DE1172748B - Omnidirectional blind landing procedure for vertical and short take-off aircraft - Google Patents
Omnidirectional blind landing procedure for vertical and short take-off aircraftInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: H 04 ρBoarding school Class: H 04 ρ
Deutsche KL: 21 a4-48/11 German KL: 21 a4- 48/11
Nummer: 1 172 748 Number: 1 172 748
Aktenzeichen: St 18951 lX d / 21 a4 File number: St 18951 lX d / 21 a4
Anmeldetag: 10. März 1962 Filing date: March 10, 1962
Auslegetag: 25. Juni 1964Opening day: June 25, 1964
Die bekannten Blindlandeverfahren, bei denen der Anflug nur aus einer einzigen Richtung und mit sehr flachen Gleitwinkeln (etwa 3°) möglich ist, sind für Senkrecht- und Kurzstartflugzeuge nicht geeignet. Bei diesen muß es nämlich möglich sein, Flugzeuge aus beliebigen Richtungen und mit vom Flugzeugführer wählbaren, beliebigen Gleitwinkeln zur Landung zu bringen, wobei die Landefläche nur eine Ausdehnung von etwa 150 · 150 m hat. Die für Senkrecht- und Kurzstartflugzeuge zu benutzenden Verfahren sollen im Flugzeug auch eine Höhenangabe ermöglichen, und zwar mit einer Genauigkeit von etwa 1 m, besonders in Bodennähe. Es kann zwar zugelassen werden, daß die Meßgenauigkeit aller Werte, nicht nur der Höhe, mit zunehmender Entfernung des Flugzeuges vom Landeplatz abnimmt, es soll jedoch grundsätzlich innerhalb einer die Platzmitte umschließenden Halbkugel von etwa 10 km Radius eine Messung der verschiedenen Navigationswerte überhaupt möglich sein. The well-known blind landing procedures, in which the approach from a single direction and with very flat glide angles (about 3 °) are possible, are not suitable for vertical and short take-off aircraft. With these it must namely be possible to take planes from any direction and with the pilot selectable, arbitrary glide angles for landing, with the landing area only one Has an extension of about 150 x 150 m. The procedures to be used for vertical and short take-off aircraft should also allow an indication of the altitude in the aircraft, with an accuracy of about 1 m, especially near the ground. It can be admitted that the measurement accuracy of all Values, not just altitude, decrease with increasing distance of the aircraft from the landing site, however, it should always be within a hemisphere of around 10 km that surrounds the center of the square Radius a measurement of the various navigation values should be possible at all.
Wenn man von der Voraussetzung ausgeht, daß der Anflug aus beliebigen, vom Flugzeug aus wählbaren Richtungen möglich sein soll, kann man grundsätzlich nur so vorgehen, daß man die jeweilige Lage des Flugzeuges im Raum durch Schnittbildung von mindestens jeweils drei charakteristischen Flächen bestimmt, die auf Grund von Ausstrahlungen von Funkfeuern im Raum gebildet werden. Es werden zunächst drei Bodenstarionen (aus später noch zu erläuternden praktischen Erwägungen werden in der Praxis besser vier Stationen vorgesehen), d. h. als Funkfeuer bekannter Art arbeitende Sender an den Eckpunkten eines gleichseitigen Dreiecks, das den Landeplatz begrenzt, angenommen.If one proceeds from the assumption that the approach can be chosen from any one that can be selected from the aircraft Directions should be possible, one can basically only proceed in such a way that one follows the respective Position of the aircraft in space by creating a section of at least three characteristic surfaces determined, which are formed due to emissions from radio beacons in the room. It will initially three ground starions (for practical considerations to be explained later, in in practice it is better to have four stations), d. H. transmitters working as known beacons the corner points of an equilateral triangle that delimits the landing area, assumed.
Unter Anwendung von Funkfeuern bekannter Ausbildung sind nun drei charakteristische Flächen zur Ermittlung des Standortes eines Flugzeuges möglich.Using radio beacons of known training, there are now three characteristic surfaces possible to determine the location of an aircraft.
