Anzeigeempfänger f r eine Navaglobe-Radiobake
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Anzeigeempfänger f r eine Radiobake eines Navaglobe-Funknavigationssystems.
Das Navaglobesystem verwendet eine Radiobake, die im wesentlichen aus drei Sendeantennen besteht, die in den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks stehen. Die Antennen werden nacheinander paarweise derart erregt, dass in verschiedenen Richtungen um die Bake versehiedene Energieverteilungen erzeugt werden. Beim Beginn jedes Erregungs- zyklus wird ein Synchronisiersignal erzeugt.
Ursprünglich wurde im charakteristischen Navaglobe-Tastzyklus ein allseitig ausge- strahlter 1-Hz-Grundsynchronisierimpuls verwendet, um den Beginn des Zyklus der drei Riehtsignale zu markieren. In neueren Anlagen ist man jedoch davon abgegangen, um den Synehronisierimpuls zu vermeiden, und es wird ein Ruheintervall oder tonloses Intervall verwendet, um den Beginn jedes Zvklus zu markieren. Die ausgestrahlten Signale werden auf einem Flugzeug empfan- gen, wobei das Synchronisiersignal zur Steue- rung eines Verteilers verwendet wird, so dass die nacheinander empfangenen Energien dazu verwendet werden können, um das Azimut des Flugzeuges bezüglich der Bake anzu- zeigen.
Früher wurden die empfangenen Signale versehiedenen Wieklungen eines drei Spulen aufweisenden Vektor-Quotientenmessers zugeführt, dessen Nadel. eine Stellung einnahm, die von der Vektorsumme der in den drei Spulen erzeugten Feldern abhängig war.
Obsehon dieses Messinstrument im allgemeinen zufriedenstellend arbeitete, war es doch mit einigen Nachteilen behaftet. So wurde z. B. eine beträchtliche Gleichstromleistung benötigt, um das zur Steuerung der Nadel des Quotientenmessers benötigte Magnetfeld zu erzeugen, und ausserdem war die Nadel auf äussere magnetisehe Gleiehflüsse empfind lich, Zudem erforderte jedes Messinstrument nach dem Einbau eine individuelle Eichung.
Das verwendete Detektorsystem verwendet eine lineare Detektion, bei welcher Anzeigefehler infolge von Geräuschen auftreten. Dieser Gleichstromfehler, welcher gewöhnlich'als ?kumulativer GerÏuschfehler? bezeichnet wird, erzeugt im Anzeigeinstrument eine Anzeige, welche mit dem Geräuschpegel und dem Azimut ändert.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, den f r ein Navaglobesystem geeigneten Anzeigeempfänger so auszubilden, dass die vorerwähnten Nachteile vermieden werden, indem eine trigonometrische Kopp lmgsvorrichtung, welche vorzugsweise mit Wechselstrom arbeitet, und eine Nullanzeige vorriehtung zur Verwendung gelangt.
Der Anzeigeempfänger ist vorzugsweise wie folgt aufgebaut : er empfängt die Nava globesignale in Form von getasteten Trager- wellensignalen, stellt das zu Synchronisier- zweeken dienende tonlose Intervall fest und leitet die so gewonnenen Signale dem richti- gen Eingangskreise einer trigonometrischen Kopplungsvorrichtung zu, welche von Hand oder automatisch eingestellt wird. Das Ausgangssignal dieser Kopplungsvorrichtung weist einen Nullwert auf, wenn die Lage des Rotors mit der durch die drei Navaglobesignale bestimmten Peilung übereinstimmt.
Abwei chungen von dieser Lage erzeugen ein elektrisches Ausgangssignal, welches an eine Nulldetektionsvorrichtung angelegt wird, die aus einem Links-Rechts-Me¯instrument bestehen kann. Durch Drehung des Peilwählers, welcher mit dem Rotor der Kopp- lungsvorrichtung ber einen variablen Winkel o gekoppelt ist, werden die empfangenen Signale mit sin @, sin (? +120¯) und sin (? -120¯) multipliziert, und wenn die Summe dieser multiplizierten Signale Null ist, zeigt der auf dem Peilwähler angezeigte Wert @ den richtigen Azimutwinkel des Empfängers bezüglich der Bake an.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der Zeichnung näher beschrieben.
