DE1257897B - Verfahren und Vorrichtung zur Nahflugsicherung durch Drehfunkfeuer - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4-48/15

Nummer: 1 257 897

Aktenzeichen: S 65714IX d/21 a4

Anmeldetag: 4. November 1959

Auslegetag: 4. Januar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Nahflugsicherung durch Drehfunkfeuer, insbesondere für Azimutmessungen an Bord, durch Messung von Dopplerverschiebungen sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Derartige Verfahren dienen insbesondere zur Azimutmessung von einem Flugzeug aus, bei dem das Drehfunkfeuer an der Bodenstation angeordnet ist und sich im Flugzeug ein richtungsunempfindlicher Empfänger befindet. Dabei geht die Erfindung von einem Verfahren dieser Gattung aus, bei dem ein Antennensystem aufeinanderfolgend nach verschiedenen Richtungen eine konstante Frequenz ausstrahlt, deren Phase am Empfangsort in bezug auf ein dem Empfänger zusätzlich von der Anlage übermitteltes Bezugssignal sich periodisch in Abhängigkeit von der Winkellage des Empfängers zum Antennensystem ändert. Das Bezugssignal ist mit der Ümlaufperiode der Drehfunkfeuerstrahlung synchronisiert. Das Drehfunkfeuer-Antennensystem weist einen Durchmesser von mehr als zwei Wellenlängen auf. Der Empfänger ist mit einer Anordnung zum Vergleich der richtungsabhängigen Phasen- und Frequenzänderung der von dem Drehfunkfeuer-Antennensystem ausgehenden Strahlung und mit der Phase des Bezugssignals und zur Auswertung der Phasendifferenz als Kennzeichen der Winkellage relativ zum Drehfunkfeuer versehen. Bei diesen bekannten VOR-Flugortungsverfahren werden von einer Antennenanlage zwei Frequenzen ausgestrahlt. Während die erste Frequenz das Azimutsignal beinhaltet, ist in der zweiten Frequenz das Bezugssignal enthalten. Die in diesen beiden Frequenzen enthaltenen Informationen werden an Bord des Flugzeuges ausgewertet. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Genauigkeit der Flugortung sehr zu wünschen übrig läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Flugortung zu verbessern.

Ferner sind Drehfunkfeuersysteme bekannt, bei denen an der Bodenstation ein um eine vertikale Achse sich ständig drehendes Antennensystem befindet. Die Antenne hat Richteigenschaften, so daß sich für einen entfernten Empfänger ähnliche Strahlungsverhältnisse ergeben, wie sie ein rotierender Scheinwerfer bietet. Gleichzeitig mit der Aussendung der gerichteten Strahlung durch das rotierende Antennensystem wird eine ungerichtete Strahlung ausgesandt, die ein Bezugssignal bildet, das mit der Antennenrotation synchronisiert ist. Dadurch läßt sich feststellen, unter welchem Azimutwinkel in bezug auf das Drehfunkfeuer sich der Empfänger befindet.

Verfahren und Vorrichtung zur
Nahflugsicherung durch Drehfunkfeuer

Anmelder:

ίο Servo Corporation of America,
New Hyde Park, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. Dipl.-Ing. R. Poschenrieder,
Patentanwalt,

8000 München 8, Lucile-Grahn-Str. 38

Als Erfinder benannt:
Paul G. Hansel, Greenvale, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 20. Februar 1959 (794 635)

Die Phasenlage des maximalen Empfangs des Drehfunkfeuersystems relativ zum Bezugssignal liefert den für die azimutale Lage des Empfängers relativ zum Sendeort maßgeblichen Meßwert. Bei diesem bekannten Verfahren befindet sich der Frequenzbereich zwischen 112 und 118 MHz. Die durch das rotierende Antennensystem ausgesandte Strahlung wird als eine 30% in der Amplitude modulierte Strahlung empfangen, so daß die Modulationsfrequenz entsprechend der Rotationsfrequenz der Antenne 30 Hz beträgt. Das ungerichtet ausgestrahlte Bezugssignal wird auf einem Zwischenträger von 9,96 kHz auf der Frequenz der rotierenden Drehfunkfeuerstrahlung übertragen, und zwar als Amplitudenmodulation mit einem Modulationsgrad von 3O°/o. Dabei ist der Zwischenträger mit der eigentliehen Bezugssignalfrequenz moduliert mit einem maximalen Frequenzhub von 480 Hz und einer Modulationsfrequenz von 30 Hz. Eine Amplitudengleichrichtung am Empfangsort liefert einerseits den das Bezugssignal als Frequenzmodulation tragenden Zwischenträger und andererseits das 30-Hz-Signal, das mit entsprechender Phasenlage durch die mit periodisch schwankender Intensität einfallende Strah-

