DE1023798B - Funknavigationssystem zur ununterbrochenen Anzeige des Standortes nach Richtung und Entfernung in einer beweglichen Station - Google Patents

Description

DEUTSCHES

feuers angezeigt wird.

Die in; gewissen Zeitabständen erfolgende Fest-

Stellung des Azimuts und, der Entfernung des Flugzeuges von der Bodenstation; genügt in, den meisten Fällen;, um dem Piloten die nötigen Informationen über seinen Standort zu verschaffen. Abgesehen von den älteren, umständlichem Verfahren, bei denen der Pilot durch eine einmalige Messung der Entfernung und des Azimutwinkels auf der Karte durch Schnittbildung seinen Standort feststellte, sind zahlreiche modernere Verfahren bekannt, bei denen bereits eine direkte Anzeige des Standortes nach Azimut und Entfernung möglich ist.

Eines dieser bekannten Rho-Theta-Verfahren arbeitet mit kontinuierlicher Hochfrequenz und sinusförmigen Modulationsspannungen zur Azimut- und Entfernungsmessung.

Die Bestimmung des Azimuts geschieht bei diesen
Verfahren in der Weise, daß der Phasenunterschied
einer Modulationsfrequenz gegenüber einer Bezugs- 25
frequenz mit starrer Phase, die beide von, der Bodenstation, ausgesendet werden, im Flugzeug gemessen
wird. Die Bestimmung der Entfernung geschieht eben,- «

falls durch Phasenvergleich im sogenannten Abfrageverfahren vom Flugzeug aus, indem die mit Sinus- 30 angestoßene Zeitbasis erlaubt dieses System auch eine wellen arbeitende Anlage eine zusätzliche Modula- Entfernungsmessung; jedoch erscheint wegen des je ti ons frequenz aussendet, deren Phase nach der Beantwortung vom Funkfeuer im Flugzeug durch Vergleich
mit dear im Flugzeug erzeugten zusätzlichen Modulationsfrequenz verglichen wird. 35 ordentlich erschwert.

Die Umschaltung von Azimut- und Entfernungs- Es sind ferner Verfahren bekannt, die eine Grofo-

messung im Flugzeug erfolgt von Hand, die Ablesung und Feinmessung des Azimuts mit Hilfe von mehrder Werte auf ein und demselben Indikator. Bei blättrigen Strahlungsdiagrammen und entsprechender diesem Verfahrein, können jedoch wegen der gleichen Übertragung von Bezugssignalen, von einem Funk-Modulationsfrequenz verschiedene Flugzeuge eine 40 feuer ermöglichen und auf diese Weise eine sehr geEntfernungsmessung nicht gleichzeitig vornehmen. naue Bestimmung des Azimuts gestatten. Diesen, Ver-

Den Verfahren, die mit Sinusspannungen arbeiten, haftet außerdem eine größere Ungenauigkeit an als dem Impulsverfahren, weshalb dem Impulsverfahren der Vorzug gegeben werden muß.

Es ist weiterhin ein Navigationsverfahren bekannt, bei dem die Bodenstation codierte Impulspaare zu ihrer Identifizierung einerseits und Impulse zur Rich-

Anmelder:

International Standard Electric
Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Sidney Benson Pickles, Monterey, Calif.,

Sven Henry Marriott Dodington, Nutley, N. J.,

und Gus Stavis, Ossining, N. Y. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

nach Richtung sich ändernden Impulsabstandes der Impuls für die Entfernungsmessung jeweils an, einer anderen Stelle der Zeitbasis, was eine Ablesung¹ außer-

tungsbestimmung andererseits aussendet, welch letzfahren haftet jedoch ein entscheidender Nachteil an, daß sie keine Entfernungsmessung gestatten. Außerdem arbeiten diese Verfahren ausschließlich mit Sinus-Spannungen, so daß die Reichweite dieser Funkfeuer relativ klein ist.

