运载工具监视系统技术方案

本发明专利技术披露了一种用于改善空中交通控制雷达信标系统应答器的跟踪的算法。所述算法可以和这样一个系统组合，所述系统包括询问器，其以符合ＦＡＡ条例的第一频率，最好是１０３０ＭＨｚ，向相关的运载工具的应答器发送询问信号，以及接收器阵列，其接收由应答器以符合ＦＡＡ条例的第二频率，最好是１０９０ＭＨｚ发送的应答器回答信号。到达角处理器计算接收的回答信号的角度，位置处理器根据至少收到的角度数据计算运载工具的位置。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.节119(e)要求2000年5月9日申请的美国临时申请号为60/203,039的专利申请的优先权。
技术介绍
本申请涉及飞机的检测和跟踪。本专利技术尤其适用于检测和跟踪在机场地面上合适配备的飞机、在近距离分开的平行航道上的飞机以及在机场附近的飞机，并参照这些进行说明。不过应当理解，这里披露的教导也能够用于检测和跟踪在多种环境中例如公路、海运和其它应用中的合适配备的运载工具。在机场附近的飞机和其它飞机的位置对于飞机的安全运动是至关重要的。以前使用多种技术跟踪和监视从航线中飞向机场的飞机，引导或监视最终进入机场的飞机，并监视在机场跑道和滑行道内的飞机的运动，这些技术中利用空中交通控制雷达信标系统(ATCRBS)应答器。这些跟踪技术已经在下述的系统中实现了。使用空中交通控制信标问答器(ATCBI-6)地面系统和相关的显示监视朝向机场飞行的飞机。这些系统询问A/C方式，并且完全符合包括P4抑制的新的S方式(供选择)应答器格式，以便减少同步混淆。在飞机上操作交通冲突避免系统(TCAS)，以便询问飞机应答器，并测量到达时间(TOA)，在某些情况下测量到达角度(AOA)，然后跟踪、显示，并当飞机靠近基准超过某些阈值时，给出解决方案报告，如Moussa等人的1995年2月7日公告的美国专利5387915所教导的那样。应答器着陆系统(TLS)提供了一种用于使飞行员在最后接近机场使相对于所需的跑道和滑行道监视飞机位置的装置。该系统依赖A/C模式询问来跟踪应答器。这样的系统是已知的，其只根据飞机应答器响应的多侧到达时间监视在机场地面上的飞机，并且一些原型多侧(multilateration)系统已经实施，它们极大地依赖于新的S模式应答器，如Drobnicki等人的1993年11月16日公告的美国专利5262784所教导的那样。上述所有这些以应答器的回答作为有效识别的基础的系统的基本设计限制是要求系统在同步混淆期间操作。应答器回答的混淆是通过叠加来自距地面检测器同一个斜向距离附近的飞机的应答器的回答而产生的，此时妨碍有效识别飞机应答器的回答。为了增加基于系统的应答器的容量和使同步混淆减到最小，已经规定了新的S模式并被标准化。现在所有具有30个以上座位的飞机都配备有S模式应答器和TCAS。和通常的二次监视雷达(SSR)相比，SSR的S模式的一些特征使得其也非常适用于地面交通控制。在协同操作的地面检测跟踪方法中的问题是由于在一般的航行的飞机中没有S模式应答器造成的。这个问题可能持续了好多年。为了能够在稠密的包括A/C模式应答器的RF环境中可靠地检测飞机，必须研制新的方法。本专利技术提供一种改进的方法和装置，用于测量和处理由于同步混淆而变劣的飞机应答器的回答，其克服了在上述的系统以及其它系统中使用当前的技术存在的问题。专利技术概述按照本专利技术的一个实施例，一种用于跟踪在监视区域内的飞机的方法包括响应第一频率的询问信号的常规的IFF应答器，接收来自监视区域内的飞机的第二频率的回答信号，所述信号在多个天线阵列上被接收。由不同的载波相位相对于每个阵列确定接收的回答信号的角度。根据到达时间(TOA)的测量确定一个范围，所述到达时间是从信号发送到接收所用的时间。使用回答信号的这些和其它的特征，例如频率和幅值，使脉冲随时间彼此相关。对于每个回答脉冲由包括确定的角度和范围的数据计算表示回答信号的起点或源点的位置。所述脉冲跟踪数据被输送给中央处理单元。然后使用所有的跟踪状态，其中包括回答的幅值、位置(回答的起点)、速度、加速度以及回答的频率(每秒的波形周期数)，使在多个地面检测器之间的脉冲跟踪相关联，从而产生飞机位置和ID(标识)。