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lung des rotierenden Antennensystems bedingt ist. Nach einer Frequenzdemodulation des Zwischenträgers können dann für die Richtungsmessung das letztgenannte 30-Hz-Signal und das ebenfalls auf der Frequenz von 30 Hz liegende Bezugssignal verglichen werden.

Bei Drehfunkfeuernavigationsanlagen die Phasenverschiebungen, die durch den Dopplereffekt einer
um eine vertikale Achse exzentrisch auf einer Kreisbahn rotierenden, eine ungerichtete Strahlung aus- io ordnet sind und nacheinander zur Aussendung der sendenden Antenne bedingt sind, auszunutzen, ist ersten Frequenz dienen. Die zweite, das Bezugssignal bekannt. Ein vertikaler Dipolstrahler, der exzentrisch " ~
mit einem Radius von etwa 2 λ um eine vertikale
Achse gedreht wird, bildet für einen entfernten
Empfangsort eine phasenmodulierte Strahlungs- 15
quelle. In den Augenblicken, in welchen sich der Dipolstrahler senkrecht zur Richtung Sender—Empfänger bewegt, findet eine Maximal-Dopplereffektverschiebung der Sendestrahlung statt, während in

den Zeitpunkten, in welchen der Strahler gerade die 20 wohl bereits bekannte VOR-Geräte benutzt werden Verbindungslinie Sender—Empfänger durchschnei- können. Wenn die Parameter des umlaufenden Antennensystems geeignet gewählt sind, kann an Bord des Flugzeuges derselbe Empfänger verwendet werden, der zur Anzeige der bereits bekannten, mit einer 25 rotierenden Richtstrahlung arbeitenden Anlage verwendet ist. Die Frequenzdemodulation erfolgt dabei

denmoduliert wird. Die zweite Frequenz weicht daher erfindungsgemäß um einen bestimmten Frequenzbetrag von der vom Drehfunkfeuer ausgesandten Frequenz ab. Außerdem ist die Amplitude dieser 5 zweiten Frequenz mit dem Bezugssignal moduliert. Die erste, vom Drehfunkfeuer ausgesandte Frequenz weist eine Phasenmodulation gemäß der Relativlage der die Frequenz aussendenden Antennenpunkte auf, die auf einem kreisförmigen Weg angein Form einer Amplitudenmodulation enthaltenden Strahlung wird von einer zusätzlichen Antenne, und zwar ungerichtet, abgestrahlt.

Bei einem Funkortungsverfahren mehrere Antennensysteme anzuwenden, ist an sich ebenfalls bekannt.

Die erfindungsgemäße Vereinigung verschiedener Teilmerkmale ermöglicht ein sehr genaues Orten, ob-

ebenfalls auf der Zwischenträgerfrequenz, die durch Schwebungswellenbildung der beiden vom Sender ausgestrahlten Trägerwellen durchgeführt wird.

Wie nachstehend noch weiter ausgeführt wird, ergeben sich dieselben Frequenzen und Phasenunterschiede wie bei der bekannten, mit einer rotierenden Richtstrahlung und einem frequenzmoduliert ausgesandten Bezugssignal arbeitenden Vorrichtung, wenn

det, die am Empfangsort eintreffende Strahlung nicht durch eine Dopplerverschiebung beeinträchtigt ist, soweit von einem Dopplereffekt zweiter Ordnung abgesehen werden kann.

Der um eine vertikale Achse exzentrisch rotierende Dipol beschreibt bei einem bekannten Verfahren eine Kreisbahn mit einem Durchmesser von 2,34 λ. Die Rotation erfolgt mit 885 Umdrehungen pro Minute, und die maximale Dopplerverschiebung beträgt 30 108,5 Hz.

