Ein Monitoring-System zur automatischen Dokumentation von ACAS/TCAS-Eingriffen in den Luftverkehr

Gottstein, Jens

Im Luftverkehr ist weltweit zur Vermeidung von Flugzeugkollisionen das Kollisionsschutzsystem ACAS (Airborne Collision Avoidance System, auch TCAS) vorgeschrieben. Das ACAS erteilt dem Piloten eine Ausweichanweisung (Resolution Advisory, RA), wenn die Gefahr besteht, in den nächsten 15s bis 35s mit einem anderen Flugzeug zu kollidieren. In dieser Arbeit wurde ein Monitoring-System zur automatischen, zeitgenauen Dokumentation der Anweisungen des ACAS entwickelt, erprobt und beschrieben, wie es ICAO seit 1989 fordert. Der entwickelte ACAS-Monitor wertet die komplette Kommunikation der ACAS-Geräte automatisch aus, um eine umfassende Rekonstruktion der ACAS-Eingriffe (RA) in den Luftverkehr zu erstellen. Den Kern des entwickelten Algorithmus bildet ein Umgebungsmodell, das mithaltend anhand der Mode S Empfangsdaten aktualisiert wird. Das Umgebungsmodell speichert zu jedem Flugzeug im Empfangsbereich u.a. die verschiedenen Adressen, die Höhe mit ca. sekündlicher Erneuerung, und die Position, sofern das Flugzeug mit ADS-B ausgerüstet ist. Erkennt ein ACAS-Gerät an Bord eines Flugzeugs eine drohende Kollision, so gibt es ein RA an den Piloten und koordiniert sich mit dem anderen Flugzeug. Der ACAS-Monitor empfängt diese Koordination. Daraus wird anhand des Umgebungsmodells der Koordinationsdialog rekonstruiert und auf Standardkonformität geprüft. Der Dialog wird mit den Spurdaten aus dem Umgebungsmodell zu einem ACAS-Event-Bericht zusammengestellt. Diese zeigen die Verkehrssituation, die zum RA geführt hat, das eigentliche RA mit der ACAS-Kommunikation und die Reaktion der Flugzeuge. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit können um 1030 MHz Empfänger erweiterte ADS-B-Bodenstationen zum ACAS-Monitoring genutzt werden. Damit lässt sich die Funktion des Kollisionschutzsystems ACAS, des letzten technischen Sicherheitsnetzes vor einer Kollision, effektiv überwachen. Die Analyse der ACAS-Event-Berichte kann Probleme im ACAS und dessen Benutzung aufzeigen.

Today, the Airborne Collision Avoidance System (ACAS, also known as TCAS, Traffic Alert and Collision Avoidance System) is mandated worldwide in civil aviation to prevent mid-air collisions. ACAS issues a Resolution Advisory (RA) to the pilot if another aircraft presents a threat of mid-air collision. In this thesis an ACAS monitoring system for the automatic, time-definite documentation of ACAS-interventions was developed, tested and described. Such as it was demanded by ICAO since 1989. The developed ACAS monitor analyses the complete communication of ACAS devices and reconstructs a comprehensive description of RAs. The core of the developed algorithm is an environment model which is continuously updated with newly revived Mode S data. The environment model stores on every aircraft in the reception range: the different addresses, the altitudes with renewal about once per second, and the position if the aircraft is ADS-B-equipped. If an ACAS device on board of an aircraft detects a collision threat, it issues an RA to its pilot and coordinates the RA with the intruder aircraft. The ACAS Monitor receives this coordination. The coordination dialogue and the RA are reconstructed by means of the environment model and checked for standard compliance. The coordination dialogue is compiled together with the track from the environment model into an ACAS-Event Report. This report documents the traffic situation, which leads to the RA, the RA including the actual ACAS communication and the escape reaction of the aircraft on the RA. The thesis shows how ADS-B ground stations, extended by an 1030 MHz receiver, may be used for ACAS-Monitoring. This enables a detailed monitoring of the interventions of the collision avoidance system ACAS, which is the last technical safety net prior to a collision. The analysis of the ACAS-Event reports can reveal problems in ACAS and in the usage of ACAS.

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Gottstein, Jens: Ein Monitoring-System zur automatischen Dokumentation von ACAS/TCAS-Eingriffen in den Luftverkehr. 2010.

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