RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) PL/EP 2296128 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego: 10.09.2009 09011585.8 (97) O udzieleniu patentu europejskiego ogłoszono: 14.08.2013 Europejski Biuletyn Patentowy 2013/33 EP 2296128 B1 (13) (51) T3 Int.Cl. G08G 5/00 (2006.01) H04B 7/185 (2006.01) H04H 20/06 (2008.01) (54) Tytuł wynalazku: Usługi monitorowania i nadawania ADS-B dla globalnego transportu powietrznego przy użyciu satelitów (30) Pierwszeństwo: (43) Zgłoszenie ogłoszono: 16.03.2011 w Europejskim Biuletynie Patentowym nr 2011/11 (45) O złożeniu tłumaczenia patentu ogłoszono: 31.12.2013 Wiadomości Urzędu Patentowego 2013/12 (73) Uprawniony z patentu: Thales Alenia Space Deutschland GmbH, Korntal-Münchingen, DE (72) Twórca(y) wynalazku: PL/EP 2296128 T3 HELMUT BLOMENHOFER, Uhldingen, DE HOLGER NEUFELDT, Vaihingen/Enz, DE HANS DODEL, Gauting, DE (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Ewa Grenda DRESZER GRENDA I WSPÓLNICY SP.J. KANCELARIA PATENTOWO-PRAWNA Al. Niepodległości 188 B 00-608 Warszawa Uwaga: W ciągu dziewięciu miesięcy od publikacji informacji o udzieleniu patentu europejskiego, każda osoba może wnieść do Europejskiego Urzędu Patentowego sprzeciw dotyczący udzielonego patentu europejskiego. Sprzeciw wnosi się w formie uzasadnionego na piśmie oświadczenia. Uważa się go za wniesiony dopiero z chwilą wniesienia opłaty za sprzeciw (Art. 99 (1) Konwencji o udzielaniu patentów europejskich).
EP 2 296 128 B1 1 Usługi monitorowania i nadawania ADS-B dla globalnego transportu powietrznego przy użyciu satelitów [0001] Przedmiotowy wynalazek dotyczy układu do nadzoru samolotów przy użyciu systemu monitorowania ADS-B ( Automatic Dependent Surveillance-Broadcast - Automatyczne Zależne Dozorowanie Rozgłaszanie). Układ ten obejmuje wiele stacji odbiorczych, z których każda przystosowana jest do odbioru sygnału nadawczego ADS- B emitowanego przez samolot, przy czym sygnał nadawczy zawiera informacje dotyczące samolotu emitującego sygnał nadawczy, oraz obejmuje środki naziemne przystosowane do przetwarzania odbieranych sygnałów nadawczych. [0002] Ponadto przedmiotowy wynalazek dotyczy sposobu dozorowania samolotów przy użyciu systemu monitorowania ADS-B (Automatycznego Zależnego Dozorowania Rozgłaszania). Sposób ten obejmuje operacje odbioru przez co najmniej jedną z wielu stacji odbiorczych sygnału nadawczego ADS-B emitowanego przez samolot, przy czym sygnał nadawczy zawiera informacje dotyczące samolotu emitującego sygnał nadawczy, oraz obejmuje przetwarzanie odbieranych sygnałów nadawczych przez przetwarzające środki naziemne. [0003] Układ i sposób monitorowania ADS-B według części niezamiennej zastrzeżeń 1 i 16 zostały ujawnione w EP 2 056 272 A2 jak również w WO 2009/112112 A1, przy czym ten późniejszy dokument stanowi stan techniki w rozumieniu art. 54(3) EPC. [0004] Obecnie Zarządy Ruchu Lotniczego (ATM Air Traffic Management ) wykorzystują różne technologie Komunikacji, Nawigacji i Nadzoru (CNS Communication, Navigation and Surveillance ) do bezpiecznej kontroli samolotów w trybie Bramka-do-Bramki ( Gate-to-Gate ) w różnych fazach ich lotu - od startu, przez przelot, aż do podejścia i lądowania. Dziś samoloty są śledzone przez radary pierwotnego dozorowania (PSR primary surveillance radars ) i radary wtórnego dozorowania (SSR secondary surveillance radars ). Na obszarach bez pokrycia radarowego piloci muszą latać według proceduralnych zasad lotu. Ostatnio dzięki ADS- B możliwe stało się śledzenie statków transportu powietrznego także za pomocą naziemnych stacji ADS-B komplementarnych z radarami. Podobnie do nadawanych sygnałów radiowych i telewizyjnych sygnały według przedmiotowego wynalazku nie są skierowane do konkretnego urządzenia odbiorczego lecz mogą być odbierane przez
EP 2 296 128 B1 2 dowolny odbiornik znajdujący się w zasięgu nadajnika, technicznie przystosowany do odbioru tych nadawanych sygnałów. Zasadą ADS-B jest automatyczna, okresowa, nieadresowana transmisja występujących danych pokładowych przez każdy samolot wyposażony w odpowiednie nadajniki. Transmitowane dane mogą obejmować np. położenie, wysokość, wektor prędkości, zamierzenia i/lub sygnał wywoławczy samolotu, klasę samolotu itp. Nadawanie danych jest przeważnie realizowane na częstotliwości lotniczej 1090 MHz. Nadawane dane mogą być odbierane przez stacje naziemne ADS-B, które monitorują tę częstotliwość i pobierają sygnały rozszerzony squitter 1090 MHz modu S. Uzyskane informacje są następnie przetwarzane do standardowego protokołu kontroli lotniczej (ATC - Air Traffic Control ) i przekazywane do ATC lub innych użytkowników. [0005] Patrząc na światowy transport lotniczy można zidentyfikować jego trzy główne obszary (tak zwane przestrzenie lotnicze o wysokiej gęstości): Kontynentalny Obszar USA (CONUS Continental US ), Kontrolę Ruchu Lotniczego Wspólnoty Europejskiej (ECAC European Community Air Traffic Control ) i obszar nad Azją. Pełne pokrycie radarowe jest dostępne tylko wewnątrz tych przestrzeni lotniczych o wysokiej gęstości. [0006] Technologia nadzoru ADS-B rozpoczęła wykorzystywanie naziemnych stacji odbiorczych opartych na ADS-B do monitorowania