In der Zeichnung zeigt :
Die Fig. 1 die allgemeine Anordnung einer Navagloberadiobake zusammen mit der Feldverteilung, die bei einer bestimmten Form von Navaglobesystemen zu erwarten ist, die Fig. 2 eine graphische Darstellung von Wellenformen zur Erläuterung des An zeigesystems und die Fig. 3 ein Bloeksehema eines Emp fängers, weleher das anhand der Fig. 2 er läuterte Anzeigesystem verwendet.
Die Fig. l zeigt typische Felddiagramme, die durch die Antennen 1, 2 und 3 erzeugt werden. Der Sender 4 weist eine Hochfrequenzsendequelle 5 und eine Schaltvor- richtung 6 auf. Die Schaltvorriehtung 6 ist mit den Antennen 1, 2 und 3 so gekoppelt. dass die Antennen zvkliseh in vier Stufen erregt werden. In der ersten Stufe ist keine der Antennen während eines Viertels des Zyklus erregt, so dass ein Unterbrueh oder Intervall entsteht, welches als Synehronisier- signal betraehtet werden kann (siehe Kurve Xl, Fig. 2).
Die Antennenpaare 1, 2 ; 2, 3 und 3, 1 werden hierauf der Reihe nach ber die Schaltvorriehtung 6 je während der durch die Impulse 7, 8 und 9 (Kurve A, Fig. 2) dargestellten Perioden erregt. Wenn die An- tennen 1 und 2 erregt werden, und zwar vorzugsweise phasengleieh, wird das Strahlungs- diagramm A der Fig. 1 erzeugt. Hierauf werden die Antennen 2 und 3 erregt, welche das Strahlungsdiagramm B erzeugen, wäh- rend die Antennen 3 und l zusammen das Strahlungsdiagramm ? erzeugen.
Man erkennt, wie dies durch die Skala 10 angezeigt wird, dass um die Bake herum von den Diagrammen A, B und ('untersehiedliehe Amplitudenverhältnisse der Energien erzeugt werden. Weiter erkennt man, da¯ nur ein 180 -Fehler möglich ist. Diese Zwei- deutigkeit kann ohne Sehwierigkeit dureh Feststellung des geographisehen. Ortes des Flugzeuges oder durch Anpeilung von zwei oder mehr Baken oder Strahlungsstellen zur Feststellung des Flugzeugortes eliminiert werden.
Die Fig. 3 zeigt einen NavaglobeanzeigeempfÏnger. Der Empfangsteil 11, welcher vorzugsweise ein Überlagerungsempfänger ohne Detektor ist, kann auf irgendeinem Fahr zeug oder Flugzeug oder an einer andern Stelle angebracht sein, von der man die Azimutlage bezüglich einer Bake feststellen will. Der Empfänger 11 empfängt von der Antenne 12 einen Bruchteil der von der in der Fig. 1 dargestellten Bake ausgestrahlten Energie. Vorzugsweise ist der Empfänger 11 abstimmbar, so dass er auf versehiedene Sendestationen abgestimmt werden kann.
Die A. usgangsenergie des Empfängers 11 besteht einfaeh aus der nicht detektierten Zwisehenfrequenz, welche die in der Kurve B der Fig. gezeigte Form aufweist und aus einer Zwischenfrequenzwelle besteht (vorzugsweise aus einer ungewöhnlich tiefen Frequenz von ungefähr 1500 Hz), die mit dem charakte- ristischen Navaglobetastzyklus moduliert ist, der aus der Kurve A der Fig. 2 ersichtlich ist. Dieses Ausgangssignal des Empfängers gelangt an den Vorverstärker 13.
Ein Teil der Ausgangsenergie des Vorverstärkers 13 ist über den automatischen Verstärkungs- steuerkreis 14 an den Empfänger 11 zurüek- gekoppelt, um den Verstärkungsgrad konstant zu halten. Dieser automatisehe Verstär- kungssteuerkreis arbeitet sehr langsam, um das Amplitudenverhältnis der drei Nava globesignale innerhalb eines Zyklus nieht zu stören.