Während auf diese Weise die von dem umlaufenden Dipol ausgesendete Strahlung für den Empfänger eine frequenzmodulierte Strahlung darstellt, deren Phasenlage der Modulation durch den Zeitpunkt 35 der Kreis, auf welchem die ungerichtete Antenne bestimmt ist, in dem der Dipol bei seinem Umlauf umläuft, einen Durchmesser von 5,1 λ besitzt. Statt die Verbindungslinie Sendeort—Empfangsort durch- eines mechanisch umlaufenden Dipols kann auch schneidet, wird das Bezugssignal durch ein Ampli- eine feststehende Antennenanordnung verwendet tudenmodulationssignal der von dem rotierenden werden, bei der beispielsweise 48 Vertikalantennen Dipol ausgesendeten Strahlung gebildet, das relativ 40 auf einem Kreis von 5,1 λ Durchmesser angeordnet zum Dipolumlauf synchronisiert ist und der Umdre- sind und zyklisch nacheinander durch eine Goniohungszahl von 885 Umdrehungen pro Minute ent- metervorrichtung erregt werden, sprechend eine Frequenz von 14,75 Hz hat. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den

Am Empfänger wird einerseits durch Amplituden- nachstehenden Figuren erläutert. Von den Figuren demodulation das Bezugssignal isoliert und anderer- 45 zeigt

seits durch Frequenzdemodulation derselben Träger- F i g. 1 ein Blockschema eines im Rahmen der Er-

welle das Signal erzeugt, das durch die Doppler- findung zur Anwendung gelangenden Drehfunkfeuereffekt-Phasenverschiebungen bedingt ist. Die prak- senders,

tische Durchführung des Empfängers besteht dabei Fig. 2 eine schematische Darstellung eines An-

darin, daß die von der Empfangsantenne aufgenom- 50 tennensystems des Senders,

mene Strahlung mit den Schwingungen eines ört- F i g. 3 ein Blockschema des zugehörigen Empfän-

lichen Überlagerers überlagert wird, so daß auf einer gers mit zusätzlicher Einrichtung zur Messung des entsprechend niedrig liegenden Zwischenfrequenz Höhenwinkels.

einerseits die Frequenzdemodulation und anderer- Das erfindungsgemäße, mit Ausnutzung des Dopp-

seits die Amplitudenmodulation erfolgen kann. Da 55 lereffektes arbeitende Gerät entspricht den vorhangrundsätzlich bei einer Schwebungswellenbildung denen Empfangsgeräten insofern, als man am Ausphasenmäßig auch die Phasenschwankungen des gang des Empfängers ein phasenstarres 30-Hz-Be-Überlagerers in das Zeitargument der Schwebungs- zugssignal und ein 9,96-kHz-Zwischenträgersignal welle mit übergehen, ist bei diesem bekannten Ver- erhält, das mit einem Hub von 480 Hz und einer fahren das durch die Frequenzdemodulation erhal- 60 Frequenz von 30Hz moduliert ist, wobei die Umtene Signal Fehlern unterworfen, die durch Phasen- hüllende der Frequenzmodulation der Peilrichtung Schwankungen des örtlichen Uberlagerers bedingt entspricht, sind. Der Sender erzeugt dabei ein erstes Signal der

Die Erfindung bestellt darin, daß eine ungerichtete, Hauptträgerfrequenz F_c, die mit fester Phasenlage von einem zweiten Antennensystem ausgesandte 65 mit 30 Hz amplitudenmoduliert ist. Dieses Signal Strahlung, deren Frequenz sich von der Frequenz wird von einer feststehenden Antenne ausgesendet, der Drehfunkfeuerstrahlung um einen bestimmten welche vorteilhaft in der Mitte der zyklisch geschal-Betrag unterscheidet, mit dem Bezugssignal amplitu- teten Antennen angeordnet ist.

Der Sender erzeugt außerdem ein zweites Signal von einer Frequenz von entweder F_c + 9,96 kHz und/oder F₀ — 9,96 kHz. Der Sender kann als zweites Signal entweder eine oder beide dieser Frequenzen erzeugen. Dieses zweite Signal wird dem zyklisch geschalteten Antennensystem zugeleitet.