sygnałów 1090 MHz rozszerzony squitter modu S, które są stale nadawane przez każdy samolot transportu lotniczego. Obecnie istnieje sieć stacji naziemnych ADS-B zainstalowanych w Australii i w USA. Monitoring ADS-B jest koncepcją układu biernego, co oznacza, że stacje naziemne jedynie odbierają sygnały nadawane przez samolot i same nie transmitują i nie nadają sygnałów. [0007] Sygnały 1090 MHz modu S emitowane przez samolot są sygnałami nadawanymi bezadresowo, tj. nie jest ustanawiane żadne łącze pomiędzy samolotem i naziemną stacją ADS-B, gdyż ADS-B stanowi bezadresową transmisję przez dany samolot występujących danych pokładowych. [0008] Na obszarach bez nadzoru radarów i/lub naziemnej stacji ADS-B należy stosować proceduralne zasady Zarządów Ruchu Lotniczego (ATM). Jest to typowe dla obszarów oceanicznych i obszarów kontynentalnych o słabej infrastrukturze ATM. Wiele oceanicznych Rejonów Informacji Powietrznej (FIR Flight Information Region ) jest nieosiągalnych przez systemy naziemne. Patrząc na ogólnoświatowe
EP 2 296 128 B1 3 pokrycie VHF, które jest stosowane do komunikacji głosowej pomiędzy samolotem i ATC, można zobaczyć, że całkowite pokrycie VHF jest obecne tylko na kontynentalnej części USA, wzdłuż zachodniego wybrzeża Południowej Ameryki, w Europie, w Indiach, w Japonii, w Indonezji, w Australii i w Nowej Zelandii. Inne obszary np. nad oceanami, Alaską, wielkimi częściami Afryki i wielkimi częściami Azji w ogóle nie posiadają pokrycia VHF. [0009] Ponadto we wczesnych latach 1990-tych, wprowadzona została koncepcja Przyszłego Systemu Nawigacji Lotniczej (FANS-1/A Future Air Navigation System ). Obejmuje on System Komunikacji i Raportów Lotniczych (ACARS Aircraft Communication and Reporting System ). Normalnie przekazy ACARS są transmitowane na VHF. Jeżeli jednak samolot jest poza pokryciem VHF, wtedy ustanawiane jest łącze SATCOM dla komunikowania przekazów ACARS. Dla ustanowienia takiego łącza SATCOM samolot musi mieć odpowiednie wyposażenie złożone z dedykowanego radia komunikacji satelitarnej i anteny. Wyposażenie to nie jest dla samolotów obowiązkowe. Ponieważ SATCOM wymaga dodatkowego wysiłku instalacyjnego, a usługi te są kosztowne, obecnie jedynie około 35% wszystkich samolotów transportowych jest wyposażonych w urządzenia SATCOM. Przekazywanie raportów ADS-B za pomocą łącza SATCOM jest znane także jako ADS-C, gdzie C oznacza kontrakt. ADS-C jest wykorzystywane głównie w przestrzeni powietrznej nadoceanicznej i ustanawia ono łącze pomiędzy dwoma urządzeniami ( point-to-point od punktu do punktu), tj. pomiędzy samolotem i stacjami odbiorczymi. [0010] Obecnie podstawowymi aplikacjami ADS-B są Aplikacje Dozorowania Powietrze-Powietrze (ASA - Air-to-Air Surveillance Applications ) i Aplikacje Dozorowania Powietrze-Ziemia (GSA - Air-to-Ground Surveillance Applications ). ADS-B wyjście: ADS-B obejmuje regularne, niepowoływane transmisje danych dostępnych na pokładzie każdego samolotu, przez każdy samolot (tak więc jest to automatyczna usługa dostarczająca zależne dane). Informacje te obejmują dane nadzoru, np. położenie, wysokość, wektor prędkości, zamierzenia, sygnał wywoławczy, klasę samolotu itd. Przekazy ADS-B są wysyłane spontanicznie, regularnie i bez określonego adresu. ASA z wykorzystaniem ADS-B wejście:
EP 2 296 128 B1 4 Awionika odbiera przekazy ADS-B z innego samolotu. Jest to wymagane dla aplikacji powietrze-powietrze, np. lepsze rozeznanie sytuacji, zapewnienie oddzielenia w powietrzu itd. GSA: Nadzór ATC na obszarach pozbawionych radarów: ADS-B zapewnia nadzór ATC na obszarach pozbawionych radarów (proceduralnie), kiedy instalacja radaru jest nieuzasadniona lub niemożliwa. [0011] Celem przedmiotowego wynalazku jest przezwyciężenie wyżej wymienionych niedogodności, w szczególności dla zaoferowania lepszych możliwości nadzoru samolotów obejmującego większy obszar przy obniżonych kosztach dla użytkowników (np. innych samolotów, ATC, linii lotniczych, itd.). [0012] Dla osiągnięcia tego celu, przedmiotowy wynalazek zapewnia układ i sposób nadzoru statków powietrznych przy wykorzystaniu monitorowania ADS-B (Automatycznego Zależnego Dozorowania Rozgłaszania) zgodnie z zastrzeżeniami 1 i 16. Inne korzystne wykonania wynikają z zastrzeżeń zależnych. Tak więc odbiór nadawanych sygnałów jest realizowany za pomocą satelitów. W tym celu na satelitach instalowana jest antena, na przykład typu L-Band, oraz przejrzysty transponder, na przykład typu 1090 MHz L-Band. Satelity odbierają nadawane sygnały, na przykład sygnały 1090 MHz modu S ES przetwarzają je na ich własną częstotliwość przekazu na ziemię i przesyłają te sygnały do satelitarnych stacji naziemnych. [0013] Przedmiotowy wynalazek zapewnia układ do nadzoru statków powietrznych przy wykorzystaniu satelitarnego ADS-B (Automatycznego Zależnego Dozorowania Nadawania). Monitorowanie za pomocą satelitów, które posiadają stacje odbiorcze w postaci przejrzystych transponderów umieszczonych na pokładzie tych satelitów do odbioru nadawanych sygnałów. Nadawane sygnały mogą stanowić, na przykład, pasmo częstotliwości 1090 MHz z funkcją rozszerzony squitter modu S (1090 ES). Transponder 1090 MHz modu S (nierozszerzony squitter) należy do obowiązkowego wyposażenia na pokładzie statków powietrznych, a pasmo 1090 MHz stanowi pasmo częstotliwości lotniczej zastrzeżone wyłącznie dla użytku lotniczego. Sygnał 1090 MHz rozszerzony squitter modu S ma również stać się obowiązkowy. Jego sygnały już są