1. Konfokale Rotationshyperboloide mit den Eckpunkten eines Dreiecks, insbesondere eines gleichseitigen Dreiecks, als Brennpunkten1. Confocal hyperboloids of revolution with the corner points of a triangle, especially an equilateral one Triangle, as focal points
Die Feststellung eines bestimmten Hyperboloids erfolgt in bekannter Weise durch Messung des Laufzeitunterschiedes zwischen den Ausstrahlungen von jeweils zwei Funkfeuern (Hyperbelnavigation).A certain hyperboloid is determined in a known manner by measuring the difference in transit time between the transmissions of two radio beacons each time (hyperbola navigation).
Da aber auf der im Schnittpunkt der Mittelsenkrechten des Dreiecks errichteten Senkrechten der Laufzeitunterschied für alle drei Sender Null wird, ist auf dieser Geraden eine Höhenbestimmung grundsätzlich unmöglich. Dieses Verfahren scheidet daher für die Verwendung für diese Aufgabe aus.Since, however, on the perpendicular of the The difference in transit time for all three transmitters becomes zero, a height determination is made on this straight line basically impossible. This method is therefore ruled out for use for this task.
Allrichtungs-Blindlandeverfahren für
Senkrecht- und KurzstartflugzeugeOmnidirectional blind landing for
Vertical and short take-off aircraft
Anmelder:Applicant:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dr.-Ing. Fritz Steiner, PforzheimDr.-Ing. Fritz Steiner, Pforzheim
2. Konzentrische Halbkugelschalen mit den Eckpunkten des Dreiecks als Kugelmittelpunkten2. Concentric hemispherical shells with the corner points of the triangle as spherical centers
Die Feststellung des Standortes eines Flugzeuges als Schnittpunkt von jeweils (Irei Halbkugelschalen erfolgt durch bekannte Methoden der Entfernungsmessung, beispielsweise im Abfrageverfahren über Transponder im Flugzeug nach Abfrage des Flugzeuges von den drei Bodenstationen aus. Die Auswertung erfolgt z. B. in einem Rechner am Boden; das Resultat wird in geeigneter Form und mit bekannten Verfahren dem Flugzeug übermittelt. Dieses Verfahren hat aber zwei Nachteile:The determination of the location of an aircraft as the intersection of each (Irei hemispherical shells takes place using known methods of distance measurement, for example using the query method Transponder in the aircraft after querying the aircraft from the three ground stations. The evaluation takes place z. B. in a computer on the ground; the result will be in the appropriate form and with known Procedure transmitted to the aircraft. However, this procedure has two disadvantages:
a) Der gegenseitige Nachrichtenaustausch und die mit außerordentlich großer Genauigkeit auszuführende Entfernungsmessung begrenzen die Kapazität des Systems bzw. machen sehr große Ubertragungsbandbreiten Boden — Bord und Bord — Boden notwendig.a) The mutual exchange of messages and those to be carried out with extremely great accuracy Distance measurements limit the capacity of the system or make it very large Transmission bandwidths floor - board and board - floor necessary.
b) Die Schnitte der Kugelschalen werden um so flacher, je näher man dem Boden kommt; das bedeutet aber, daß die Höhenbestimmung in Bodennähe, wo sie besonders genau sein sollte, sehr ungenau ist. Dieses Verfahren ist daher ebenfalls für Senkrecht- und Kurzstartflugzeuge wenig geeignet.b) The sections of the spherical shells become flatter the closer you get to the ground; the but means that the height determination near the ground, where it should be particularly accurate, is very imprecise. This method is therefore also suitable for vertical and short take-off aircraft not very suitable.
3. Ebenenbündel, deren gemeinsame Schnittgeraden jeweils mit den Achsen der in den Eckpunkten des3. Bundle of planes whose common lines of intersection with the axes of the in the corner points of the
Dreiecks aufgestellten drei Drehfunkfeuer
zusammenfallenThree rotary radio beacons set up in a triangle
coincide
In diesem System ist der Standort eines Flugzeuges jeweils als Schnittpunkt dreier Ebenen (©-Ebenen) bestimmt, wenn die Drehfunkfeuer erfindungsgemäß derart aufgestellt werden, daß ihre Achsen nicht parallel zueinander verlaufen. Verlaufen gemäß der üblichen Aufstellungsart die Achsen der Drehfunk-In this system, the location of an aircraft is the intersection of three levels (© levels) determined when the rotary radio beacons are set up according to the invention in such a way that their axes are not run parallel to each other. If the axes of the rotary radio
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feuer parallel zueinander, so bilden sich zwischen je drei Θ-Ebenen identische Schnittgeraden und keine Schnittpunkte. Ganz allgemein gesagt, werden solche Θ-Ebenen üblicherweise durch Drehfunkfeuer (z. B. Doppler-Drehfunkfeuer) erzeugt. Es entsteht jeweils ein durch die Achse des Drehfunkfeuers verlaufendes Ebenenbündel, und die einzelnen Ebenen sind durch Phasenmessung der Richtungsspannung gegen eine ßezugswechselspannung bestimmbar.fire parallel to each other, then between every three Θ-planes identical intersection lines and are formed no intersections. Generally speaking, such Θ-planes are usually caused by rotating radio beacons (e.g. Doppler rotary radio beacon). There is always one that runs through the axis of the radio beacon Bundles of planes, and the individual planes are through phase measurement of the directional voltage can be determined against a train alternating voltage.