In Fig. 1 ist ein solcher Bodensender mit Aufrechterhaltung einer genau bestimmten Differenz zwischen den beiden Frequenzen dargestellt, wobei die Abgabe des Bezugssignals mit Frequenzvervielfachung erfolgt. Das erste Signal wird durch einen Teil des Senders erzeugt, der einen Kristalloszillator 1, einen Frequenzvervielfacher 2 und einen Leistungsverstärker 3 umfaßt. Ein Modulationssignal von 30 Hz wird von einer Wechselstrommaschine 4 abgenommen, welche durch einen Motor 5 synchron mit der Achse 6 des zyklisch geschalteten Antennensystems gemäß F i g. 2 angetrieben wird. Das 30-Hz-Bezugssignal wird dem Modulator 7 zugeführt, welcher den Verstärker 3 moduliert. Durch ein Mikrophon 8 kann dem Modulator auch Sprache übertragen werden. Das vom Verstärkerausgang abgenommene erste Signal hat eine Frequenz F₁. und wird zu einer feststehenden Antenne 9 geleitet.

Das zweite Signal wird vom Verstärker 10 abgenommen, der vom Oszillator 11 und dem Frequenzvervielfacher 12 gesteuert wird. Der Ausgang des Verstärkers 10 wird zu dem zyklischen Antennensystem geleitet. Die Frequenz des Oszillators 10 wird über innerhalb enger Grenzen durch eine Reaktanzröhre 13 gesteuert.

Ein Signal zur Steuerung der Reaktanzröhre 13, derart, daß die geforderte Frequenzdifferenz von 9,96 kHz genau aufrechterhalten wird, erhält man wie folgt:

Ein Teil der Ausgangsspannungen der Verstärker 3 und 10 wird einer Mischstufe 14 durch Spannungsteiler 15 und 16 zugeführt. Die Ausgangsspannung der Mischstufe 14 wird über ein Tiefpaßfilter 17 auf einen Phasendetektor 18 gegeben. Das Ausgangssignal der Mischstufe hat eine Frequenz gleich der Frequenzdifferenz der Ausgangssignale der beiden Verstärker. An den Phasendetektor 18 ist außerdem ein konstanter Oszillator 19 der Frequenz 9,96 kHz angeschlossen. Der Ausgangskreis des Phasendetektors ist über ein integrierendes Leitungssystem 20 mit der Reaktanzröhre 13 verbunden. Die Reaktanzröhre steuert den Oszillator 11, so daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 in ihrer Frequenz von der Ausgangsspannung des Verstärkers 3 um genau 9,96 kHz, von einem möglichen Frequenzfehler des Oszillators 19 abgesehen, abweicht. Wenn der Oszillator 19 kristallgesteuert ist, ist sein Frequenzfehler vernachlässigbar klein. Der beschriebene Steuerkreis bewirkt eine Frequenz- und Phasensteuerung des Oszillators 11 in solchem Maße, daß die am Ausgang des Verstärkers 10 auftretenden Nebenmodulationen in der Frequenz oder Phase vernachlässigbar klein werden.

