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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
und ein Verfahren zur Ermittlung der Reichweite und Bedeckung einer
IFF (Identification Friend or Foe)-Transponderanlage eines Flugzeuges.
Die IFF-Transponderanlage eines Flugzeuges dient der Freund-/Feinderkennung.
Die Leistungsfähigkeit
einer IFF-Transponderanlage wird im Rahmen einer Flugerprobung nachgewiesen.
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Eine bekannte Einrichtung (hierzu
liegt dem Anmelder kein druckschriftlich veröffentlichter Stand der Technik
vor) zur Ermittlung der Reichweite und Bedeckung einer IFF-Transponderanlage
eines Flugzeuges umfasst
- – eine drehbare, sendende und
empfangende Richtantenne,
- – eine
Sendevorrichtung, mit der die Richtantenne ansteuerbar ist und die
so ausgebildet ist, dass Sendesignale vorbestimmter Stärke und
zeitlicher Abfolge von der Richtantenne abstrahlbar sind,
- – eine
Empfangsvorrichtung, die an die Richtantenne angeschlossen ist und
mit der Antwortsignale der IFF-Transponderanlage empfangbar sind,
- – eine
Auswerteeinrichtung, die so ausgebildet ist, dass in Abhängigkeit
der zeitlichen Abfolge Parameter betreffend die über die Richtantenne gesendeten
Sendesignale, die erhaltenen Antwortsignale und des Drehwinkels
der Richtantenne so auswertbar sind, dass die Funktionsfähigkeit
der IFF-Transponderanlage eines kreisende Flugzeuges ermittelbar
ist.
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Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben der
Einrichtung sind die Sendesignale der Richtantenne eine kontinuierliche
Abfolge mit einem ersten Impuls und einem sich hieran in einem vorgegebenen Zeitabstand
anschließenden
zweiten Impuls, wobei der vorgegebene Zeitabstand die IFF-Transponderanlage
veranlasst, ein vom Zeitabstand abhängiges Antwortsignal zu senden.
Darüber
hinaus umfasst das Sendesignal der Richtantenne zusätzlich einen kontinuierlich
abgegebenen Folgeimpuls, der zeitlich unmittelbar auf den ersten
Impuls folgt. Der Folgeimpuls dient der IFF-Transponderanlage lediglich
dazu zu erkennen, ob sich das Flugzeug im Sendebereich der Hauptkeule
der Richtantenne befindet oder nicht. Im Sachzusammenhang der Zeichnungen
wird dies noch näher
erläutert.
Der Nachteil der Einrichtung und des Verfahrens bestehen darin,
dass die IFF-Transponderanlage
eines beispielsweise kreisenden Flugzeuges nur dann überprüft werden
kann, wenn das Flugzeug sich im Bereich der Hauptkeule der sich
drehenden Richtantenne befindet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Einrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung der Reichweite und
Bedeckung einer IFF- Transponderanlage
eines Flugzeuges so auszubilden, dass die Effizienz und die Genauigkeit
gesteigert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Patentanspruches 1, der eine Einrichtung beschreibt,
und des Patentanspruches 4, der ein Verfahren beschreibt,
gelöst.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen
darin, dass die Reichweite und die Bedeckung einer IFF-Transponderanlage
eines Flugzeuges schnell, einfach und mit hoher Genauigkeit ermittelt
werden kann. Zunächst
ist eine drehende und sendende Richtantenne vorgesehen, die lediglich
im Rahmen der Ermittlung des Azimuts eines zu erprobenden Flugzeuges
benötigt
wird. Ferner ist eine feststehende, sendende und empfangende Breitstrahlantenne vorgesehen.
Der Abstrahlwinkel bzw. der Empfangswinkel der Breitstrahlantenne
ist so, dass die Kreisflüge,
die von dem Flugzeug in einer vorbestimmten Entfernung zur Einrichtung
stattfinden, in diesen Sendewinkel bzw. Empfangswinkel der Breitstrahlantenne
hineinpassen. Eine Sendevorrichtung ist vorgesehen, mit dem die
Richtantenne und die Breitstrahlantenne einzeln ansteuerbar sind
und die so ausgebildet ist, dass Sendesignale vorbestimmter Stärke und
zeitlicher Abfolge von der Richtantenne und der Breitbandantenne
abstrahlbar sind. Mit einer Empfangsvorrichtung, die an der Breitstrahlantenne angeschlossen
ist, sind die Antwortsignale der IFF-Transponderanlage empfangbar.