Das Allrichtungs-Blindlandeverfahren für Senkrecht- und Kurzstartflugzeuge nach der Erfindung besteht deswegen darin, unter Verwendung von Drehtfunkfeuern, durch die jeweils ein durch die Achse des Drehfunkfeuers als der gemeinsamen Schnittgeraden verlaufendes Ebenenbündel (©-Ebenen) definiert ist, mindestens drei, vorzugsweise vier gleicher Drehfunkfeuer zu verwenden, die an den Ecken einer geometrischen Figur, vorzugsweise einer regelmäßigen (gleichseitiges Dreieck, Quadrat), derart aufgestellt sind, daß die Achsen mit der Horizontalebene einen vorzugsweise um 45 von 90° abweichenden Winkel bilden, in der Weise, daß die Richtung der Achsenneigung für die einzelnen Antennensysteme zyklisch verändert ist.The omnidirectional blind landing method for vertical and short take-off aircraft according to the invention is therefore, using rotary radio beacons, through each one through the Axis of the rotary radio beacon as a bundle of planes running along the common line of intersection (© levels) is defined to use at least three, preferably four, identical rotary radio beacons that at the corners of a geometric figure, preferably a regular (equilateral triangle, Square), are set up in such a way that the axes with the horizontal plane are preferably at 45 Form an angle deviating from 90 °, in such a way that the direction of the axis inclination for the individual Antenna systems is changed cyclically.
Um auch dann noch einen genau definierten Schnittpunkt zwischen drei Ebenen zu erhalten, wenn sich ein Flugzeug ungefähr oder genau in der Verlängerung einer Drehfunkfeuerachse befindet, werden zweckmäßigerweise vier Drehfunkfeuer verwendet.In order to get a precisely defined point of intersection between three levels even if an aircraft is approximately or exactly in the extension of a rotary beacon axis expediently four rotary radio beacons used.
Wenn man eines der bereits vorgeschlagenen Großbasissysteme, z. B. das Doppler-Großbasis-Drehfunkfeuer, benutzt, erhält man bekanntermaßen sehr hohe Winkelgenauigkeiten (von etwa 1°) und eine nur sehr kleine Zone mit unbrauchbarer Genauigkeit innerhalb eines Kegels um die Achse des Drehfunkfeuers hemm mit einem öffnungswinkel von nur wenigen Graden.If one of the already proposed large-scale systems, e.g. B. the Doppler large base rotary radio beacon, is used, it is known that one obtains very high angular accuracies (of around 1 °) and one only very high small zone with unusable accuracy within a cone around the axis of the rotary radio beacon hemm with an opening angle of only a few degrees.
F i g. 1 und 2 zeigen schematisch als Beispiel eine vorteilhafte Anordnung, bei der die Antennensysteme von vier Doppler-Drehfunkfeuern an den Eckpunkten eines Quadrates angeordnet sind, und bei dem die Achsen eines jeden nach einer anderen Himmelsrichtung um 45° gegen die Horizontalebene geneigt sind.F i g. 1 and 2 show schematically as an example an advantageous arrangement in which the antenna systems of four Doppler rotary radio beacons are arranged at the corner points of a square, and in which the Axes of each are inclined by 45 ° to the horizontal plane in a different direction.