Die relativen Trägerleistungen, die den festen und den zyklisch geschalteten Antennen zugeführt werden, können in weiten Grenzen unterschiedlich sein. Es ist vorteilhaft, die größere Leistung der feststehenden Antenne zuzuführen. Die Winkelauflösung und die Anzeigegenauigkeit des Flugzeugbordempfängers werden wesentlich dadurch erhöht, daß man dem Bodensender einen Oberwellengenerator 22 mit Filter 23 hinzufügt, der von dem Ausgang des Wechselstromgenerators 4 gesteuert wird. Der Oberwellengenerator vervielfacht die Frequenz des Bezugssignals der Wechselstrommaschine um einen Faktor iV, z. B. zehnmal. Das Filter 23 kann ein einfaches Bandpaßfilter sein und ein sinusförmiges Bezugssignal von 3OiV Hz liefern, oder es kann ein Schwingungserzeuger sein, um ein Bezugssignal in Form von Impulsen mit einer Wiederholungsfrequenz von 3OiV Hz zu liefern. Das vervielfachte Bezugssignal wird ohne Rücksicht auf seine Form dem Modulator? zugeführt und erscheint vorzugsweise als Amplitudenmodulation am Trägerausgang des Verstärkers 3.
Eine umlaufende Antenne wird durch ein zyklisch geschaltetes, kreisförmig angeordnetes System fester Einzelantennen nachgebildet, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Die feststehenden Einzelantennen sind bei 24 dargestellt und jeweils an feststehende Sekundärwicklungen 25 angeschlossen. Der Variometerumschalter hat die Form einer umlaufenden Primärwicklung 26, welche einen sinusförmigen Übergang von einer Antenne zur nächsten bewirkt. Die Achse 6 des Motors 5 ist durch gestrichelte Linien mit der Primärwicklung 26 verbunden dargestellt. Das Signal, das von diesen Antennen ausgestrahlt wird, bildet für den Empfänger ein richtungsabhängiges frequenzmoduliertes Signal. Eine zweite Trägerwelle wird von der feststehenden Antenne 9 ausgestrahlt. Die Trägerwelle weicht in ihrer Frequenz um 9,96 kHz von der Trägerwelle ab, die den zyklisch erregten Einzelantennen zugeführt wird, und ist mit einem mit der Antennenumschaltung synchronisierten Bezugssignal amplitudenmoduliert.

In einem Aufsatz in »Proceedings of the I.R.E.«, Dezember 1953, wurden unter dem Titel »Doppler-Effect Omnirange« die Grundlagen der Richtungsbestimmung unter Verwendung des Dopplereffektes erklärt. Es ist dort gezeigt, daß die Phase der frequenzmodulierten Trägerwelle, so wie sie von einem entfernt liegenden Empfänger aufgenommen wird, zeitlich eine stetige Funktion der Richtung vom Sender zum Empfänger ist. Die augenblickliche Frequenz, die in einem entfernt liegenden Empfänger beobachtet wird, ändert sich sinusförmig über der Trägerfrequenz im Verhältnis der effektiven Umdrehungszahl der Sendeantenne. Die maximale Frequenzabweichung A f ist:

Af =

feJOr

~ C

wobei f_c die Trägerfrequenz ist, a>_r — 2tis (s ist die Anzahl Umdrehungen pro Minute), R ist der Radius des Kreises, und C ist die Lichtgeschwindigkeit. Die Gleichung kann auch geschrieben werden: äf = n Ds, wobei D die Breite oder der Durchmesser des Antennenkreises, ausgedrückt in Wellenlängen, ist. Im allgemeinen ist

= 480 =

und D =

480

Wellenlängen.

Demgemäß muß ein solches Drehfunkfeuer eine Breite von ungefähr 5,1 λ haben. Ein praktisch festgelegter Wert der Antennenbreite für die 112- bis 118-MHz-Trägerfrequenz ist 13,11 m. Mit einer Breite in dieser Größenordnung werden die Peilfehler

und Richtungsstörungen, gewöhnlich bezeichnet durch Ausdrücke wie Lagefehler, Vielwegfehler und Richtungsabweichung, vernachlässigbar klein.

Die Antennenelemente der erfindungsgemäßen Anordnung werden in gleichem Abstand voneinander auf dem Umfang eines Kreises angeordnet, der einen Durchmesser von 5,1 X oder einen Umfang von 16 λ hat. Die Zahl der Antennenelemente, die erforderlich ist, um eine einer rotierenden Antenne ungefähr entsprechende Nachbildung herzustellen, ist durch den höchstzulässigen Phasenunterschied zwischen den Elementen bestimmt.

Es ist experimentell festgestellt worden, daß eine sehr gute Nachbildung zu einer umlaufenden Antenne erhalten wird, wenn man eine sinusförmig verlaufende Umschaltung mit einem maximalen Phasenschritt von 120° zwischen benachbarten Elementen oder einen Abstand zwischen den Elementen von λ/3 verwendet. Bei Verwendung vieler Elemente auf einem Kreis ist die Sehne annähernd gleich dem Bogen, somit ist für einen maximalen Phasenschritt von 120° die Mindestzahl der Elemente N gegeben durch die Beziehung

16 λ

= 48.

