DE1117180B - Gleitwegsystem - Google Patents

Description

INTERNAT. KL. H 04 P

DEUTSCHES

PATENTAMT

115551 IXd/21a⁴

ANMELDETAG: 24. OKTOB ER 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 16. NOVEMBER 1961

Normalerweise werden zur Blindlandung von Flugzeugen Richtfunkfeuer verwendet, durch welche eine Einflugschneise (azimutmäßig) definiert ist, um das Flugzeug in die Richtung der Landebahn zu dirigieren (Ansteuerungsfunkfeuer), und weiterhin Gleitwegsender, durch die das Flugzeug zum Aufsetzpunkt auf der Landebahn herangeführt wird.

Bei einem bekannten Typ von Anflugfunkfeuern sendet eine Antenne ein gerichtetes Strahlungsdiagramm aus, mit dessen Hilfe das Flugzeug so gesteuert wird, daß die Signale des Anflugfunkfeuers mit konstanter Intensität empfangen werden.

Bei einem anderen bekannten Anflugfunkfeuer werden zwei sich überlappende, feststehende Richtdiagramme ausgesendet, und das Flugzeug wird so navigiert, daß von den beiden Richtdiagrammen ein konstantes Zeichenverhältnis, meistens Zeichengleichheit, empfangen wird.

Es ist auch ein zur Blindlandung geeignetes Gleitwegsystem bekannt, bei dem am Boden ein Antennenrichtdiagramm vertikal geschwenkt wird, und zwar innerhalb eines Winkels, der den gewünschten Landeweg enthält. Vom Boden werden außerdem Hilfsimpulse ausgesendet, wenn der Richtstrahl den Landeweg gerade passiert.

Im Flugzeug befindet sich ein Empfänger, der jedesmal einen Impuls registriert, wenn das Flugzeug von dem abtastenden Richtstrahl getroffen wird. Durch Phasen- bzw. Zeitvergleich dieser Impulse mit den ebenfalls empfangenen Hilfsimpulsen werden Steuerwerte abgeleitet, die die etwaige Abweichung vom gewünschten Landeweg charakterisieren.

Eine derartige, in der Praxis sehr wirkungsvoll und zuverlässig arbeitende Anlage ist aber aufwendig, da am Boden eine eigene Sendeanlage für die Hilfsimpulse notwendig ist. Außerdem wird der Landeweg vom Boden aus festgelegt und ist also nicht vom Flugzeugführer wählbar.

Bei dem System gemäß der Erfindung ist die Übertragung von Zeitbezugssignalen nicht notwendig.

Die Erfindung betrifft ein Gleitwegsystem mit einem impulsmodulierten Bodensender, der ein in der Vertikalen über einen festen Bereich periodisch geschwenktes Richtdiagramm aufweist und aus dessen zeitlich festgelegtem Empfang in Empfangsanlagen von Luftfahrzeugen eine Information über den Gleitwinkel zur Landebahn hergeleitet wird.

Erfindungsgemäß unterscheidet sich die Impulswiederholungsfrequenz der Richtstrahlung bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung in kennzeichnender Weise, und für die Zeitmessung wird unter Berücksichtigung der hiermit gekennzeichneten Bewegungs-Gleitwegsystem

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

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

Beanspruchte Priorität: Großbritannien vom 31. Oktober 1957 (Nr. 33 979/57)

Charles Eric Strong, William Littery Garfield und Anthony Newton Lawson, London, sind als Erfinder genannt worden

richtung das Zeitintervall zwischen zwei den entgegengesetzten Schwenkrichtungen entsprechenden, unmittelbar aufeinanderfolgenden Empfangsintervallen herangezogen.

Die Erfindung sei an Hand eines Beispiels näher erläutert.

Diese im Zentimeterwellenbereich arbeitende Anlage enthält bodenseitig eine weiter unten noch näher erläuterte Antenne, die von einem 1-kW-Magnetronsender bekannter Bauart erregt wird.