Ein weiterer Teil der Ausgangs- energie des Verstärkers 13 gelangt an den Detektor 17 und hierauf an ein 4-Hz-Filter, weiches dazu dient, die Komponente von 4 Hz der ausgestrahlten Energie zu delek- tieren, und dessen Ausgangssignal aus einer Sinuswelle von 4 Hz besteht, welche in der Kurve E der Fig. 2 dargestellt ist. Diese Sinuswelle wird naeh geeigneter Formgebung clazu verwendet, um den Taktgeberzyklus für den Verteiler wu bestimmen.
Ein dritter Ausgang des Vorverstärkers 13 ist mit dem Detektor 15 verbunden, wel cher eine Halbwellendetektion vornimmt und eine Schaltung 16 für die Grobsynchronisie- rung und den Alarm speist, welehe dazll client, das tonlose Intervall im ¯bertragungszyklus, welches als Synchronisiersignal wirkt, festzustellen. Ein Ausgang der Schaltung 16 ist mit der optischen Alarmanzeigeeinrichtung 37 verbunden, wÏhrend der andere Ausgang der Schaltung 16 mit dem Multivibrator 36 verbunden ist, welcher das normalerweise offene Tor 20 schliessen kann.
Das 4-Hz-Ausgangssignal des Filters 18 wird naeh der Formgebung in der Sehaltung 19 ber das Tor 20 geleitet, um den Verteiler 21 zu betätigen.
Der Hauptteil der Ausgangsenergie des VorverstÏrkers 13 gelangt in einen meehanisehen oder elektrischen Vibrator 22, welcher das Signal in einem Rhythmus von 230 Hz unterbricht, und das derart unterbrochene Signal wird an eine Schaltung 23 mit quia- dratiseher Kennlinie angelegt, in welcher die 1500-Hz-Komponente unterdrüekt wird, wÏhrend das 230-Hz-Signal, welches mit dem Tastzyklus moduliert ist, dem Rotor 27 der Auflosevorrichtung 28 zugeführt wird.
Die in den um je 120 gegeneinander versetzten Statorspulen der Vorrichtung 28 induzierten Spannungen gelangen an die Kontakte der drei Relais 24,25 und 26 derart, da¯ die von jedem Antennenpaar übertragene Energie nach einem der Relaisanker gelangt, welcher zyklisch geschlossen wird, wodurch diese Energie von einer der Statorspulen der Vorrichtung 28 an eine Schaltung 29 gelangt, durch welche diese Energie gleichgerichtet und einer Speicherschaltung 30 zugeführt wird. Die Speicherschaltung 30 ist vorgesehen, damit die wÏhrend der Kontaktperiode der Relais 24-26 angelegte Energie bis zur nächstfolgenden Energieanlegung gespeichert wird.
Das Ausgangssignal der Sp. eieherschaltu. ng 30 wird in der Schaltung 31 verstärkt und an ein Anzeigeinstrument 32 für die Links-lleehts-Anzeige angelegt.
Die Anzeigevorrichtung weist einen Knopf 34 auf, welcher bei der Drehung auf ein gewiinschtes, auf der Skala. 35 ersichtliches Azimut den Rotor der Vorrichtung 28 in irgendeine Prüfstellung bringt. Wenn die Lage des Rotors den relativen Amplituden der ankommenden Navaglobesignale entspricht, so ist das Eingangssignal Null und das Anzeigeinstrument in der Nullage.
In der Fig. 2 sind versehiedene Wellenformen dargestellt, welche das Verhältnis der Erfindung erleichtern. Das Zwisehenfre'- quenz-Ausgangssignal des Empfängers 11 besteht aus einer Spannung von 1500 Hz, welche durch den charakteristischen Navaglobetastzyklus moduliert ist, wie dies die Kurve B der Fig. der Fig Dieses Signal gelangt an den Vorverstärker 13, dessen Aus gangssignal den drei KanÏlen 1C, 2C und 3C zugeführt ist. Das in den Kanal 1C fliessende Ausgangssignal gelangt über den Unterbrecher 22 an die Schaltung 23 mit quadratischer Kennlinie.
