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Überlagerungsempfänger für ein Hyperbelnavigationssystem Die Erfindung
betrifft einen tJberlagerungsempfänger für ein Hyperbelnavigationssystem, bei welchem
von drei an vorgegebenen Orten gelegenen Sendestellen aus jeweils verschiedenen
hochfrequenten Wellen aufmodulierte Signale einer vorgegebenen gemeinsamen Frequenz
Jo mit vorgegebener, vorzugsweise gleicher Phasenlage ausgestrahlt werden und bei
welchem empfangsseitig zur Ortsbestimmung der Empfangsstelle im Schnittpunkt zweier
hyperbelförmiger Navigationsstandlinien unter Verwendung den einzelnen Sendestellen
zugeordneter, auf entsprechende unterschiedliche Mittenfrequenzen abgestimmter Zwischenfrequenzverstärker
und daran angeschlossener Demodulatoren die Phasendifferenzen von jeweils zwei der
auf Grund der Signallaufzeiten zwischen den Sendestellen und der Empfangsstelle
auftretenden Phasenänderungen der Signale bestimmt werden. Ein derartiges Funknavigationssystem
ist beispielsweise unter der Bezeichnung »Decca-Navigationssystem« bekannt.
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Fig. 1 zeigt im Blockschaltbild einen zum Empfang und zur Auswertung
der Aussendungen eines derartigen Navigationss;ystems geeigneten bekannten Funknavigationsempfängers,
wobei vorausgesetzt ist, daß bei diesem Funknavigationssystem sendeseitig drei Sendestellen
an vorgegebenen Orten vorgesehen sind und daß von diesen Sendestellen, die mit M-Stelle,
R-Stelle und G-Stelle bezeichnet seien, voneinander unterscheidbare Trägerfrequenzen
JM, JR bzw. Ja ausgestrahlt werden, welche mit einer vorgegebenen gemeinsamen Frequenz
moduliert sind, wobei die Phasen der Modulationsfrequenzen an den einzelnen Sendestellen
miteinander synchronisiert sind. Diese Aussendungen werden in der Empfangsstelle
gemäß F 1 g. 1 mittels der Empfangsantenne 1 aufgenommen und den auf die unterschiedlichen
Trägerfrequenzen abgestimmten Empfängern 2, 3 bzw. 4 zugeführt. Hierbei ist der
Empfänger 2 auf die Frequenz JM, der Empfänger 3 auf die Frequenz und der Empfänger4
auf die Frequenzf, abgestimmt.
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Die an den Ausgängen dieser Empfänger auftretenden demodulierten Signale
mit der Frequenz werden mittels der Phasenmesser 5 bzw. 6 phasenmäßig ausgewertet,
indem die Phasendifferenzen von jeweils zwei der auf Grund der Signallaufzeiten
zwischen den Sendestellen und der Empfangsstelle auftretenden Phasenänderungen der
Signale mit der Frequenz bestimmt werden.
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Als sehr nachteilig hat sich bei dem bekannten Funknavigationsempfänger
nach F i g. 1 und ähnlichen Empfängern herausgestellt, daß bei relativ großen Empfängerhandbreiten
in den Empfän-
gern 2; 3 und 4 ein für die Praxis oft zu grfes Rauschen auftritt,
was zumindest die Meßgenauigkeit beeinträchtigt oder in vielen Fällen bei zu geringer
Empfangsfeldatärke der Signale eine Ortsbestimmung überhaupt unmöglich macht. Wählt
man dagegen die jeweilige Bandlireite nicht größer, als angenähert der Frequenz
1o entspricht, so treten innerhalb der Emp fänger Phasenfehler der Signale auf,
die die MelJ-ergebnisse unzulässig stark verfälschen können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen nach dem Überlagerungsprinzip
arbeitenden Funknavigationsempfänger für ein Hyperbelnavigationssystem anzugeben,
bei welchem die erwähnten Nachteile zumindest stark verringert sind.