Die Antenne ist genau so gebaut wie die eines Präzisions-Anflug-Radargerätes. An der einen Seite eines langen Hohlrohr-Wellenleiters ist eine große Anzahl kleiner Dipole (mehr als zweihundert) montiert, von denen jeder mittels einer sich in den Wellenleiter hinein erstreckenden Kopplungseinrichtung erregt wird. Eine Wand des Wellenleiters ist bewegbar angeordnet, so daß bei einer Bewegung dieser Wand die Phase der in dem Wellenleiter sich fortpflanzenden Welle verändert wird. Es ändert sich somit auch die Phase des einem jeden der Dipole zugeführten Energiebetrages. Da die Strahlung der einzelnen Dipole sich addiert, ergibt sich ein über einen gewissen Bereich schwenkbares Strahlungsdiagramm in Abhängigkeit von der Phase der die Dipole speisenden Energie und somit auch in Abhängigkeit von der sich bewegenden Wand des Wellenleiters.

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Die Wand des Wellenleiters wird mit Hilfe eines die Zwischenzeiten auf 1,5 Millisekunden genau geMechanismus auf und ab bewegt, der so gebaut ist, messen werden können.

daß der Abstrahlwinkel über den ganzen Abtastbereich Die Abwärts- und Aufwärtsbewegung der Strahlungs-

(z. B. 0 bis 7°) in der Höhe proportional der Stellung keule ist durch verschiedene Modulationen (10 bzw. des Mechanismus ist. Der Mechanismus wird mittels 5 9 kHz) gekennzeichnet, so daß sie im Flugzeug untereines Synchronmotors angetrieben, dessen Antriebs- schieden werden kann.

spannung quarzstabilisiert ist. So ändert sich der Ab- Das in der Zeichnung gezeigte Blockschema stellt

Strahlwinkel innerhalb des vorgegebenen Bereiches die in Verbindung mit dem Bodensender arbeitende linear mit der Zeit. Bordanlage dar. Sie besteht aus einer Antennenanlage 1

Der 1-kW-Magnetronsender wird beispielsweise io mit einem Hornstrahler 2, dessen Empfangsenergie während der nach unten gehenden Abtastbewegung mit über einen abstimmbaren Hohlraumresonator 4 einem Impulsen der Wiederholungsfrequenz 10 kHz und Kristalldetektor 3 zugeführt wird. Der Hohlraumwährend der nach oben gehenden Abtastbewegung mit resonator ist zum Schutz des Kristalldetektors gegen Impulsen der Wiederholungsfrequenz 9 kHz getastet. ebenfalls im Zentimeterbereich auf Flugplätzen even-Um Bodenreflexionen auszuschalten, wird der Sender 15 tuell arbeitende Radargeräte vorgesehen. Dadurch, ausgeschaltet, wenn der Abstrahlwinkel unter V₂ ° ist· daß die Bodenantenne einen außerordentlich hohen Das ist jedoch eine willkürliche Festsetzung, die je Antennengewinn hat, kann die Bordanlage sehr einfach nach dem Aufstellungsort der Antenne auch anders aufgebaut sein. Bei Verwendung eines 1-kW-Bodengewählt werden kann. senders braucht an Bord nur ein einfacher Kristall-

Die Antenne hat ein sehr schmales vertikales 20 detektor-Empfänger vorhanden zu sein. Sonst üblicher Strahlungsdiagramm, das horizontal ist, aber mehrere Aufwand, wie örtlicher Oszillator, Mischstufe und Grad breit. Zwischenfrequenzverstärker, kann bei dieser Anlage

Die Daten des Antennensystems werden zweck- wegfallen. Die Ausgangsspannung des Kristalldetektors mäßigerweise folgendermaßen gewählt: wird mittels eines koaxialen Kabels einem Empfangs-

Strahlbreite in der Höhe V₂ ⁰ Halbwertsbreite ^a5 verstärker S zugeführt, der über einen Verstärker 6 mit Strahlbreite im Azimut.. 4° Halbwertsbreite automatischer Verstärkungsregelung ausgerüstet ist.

Abtastwinkel 0 bis 7° in der Höhe, J^ie Ausgangssignale gelangen dann zu Fütern 7 und 8,

zeitlinear Impulswiederholungsfrequenzen 10 bzw.