EP 2 296 128 B1 5 wykorzystywane przez naziemne układy stacji ADS-B dla zapewnienia samolotom dodatkowej orientacji odnośnie Kontroli Ruchu Powietrznego (ATC). Dodatkowo lub zamiast odbioru nadawanych sygnałów przez odbiorcze stacje naziemne, według przedmiotowego wynalazku, sygnały te są odbierane przez satelity i przekazywane do naziemnych stacji satelitarnych za pomocą przejrzystego transpondera. [0014] Układ satelitarny może obejmować satelity na orbitach geostacjonarnych (GEO - Geostationary orbiting ), na orbitach średnioorbitalnych (MEO Medium Earth Orbiting ), na orbitach niskoorbitalnych (LEO Low Earth Orbiting ) lub dowolną kombinację satelitów LEO/MEO/GEO. [0015] Przy wykorzystaniu satelitów GEO główną ideą jest odbicie sygnałów emitowanych przez statek powietrzny na ziemię za pomocą na przykład ładunku w postaci przejrzystego transpondera na pokładzie satelitów GEO, który odbiera pasmo 1090 MHz (środkowa częstotliwość 1090 MHz +/- 3 MHz). Proste odbicie nadawanych sygnałów na ziemię przez przejrzyste transpondery na satelitach posiada tę zaletę, że na satelitach potrzeba bardzo niewiele wyposażenia kwalifikowanego do przestrzeni kosmicznej. Rzeczywiste przetwarzanie nadawanych sygnałów jest dokonywane na ziemi przez odpowiednie stacje odbiorcze ADS-B, które odbierają nadawany sygnał odbity przez wyposażenie zwierciadlane na satelitach. Posiada to tę zaletę, że stacje odbiorcze ADS-B nie muszą być kwalifikowane do przestrzeni kosmicznej i że dzięki zmniejszonemu ciężarowi wyposażenia zwierciadlanego w porównaniu ze stacją odbiorczą ADS-B, koszt wystrzelenia satelity zmniejsza się. Przejrzysty transponder może przetwarzać sygnał 1090 MHz na pasmo łącza GEO (np. 4 lub 12 GHz) i przesyłać ten sygnał do stacji naziemnej GEO. Zwykle odcisk stopy GEO jest podzielony na kilkaset komórek. Dla każdej z komórek w odcisku stopy GEO jest przewidziany dedykowany odbiornik naziemny ADS-B. W naziemnym Centrum Kontroli GEO lub odpowiednio z nim połączone ustanowione zostanie Centrum Przetwarzania ADS-B, zawierające układ odbiorników ADS-B naziemnej stacji i serwer rozpowszechniania danych ADS-B. Odbiorniki ADS-B pobierają sygnały 1090 MHz rozszerzony squitter modu S dla niektórych lub wszystkich komórek wewnątrz całego odcisku stopy GEO. Na przykład satelity GEO są operowane przez Inmarsat, Eutelsat i innych. [0016] W pobliżu odbiorników Stacji Naziemnej ADS-B usytuowany jest serwer ADS- B. Serwer ADS-B jest także odpowiedzialny za rozpowszechnianie danych do różnych
EP 2 296 128 B1 6 Dostawców Lotniczych Usług Nawigacyjnych (ANSPs Air Navigation Service Providers ) i linii lotniczych. Sortuje on informacje dla danego użytkownika (ANSP, linia lotnicza itd.), przetwarza przekazy na standardowy format ATC i przekazuje dane do użytkowników. [0017] Przy alternatywnej architekturze, zamiast lub w uzupełnieniu do satelitów GEO mogą być wykorzystywane satelity LEO. Satelity LEO są operowane przez Iridium, Globalstar, Thuraya, Orbcomm i innych. Satelity LEO muszą być wyposażone w anteny, na przykład anteny L-Band, kwalifikowane do pracy w przestrzeni kosmicznej, przyjmujące przejrzyste transpondery, np. typu 1090 MHz, oraz urządzenia pamięci. Satelity LEO przechowują odebrane dane na pokładzie satelity dopóki nie znajdą się w zasięgu ich naziemnej kontrolnej stacji satelita-ziemia, aby zrzucić przechowywane dane do stacji naziemnej. Dla łącza odebranych sygnałów mogą być stosowane konwencjonalne częstotliwości połączeń satelity z ziemią. To łącze transmituje nadawane sygnały do jednej lub większej liczby stacji naziemnych. Iridium jest wyposażony w łącza międzysatelitarne, które mogą być wykorzystywane do przekazywania sygnałów odebranych przez satelitę do innych satelitów, z których sygnały są transmitowane do stacji naziemnych. Może to zmniejszyć czas oczekiwania przy przetwarzaniu. [0018] Satelitarne Naziemne Stacje Kontrolne odbierają nadawany sygnał, na przykład sygnał 1090 MHz, strumieniuje go i przekazuje ten strumień przekształcony z powrotem na 1090 MHz do Centrum Przetwarzania ADS-B. Obejmuje ona układ odbiorników stacji naziemnej ADS-B i serwer rozpowszechniania danych ADS-B. Odbiorniki Stacji Naziemnej ADS-B przetwarzają sygnały, na przykład sygnały 1090 MHz modu S i wybierają Rozszerzone Squittery. Serwer rozpowszechniania danych ADS-B jest odpowiedzialny za przekazywanie tych danych do różnych Dostawców Lotniczych Usług Nawigacyjnych (ANSPs), linii lotniczych i innych użytkowników. Sortuje on przekazy dla danego użytkownika (ANSP, linia lotnicza itd.) przetwarza przekazy na standardowy format ATC i przekazuje dane do użytkowników. [0019] Proponowany system ATC oparty na satelitach umożliwia globalne dozorowanie ogólnoświatowych flot samolotów transportu lotniczego poprzez monitorowanie sygnałów obowiązkowych transponderów Modu S lub innych statków powietrznych, które nadają sygnały Modu S.