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Die Erfindung betrifft also einen nach dem Uber-1 agerungsprinzip
arbeitenden Flmkn;lvitisenzpfänger für ein Hyperbelnavigationssystem, bei welchem
von drei an vorgegebenen Orten gelegenen Sende stellen aus jeweils verschiedenen
hochfrequenten Wellen aufmodulierte Signale einer vorgegebenen gemeinsamen FrequenzfO
mit vorgegebener Phasenlage ausgestrahlt werden und bei welchem empfangsseitig zur
Ortsbestimmung der Empfangsstelle im Schnittpunkt zweier hyperbelförmiger Navigation
standlinien unter Verwendung den einzelnen Sende stellen zugeordneter, auf entsprechende
unterschiedliche Mittenfrequenzen abgestimmter Zwischenfrequenzverstärker und daran
angeschlossener Demodulatoren die Phasendifferenzen von jeweils zwei der auf Grund
der Signallaufzeiten zwischen den
Sendestellen und der Empfangsstelle
auftretenden Phasenänderungen der Signale bestimmt werden. Die Erfindung besteht
darin, daß die Frequenz des Überlagerungsoszillators mit einer Frequenz f0 + #f
moduliert ist (#f sehr klein gegen die Zwischenfrequenzen) und daß die Bandbreiten
der Zwischenfrequenzverstärker und Demodulatoren lediglich so groß gewählt sind,
daß der Phasenfehler der Frequenz J J an den Ausgängen der Demodulatoren vernachlässigbar
ist.
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Im folgenden seien zur näheren Erläuterung der Erfindung besonders
vorteilhafte Ausführungsbeispiele derselben im einzelnen beschrieben.
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Fig.2 zeigt im Blockschaltbild einen nach dem Überlagernngsprinzip
arbeitenden bevorzugten Funknavigationsempfänger nach der Erfindung, dem die von
den Sendestellen eines Hyperbelnavigationssystems ausgestrahlten Signale über eine
Empfangsantenne 7 zugeführt werden. Die Mittel zur Gewinnung von Zwischenfrequenzen
aus den Empfangssignalen, beispielsweise der Sendestelle M (d. h. der M-Stelle),
die im wesentlichen aus den Frequenzkomponenten fM, JM + J0 und JM - J0 bestehen,
enthalten einen Oszillator 8, der eine Frequenz J0 + Jf abgibt, wobei gemäß einer
der Erfindung zugrunde liegenden wesentlichen Erkenntnis die Frequenzdj klein gegen
die gewünschten Zwischenfrequenzen gewählt ist. Mit der Bezugsziffer 9 ist ein weiterer
Oszillator, der üblicherweise als Lokaloszillator bezeichnet wird, versehen, welcher
die Frequenz abgibt, wobei im vorliegenden Ausführungsbelspiel JL größer als die
Empfangsträgerfrequenzen gewählt ist.
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Die Ausgangsfrequenzen der Oszillatoren 8 und 9 werden in einer Mischstufe
10 miteinander überlagert, deren ausgangsseitigen Frequenzkomponenten JL, fL + (f0
+ #f) und JL-(f0+AJ) der eigentlichen Empfängermischstufe 11 als Überiagerungsfrequenz
zugeführt werden. Die eingangsseitig an den Ausgang der Mischstufe 11 parallel angeschlossenen
Zwischenfrequenzverstärker und Demodulatoren 12, 13 und 14 sind auf die Mittenfrequenzen
JL - JM, fL - fR bzw. f,-f, abgestimmt. An ihre Ausgänge sind wiederum Phasendifferenzmesser
15 bzw. 16 angeschlossen.
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Die durch den Zwischenfrequenzverstärker und Demodulator 12, dessen
Mittenfrequenz f,- f, ist, verarbeiteten Frequenzkomponenten sind nur die folgenden
drei: fL fM > [fL + (f0 + #f)] - (fM + f0) = (fL - fM) + #f und [fL - (f0 + #f)]-
(fM - f0)=(fL - fM) - #f.