Es sind aber auch weiterhin bereits Verfahren bekannt, die einer größeren Anzahl von Flugzeugen, z. B. hundert, durch Impulsverschlüsselung im Sinne

tere je nach, der Ausstrahlungsrichtung eines um- 50 von Impulszeitmultiplex eine Entfernungsmessung

laufenden Strahlungsdiagramms einen verschiedenen Abstand haben. Der Abstand der empfangenen Impulse ergibt direkt die Richtung auf das Funkfeuer. Durch eine zusätzliche, von einem Impuls jedes Paares

vei-mittelm Die Arbeitsweise dieser Funkfeuer im Zusammenhang mit einer Bo>rdstation ist derart, daß vom Flugzeug aus zur Entfernungsmessung Impulspaare auegesendet werden, die auf der Bodenstation

709 878/201

empfangen und im selben Code, d. h. mit demselben Impulsabstand der Einizelimpulse jedes Paares, wieder ausgesendet werden. Durch Messung der Zeit zwischen Aussenden und Wiederempfangen ist in bekannter Weise die Entfernung dies Flugzeuges von der Bodenstation definiert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, die mittels des Impulsverfahrens eine kombinierte Richtungs- und Abstandsmessung

Abstand der beweglichen Station vom Funkfeuer kontinuierlich angezeigt wird. Der Sender 5 erzeugt eine mehr oder weniger kontinuierliche Folge von, zur Entfernungsmessung bestimmten Antwortimpulsen, je 5 nachdem, wieviel Flugzeuge gerade Abfrageimpulse aussenden. Diese Antwortimpulssignale werden notwendigerweise dahingehend ergänzt, daß gleichzeitig eine der Abstandsmessung dienende konstante Impulsfolge ausgesandt wird, um sicherzustellen, daß immer gestattet, wobei der Empfänger im Flugzeug ununter- io eine bestimmte Minimalzahl von Impulsen je Sekunde brochen und automatisch Richtung und Entfernung übertragen wird.

von einer Bodenstation registriert. Bed der Anordnung Die der Entfernungsmessung dienenden DME-

gemäß der Erfindung wird nur ein Sender und ein Impulse und/oder die zusätzlichen Impulse werden, von Empfänger sowohl auf der Bodenstation als auch im einer Antenne abgestrahlt, die die Impulse noch mit Flugzeug. benötigt. Bei diesem kombinierten Rieh- 15 einer der Richtungsbestimmung dienenden Einhüllentungs- und Entfernungsmeßsystem werden impuls- den amplitudenmoduliert, die eine Grundwelle und

harmonische Frequenzkomponenten aufweist und außerdem entsprechend dem die Antenne drehenden System 5a ein Bezugssignal einfügt. Die Amplitudenmodulation der Impulse stört die Entfernungsimeßeinrichtung in keiner Weise, da diese nur auf den zeitlichen Abstand der Abfrage- und Antwortimpulse anspricht.

In dem Signaldetektor 9, der sich bei der beweg-

sätzlicher Übertragung von Bezugssignalen, für die 25 liehen Station befindet, werden die für die Richtungs-Grundfrequenz des Umlaufes zur Grobmessung und anzeige bestimmten Komponenten der Einhüllenden

der amplitudenmodulierten Impulse gleichgerichtet. Dabei ist zu bemerken, daß die amplitudenmodulierten Impulse mit ausreichend hoher Impulsfolgefrequenz