EP 2 296 128 B1 7 [0020] Monitorowanie ADS-B oparte o przestrzeń kosmiczną może zwiększać (uzupełniać) naziemne monitorowanie ADS-B poprzez monitorowanie za pomocą satelitów do monitorowania ADS-B lub realizować (globalne) monitorowanie ADS-B przy wykorzystaniu satelitów jako samodzielnych środków. [0021] Dodatkowo do zadań Kontroli Ruchu Powietrznego (ATC) - monitorowane dane ADS-B mogą być zapewniane i wykorzystywane przez inne strony. Na przykład informacje ADS-B mogą być także wykorzystywane do raportowania położenia samolotu do linii lotniczej będącej jego właścicielem. Może to być przydatne w przypadku opóźnienia lub sytuacji awaryjnej. Dane te mogą być także wykorzystywane przez porty lotnicze do uaktualniania w czasie rzeczywistym ich rozkładów przylotów/odlotów. [0022] Główne zalety tej koncepcji są następujące: - nie są konieczne zmiany w samolocie, ponieważ transponder 1090 MHz modu S już należy do obowiązkowego wyposażenia pokładowego. Można zauważyć, że oczekuje się, że Rozszerzone Squittery Modu S 1090 MHz staną się również obowiązkowe w Europie do 2015 r. a w USA do 2020 r. - nie są wymagane na pokładzie samolotu dodatkowy odbiornik SATCOM i antena. - nie ma potrzeby ponownej certyfikacji samolotu, co byłoby konieczne w przypadku instalacji dodatkowego wyposażenia. - przekazy ACARS (Lotniczego Systemu Komunikacji i Raportów) w oparciu o SATCOM są transmitowane tylko co 15 minut. Oczekuje się, że prędkość uaktualniania według prezentowanej koncepcji będzie w zakresie kilku sekund przy małych opóźnieniach. [0023] Dodatkowo układ według przedmiotowego wynalazku mógłby także zapewniać rozgłaszanie wtórne ADS-B (ADS-R ADS-B Rebroadcast ), usługi w zakresie Informacji o Ruchu Lotniczym Rozgłaszanie (TIS-B Traffic Information Service Broadcast ) oraz Informacji o Locie - Rozgłaszanie (FIS-B Flight Information Broadcast ) przy wykorzystaniu 1090 ES i satelitów. ADS-R stanowi rozgłaszanie wtórne w pierwszym układzie nadzoru ADS-B informacji odbieranych za pośrednictwem drugiego układu ADS-B. ADS-B zapewnia wzajemną operatywność w przestrzeni powietrznej, w której pracuje wiele różnych układów ADS-B. Zasadą
EP 2 296 128 B1 8 zastosowania TIS-B jest uzupełnienie pracy ADS-B przez zapewnienie nadawania danych nadzoru dla statków powietrznych, które nie są wyposażone w wyjście 1090 MHz ADS-B jako pomoc w przejściu do pełnego środowiska ADS-B. Podstawą tych danych nadzoru może być radar kontroli ruchu powietrznego (ATC) Modu S, powierzchniowy lub system podejściowej multilateracji lub wieloczujnikowy system przetwarzania danych. Transmisje TIS-B wykorzystują takie same formaty sygnału jak 1090 MHz ADS-B i dlatego mogą być akceptowane przez odbiornik 1090 MHz ADS- B. Oczywiście częstotliwości usług ADS-R, TIS-B i FIS-B za pośrednictwem SATCOM i AMSS ( Aeronautical Mobile Satelite Services mobilne aeronautyczne usługi satelitarne) są znane. Jednakże według przedmiotowego wynalazku usługi te są zapewniane na częstotliwościach lotniczych (np. 1090 MHz, 978 MHz). Umożliwia to zastosowanie mniejszego, lżejszego i tańszego wyposażenia w samolotach i satelitach niż przy wykorzystaniu SATCOM. [0024] Ponadto układ według przedmiotowego wynalazku mógłby także zapewniać rozgłaszanie wtórne ADS-B (ADS-R), usługi w zakresie Informacji o Ruchu Lotniczym Rozgłaszanie (TIS-B) oraz Informacji o Locie - Rozgłaszanie (FIS-B) na innych częstotliwościach niż monitorowane przez ADS-B. Na przykład jeżeli monitorowanie ADS-B za pomocą satelity jest realizowane na bazie Rozszerzonego Squittera Modu S 1090 MHz, wtedy ADS-B, TIS-B i FIS-B mogłyby być realizowane na 978 MHz UAT. [0025] Oprócz Rozszerzonych Squitterów 1090 MHz Modu S (1090 ES) nadawane sygnały mogą obejmować także sygnały UAT ( Universal Access Tranceiver Nadajnik Powszechnego Dostępu) o częstotliwości 978 MHz lub sygnały VHF Data Link Mode 4 (VDL Mode 4). Oczywiście byłoby także możliwe, żeby nadawane sygnały były sygnałami nadawanymi na innych pasmach częstotliwości i/lub o innych protokołach niż te, bezpośrednio wyjaśnione powyżej. [0026] W układzie według przedmiotowego wynalazku może występować pewna nadmiarowość informacji ponieważ squittery Modu S z jednego samolotu mogą być odbierane przez kilka satelitów. Ta nadmiarowość danych może zostać wykorzystana do sprawdzania integralności serwerów ADS-B na ziemi. Jeżeli geometria satelitów i nadmiarowość odbioru do wielu satelitów jest dostatecznie dostępna, wtedy dostępna jest również multilateracja i mogą zostać zastosowane technologie multilateracji do monitorowania integralności przy wykorzystaniu minimum dwóch nadmiarowych sygnałów odebranych przez dwa lub większą liczbę satelitów odbierających ten sam