Im zweiten Aus gangskanal 2C des Vorverstärkers 13 werden der Träger von 1500 Hz und höhere IIar monische durch den Detektor 15 ausgesiebt ; und die resultierende Welle, welche die in der Kurve C von der Fig. 2 dargestellte Form aufweist, gelangt an die Sehaltung 16 für die Grobsynchronisierung und den Alarm. Das Signal im dritten Kanal 3C wird durch den Detektor 17 einer Halbwellen- detektion unterworfen und in der in Kurve D der Fig. 2 dargestellten Form dem 4-Hz Filterverstärker 18 zugeführt.
Das Filter weist eine hohe Kreisgüte auf, so dass das Ruheintervall hindurchschreiten kann. Das Ausgangssignal des Filters besteht somit im wesentlichen aus der in der Kurve E der Fig. 2 dargestellten Sinuswelle von 4 Hz.
Dieses Signal gelangt an den Formgeber 19, welcher die Sinuswelle in eine Rechteckwelle umwandelt, welche aus vier Gleichstrom- impulsen pro Sekunde besteht, welche durch das normalerweise offene Tor 20 fliessen und den Verteiler 21 betätigen. Dieser besteht aus einem Schrittschalter, in welchem vier einzelne Kreise nacheinander während einer kurzen Zeitdauer geschlossen werden, und zwar in zeitlicher Ubereinstimmung mit den durch das Tor 20 fliessenden Betätigungs- impulsen von 4 Hz, die der ursprünglichen 4-Hz-Komponente der Navaglobetastwelle gemäss Kurve E der Fig. 2 entnommen sind.
Drei der durch den Verteiler 21 gesehlossenen Kreise sind mit Erregerspulen der drei Relais 24, 25 und 26 verbunden, derart, dass die Kontakte dieser Relais nacheinander während einer kurzen Zeitdauer geschlossen werden, und zwar in zeitlicher ¯bereinstimmung mit dem Empfang der drei Navaglobe- signale, deren relative Amplituden die Azimuthinformation enthalten.
Der vierte Kreis, der in jedem Zyklus von einer Sekunde durch den Verteiler 21 einmal geschlossen wird und nachstehend als Synchronisierprüfkreis bezeichnet wird, wird zur Grobsynchronisierung verwendet. Dies bedeutet, dass die Kontakte des Relais 24 immer schliessen müssen, wenn das erste Richtsignal nach dem Synehronisierintervall (siehe Kurve B der Fig. 2) durch die Rotor 0 spule27 der Vorriehtung 28 hindurchfliesst ;
dass weiter die Kontakte des Relais 25 immer schliessen müssen, wenn das zweite Richt- signal des Zyklus durch die Spule 27 fliesst, und dass die Kontakte des Relais 26 immer sehliessen müssen, wenn das letzte Riehtsignal des Zyklus durch die Spule 27 fliesst.
Diese Vorgänge können höehstens zufälliger- weise eintreten, wenn das mit einer Fre- quenz von 4 Hz erfolgende Schliessen des Verteilers 21 nur durch die Steuerullg der vom Filter 18 und dem Formgeber 19 abgegebenen 4-Hz-Impulse erfolgen würde, da diese 4-Hz-Impulse an sich nicht untersehieden werden können.
Daher wird das im Detektor 15 einer Halbwellendetektion unterworfene Navaglobesignal, welches nach der Halbwellendetektion die in der Kurve C der Fig. 2 dargestellte Form aufweist, den Son- takten der Synchronisierprüfschaltung des Verteilers 21zugeführt.Wenn die Schliessung dieser Kontakte unter der Steuerung der 4-Hz-Impulse von der Vorrichtung 19 mit dem Synchronisierintervall des ankommenden Navaglobesignals zusammenfällt, befindet sich das System im gewünsehten Zustand der Grob synehronisierung. In diesem Falle fliesst keine elektrisehe Energie über die Synehroni- sier-Prüfkontakte des Verteilers 21,
und daher betÏtigt die Schaltung 16 die Anzeige- vorrichtung 37, die das richtige Arbeiten anzeigt. Der Multivibrator 36 liefert in diesem Fall kein Ausgangssignal. Wenn anderseits beim Einschalten des Empfängers keine Grob- synehronisierung vorhanden ist, wie das meistens der Fall sein wird, sehliessen die Synehronisierprüfkontakte des Verteilers 21 während des Zeitintervalles, während welchem eines der drei Richtsignale durch den Rotor 27 der Vorriehtung 28 fliesst.