Impulsgruppen, derart, daß das Drehfunkfeuer im- 30 abgestrahlt werden, um eine Trennung der Einhüllenpulsweise arbeitet und impulsartige Bezugssignale den zu ermöglichen. Die Phasenlage der Grundschwingung der Einhüllenden, ist direkt der Richtung proportional, die die bewegliche Station bezüglich dem Funkfeuer aufweist. Die Phase der harmonischen 35 Komponenten ändert sich schneller mit der Richtung, und zwar entsprechend der Ordnungszahl der Harmonischen. Um nun eine Bezugsphase für die Phasenmessung an. Bord der beweglichen Station zu schaffen, werden vom Bakensender 5 codierte Bezugssignale für 40 die Grundwelle und die harmonischen Komponenten der der Richtungsbestimmung dienenden Einhüllenden ausgesendet. Die Bezugssignale werden bei der beweglichen Station durch einen Bezugssignaldetektor 10 abgetrennt und mit den entsprechenden Komponenten Fig. 3 zeigt Diagramme zur Erläuterung der Er- 45 der Einhüllenden aus dem Detektor 9 in einer Phasenfindung, vergleichsstufe 11 miteinander verglichen. DerPhasen-In Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild des vergleich der harmonischen Signale weist eine Mehr-Navigationssystems dargestellt, das ein auf der Erde zahl von Mehrdeutigkeiten auf, je nachdem, welche befindliches Funkfeuer 1 zeigt, das mit einer beweg- Harmonische verwendet wird. Der Phasenvergleich liehen Station 2 zusammenarbeitet. Der bewegliche 50 mit der Grund'welle löst jedoch diese Mehrdeutigkeit SenderS leitet den Vorgang der Standortbestimmung auf. Die sich daraus ergebende Richtungsinformation durch Aussenden codierter Abfrageimpulse ein, die
durch den Empfänger 4 des am Boden befindlichen
Funkfeuers aufgenommen werden. Der Sender 5 des
Drehf unkf euers wird dadurch veranlaßt, der Abstands- 55
messung dienende Antwortimpulse auszustrahlen, die
durch den beweglichen Empfänger 6 aufgenommen
werden. Gleichzeitig kann der Sender 5 der Entfernungsmessung dienende Antwortimpulse auf Abfrageimpulse anderer beweglicher Stationen aussenden. 60 einen Antennenkoppler 15 eine Trägerfrequenz von Der bewegliche Empfänger 6 isoliert aus den aufge- etwa 1000 MHz zugeführt wird. Die Antenne 13 nonimenen Signalen, mit Hilfe einerVergleichseinrich- weist eine rundstrahlende Antenne 16 auf, die hier tung 7 diejenigen Antwortimpulse, die die gleiche Im- zur A'ereinfachung als einzelne Einheit dargestellt ist. pulswiederholungsfrequenz aufweisen, wie die vom Es ist jedoch klar, daß eine Mehrebenenantenne vereigemen Sender 3 ausgestrahlten Abfrageimpulse. In 65 wendet werden kann, um die vertikale Bündelung der der Vergleichseinrichtung 7 wird dann noch die Zeit iVntennenenergie zu vergrößern. Auf einer in entgemessen, die zwischen den eigenen Abfrageimpulsen sprechendem Abstand von der Antenne 16 angebrach' und den entsprechenden Antwortimpulsen liegt, und ten Scheibe 17 befindet sich ein Reflektorelement 18 b. zwar wandelt sie diese Impulse in elektrische Impulse Auf dem Umfang der Scheibe 17 ist außerdem noch: um, die das Abstandsmeßgerät 8 betätigen, so-daß der 70 eine Mehrzahl symmetrisch angeordneter Reflektoren

modulierte Hochfrequenzsignale verwendet, wodurch infolge der Codierung gleichzeitig mehrere bewegliche Stationen mit Navigationsdaten versehen werden können.

Die Erfindung beinhaltet also die schaltungsmäßige Vereinigung eines Drehfunkfeuers, das mit mehrblättriger Strahlungscharakteristik, deren. Blätter unterschiedliche Amplituden aufweisen, und mit zu-

für eine höhere Harmonische der Grundfrequenz zur Feinmessung des Azimuts arbeitet, und. einer Relaisstation für Entfernungsmessung mit verschlüsselten

abstrahlt, und in Beantwortung empfangener Impulsgruppen gleichartige, von der sonstigen Impulsfolge unterscheidbare und zur Entfernungsmessung geeignete Impulsgruppen zurücksendet.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt in schematischer Form das kombinierte Richtungs- und Entf ernungs-Drehf unkfeuer zusammen mit einer beweglichen Sende-Empfangs-Station.;

Fig. 2 zeigt als Blockdiagramm eine Ausführungsfoirm des Navigationssystems unter Verwendung eines Funkfeuers und einer beweglichen Sende-Empfangs-Station, und

wird in elektrische Signale umgewandelt, die das Azimutmeßgerät 12 betätigen, das den Azimut der beweglichen Station bezüglich der Bodenstation anzeigt.

In, Fig. 2 ist nun das kombinierte Richtungs- und Abstandsmeßgerät gemäß Fig. 1 in den Einzelheiten dargestellt.

Das Drehfunkfeuer 1 weist ein Antennensystem 13 auf, dtem von einem Hochfrequenzgenerator 14 über

5 6

18α und 18 c angebracht. Die Scheibe 17 wird mit Impulsformstufe 35 und einer weiteren Stufe 36 zueiiier Geschwindigkeit von beispielsweise 30 U/sec geführt. Ein Grundwellenfilter 37 läßt nur die Grundgedreht, und zwar durch einen Motor 19 über eine welle der Einhüllenden, beispielsweise 30 Hz durch, mechanische Verbindung 20. Wird nun Hochfrequenz- Ein harmonisches Filter 38 läßt eine 90-Hz-Schwinenergie der Antenne 16 zugeführt, dann beeinflußt der 5 gung oder die harmonische Komponente der riehrotierende Reflektor 18 b das Strahlungsdiagramm in tungsbestimmenden Einhüllenden durch, der Weise, daß die Grundwelle des der Richtungs- Um die Bezugssignale am Ausgang des Verstärkers