EP 2 296 128 B1 9 nadawany sygnał. Przy minimum wynoszącym cztery nadmiarowe sygnały/satelity, multilateracja może być także zastosowana do wykrywania samolotów, które nadają sygnały 1090 MHz Modu S nie ograniczone do rozszerzonych squitterów, które są stosowane przez ADS-B, a tym samych obejmującego procesem nadzoru samoloty, które nie są wyposażone w ADS-B. [0027] Przedmiotowy wynalazek umożliwia monitorowanie ogólnoświatowego ruchu powietrznego za pomocą Rozszerzonych Squitterów 1090 MHz Modu S lub innych odpowiednich nadawanych sygnałów za pośrednictwem satelitów. Rozszerzony Squitter 1090 MHz Modu S stanowi istniejące obowiązkowe wyposażenie samolotu. Umożliwia ono monitorowanie wszystkich wyposażonych w 1090 ES współpracujących statków powietrznych lub innych pojazdów aeronautycznych. Mógłby ponadto być monitorowany sygnał UAT i/lub VDL Modu 4, i/lub inny sygnał, który jest również nadawany z pojazdu powietrznego. [0028] Ważnym aspektem przedmiotowego wynalazku jest zastosowanie satelitów do uzyskania możliwie dużego pokrycia, ale z wykonaniem możliwie dużego przetwarzania nadawanych i odebranych sygnałów na ziemi, a tym samym uproszczenie wyposażenia pokładowego satelitów i zmniejszenie kosztów realizacji przedmiotowego wynalazku. [0029] Poniżej podana została propozycja jak efektywnie modulować częstotliwość sygnału nadzoru ruchu powietrznego tak, żeby zwiększyć pojemność przepustową, szczególnie w zakresie częstotliwości radiowych od 1087 do 1093 MHz. Dla realizacji monitorowania ruchu powietrznego za pomocą sygnałów radiowych emitowanych i nadawanych automatycznie przez samolot w locie lub na ziemi, dla celów dozorowania ruchu powietrznego (ADS-B), może być wykorzystany sposób modulacji, który jest niewrażliwy na przeszkody w propagacji wpływające na częstotliwość, na amplitudę lub na fazę sygnałów radiowych. [0030] Zamiast tego koduje się położenie w czasie (w oknie czasowym) impulsu radiowego modulowanego na nośniku częstotliwości radiowej, przy tym to położenie w czasie przenosi informacje, np. odpowiednio cyfrowo 0 dla położenia Wcześnie w odnośnej ramce czasowej, lub cyfrowo 1 dla położenia Późno w odnośnej ramce cyfrowej. [0031] Sposób ten jest znany jako modulacja położenia impulsu (PPM Puls Position Modulation ). Istniejący sposób ADS-B wykorzystuje PPM z dwoma stanami (M=2),
EP 2 296 128 B1 10 położenie Wcześnie względem środka odnośnej ramki czasowej i położenie Późno względem środka odnośnej ramki czasowej. Sposób ten wykorzystuje zakres częstotliwości do 1087 do 1093 MHz. [0032] W sposobie według przedmiotowego wynalazku wykorzystuje się ramkę czasową położenia impulsu (okno czasowe) dla pomieszczenia większej liczby położeń impulsu, na przykład czterech (M=4) dla przenoszenia cyfrowych informacji 00, 01, 11 i 10 przy cyfrowej komunikacji dla stanów położenia impulsu Bardzo Wcześnie, Wcześnie, Późno i Bardzo Późno względem odnośnej ramki czasowej (okna czasowego). Proponowany sposób wykorzystuje i bierze udział w istniejącym spektrum częstotliwości w zakresie od 1087 do 1093 MHz. [0033] Tak więc przy zaproponowanym sposobie przepustowość kanału częstotliwości radiowej zostanie zdublowana do dwóch bitów (M=4) na położenie impulsu zamiast tylko jednego bitu (M=2) na położenie impulsu, przenoszonych w tym samym spektrum częstotliwości. [0034] W trakcie realizacji sposób ten nie wymaga zmiany wyposażenia lotniczej radiowej częstotliwości systemu ADS-B, a ponadto sposób ten nie wymaga zmiany przyznanej częstotliwości radiowej, a tym samym nie wymaga koordynacji spektrum częstotliwości. [0035] Ponadto realizacja przedmiotowego sposobu nie wymaga żadnych zmian ani modyfikacji istniejącego wyposażenia samolotu i jest kompatybilna do przodu i do tyłu. Samoloty wyposażone obecnie w systemy transmisji radiowej ADS-B (M=2) mogą być operowane ze stacjami odbiorczymi wyposażonymi do pracy w proponowany sposób ADS-B (M=4), a samoloty wyposażone w proponowany system transmisji radiowej ADS-B (M=4) mogą być operowane ze standardowymi stacjami odbiorczymi ADS-B (M=2). [0036] Przedmiotowy wynalazek został wyjaśniony poniżej szczegółowo w nawiązaniu do załączonych figur. Figury te przedstawiają: Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 przedstawia układ dozorowania statków powietrznych według korzystnego wykonania przedmiotowego wynalazku; przedstawia przykład ogólnoświatowego pokrycia przez satelity systemu LEO; przedstawia przykład ogólnoświatowego pokrycia przez satelity systemu GEO; a