Ab trahlwinkel ^ ^Hz durchlässig sind. Dadurch werden die Signale,

genauigkeit ". ±2 Bogenminuten ³° ^d _t ^ie Jf Abwärts- bzw. Aufwärtsbewegung des Abtast-

Abtastzvklus V Sekunde Strahles entsprechen, voneinander getrennt. Sie werden

λ ♦*.., „„ ,L· innmf„_ni, in Gleichrichtern 9 bzw. 10 gleichgerichtet und dann in

Antennengewmn 20 OÜOiach _T 1 . _r +-. -^ < -. · τ> 1 ^ 1 · ι

Impulsstufen 11 bzw. 12 in Rechteckimpulse umge-

Die Antenne tastet den Raum, angefangen bei 7° wandelt, die einer Flip-Flop-Schaltung 13 zugeführt

Erhebungswinkel, bis zu 0° linear mit der Zeit bei- 35 werden.

spielsweise in einer Achtelsekunde ab. Während der Der Grund für die Verwandlung der Empfangsnächsten Zeit von einer Achtelsekunde bewegt sich signale in Rechteckimpulse ist folgender:
der Abtaststrahl nicht. Dann kehrt sich die Abtast- Die Halbwertsbreite des Strahlungsdiagramms der richtung um, und der Strahl ist nach einer weiteren Bodenantenne beträgt Y₂ ⁰, so daß die Einhüllende der Achtelsekunde wieder bei einem Erhebungswinkel von 40 Impulse in der Form, wie sie empfangen wird, nicht V angelangt, wo er ebenfalls eine Achtelsekunde genügend genau definierte scharfe Einsatzpunkte hat. anhält. Da der Abtaststrahl in seiner Intensität kontinuierlich

Das sei als ein vollständiger Abtastzyklus bezeichnet. abnimmt, würde sich empfangsseitig daraus ein sinus-

Wenn also der Abtaststrahl die einmal festgelegte ähnliches Signal ergeben. Die Einhüllende der Emp-

Annäherungszone eines Flughafens abtastet, wird ein 45 fangsimpulse wird also in Rechteckimpulse verwandelt,

in dieser Zone befindliches Flugzeug während eines aus deren hinterer Flanke je ein scharfer Impuls für

vollständigen Abtastzyklus zweimal vom Abtaststrahl die Zeitmessung abgeleitet wird. Der aus der hinteren

getroffen, einmal bei der Abwärtsbewegung und das Flanke des Rechteckimpulses bei Abwärtsbewegung

zweitemal bei der Aufwärtsbewegung. des Abtaststrahles abgeleitete scharfe Impuls setzt die

Je höher ein Flugzeug fliegt — eine bestimmte Ent- 50 Zeitmeßschaltung in Tätigkeit. Obwohl sich die Breite

fernung vorausgesetzt —, desto langer ist die Zeit, die der Rechteckimpulse noch etwas mit der Entfernung

zwischen dem ersten und zweiten Auftreffen des Ab- des Flugzeuges von der Bodenstation ändert, ist der

taststrahles auf das Flugzeug während eines vollstän- Zeitunterschied zwischen den hinteren Flanken der

digen Abtastzyklus vergeht. Rechteckimpulse immer sehr genau zu bestimmen, weil

Um seinen Gleitwinkel zu bestimmen, muß also im 55 sich die Impulsbreite sowohl des aus der Abwärts-

Flugzeug nur die Zeit gemessen werden, die zwischen bewegung als auch des aus der Aufwärtsbewegung

zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten vergangen ist, gewonnenen Rechteckimpulses gleichermaßen ändert,

in denen der Bordempfänger Empfang verzeichnet hat. Nachdem nun aus der Abwärts- und Aufwärts-

Man kann leicht ausrechnen, daß unter einem Gleit- bewegung scharfe Impulse hergestellt worden sind,

winkel von z. B. 3,5° die Zwischenzeit 250 Muli- 60 haben die übrigen Baugruppen der Bordapparatur nur

Sekunden und unter 5Y₄° Gleitwinkel die Zwischenzeit noch den Zweck, die Zeit zwischen diesen Impulsen

312,5 Millisekunden beträgt. zu messen und eine Anzeige herbeizuführen. Das wird

Die Abtastbewegung des Strahlungsdiagramms des folgendermaßen bewerkstelligt:

Bodensenders ist sehr genau gesteuert, so daß in bei- Die Empfangsapparatur enthält einen 666-Hz-Oszilspielsweise 1,5 Millisekunden 5 Bogenminuten abge- 65 lator 14 (Periode 1,5 Millisekunden), dessen Ausgangstastet werden. Um den Gleitwinkel eines Flugzeuges spannung in einer Impulsstufe 15 in Impulse umgealso mit einer Genauigkeit von 5 Bogenminuten zu wandelt wird, die eine Torschaltung 16 passieren, messen, muß die Bordanlage so eingerichtet sein, daß welche mit Hilfe der Flip-Flop-Schaltung 13 durch die

aus der Abwärtsbewegung hergeleiteten Impulse geöffnet und durch die aus der Aufwärtsbewegung hergeleiteten Impulse wieder geschlossen wird. Auf diese Weise ist die Anzahl der die Torschaltung 16 passierenden Impulse ein Maß für den Gleitwinkel. Solche Zähleinrichtungen sind in der Peiltechnik an sich bekannt.