一个阵列可能不能计算出一个唯一的角度，但是可以利用来自多个天线阵列的TOA测量计算一个唯一的角度。这可以这样实现利用来自2个不在同一位置的阵列的TOA数据计算初始位置，然后利用最小余量选择该角度。通过使两个或多个方位线相交求解飞机位置的估算而进行进一步的数据处理来达到最终系统精度。在应答器回答处理中的这最后一步用于消除应答器编码延迟。表示多个计算的位置的数据被定期地提供给在监视区域内的飞机或其它用户，例如地面或空中交通控制器。按照本专利技术的另一方面，提供一种用于定位在监视区域内的物体的系统，所述系统从至少两个单独的检测器位置接收和测量至少两个角度，而不用应答器的外部询问，通常被称为应答器的S模式间歇振荡器。按照本专利技术的另一方面，测量关于每个回答脉冲的到达数据的角度，从而改善脉冲和脉冲的相关性。对于每个脉冲可以计算位置，并且和速度、加速度、回答的幅值和回答信号的频率组合，可用于使所述脉冲随时间相关。当不要求完整回答提供位置和ID时，这能够减轻同步混淆。按照本专利技术的一个方面，通过确定仰角和方位角中的至少一个来确定所述角度。按照本专利技术的一个方面，所述方法还包括接收提供的数据，所述数据代表特定的运载工具，例如飞行着的或者滑行的飞机，或者机场服务车辆的多个计算的位置。由所述接收的数据提取相应于特定运载工具的位置，并和来自机载检测器的另一个位置比较。按照本专利技术的一个方面，通过在阵列中的参考天线上接收回答信号并在阵列中的另一个天线上接收回答信号来确定每个回答脉冲的角度。在参考天线上接收的信号和在其它天线上接收的信号之间的相位差被确定。按照本专利技术的一个方面，一种用于跟踪在监视区域中的回答脉冲的方法还包括计算在发送询问信号和接收回答信号之间经过的时间，并根据所述经过的时间确定一个范围。按照本专利技术的一个实施例，一种用于检测在一个区域内的飞机的装置包括角度确定装置，范围确定装置，位置处理器和发送器。所述角度确定装置包括被设置成阵列的多个天线，以及相位计算器，用于计算在包括第一天线的第一接收信道和包括第二天线的第二接收信道之间的回答信号的相位差。所述范围确定装置包括同步定时器，用于确定在询问信号和在所述多个天线的每个天线收到应答器的回答信号之间的时间，以及范围估算器，用于根据确定的在询问信号和收到应答器回答信号之间的时间估算一个范围。所述位置处理器根据计算的相位差和估算的范围确定位置。所述发送器发送包括表示在所述区域内的多个飞机的位置的数据。按照本专利技术的一个方面，所述装置还包括和所述位置处理器进行数据通信的第二角度确定装置，用于根据计算的相位差和计算的第二相位差确定位置。按照本专利技术的一个实施例，一种用于定位在被监视的区域内的协同操作的物体的系统包括以一定频率发送询问信号的询问器。第一和第二阵列接收由应答器发送的回答信号。到达角处理器计算收到的回答信号相对于第一和第二阵列的角度，以及位置处理器根据包括收到的回答信号的计算角度的数据计算位置。按照本专利技术的一个方面，所述系统还包括和所述位置处理器进行通信的显示器，用于以图形方式显示计算的位置。按照本专利技术的一个方面，所述系统还包括和所述检测器通信的识别处理器，用于根据在应答器回答信号中的编码信息确定和物体相关的识别。按照本专利技术的一个方面，所述系统还包括范围处理器，用于根据接收的回答信号确定来自地面站的应答器的范围。按照本专利技术的一个方面，所述系统还包括用于检测在监视区域中的其它物体并同时显示检测到的物体的装置。按照本专利技术的一个方面，所述阵列的数量至少是2，并且所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于跟踪在监视区域内的飞机的方法，包括：接收来自所述监视区域内的飞机的具有一定频率的信号，所述信号在多个天线阵列上被接收；由所述信号的特征确定接收的信号相对于每个阵列的多个方位角；由包括所述确定的方位角的数据计算表示信号原点 的位置；以及向在监视区域内的飞行器提供表示所述多个计算位置的数据。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：K温纳，BR库伊恩，
申请(专利权)人：先进导航及定位公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]