналы 5, 6 и, соответственно, содержащиеся в них данные по радиоканалу 27 передаются спутником 26 на наземный контрольный пункт 22 спутниковой системы. Принимаемые по радиоканалу 27 данные о летательных аппаратах 1, 2, которые содержались в принятых спутниковой приемной станцией 20 вещательных сигналах 5'”, 6'”, передаются от наземного контрольного пункта 22 по каналу 23 в центр 11 обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами. В качестве альтернативы может также использоваться радиопередача между наземным контрольным пунктом 22 и центром 11.
Передача принятых спутниковой приемной станцией 20 вещательных сигналов 5'”, 6'” к центру 11 обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами опосредовано с помощью дополнительных спутников 26 выгодна, в частности, в тех регионах, в которых ближайший наземный контрольный пункт 22 спутниковой системы для приема радиосигналов 27 расположен за пределами зоны охвата принимающих вещательные сигналы 5'”, 6'” спутников 20, как, например, в области морей и океанов.
1. Система для обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами для летательных аппаратов (1, 2), включающая в себя, по меньшей мере, одну передающую станцию (3, 4) в летательном аппарате (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, и несколько находящихся на расстоянии друг от друга приемных станций (20), которые поддерживают связь с центром (11) безопасности полетов и/или управления полетами, причем, по меньшей мере, одна передающая станция (3, 4) летательного аппарата (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, посылает вещательный сигнал (5, 6), а, по меньшей мере, одна из приемных станций (20) принимает вещательный сигнал (5, 6) и передает, по меньшей мере, часть содержащихся в вещательном сигнале (5, 6) данных центру (11) безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть приемных станций (20) выполнена в виде спутниковых приемных станций таким образом, что они принимают вещательный сигнал (5, 6) частотой 1090 МГц от передающей станции (3, 4) летательного аппарата (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, выполненной в виде расширенного сквиттера режима S и, по меньшей мере, часть содержащихся в нем данных пересылают по радиоканалу (21; 25, 27) наземному контрольному пункту спутниковой системы и далее центру (11) безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) вращаются вокруг Земли на орбите высотой менее чем 3000 км над поверхностью (29) Земли.
3. Система по п.2, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) представляют собой составные части низкоорбитальных спутников.
4. Система по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) вращаются вокруг земли таким образом, что их области приема покрывают, по меньшей мере, с определенной периодичностью те географические регионы, которые недостаточно покрыты наземными приемными станциями (7, 8).
5. Система по п.4, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) вращаются вокруг земли таким образом, что их области приема покрывают регионы морей, гор, джунглей и/или пустынь.
6. Система по одному из пп.1-3 и 5, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) выполнены таким образом, что они принимают сигнал частотой 978 МГц универсального приемопередатчика.
7. Система по одному из пп.1-3 и 5, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) выполнены таким образом, что они принимают сигнал УКВ линии передачи данных режима 4 в диапазоне частот от 108 до 137МГц.
8. Система по одному из пп.1-3 и 5, отличающееся тем, что спутниковые приемные станции (20) имеют, по меньшей мере, один передающий блок, который посылает дополнительный вещательный сигнал с информацией о воздушном движении летательных аппаратов (1,2).
9. Система по п.8, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) имеют, по меньшей мере, один передающий блок, который посылает дополнительный вещательный сигнал с информацией о воздушном движении от других предпочтительно наземных устройств контроля, в частности от вторичного радиолокатора или наземной станции АЗН-В (7, 8).
10. Система по п.8, отличающаяся тем, что информация о воздушном движении представляет собой сведения о местоположении, по меньшей мере, одного летательного аппарата (1, 2).
11. Система по одному из пп.1-3, 5, 9 и 10, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) имеют средства для декодирования вещательного сигнала (5, 6), высылаемого в закодированном виде передающей станцией (3, 4) летательного аппарата (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается.
12. Система по одному из пп.1-3, 5, 9 и 10, отличающаяся тем, что спутниковые приемные станции (20) имеют средства для кодирования данных вещательного сигнала (5, 6), передаваемых центру (11) безопасности полетов и/или центру управления полетами.
13. Способ обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами летательных аппаратов (1, 2), содержащий следующие шаги:
передача вещательного сигнала (5, 6), по меньшей мере, одной передающей станцией (3, 4) в летательном аппарате (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается;
прием вещательного сигнала (5, 6), по меньшей мере, одной из нескольких приемных станций (20), находящихся на расстоянии друг от друга;
передача, по меньшей мере, части содержащихся в вещательном сигнале (5, 6) данных центру (11) безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям,
отличающийся тем, что,
по меньшей мере, часть приемных станций выполнена в виде спутниковых приемных станций (20), причем
вещательный сигнал (5, 6) частотой 1090 МГц, посланный, по меньшей мере, одной передающей станцией (3, 4) летательного аппарата (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, выполненной в виде расширенного сквиттера режима S, принимают, по меньшей мере, посредством одной из спутниковых приемных станций (20),
причем, по меньшей мере, часть содержащихся в вещательном сигнале (5, 6) данных по радиоканалу (21; 25, 27) пересылают наземному контрольному пункту спутниковой системы и далее центру (11) безопасности полетов и/или управления полетами или другим организациям.
14. Способ по п.13, отличающийся тем, что данные, содержащиеся в вещательном сигнале (5, 6), принятом, по меньшей мере, одной из спутниковых приемных станций (20), предоставляется в распоряжение третьим сторонам, в частности авиакомпании летательного аппарата (1, 2), безопасность которого и/или управление полетом которого обеспечивается, органам обеспечения безопасности полетов и/или управления полетами и аэропортам.