Wenn das Flugzeug unter 7° Gleitwinkel fliegt, ist die Zahl der die Torschaltung passierenden Impulse 252, und unter 0° ist sie 84. Für alle normalen Gleitwinkel liegt diese Anzahl also zwischen diesen beiden gegebenen Grenzen.

Die die Torschaltung 16 passierenden Impulse werden zwei binären Zählschaltungen zugeleitet. Die erste Zählschaltung, die auch Gleitwinkelwähler genannt wird, kann maximal 256 Impulse zählen, die zweite, die auch Ablesezähler heißt, kann 16 Impulse zählen. Ihre Arbeitsweise ist folgende: Der Gleitwinkelwähler 17 kann mittels einer Wähleranordnung 18 auf eine Impulszahl eingestellt werden, die etwas kleiner als die dem gewünschten Gleitwinkel entsprechende Zahl ist, z. B. so, daß er sieben Impulse weniger zählt. Ist diese Zählung erfolgt, so wird vom Gleitwinkelwähler 17 mittels einer Flip-Flop-Schaltung 20 eine Torschaltung 19 geöffnet, und die überzähligen Impulse gelangen in den Ablesezähler 21.

Wenn also ein Flugzeug genau auf dem vorgeschriebenen Gleitwinkel fliegt, zählt der Ablesezähler sieben Impulse. Ist das Flugzeug unter dem vorgeschriebenen Gleitwinkel, werden weniger, ist es darüber, werden mehr Impulse gezählt.

Der Ablesezähler 21 betreibt ein Anzeigegerät 22, das so eingerichtet ist, daß bei sieben Impulsen der richtige Kurswert angezeigt wird. Bei einem einzigen Impuls bedeutet das, daß das Flugzeug maximal zulässige Bodennähe hat, bei 13 Impulsen ist die maximal zulässige Abweichung vom Gleitweg nach oben erreicht. Bei mehr als 13 Impulsen oder weniger als einem Impuls wird eine Alarmvorrichtung ausgelöst.

Während eines jeden Abtastzyklus wird eine neue Zählung vorgenommen, indem mittels einer Torschaltung 23 das Zählgerät wieder in die Anfangsstellung geschaltet wird. Die Messung bzw. Zählung wird also jede halbe Sekunde wiederholt. Die Information ist auf dem Ablesezähler 21 so lange lesbar, bis die nächste Zählung vom Gleitwinkelwähler 17 durchgeführt worden ist.

In dem Anzeigegerät 22 ist auch ein Warnschauzeichen (nicht gezeichnet) eingebaut, das über eine Verbindungsleitung 24 vom Verstärker 6 gesteuert wird.

Wenn der Abtastzyklus auf der Bodenstation ganz genau gesteuert wird, ist die Zeit zwischen zwei Empfangsimpulsen, die entweder von zwei aufeinanderfolgenden Aufwärts- oder Abwärtsbewegungen des Abtaststrahles herrühren, gleich der eines vollständigen Abtastzyklus, nämlich Va Sekunde, unabhängig vom Gleitwinkel des Flugzeuges. Das ist ein Zeitintervall, das 333 Impulszählungen vom Oszillator 14 (666 Hz) enthält. Wenn nun der Gleitwinkelwähler für 333 Impulszählungen eingestellt ist, liefert der Kurszeiger eine »Auf Kurs «-Anzeige, unabhängig, welchen Gleitwinkel das Flugzeug gerade fliegt. Es ist damit eine Überprüfung möglich. Die Bodenstation hat natürlich ihre eigene Überwachungsanlage. Da in der beschriebenen Ausführung der Gleitwinkelwähler 17 nur 256 Impulszählungen durchführen kann, wird die Frequenz des Oszillators 14 halbiert. Das Ergebnis ist genau das gleiche.