Die Antennensysteme der Drehfunkfeuer werden zweckmäßigerweise auf einem Achsenkreuz aufgebaut, das gemäß den Haupthimmelsrichtungen O—W—S—N orientiert ist, und zwar derart, daß die Aufstellungsorte an den Ecken eines Quadrates liegen. Die Antennenebenen bzw. die Achsen des Antennensystems sind erfindungsgemäß gegen die Horizontalebene bzw. die Vertikale um jeweils 45° geneigt. Das bedeutet, daß z. B. die Achse des O-Antennensystems um 45° nach S, die des S-Antennensystems um 45° nach W, die des W-Antennensystems um 45° nach N, und die des N-Antennensystems nach O um 45° geneigt sind.The antenna systems of the rotary radio beacons are expediently set up on an axis cross, which is oriented according to the cardinal points E — W — S — N, in such a way that the sites are at the corners of a square. The antenna planes or the axes of the According to the invention, the antenna system is in relation to the horizontal plane or the vertical by 45 ° in each case inclined. This means that z. B. the axis of the O-antenna system by 45 ° to S, that of the S-antenna system by 45 ° to W, that of the W antenna system by 45 ° to N, and that of the N antenna system are inclined to the O by 45 °.
In weiterer Ausbildung der Erfindung werden die Antennensysteme gegenüber bekannten Doppier-Drehfunkfeuern mit kreisförmigen Antennensystemen ellipsenförmig ausgeführt, bei einer Neigung von 45° der Ebenen gegen die Horizontalebene zweckmäßigerweise mit einem Hauptachsenverhältnis der Ellipse von yi: 1. Dadurch erscheinen die Antennensysteme, betrachtet von einem Punkt auf der in der Mitte der Antennenebene errichteten Senkrechten, als Kreis. Die ellipsenförmigen Antennensysteme erscheinen ebenfalls als Kreis, wenn sie horizontal aus derjenigen Richtung betrachtet werden, nach der jeweils ihre Achse geneigt ist. Es kann gezeigt werden, daß sich in der Auswertung der gewonnenen Navigationswerte bei derart ellipsenförmigen Antennensystemen gewisse Vereinfachungen ergeben. Durch die Neigung der Achsen der Antennensysteme ergeben sich in der Nähe der Drehfunkfeuer niemals flache Schnitte zwischen je zwei ©-Ebenen; erst bei größerer Entfernung werden diese Schnittwinkel flach. Es kann gezeigt werden, daß dadurch eine sehr genaue Bestimmung der Höhe und des Gleitwinkels innerhalb einer Halbkugel, die die vier Drehfunkfeuer umschließt, möglich ist. Bei einer leicht erreichbaren Systemgenauigkeit von 1° ist der Gleitwinkel auch auf etwa 1\ die Höhe einer Seitenlänge des durch die Funkfeuer begrenzten Quadrates von etwa 150 m mit einer Genauigkeit von etwa 1,3 m bestimmbar. Die Genauigkeit der Azimutmessung beträgt auch außerhalb der genannten Halbkugel bis zu der durch die Feldstärke der Funkfeuer bedingten Reichweite 1°, die Genauigkeit der Höhen- und Gleitwinkelmessung bzw. der Abstandsmessungen nimmt außerhalb der Halbkugel mit dem Abstand ab. Zum Anfliegen des Landeplatzes aus größerer Entfernung genügt aber die Kenntnis der Richtung (des Azimuts), die anderen Größen (Höhe, Entfernung) brauchen erst mit zunehmender Annäherung an den Landeplatz genauer bestimmbar zu sein.In a further development of the invention, the antenna systems are compared to known Doppier rotary radio beacons with circular antenna systems designed elliptically, with an inclination of 45 ° of the levels against the horizontal plane expediently with a main axis ratio of Ellipse of yi: 1. This makes the antenna systems appear viewed from a point on the vertical established in the middle of the antenna plane, as a circle. The elliptical antenna systems also appear as a circle when viewed horizontally the direction in which its axis is inclined. It can be shown that in the evaluation of the navigation values obtained with such elliptical antenna systems result in certain simplifications. Resulting from the inclination of the axes of the antenna systems In the vicinity of the rotary radio beacon, never make shallow cuts between two © planes; only at; only when At a greater distance, these cutting angles become flat. It can be shown that this is a very precise determination of the height and the angle of glide within a hemisphere, which is the four rotary radio beacons encloses, is possible. With an easily achievable system accuracy of 1 °, the slip angle is also to about 1 \ the height of one side of the square of about 150 m can be determined with an accuracy of about 1.3 m. The accuracy of the azimuth measurement is up to that determined by the field strength of the radio beacons outside the hemisphere mentioned Range 1 °, the accuracy of the height and glide angle measurement or the distance measurements decreases with distance outside the hemisphere. For approaching the landing site from larger Distance, however, it is sufficient to know the direction (of the azimuth), the other quantities (height, distance) need to be more precisely determinable only with increasing approach to the landing site.