Mit einer Auswerteeinrichtung sind in Abhängigkeit der zeitlichen Abfolge
Parameter betreffend die über
die Breitstrahlantenne und die Richtantenne gesendeten Sendesignale,
die erhaltenen Antwortsignale und des Drehwinkels der Richtantenne
so auswertbar, dass die Funktionsfähigkeit der IFF-Transponderanlage
eines kreisenden Flugzeuges ermittelbar ist. Während der Erprobung sind die
Sendesignale der Breitstrahlantenne eine kontinuierliche Abfolge
mit einem ersten Impuls und einem sich hieran in einem vorgegebenen
Zeitabstand anschließenden
zweiten Impuls. Der vorgegebene Zeitabstand veranlasst die IFF-Transponderanlage,
ein vom Zeitabstand abhängiges
Antwortsignal zu senden. Das Sendesignal der sich drehenden Richtantenne
ist ein kontinuierlich abgegebener Folgeimpuls, der zeitlich unmittelbar auf
den ersten Impuls folgt. Wenn die Richtantenne genau auf das Flugzeug
ausgerichtet ist, wird dies von der IFF-Transponderanlage als Nebenkeulen-Anpeilung
gewertet mit der Folge, dass kein Antwortsignal von der IFF-Transponderanlage
gesendet wird. Mit dem Parameter des fehlenden Antwortsignals der
IFF-Transponderanlage in Verbindung mit dem Parameter des Drehwinkels
der Richtantenne wird der Azimut des Flugzeuges berechnet. Mit der Breitstrahlantenne überprüft man,
ob die IFF-Transponderanlage eines sich in einer bestimmten Entfernung
kreisenden Flugzeuges noch arbeitet oder nicht.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist
die Richtantenne eine Balkenantenne. Als Breitstrahlantenne eignet
sich ein Hornstrahler.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei
zeigen jeweils als Prinzipskizze:
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1 eine
perspektivische Darstellung einer Einrichtung zur Ermittlung der
Reichweite und Bedeckung einer IFF-Transponderanlage eines Flugzeuges;
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2 eine
Draufsicht, welche den Ortspunkt der Richtantenne und der Breitstrahlantenne
in Bezug auf ein kreisendes Flugzeug illustriert;
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3 eine
Schemaskizze der herkömmlichen
Einrichtung zur Ermittlung der Reichweite und Bedeckung einer IFF-Transponderanlage;
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4 ein
Diagramm der herkömmlichen
Einrichtung, in dem die empfangenen Impulse über die Zeit aufgetragen sind
für den
Fall, dass sich die IFF-Transponderanlage des Flugzeuges im Bereich der
Hauptkeule befindet;
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5 ein ähnliches
Diagramm wie in 4, wobei
jedoch der Fall dargelegt ist, bei dem sich das Flugzeug im Bereich
einer Nebenkeule befindet;
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6 eine
Schemaskizze der erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Ermittlung der Reichweite und Bedeckung einer IFF-Transponderanlage;
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7 ein
Diagramm der erfindungsgemäßen Einrichtung,
in dem die von der Transponderanlage empfangenen Impulse über die
Zeit hinweg aufgetragen sind, wobei der Fall dargestellt ist, bei
dem die Richtantenne nicht auf das Flugzeug ausgerichtet ist;
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8 ein ähnliches
Diagramm wie in 7, wobei
jedoch der Fall dargestellt ist, bei dem die Richtantenne genau
auf das Flugzeug ausgerichtet ist;
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9 ein
Kreiswinkeldiagramm, welches über
den Drehwinkel eines kreisenden Flugzeuges angibt, mit welcher Zuverlässigkeit
die IFF-Transponderanlage
eines Flugzeuges arbeitet.
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Anhand der 1 wird zunächst die Einrichtung zur Ermittlung
der Reichweite und Bedeckung einer IFF-Transponderanlage eines Flugzeuges
beschrieben. Die Einrichtung weist zunächst eine drehbare und sendende
Richtantenne 1 und eine feststehende, sendende und empfangende Breitstrahlantenne 2 auf.
Die Richtantenne 1 und die Breitstrahlantenne 2 sind
auf einer Plattform eines Antennenmastes angeordnet. Im Bodenbereich,
illustriert durch eine Box, sind angeordnet
- – eine Sendevorrichtung 3,
mit dem die Richtantenne 1 und die Breitstrahlantenne 2 einzeln
ansteuerbar sind und die so ausgebildet ist, dass Sendesignale vorbestimmter
Stärke
und zeitlicher Abfolge von der Richtantenne 1 und der Breitbandantenne 2 abstrahlbar
sind,
- – eine
Empfangsvorrichtung 4, die an der Breitstrahlantenne 2 angeschlossen
ist und mit der Antwortsignale der: IFF-Transponderanlage empfangbar
sind,
- – eine
Auswerteeinrichtung 5, die so ausgebildet ist, dass in
Abhängigkeit
von der zeitlichen Abfolge Parameter betreffend
- – die über die
Breitstrahlantenne 2 und die Richtantenne 1 gesendeten
Sendesignale,
- – die
erhaltenen Antwortsignale und
- – des
Drehwinkels der Richtantenne so auswertbar sind, dass die Funktionsfähigkeit
der IFF-Transponderanlage
eines kreisenden Flugzeuges ermittelbar ist.