bestimmung dienenden Signals beim Empfänger er- 34 zu isolieren, ist dieser mit einem Begrenzer 39 zeugt wird, während die Reflektoren 18 a und 18 c die verbunden. Die begrenzte Ausgangsspannung a.us dem harmonischen Komponenten des Richtungssignals io Begrenzer 39 ist in Fig. 3 B dargestellt und weist liefern. Der Motor 19 treibt außerdem eine aus un- keine Amplitudenischwainkungen mehr auf. Diese Ausmagnetischem Material bestehende Scheibe 21 syn- gangsspamnung wird dem Grund-Bezugsfrequenzchron mit der Scheibe 17 an, um Impulse für das filter 42 und dem Bezugsfrequenzfilter für die Har-Bezugssignal zu erzeugen. Auf der Oberfläche der monischen 40, d. h. einem 100-kHz-Filter und einem Scheibe 21 ist ein aus magnetischem Material be- 15 50-kHz-Filter, zugeführt. Das 50-kHz-Filter 42 läßt stehender Kern angebracht, so daß jedesmal, wenn der die Grundbezugsinipulse durch, die immer dann über-Kern 22 zwischen den Polschuhen eines magnetischen tragen werden, wenn der Reflektor 18 in einer be-Abnalimekopfes 23 hindurchgeht, d. h. jedesmal, wenn stimmten Stellung ist. Die durch das 50-kHz-Filter der Reflektor 18 b in einer bestimmten. Stellung, wie ausgesiebten Signale steuern einen 30-Hz-Pulsgenez. B. Süden, ist, ein Impuls erzeugt wird. Der me- ₂o rator 41, der die Bezugsimpulse erzeugt. Die Austallisehe Kern, 22 passiert auch jedesmal dann die Pol- gangsspannung aus dem 100-kHz-Filter 40 steuert schuhe der magnetischen Abnahmeköpfe 23 α und 23 c, einen 90-Hz-Impulsgenerator 41 α zur Erzeugung wenn die Reflektoren 18c und 18 c in einer vo>rbe- eines Bezugssignals, wenn jeweils die Reflektoren 18a stimmten Stellung sind. Die Ausgangsspannung aus und 18 c in einer bestimmten Stellung sind. Die geder magnetischen Abnahmevorrichtung 23 b wird über 25 trennten Grund- und harmonischen Komponenten des eine Kopplungseinrichtung 24 zur Tastung einer Richtungssignals werden Phasenschieberstufen 43 Hochfrequenzquelle 25 zugeführt, deren Frequenz bei- bzw. 44 zugeführt und dann Impulskoimzidenzstufen spielswei'se 50 kHz besitzt. Die Ausgangsspannung 45 bzw. 46 zugeleitet. Um nun die Richtung der beaus dem Generator 25 gelangt über eine Impulsstufe weglichen Station bezüglich des Funkfeuers zu be-26 an den Hochfrequenzgenerator 14, so daß Hoch- 30 stimmen, werden die Phasenschieber 43 und 44 eingefrequenzimpulse, die mit 5OkHz getastet sind, an die stellt, bis in die Koinzidenzschaltungen die Koinzidenz Antenne 16 gelangen. Die Abnahmeköpfe 23 a und zwischen dem Richtungs signal und den Bezugs-23 c liefern über eine Koppeleinrichtung 27 und einen impulsen hergestellt ist. In der Impulskoinzidenz 100-kHz-Generator 28 100-kHz-Impulse über die schaltung 46 ergeben sich beim. Vergleich der harmo-Impulsstüfe 26 an den Hochfrequenzgenerator 14, so 35 rüschen Komponente des Richtungssignals und der daß diese Impulse über die Antennen 16 ausgestrahlt harmonischen Frequenz drei mehrdeutige Punkte, werden, wenn der metallische Kern die Abnahme- Die Mehrdeutigkeit wird durch den Vergleich der köpfe 23 a und 23 c passiert. Auf diese AVeise wird Grundkomponente des Ricbtungssignals und der immer dann, wenn die Reflektoren 18a, 18 b oder 18 c Grundfrequenz der Bezugsimpulse aufgelöst. Eine in einer gewünschten Richtung stehen, Bezugsimpulse ₄₀ mechanische Verbindung 47 zwischen dem Phasenausgestrahlt, schieber für die Grundwelle43 und dem Phasen-

Der Impulsgenerator 29 wird durch den zum Funk- schieber für die Harmonische 44 mit einem Verhältfeuer gehörigen Empfänger, und zwar durch den nis 1 : 3 löst dann automatisch die Mehrdeutigkeit in Detektor 36 gesteuert. Sind keine Abfrageimpulse der harmonischen Anzeige auf.