EP 2 296 128 B1 11 Fig. 4 przedstawia znany układ dozorowania statków powietrznych. [0037] Fig. 4 przedstawia znany układ dozorowania statków powietrznych. Układ ten służy do dozorowania statków powietrznych 1, 2, a możliwie także innych pojazdów powietrznych. Każdy ze statków powietrznych 1, 2 jest wyposażony w stację nadawczą 3, 4. Stacje 3, 4 regularnie nadają emitowane sygnały, np. sygnały Rozszerzonego Squittera 1090 MHz Modu S (1090 ES), które mogą być odbierane przez dowolną stację odbiorczą znajdującą się w zasięgu tych sygnałów. Dla podkreślenia właściwości nadawczych tych sygnałów wokół stacji nadawczych 3, 4 na Fig. 4 zostały narysowane koncentryczne okręgi. Okręgi te odpowiadają pierwszemu nadawanemu sygnałowi 5 emitowanemu przez pierwszą stację nadawczą 3 i drugiemu nadawanemu sygnałowi 6 emitowanemu przez drugą stację nadawczą 4. Taki układ jest znany ze stanu techniki jako ADS-B. [0038] Znany układ ADS-B obejmuje ponadto wiele naziemnych stacji odbiorczych, na przykład odbiorczych stacji 7, 8 pokazanych na Fig. 4. Odbiorcze stacje 7, 8 są od siebie oddalone. Połączone są one z centrum przetwarzania ADS-B 11 za pomocą łączy transmisji danych 9, 10. Łącza transmisji danych mogą być realizowane jako kable, bezprzewodowo lub w dowolny inny sposób. Centrum 11 jest często operowane przez narodowy lub regionalny urząd kontrolujący ruch powietrzny, na przykład przez Deutsche Flugsicherung (DFS) lub Maastricht Upper Area Control (MUAC). [0039] Statki powietrzne 1, 2 regularnie transmitują nadawane sygnały 5, 6 spontanicznie i bez konkretnego adresu odbiorczego. Sygnały 1090 ES 5, 6 obejmują informacje dotyczące statków powietrznych 1, 2 emitujących sygnały 5, 6. Informacje mogą obejmować np. położenie, wysokość, prędkość, kierunek, miejsce startu, miejsce docelowe, sygnał wywoławczy statku powietrznego lub klasę statku powietrznego itd. [0040] W stanie techniki nadawane sygnały 5, 6 emitowane przez zespoły nadawcze 3, 4 są odbierane przez naziemne stacje odbiorcze 7, 8 (patrz strzałki 5 i 6 ). Należy podkreślić, że strzałki 5, 6 służą wyłącznie do celów ilustracyjnych i nie oznaczają, że ustalane jest łącze punkt-do-punktu pomiędzy nadawczymi stacjami 3, 4 i odbiorczymi stacjami 7, 8. Przeciwnie - nadawane sygnały 5, 6 są sygnałami, które mogą być odbierane przez dowolną stację odbiorczą w zasięgu tych sygnałów. Co najmniej część informacji dotyczących statków powietrznych 1, 2 zawartych w odebranych sygnałach 5, 6 jest przekazywana przez połączenia danych 9, 10 do centrum przetwarzania ADS-B
EP 2 296 128 B1 12 11 lub innych organizacji, gdzie są one dostępne do dalszego przetwarzania. Za pomocą informacji dostępnych w centrum 11 może być realizowana z wysoką precyzją tak zwana aplikacja dozorowania powietrze-ziemia (GSA). [0041] Ponadto nadawane sygnały 5, 6 emitowane przez jeden ze statków powietrznych mogą być także odbierane przez inny statek powietrzny w zasięgu sygnałów 5, 6. W odbierającym statku powietrznym odebrane sygnały 5, 6 mogą zostać wykorzystane na przykład do realizacji systemu unikania kolizji ruchu (TCAS Traffic Collision Avoidance System ). [0042] Jednakże wadą znanego układu jest to, że nadawane sygnały 5, 6 emitowane przez statki powietrzne 1, 2 mogą być odbierane tylko w regionach wyposażonych w odpowiednie stacje odbiorcze 7, 8. [0043] W celu przezwyciężenia tej niedogodności przedmiotowy wynalazek sugeruje, aby satelity zostały wyposażone w odbiorcze stacje w postaci przejrzystych transponderów do odbioru nadawanych sygnałów emitowanych przez statki powietrzne 1, 2. Schematyczny widok układu do dozorowania statków powietrznych przy użyciu monitorowania ADS-B według przedmiotowego wynalazku został pokazany na Fig. 1. Główną różnicę w stosunku do znanego układu stanowi fakt, że co najmniej niektóre ze stacji odbiorczych nie są już naziemnymi stacjami lecz umieszczonymi na orbicie. Fig. 1 pokazuje przykładowo dwie satelitarne stacje odbiorcze 20, 26. Satelitarne stacje odbiorcze 20, 26 zostały zapewnione dodatkowo do naziemnych