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2 gibt
einen Einblick in den Erprobungsablauf. Eingezeichnet ist zunächst ein
Ortspunkt, wo sich die Richtantenne 1 und die Breitstrahlantenne 2 befinden.
Mit dem nach N zeigenden Pfeil wird die Nordrichtung illustriert.
Mit dem Pfeil A wird der Azimut eines Flugzeuges 8 illustriert.
Darüber
hinaus ist eine Kreisbahn dargestellt, über die das Flugzeug während der
Erprobung fliegt. Zu ermitteln ist, unter welchem Drehwinkel des
kreisenden Flugzeuges die IFF-Transponderanlage funktioniert oder
nicht. Ein typisches Erprobungsdiagramm zeigt 9. Dort ist die Zuverlässigkeitsrate
in % aufgetragen, unter welchem Drehwinkel des in Kreisen fliegenden
Flugzeuges die Transponderanlage empfangs- und sendebereit ist.
Man sieht, dass Einbrüche
in dem Bereich zwischen 180° und
etwa 230° vorhanden
sind.
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Die 3 bis 5 betreffen eine herkömmliche Einrichtung
und das herkömmliche
Verfahren (hierzu liegt dem Anmelder kein druckschriftlich veröffentlichter
Stand der Technik vor). Gemäß der 3 arbeitet das herkömmliche
Verfahren mit lediglich einer Richtantenne 1. Durch ein
Viereck ist eine Sendevorrichtung 3, eine Empfangsvorrichtung 4 und
eine Auswertevorrichtung 5 illustriert. Allgemein weisen
Richtantennen hinsichtlich der Sende- und der Empfangscharakteristik
eine Hauptkeule sowie mehrere Nebenkeulen auf. Diesem Sachverhalt
trägt die IFF-Transponderanlage
eines Flugzeuges dadurch Rechnung, dass sie, wenn sie in dem Sende-
und Empfangsbereich einer Nebenkeule ist, keine Antwortsignale aussendet.
Um dies zu realisieren, wird mit einem Folgeimpuls Pfgearbeitet,
der von der Richtantenne 1 über einen separaten Kanal ausgestrahlt
wird. Die Abstrahlcharakteristik des Folgeimpulses Pf ist
durch die apfelförmige
Linie gekennzeichnet. Der Pegel des Folgeimpulses Pf ist
größer als
der maximale Pegel einer Nebenkeule. Die Nebenkeulen sind durch
eine Zickzacklinie illustriert. Die eingebaute Prüfungslogik
einer IFF-Transponderanlage überprüft, ob der
Pegel des erhaltenen Folgeimpulses Pf größer gleich
des Pegels des ersten Impulses P 1 ist, um einen Nebenkeulen-Empfang
zu erkennen. Dies wird nachfolgend genauer an Hand den 4 und 5 dargelegt.
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Die 4 betrifft
den Fall, bei dem das Flugzeug genau im Bereich der Hauptkeule fliegt.
Die IFF-Transponderanlage empfängt
den ersten Impuls P1 mit einem recht hohen Pegel. Der nach zwei
Mikrosekunden eintreffende Folgeimpuls Pf ist
vom Pegel her viel niedriger als der erste Impuls P1. Die Auswertelogik
der IFF-Transponderanlage erkennt, dass der empfangene erste Impuls
P1 von der Hauptkeule stammt. Der erhaltene zweite Impuls P2 und
der ermittelte Zeitabstand zwischen dem ersten Impuls P1 und zweiten
Impuls P2 veranlasst die IFF-Transponderanlage zur Abgabe eines
entsprechenden Antwortsignals.
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Anders verhält sich der Sachverhalt, wenn das
Flugzeug sich außerhalb
des Bereiches der Hauptkeule aufhält und statt dessen Sendesignale einer
Nebenkeule empfängt. 5 illustriert dies. Dort
ist der empfangene P1-Pegel
niedrig. Der Folgeimpuls Pf, der von der
Richtantenne über
den zweiten Kanal abgestrahlt wird, weist einen höheren Pegel auf.