einer beweglichen Station vorhanden, dann ist die 45 Um eine Entfernungsanzeige zu erhalten, werden Verstärkung des Zwischenfrequenzverstärkers 35 so die begrenzten Impulse aus dem Begrenzer 39 den eingestellt, daß die Rausch-Ausgangs-Spannung des Meß schaltungen. 49 zugeführt, wo die zwischen, dem Empfängers die Impulsstufe 29 in der Weise be- Aussenden der Abfrageimpulse und dem Empfang der tätigt, daß Impulse einer mehr oder weniger zu- Antwortimpulse des Funkfeuers vergangene Zeit gefälligen Wiederholungsfrequenz von beispielsweise 50 messen und in elektrische Signale umgewandelt wird, 2 kHz über die Stufe 26 die Hochfrequenz des Gene- die das Entfernungsmeßgerät 50 betätigen!, rators 14 in der Weise beeinflussen, daß diese Im- Um eine Entfernungsanzeige zu erhalten, wird der

pulse in den Zeiträumen zwischen den Bezugsimpulsen Sender 52 über den. Modulator und Coder 51 in der ausgesendet werden. Auf diese Weise enthält das vom Weise gesteuert, daß codierte Abfrageimpulse ausFunkfeuer ausgestrahlte Signal dann, wenn es nicht 55 gesendet werden, die durch die Antenne 53 des Funkdurch eine bewegliche Station abgefragt wird, wie in feuer« aufgenommen und den üblichen Empfänger-Fig. 3, Kurve A, dargestellt, einen Hochfrequenz- kreisen mit einem Hochfrequenzverstärker 54, ortträger, der mit den ßezugssignalen und bei Abwesen- liehen Generator 55, Mischstufe 56 und ZF-\^rerstärheit von Abfragesignalen mit einer mehr oder weniger ker 35 zugeführt werden. Die Ausgangsspannung des beliebigen Frequenz getastet ist, während der Träger 60 ZF-\*erstärkers 35 wird dem Gleichrichter 36 und selbst durch die Umdrehung des Antenuensystems dann dem Impulsgenerator 29 zugeführt, um das amplitudenmoduliert ist. Funkfeuer zu veranlassen, im gleichen Code des auf-

Das vom Funkfeuer abgestrahlte Signal wird durch genommenen Signals zu antworten. Übersteigt die die Antenne der beweglichen Station 31 aufgenommen Ausgangsspannung des Senders einen bestimmten und den üblichen Hoch- und Zwischenfrequenzver- 65 Pegel, dann verringert der Begrenzer 59 die Empfindstärkerstufen 32 zugeführt, deren Ausgangsspannung lichkeit des ZFA^erstärkers 35, um das durch das einem Detektor 33 und einem Verstärker 34 zugeführt Rauschen des Empfängers verursachte Ausgangssignal wird. Um die der Richtungsbestimmung dienende des Funkfeuers zu vermindern.

Einhüllende wiederherzustellen, wird die gleich- Die Erfindung wurde zwar an Hand eines Ausgerichtete Spannung aus dem Verstärker 34 einer 7° fuhrungsbeispiels beschrieben. Dies stellt jedoch keine

Beschränkung des Wesens und der Anwendbarkeit der Erfindung dar.

Claims (2)

Patentansprüche

1. Die schaltungsmäßige Vereinigung eines Drehfunkfeuers, das mit mehrblättriger Strahlungscharakteristik, deren Blätter unterschiedliche Amplituden, aufweisen, und, mit zusätzlicher Übertragung von Bezugssignialen für die Grundfrequenz des Umlaufes zur Grobmessung und für eine höhere Harmonische der Grundfrequenz zur Feinmessung des Azimuts arbeitet, und einer Relaisstation für Entfernungsmessung mit verschlüsselten Impulsgruppen., derart, daß das Drehfunkfeuer impulsweise arbeitet und impulsartige Bezugs-

signale abstrahlt und in Beantwortung empfangener verschlüsselter Impulsgruppen gleichartige, von der sonstigen. Impulsfolge unterscheidbare und zur Entfernungsmessung geeignete Impulsgruppen zurücksendet.

2. Funknavigationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsimpulse magnetischen Abnehmern entnommen werden.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 276 183; britische Patentschrift Nr. 647 663; USA.-Patentschriften Nr. 2 564 703, 2 565 506. 603 776;

Elektronische Rundschau, 9 (1955), S. 123.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 709 878/201 1.58