stacji odbiorczych 7, 22. Oczywiście możliwe jest zapewnienie układu do nadzoru statków powietrznych przy wykorzystaniu monitorowania ADS-B wyłącznie wyposażonego w satelitarne stacje odbiorcze 20, 26. [0044] Satelitarne stacje odbiorcze 20, 26 obejmują anteny odbiorczo nadawcze, takie jak antena 20 satelity 20. Przejrzyste transpondery przekształcają odebrany sygnał 5, 6 na częstotliwość do jego transmisji z satelity 20 do innych satelitów 26 lub do naziemnych satelitarnych stacji odbiorczych, takich jak stacja 22. Jeżeli odebrany sygnał 5, 6 ma zostać przekazany do naziemnej stacji odbiorczej transpondery przekształcają odebrany sygnał 5, 6 do częstotliwości przekazu, na przykład około 4 GHz ( C-Band pasmo C), około 12 GHz ( Ku-Band pasmo Ku), około 20 GHz ( Ka - Band pasmo Ka) lub innej częstotliwości. Odebrane sygnały 5, 6 mogą być transmitowane bezpośrednio do naziemnych stacji 22 lub przekazywane do naziemnych stacji 22 przez inne satelity, tak jak satelita 26 przekazuje sygnały otrzymane od satelity
EP 2 296 128 B1 13 20, który odebrał nadawane sygnały 5, 6. Rzeczywiste przetwarzanie pobranych informacji, na przykład do realizacji GSA, jest korzystnie realizowane przez naziemną stację przetwarzania ADS-B 11. [0045] Przyjęcie emitowanych sygnałów 5, 6 przez satelitarną stację odbiorczą 20 zostało pokazane na Fig. 1 symbolicznie za pomocą strzałek 5, 6. Odebrane sygnały 5, 6, lub odpowiednio zawarte w nich informacje, są transmitowane za pośrednictwem łącza powietrze-ziemia 27 do satelitarnej naziemnej stacji kontroli 22. Tam sygnał jest przekazywany dalej do centrum przetwarzania ADS-B za pośrednictwem łącza danych 23. [0046] Naziemne stacje 7 i 22 różnią się od siebie tym, że stacja 7 jest przystosowana od odbioru nadawanych sygnałów 5, 6 emitowanych przez statki powietrzne 1, 2. W przeciwieństwie do tego, stacja 22 stanowi satelitarną stację kontrolną i nie jest w stanie odbierać nadawanych sygnałów 5, 6. Raczej nadawane sygnały są odbierane przez kosmiczne stacje odbiorcze 20, 26 (przejrzyste transpondery). Stacja 22 jest przystosowana do odbioru nadawanych sygnałów 5, 6 od odbiorczej stacji satelitarnej 20 lub od przekaźnikowych satelitów 26. [0047] Przedmiotowy wynalazek zapewnia układ do monitorowania ADS-B z przestrzeni kosmicznej przy wykorzystaniu satelitarnych stacji odbiorczych 20, które odbierają sygnały 1090 ES emitowane przez statki powietrzne 1, 2 lub innego rodzaju adaptowane nadawane sygnały emitowane przez statki powietrzne 1, 2. Takie nadawane sygnały mogłyby na przykład także obejmować sygnały UAT, sygnały o częstotliwości 978 MHz lub sygnały VHF Data Link Mode 4 (VDL Mode 4) lub nadawane sygnały różne w formacie i protokole od 1090 ES, UAT i VDL Modu 4. [0048] Ponadto układ według przedmiotowego wynalazku może zapewniać rozgłaszanie wtórne ADS-B (ADS-R), usługi w zakresie Informacji o Ruchu Lotniczym Rozgłaszanie (TIS-B) oraz Informacji o Locie - Rozgłaszanie (FIS-B) przy wykorzystaniu rozgłaszanych sygnałów 5, 6 za pośrednictwem satelitarnej stacji odbiorczej 20. [0049] Fig. 2 przedstawia ogólnoświatowe pokrycie za pomocą satelitów niskoorbitalnych (LEO), które mogą być wykorzystywane jako satelitarne stacje odbiorcze 20, 26 według przedmiotowego wynalazku. Fig. 2 przedstawia obszary Azji 30, Australii 31, USA 32, Południowej Ameryki 33, Europy 34 i Afryki 35. Całe obszary są prawie kompletnie pokryte odpowiednio kołami lub elipsami. Każde koło
EP 2 296 128 B1 14 lub elipsa, które odpowiada pokryciu przez pojedynczego satelitę LEO, jest nazywane odciskiem stopy. Oczywiście pokrycie pokazane na Fig. 2 jest tylko przykładowe i przedstawia pewien moment w czasie, ponieważ satelity LEO przemieszczają się względem powierzchni ziemi na swoich orbitach. [0050] Fig. 3 przedstawia inny przykład pokrycia powierzchni przez satelity geostacjonarne (GEO), które również mogą być wykorzystywane jako satelitarne stacje odbiorcze 20, 26 według przedmiotowego wynalazku. Satelity GEO są usytuowane w nieruchomym położeniu względem powierzchni ziemi. Każdy z satelitów GEO pokrywa znacznie większy obszar niż satelita LEO. Obszar pokrywany przez pojedynczego satelitę GEO jest nazywany odciskiem stopy. Fig. 3 przedstawia dwa odciski stopy 40, 41. Każdy odcisk stopy 40, 41 obejmuje do kilkuset komórek. Określona część odbiorczej/nadawczej anteny satelity GEO jest przydzielona określonej komórce odcisku stopy 40, 41.