Dies ist eine in baulicher Hinsicht vertretbare Zahl von Elementen. Ein System von 48 Elementen ist unempfindlich gegenüber Aufstellungsungenauigkeiten und bewirkt außerordentlich kleine Anzeigefehler.

Es ist einwandfrei festgestellt worden, daß, wenn der Antennendurchmesser größer als üblich und auf über 2 X erhöht wird, die Meßfehler stark verringert werden. In der Tat hängt bei günstiger Aufstellung eines Antennensystems mit 2 X Durchmesser bereits die Grenze der Genauigkeit allein von der instrumenteilen Genauigkeit des Empfängers ab. Die Vorteile des Systems nach der Erfindung, welches einen Durchmesser von 5,1 X verwendet, sind daher offensichtlich. Das System nach der Erfindung kann auch auf äußerst ungünstigen Plätzen betrieben werden und bewirkt sehr geringe Fehler und Richtungsabweichungen.

• Es soll jetzt der im Flugzeug befindliche Empfänger betrachtet werden. Das Bezugssignal wird direkt aufgenommen, und die beiden Trägerwellen überlagern sich und bewirken eine Zwischenfrequenz, die als Frequenzmodulation die Information der Richtungsangabe trägt. Diese Zwischenträgerfrequenz wird durch einen normalen Zwischenträgerdiskriminator in dem Empfänger demoduliert, so daß ein Signal erhalten wird, dessen Phase relativ zum Signal der Empfangsrichtung entspricht.

F i g. 3 stellt ein an sich übliches Bordempfangsund Anzeigegerät dar, zusätzlich mit neuen Merkmalen, die in dem strichpunktiert umrandeten Bereich dargestellt sind. Die üblichen Teile dieser Vorrichtung enthalten eine Empfangsantenne 28, einen Empfänger 29, der durch einen Kanalwähler 30 abgestimmt ist, und einen Empfängerausgang 31, der in drei Wege geteilt ist. Der erste Weg führt zu einer Abhörvorrichtung, wie z. B. ein Paar Kopfhörer 32. Der zweite Weg führt zu einem 30-Hz-Bandpaßfilter 33, und der-dritte Weg führt zu einem 9,96-kHz-Bahdpaßfilter 34. "Das Ausgangssignal vom Filter 34 wird durch den Begrenzer 35 amplitudenbegrenzt und wird dem FM-Detektor 36 zugeführt. Das Ausgangssignal des FM-Detektors 36 wird einem 30-Hz-Bandpaßfilter 37 zugeführt, welches dem Filter 33 gleich ist. Die beiden 30-Hz-Ausgänge der Filter 33 und 37 werden einem Richtungs- und Phasenmeßanzeiger38 zugeführt.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine hohe Auflösungsfähigkeit auf folgende Weise erreicht: Der Ausgang des Empfängers 31 wird über ein Bandpaßfilter 39, das auf 3OiV Hz abgestimmt ist, unter der Voraussetzung von sinusförmigen Änderungen, einem Phasenmeßanzeiger 40 mit hoher Auflösungsfähigkeit zugeführt. Der Ausgang des Bandpaßfilters 37 wird auch dem Indikator 40 zugeführt. Wenn der Vervielfachungsfaktor des Phasenbezugssignals N = 10 ist, dann wird die Auflösungsfähigkeit des Indikators um den Faktor 10 vergrößert.

Hinsichtlich der Möglichkeiten einer Höhenbe-Stimmung ist zu beachten, daß die Frequenzabweichung eines mit Ausnutzung des Dopplereffektes arbeitenden Drehfunkfeuers ausgedrückt werden kann durch die Beziehung F — TtDs cos ß, worin D die Breite oder der Durchmesser des Antennenkreises, ausgedrückt in Wellenlängen, s der Umschaltungstakt, ausgedrückt in Umdrehungen pro Sekunde, und β der Höhenwinkel ist.