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Da im Baustein 12 ein Demodulator vorgesehen ist, kann an dessen
Ausgang die Frequenz gewonnen werden, deren Phase gleich der Phase der Modulationsfrequenz
J0 der Trägerfrequenz JM ist, wie aus der allgemeinen Modulationstheorie leicht
bewiesen werden kann.
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Analoges trifft auf die Phasen der Ausgangssignale mit der Frequenz
df der Bausteine 13 und 14 zu, so daß die von den Phasenmessern 15 und 16 bestimmten
Phasendifferenzwerte den Laufzeitunterschieden der Signale zwischen jeweils zwei
der Sendestellen und der Empfangsstelle entsprechen, wobei der wesentliche Vorteil
auftritt, daß - da die Frequenz Xf durch entsprechende Wahl der Frequenz des Oszillators
8 sehr klein gewählt werden kann - bei dann
möglicher nur sehr geringer Bandbreite
der Bausteine 12, 13 bzw. 14 und damit geringem Rauschen bzw. großer Empfindlichkeit
der jeweilige Phasenfehler der Signale in der Empfangsanlage so gering gehalten
werden kann, daß er in der Praxis meist vernachlässigt werden kann und daß im Vergleich
zu den beispielsweise mittels der Phasenmesser 5 und 6 beim Empfänger nach F i g.
1 gewonnenen Informationen mit dem erfindungsgemäßen Funknavigationsempfänger eine
weitaus höhere Meßgenauigkeit erhalten wird.
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Der erfindungsgemäße Funknavigationsempfänger ist vorteilhaft auch
zur Phasensynchroriisation der Sendesignale des erwähnten Hyperbelnavigationssystems
verwendbar. Fig. 3 zeigt im Blockschaltbild ein Ausführungsbeispiel einer derartigen
Sendeanlage. Der Empfangsteil dieser SendeaIllage, der zur Synchronisation erforderlich
ist, gleicht im Grundaufbau einem wesentlichen Teil der Empfangs anlage nach F i
g. 2, wie durch die gleichen Bezug ziffern an den entsprechenden Bausteinen angedeutet
ist. Mit 15' ist hierbei der Phasenmesser zur Bestimmung der Phasendifferenz der
Ausgangssignale der Bausteie 12 und 13 bezeichnet. Das dieser Phasen differenz entsprechende
Ausgangssignal des Phasenmessers 1S' gelangt über einen Verstärker 16 auf einen
Phasenentzerrer17, in welchem die Frequenz des Oszillators 18 phasenrnäßig justiert
wird. Der Ausgang des Phasenentzerrers 17 ist mit dem Mob lationsvorgang der tberlagerungsstufe
19 verbunden, welche der Modulation der Frequenz Ja des OszlIlatorf 20 dient. Über
einen Senderleistungsversärker 21 ist eine Sendeantenne 22 zur Ausstrahlung der
mit der Frequenz fO phasenrichtig modulierten Trägerfrequenz fG angeschlossen.
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In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung ist
unterstellt, daß von den verscho denen Sendestellen des Hyperbeinavigationssystems
unterschiedliche Trägerfrequenzen abgestrahlt werden. Selbstverständlich ist die
Erfindung jedoch auch in Verbindung mit einem Zeitmultiplexverfahren vorteilhaft
anwendbar, bei dem von allen Sendestellen die gleiche Trägerfrequenz zu verschiedenen
Zeiten ausgestrahlt wird. Hierbei sind beispielsweise die Bausteine 12, 13 und 14
beim Ausfuhnmbeispiel der Erfindung nach Fig. 2 in einem Zwischenfrequenzverstärke
r und Demodulator zu vereinigen und dessen Ausgangssignale nacheinander entsprechend
den vorliegenden Zeitintervallen des Zeitmultiplexverfahrens auf die Phasenmesser
15 bzw. 16 umzuschalten.