EP 2 296 128 B1 15 Zastrzeżenia 1. Układ do nadzoru statków powietrznych przy wykorzystaniu systemu monitorowania ADS-B ( Automatic Dependent Surveillance-Broadcast - Automatyczne Zależne Dozorowanie Rozgłaszanie), obejmujący wiele stacji odbiorczych (20, 26, 7), z których każda jest przystosowana do odbioru rozgłaszanych sygnałów (5, 6) ADS-B emitowanych przez statek powietrzny (1, 2), przy czym rozgłaszane sygnały (5, 6) obejmują informacje dotyczące statku powietrznego (1, 2) emitującego rozgłaszany sygnał (5, 6) oraz obejmujący naziemne środki (11) przystosowane do przetwarzania odebranych sygnałów (5, 6), znamienny tym, że co najmniej niektóre ze stacji odbiorczych (20, 26) i anteny (20 ) są umieszczone na satelitach, przy czym stacje odbiorcze umieszczone na satelitach mają postać przejrzystych transponderów, gdzie te przejrzyste transpondery są przystosowane do odbijania odebranego rozgłaszanego sygnału (5, 6) ADS-B do naziemnych środków przetwarzających (11) poprzez odbiór nadanego rozgłaszanego sygnału (5, 6), przetworzenie go na częstotliwość łącza satelitarnego i przekazanie rozgłaszanego sygnału (5, 6) do naziemnych środków przetwarzających (11). 2. Układ według zastrz. 1, w którym stacje odbiorcze (20, 26) są przystosowane do odbioru Rozszerzonego Squittera 1090 MHz Modu S, 1090 MS ES, Universal Access Transceiver, UAT, o częstotliwości 978 MHz lub VHF Data Link Mode 4, VDL Mode 4, jako rozgłaszanego sygnału. 3. Układ według zastrz. 1 albo 2, w którym co najmniej niektóre z satelitów (20, 26) stanowią satelity niskoorbitalne LEO. 4. Układ według jednego z zastrz. 1 do 3, w którym co najmniej niektóre z satelitów (20, 26) stanowią satelity średnioorbitalne MEO.
EP 2 296 128 B1 16 5. Układ według jednego z zastrz. 1 do 4, w którym co najmniej niektóre z satelitów (20, 26) stanowią satelity geostacjonarne GEO. 6. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym naziemne środki przetwarzające (11) są przystosowane do wykorzystania nadmiarowości danych rozgłaszanego sygnału (5, 6) odebranego przez więcej niż jedną stację odbiorczą (20, 26) do sprawdzenia integralności. 7. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym naziemne środki przetwarzające (11) są przystosowane do wykorzystania technik multilateracyjnych do wykrywania statku powietrznego (1, 2), który emituje jedynie sygnał 1090 MHz, ale nie Rozszerzony Squitter 1090 MS. 8. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym naziemne środki przetwarzające (11) obejmują pojedyncze lub wielokrotne odbiorniki ADS-B. 9. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym naziemne środki przetwarzające (11) są przystosowane do pobierania przekazów z rozgłaszanych sygnałów (5, 6), przy czym przekazy te stanowią dane pokładowe dotyczące samolotu (1, 2) i jego parametry lotu. 10. Układ według zastrz. 9, w którym naziemne środki przetwarzające (11) są przystosowane do rozpowszechniania pobranych danych do użytkowników. 11. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym satelity (20, 26) obejmują środki przystosowane do ponownego rozgłaszania odebranych sygnałów (5, 6) do innych satelitów lub statków powietrznych jako Automatycznego Zależnego Nadzorowania Ponownego Rozgłaszania, ADS-R. 12. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym satelity (20, 26) obejmują środki przystosowane do nadawania informacji o ruchu, TIS-B. 13. Układ według dowolnego z uprzednich zastrzeżeń, w którym satelity (20, 26) obejmują środki przystosowane do nadawania informacji o locie, FIS-B.
EP 2 296 128 B1 17 14. Układ według dowolnego z uprzednich zastrz. 11 do 13, w którym środki do ponownego nadawania sygnałów ADS-R i/lub środki do nadawania sygnałów TIS-B i/lub FIS-B są przystosowane do transmitowania sygnałów ADS-B, TIS-B i/lub FIS-B na częstotliwościach różnych od częstotliwości, na której stacje odbiorcze (20, 26) odbierają te nadawane sygnały. 15. Układ według zastrz. 14, w którym stacje odbiorcze (20, 26) są przystosowane do odbioru nadawanych sygnałów na 1090 MHz ES, a środki do ponownego nadawania sygnałów ADS-R i/lub środki do nadawania sygnałów TIS-B i/lub FIS-B są przystosowane do transmitowania sygnałów ADS-B, TIS-B i/lub FIS-B na częstotliwości 978 MHz UAT. 16. Sposób nadzorowania statków powietrznych przy wykorzystaniu systemu monitorowania ADS-B (Automatycznego Zależnego Nadzorowania Rozgłaszania), obejmujący odbiór przez co najmniej jedną z wielu stacji odbiorczych (20, 26, 7) rozgłaszanego sygnału (5, 6) ADS-B emitowanego przez statek powietrzny (1, 2), przy czym rozgłaszany sygnał (5, 6) obejmuje informacje dotyczące statku powietrznego (1, 2) emitującego rozgłaszany sygnał (5, 6) oraz przetwarzanie odebranego sygnału (5, 6) przez naziemne środki (11), znamienny tym, że rozgłaszany sygnał (5, 6) jest odbierany i odbijany do naziemnych środków przetwarzających (11) przez przejrzysty transponder umieszczony na satelicie (20, 26), przy czym ten przejrzysty transponder odbiera rozgłaszany sygnał (5, 6), przetwarza go na częstotliwość łącza satelitarnego i przekazuje rozgłaszany sygnał (5, 6) do naziemnych środków przetwarzających (11). Pełnomocnik: Ewa Grenda, rzecznik patentowy
EP 2 296 128 1/4
EP 2 296 128 2/4
EP 2 296 128 3/4
EP 2 296 128 4/4