Gleich- zeitig fliesst das gleiche Signal in Form eines Gleichstromimpulses durch den Detektor 15, und somit fliesst elektrische Energie über die Synehronisierprüfkontakte im Verteiler zur Grobsynehronisi, ersehaltung 16. Der Empfang dieser Energie bewirkt, dass die Alarmvorrichtung 37 anzeigt, dass keine Synehronisierung besteht und da¯ die Peilanzeige noeh nicht abgelesen werden sollte. Gleiehzeitig erzeugt der Multivibrator 36 einen Impuls soleher Grouse und Polarität, dass das normalerweise offene Tor 20 während einer Viertel- Sekunde sehliesst.
Infolgedessen verpasst der Schrittschalter 21 einen Schritt, wodurch die Phase der vier Schlie¯ungen pro Sekunde des Verteilers bezüglich der durch die Vorrichtung 19 gelieferten vier Impulse pro Sekunde verschoben wird. Diese Phasenversehiebung kann die erwünschte Grobsynehronisiermng zwisehen dem Verteiler 21 und dem Nava globezyklus herstellen. Falls dies noch nicht der Fall ist, wiederholt sieh der eben beschrie bene Vorgang noch ein-oder zweimal, bis der Synchronismus erreicht ist.
Das verstärkte Zwischenfrequenzsignal des Vorverstärkers 13 wird in der Vorrich- tung 22 im Takt von ungefähr 230 Hz unterbrochen und hierauf der Vorriehtung 23 mit quadratischer Kennlinie zugeführt, und die liarmonischen höherer Ordnung, welche clureh diese Unterbreehung entstehen, werden ausgesiebt. Die Vorrichtung liefert eine kleine Spannungskomponente von 230 Hz, welche proportional dem Quadrat der Amplitude des Eingangssignals ist.
Durch ein Filter wird die 1500-Hz-Komponente unterdr ckt und das verbleibende Signal dem Rotor 27 der Vorrichtung 28 in der Azimuthanzeige- vorrichtung zugeführt. Es wird dann induktiv von den drei Statorwieklungen der Vorrich- tung 28 aufgenommen und den Kontakten der clrei Relais zugeführt, welche nacheinander durch das Sehliessen der Kontakte der Relais 24, 25 und 26 ein-und ausgesehaltet werden, welch letztere Relais durch den Verteiler 21 betätigt werden. Die nacheinander wieder ? Signale gelangen an den Gleich- richter 29, welcher mit dem Unterbreeher 22 meehaniseh synchronisiert ist.
Dadurch werden diese Signale synchron detektiert oder gleichgerichtet, so da¯ Phasenumkehrungen, welche durch die Vorrichtung 28 bewirkt werden, Umkehrungen der Polarität des Eingangssignals des Gleiehrichters 29 zur Folge haben. Dieser Umstand ist wichtig, mm das richtige algebraische Vorzeichen des durch die Vorrichtung 28 erzeugten trigonometrischen Multiplikationsfaktors aufrechtzuerhal- ten.
Wenn das Anzeigeinstrument 33 des Empfängers nicht in der richtigen Peilstellung steht, werden in der Speicherschaltung entweder positive oder negative Ladungen gespeiehert. Diese Ladung wird ungefähr einmal pro Sekunde während des Synchronisier- intervalles unter der Steuerung des Verteilers 21 an einen Verstärker 31 angelegt, dessen Ausgang mit dem Links-Rechts-Instrument 32 verbunden ist. Zur automatischen Peilanzeige kann das elektrische Ausgangssignal des Verstärkers 31 als Fehlersignal verwendet werden, welches an ein Servosystem angelegt wird, in welchem ein Motor 38 den Rotor der Vorrichtung 28 in die Nullage bringt.