Die beschriebene Ausführungsform ist nur geeignet, Informationen über den Gleitwinkel zu geben. Wenn gewünscht, kann jedoch noch eine Entfernungsmeßeinrichtung vorgesehen sein, indem die Bordstation außerdem einen Impulssender und die Bodenstation einen Empfänger enthält, dessen Ausgangsspannung die Phase einer der Impulsmodulationen der Sendeenergie steuert. Im Flugzeug ist dann noch ein Phasenvergleichsgerät enthalten, in dem die Phase der vom Flugzeug aus gesendeten Impulse mit der Phase der von der Bodenstation wieder empfangenen Impulse in bekannter Weise verglichen wird. Bordseitig wird dafür nur ein Dezimetersender kleiner Leistung benötigt. Es genügt eine kleine Leistung deshalb, weil der Antennengewinn der Bodenantenne außerordentlich hoch ist. Die Frequenz des Bordsenders liegt etwas nebsn der des Bodensenders. Der Bordsender wird mit Impulsen von 10 kHz Wiederholungsfrequenz moduliert, die von einem in der Bordanlage vorhandenen Oszillator abgeleitet werden.

Der Empfänger der Bodenstation ist an die Senderantenne angeschlossen und empfängt, wenn der Abtaststrahl das Flugzeug trifft, die 10-kHz-Impulse des Bordsenders. Durch diese empfangenen Impulse werden die 10-kHz-Impulse, mit denen der Bodensender bei der Abwärtsbewegung des Abtaststrahles moduliert wird, phasenmäßig in Übereinstimmung gebracht. Auf diese Weise kann in der Bordstation der Phasenunterschied zwischen den ausgesendeten Modulationsimpulsen und den wieder empfangenen verglichen werden, woraus in bekannter Weise die Entfernung bestimmt werden kann.

Der Abtaststrahl trifft das Flugzeug ungefähr 9 Millisekunden lang, so daß in dieser Zeit 90 Modulationsimpulse empfangen und wieder ausgesendet werden.

Die Phasenmessung wird gespeichert und auf einem Instrument so lange angezeigt, bis der nächste Abtastzyklus beendet ist, durch den die Anzeige dann korrigiert wird.

Das beschriebene System beginnt erst bei Annäherung des Flugzeuges an den Flughafen zu arbeiten, wenn ein gewisser Pegel im Gleitwegempfänger überschritten wird; das ist gebräuchlicherweise bei ungefähr 30 km Entfernung der Fall.

Die Systemgenauigkeit beträgt ungefähr 180 m.

Claims (4)

PATENTANS PRÜCHE:

1. Gleitwegsystem mit einem impulsmodulierten Bodensender, der ein in der Vertikalen über einen festen Bereich periodisch geschwenktes Richtdiagramm aufweist und aus dessen zeitlich festgelegtem Empfang in Empfangsanlagen von Luftfahrzeugen eine Information über den Gleitwinkel zur Landebahn hergeleitet wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die Impulswiederholungsfrequenz der Richtstrahlung sich bei der Aufwärts- und Abwärtsbewegung in kennzeichnender Weise unterscheidet und daß für die Zeitmessung unter Berücksichtigung der hiermit gekennzeichneten Bewegungsrichtung das Zeitintervall zwischen zwei den entgegengesetzten Schwenkrichtungen entsprechenden, unmittelbar aufeinanderfolgenden Empfangsintervallen herangezogen ist.

2. Gleitwegsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einhüllende der Empfangsimpulsamplituden in einen Rechteckimpuls umge-

wandelt und aus dessen hinterer Flanke ein scharfer Impuls für die Zeitmessung hergeleitet wird.

3. Gleitwegsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmessung in üblicher Weise durch Zählung von Impulsen eines örtlichen Oszillators erfolgt, die durch eine Torschaltung hindurchgehen, die durch den ersten der scharfen Meßimpulse geöffnet und durch den zweiten scharfen Meßimpuls geschlossen wird.

4. Gleitwegsystem nach Anspruch 1, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß zur zusätzlichen Entfernungs-

messung an Bord nach dem Abfrageverfahren der Phasenunterschied zwischen einer mittels eines zusätzlichen Bordsenders ausgesendeten Impulsmodulation und der empfangenen Impulsmodulation, die am Boden von der dort aufgenommenen Bordmodulation phasenmäßig gesteuert ist, gemessen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 850 555;
Radio Mentor, 21 (1955), S. 524.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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