Da zunächst an Bord nur die vier Azimutwinkel ermittelt werden (wobei an sich nur drei notwendig sind), die die Ebenen bei gleicher Anzeige der vier Drehfunkfeuer gegen eine Bezugsrichtung einschließen, muß an Bord ein spezieller Koordinatenwandler vorgesehen werden, der den Standort des Flugzeuges in einem geeigneten Koordinatensystem, beispielsweise in kartesischen, Kugel- oder Zylinderkoordinaten liefert.Since initially only the four azimuth angles are determined on board (only three of which are necessary are), which enclose the levels with the same display of the four rotary radio beacons against a reference direction, a special co-ordinate converter must be provided on board to determine the location of the Aircraft in a suitable coordinate system, for example in Cartesian, spherical or cylindrical coordinates supplies.
Die Drehfunkfeuer werden vorteilhafterweise als Großbasis-Doppler-Drehfunkfeuer mit kreis- oder ellipsenförmigen Antennensystemen, auf denen die Bewegung einer mit Hochfrequenz-Energie gespeisten Einzelantenne oder mehrerer gespeisten Einzelantennen realisiert oder simuliert wird, ausgebildet, wobei die fiktive Umlaufdrehzahl bei allen vier Funkfeuern gleichgewählt werden kann und wobei für alle vier in zweckmäßiger Weise eine gemeinsame Bezugsfrequenz ausgesendet wird. Die Drehfunkfeuer können entweder in Zeitmultiplex oder in Frequenzmultiplex betrieben werden, indem z. B. für alle vier Drehfunkfeuer nur ein Träger ausgesendet wird und die Speisung der »umlaufenden« Antennen bei jedem Drehfunkfeuer mit einer anderen Differenzfrequenz erfolgt. Um die Drehfunkfeuer trotz großemThe rotary radio beacons are advantageously used as large-base Doppler rotary radio beacons with circular or elliptical antenna systems on which the movement of a fed with high frequency energy Single antenna or several fed single antennas is realized or simulated, trained, where the fictitious rotational speed can be chosen the same for all four radio beacons and where a common reference frequency is emitted for all four in an expedient manner. The rotary radio beacon can be operated either in time division multiplex or in frequency division multiplex by z. B. for all four Rotary beacon is only sent out by one carrier and the feeding of the "rotating" antennas with each Rotary radio beacon takes place with a different differential frequency. To the radio beacon despite large
-Verhältnis klein und leicht aufstellbar bauen zu- Relatively small and easy to set up to build
können, wird man sie vorteilhafterweise im Frequenzgebiet von einigen GHz betreiben.can, they will advantageously operate in the frequency range of a few GHz.
Claims (8)
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DEST18951A DE1172748B (en) | 1962-03-10 | 1962-03-10 | Omnidirectional blind landing procedure for vertical and short take-off aircraft |
| US262913A US3234553A (en) | 1962-03-10 | 1963-03-05 | Omni-directional instrument landing system, particularly for vertical take-off and v/stol aircraft |
| CH299363A CH417703A (en) | 1962-03-10 | 1963-03-08 | Omnidirectional blind landing system, especially for vertical and short take-off aircraft |
| GB9310/63A GB1029066A (en) | 1962-03-10 | 1963-03-08 | A radio beacon for an instrument landing system |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DEST18951A DE1172748B (en) | 1962-03-10 | 1962-03-10 | Omnidirectional blind landing procedure for vertical and short take-off aircraft |
| FR927152A FR1355081A (en) | 1963-03-07 | 1963-03-07 | Radio guidance system intended in particular for vertical takeoff and landing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE1172748B true DE1172748B (en) | 1964-06-25 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
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| DE (1) | DE1172748B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1237647B (en) * | 1963-03-09 | 1967-03-30 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Omnidirectional radio location method based on the Doppler principle |
-
1962
- 1962-03-10 DE DEST18951A patent/DE1172748B/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1237647B (en) * | 1963-03-09 | 1967-03-30 | Standard Elektrik Lorenz Ag | Omnidirectional radio location method based on the Doppler principle |
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