Die Auswertelogik der IFF-Transponderanlage erkennt, dass das Flugzeug
sich außerhalb
der Hauptkeule im Bereich einer Nebenkeule befindet und gibt kein
Antwortsignal ab.
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Die herkömmliche Einrichtung gemäß 3 kann die IFF-Transponderanlage
nur dann testen, wenn sich das Flugzeug im Hauptkeulenbereich befindet.
Benötigt
die Richtantenne 10 sec. für
einen Umlauf, können
nur für
den kurzen Zeitraum von etwa 70 Millisekunden die relevanten Messungen vorgenommen
werden. Je nach Durchmesser des Kreises, den das Flugzeug während seiner
Erprobung umfliegt, erhält
man pro Kreisflug nur alle 10° einen
Messwert.
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Die 6 bis 8 betreffen im Gegensatz
zu den 3 bis 5 die erfindungsgemäße Einrichtung.
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In 6 ist
die Richtantenne 1, die Breitstrahlantenne 2 und
durch einen Kasten illustriert der Sendeverstärker 3, die Empfangsvorrichtung 4 und die
Auswerteeinrichtung 5 dargestellt. Mit der neu hinzu gekommenen Breitstrahlantenne 2 wird
ein permanenter Sende- und Empfangsbetrieb ermöglicht. Der Richtantenne 1 kommt
lediglich die Aufgabe zu, den Azimut des Flugzeuges zu berechnen.
Hierzu simuliert man eine Nebenkeulen-Anpeilung. Die Sendesignale
der Breitstrahlantenne 2 sind eine kontinuierliche Abfolge
mit einem ersten Impuls P1 und einem sich hieran in einem vorgegebenen
Zeitabstand anschließenden
zweiten Impuls P2. Der vorgegebene Zeitabstand veranlasst die IFF-Transponderanlage,
ein vom Zeitabstand abhängiges
Antwortsignal zu senden. Das Sendesignal der Richtantenne 1 ist ein
kontinuierlich abgegebener Folgimpuls Pf,
der zeitlich unmittelbar auf den ersten Impuls P1 folgt. Wenn die
Richtantenne 1 genau auf das Flugzeug ausgerichtet ist,
wird dies von der IFF-Transponderanlage als Nebenkeulen- Anpeilung
gewertet mit der Folge, dass kein Antwortsignal von der IFF-Transponderanlage
gesendet wird. Mit dem Parameter des fehlenden Antwortsignals der
IFF-Transponderanlage in Verbindung mit dem Parameter des Drehwinkels
der Richtantenne wird der Azimut des Flugzeuges berechnet.
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Die 7 illustriert
den Fall, bei dem die Richtantenne nicht genau das Flugzeug anpeilt.
Der erste Impuls P1 und der zweite Impuls P2 weisen einen hohen
Pegel auf. Da der Folgeimpuls Pf nur mit einem
sehr niedrigen Pegel empfangen wird, wertet dies die IFF-Transponderanlage
als Hauptkeulenanpeilung aus und sendet demzufolge ein Antwortsignal
entsprechend dem Zeitabstand zwischen dem ersten Impuls P1 und dem
zweiten Impuls P2 zurück.
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Anders liegt der Sachverhalt in 8. Dort ist der Fall dargestellt,
bei dem sich das Flugzeug genau in dem sehr schmalen Hauptkeulenbereich
der Richtantenne befindet. Die IFF-Transponderanlage empfängt zunächst die
von der Breitstrahlantenne abgesandten ersten Impulse P1 und zweiten
Impulse P2 mit einem hohen Pegel. Weil sich das Flugzeug jedoch
in dem Hauptkeulenbereich der Richtantenne befindet, erhält es den
Folgeimpuls Pf mit einem stärkeren Pegel,
als es den ersten Impuls P1 oder zweiten Impuls P2 empfängt. Diese
Simulation der Nebenkeulen-Anpeilung bewirkt, dass die IFF-Transponderanlage
kein Antwortsignal aussendet. Mit dem fehlenden Antwortsignal in
Verbindung mit dem Parameter des Drehwinkels wird der Azimut des
Flugzeuges berechnet.
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- 1
- Richtantenne
- 2
- Breitstrahlantenne
- 3
- Sendevorrichtung
- 4
- Empfangsvorrichtung
- 5
- Auswerteeinrichtung
- 8
- Flugzeug
- I
- Intensität
- t
- Zeit
- N
- Norden
- A
- Azimut
- P1
- erster
Impuls
- Pf
- Folgeimpuls
- P2
- zweiter
Impuls