Die Bedeutung dieser Gleichung ist, daß der Höhenwinkel in der Luft bestimmt werden kann, wenn der im Flugzeug befindliche Empfänger zusätzlich zu Mitteln 38 zur Phasenmessung auch mit Mitteln 36 zur Messung der Frequenzabweichung ausgerüstet ist. Dies wird dadurch erreicht, daß man dem FM-Detektor 36 eine amplitudengesteuerte Eingangsspannung zuführt. Die Amplitude dieses Signals wird durch einen automatischen Höhenmesser 41 gesteuert. Es sind viele Schaltungen zur Erreichung dieses Ergebnisses bekannt. Es kann ein üblicher Hochverstärker mit Zenerdioden-Begrenzer verwendet werden. Da der Eingang zu dem FM-Detektor 36 durch das Element 41 genau festgelegt ist, ist die Ausgangsspannung des FM-Detektors genau proportional der Abweichung AF.
Bei einer gegebenen Breite des Antennensystems und einem gegebenen Höhenwinkel ist die Frequenzabweichung linear proportional zur Frequenz. Die Skala eines am Ausgang des FM-Detektors angeordneten Voltmeters, das zur Anzeige des Höhenwinkels verwendet wird, sollte deshalb auf die besondere verwendete Trägerfrequenz eingestellt werden. Das wird erreicht, wenn man die gefilterte Ausgangsspannung des FM-Detektors 36 einem Spannungsteiler 42 zuführt. Bei Verwendung eines kontinuierlich abstimmbaren Empfängers kann der Spannungsteiler 42 ein Potentiometer sein. Im allgemeinen jedoch verwendet man einen schalterartigen Kanalwähler, und ein mit Anzapfungen versehener Spannungsteiler mit einem beweglichen Arm ist mechanisch mit dem Kanalwähler 30 verbunden, wie durch die gestrichelte Linie 43 dargestellt ist. Die Spannungswerte sind so eingestellt, daß der Abgriff für die höchste Spannung des Spannungsteilers 42 bei der niedrigsten Trägerfrequenz verwendet wird und daß der Abfall eine linear fallende Spannung am Ausgang erzeugt, wenn die Trägerfrequenz ansteigt. Ein Höhenwinkelanzeiger 44 kann einfach ein Wechselstromvoltmeter sein mit Kosinusteilung, welche direkt in Höhenwinkeln angegeben sind. Zum Bei-

spiel würde die Ablesung an der vollen Skala einem Höhenwinkel von 0 und eine Ablesung an der halben Skala einem Höhenwinkel von 60° entsprechen.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Nahflugsicherung durch Drehfunkfeuer, insbesondere für Azimutmessungen an Bord, durch Messung von Dopplerverschiebungen, bei dem ein Antennensystem aufeinanderfolgend nach verschiedenen Richtungen eine konstante Frequenz ausstrahlt, deren Phase am Empfangsort in bezug auf ein dem Empfänger zusätzlich von der Anlage übermitteltes, mit der Umlaufperiode der Drehfunkfeuerstrahlung synchronisiertes Bezugssignal sich periodisch in Abhängigkeit von der Winkellage des Empfängers zum Antennensystem ändert, das einen Durchmesser von mehr als zwei Wellenlängen aufweist, und bei dem der Empfänger eine Anordnung zum Vergleich der richtungsabhängigen Phasen- und Frequenzänderung der von dem Antennensystem des Drehfunkfeuers ausgehenden Strahlung und mit der Phase des Bezugssignals und zur Auswertung der Phasendifferenz als Kennzeichen der Winkellage relativ zum Drehfunkfeuer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine ungerichtete, von einem zweiten Antennensystem ausgesendete Strahlung, deren Frequenz sich von der Frequenz der Drehfunkfeuerstrahlung um einen bestimmten Betrag unterscheidet, mit dem Bezugssignal amplitudenmoduliert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 9,96 kHz als Frequenzunterschied zwischen der Frequenz des zweiten Antennensystems und der Frequenz der Drehfunkfeuerstrahlung gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Bezugssignal eine höhere Harmonische der Rotationsfrequenz des Drehfunkfeuers gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter Einrechnung der Grundwelle die zehnte Harmonische gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung des zweiten Antennensystems mit einer größeren Leistung als die Leistung der Drehfunkfeuerstrahlung abgestrahlt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Phasenvergleich der Dopplerverschiebungs-Modulationskomponente mit der Grundwelle bzw. einer Oberwelle der Rotationsfrequenz des Drehfunkfeuers als Bezugsfrequenz eine Grob- und eine Feinazimutwinkelmessung vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Höhenwinkelbestimmung des Bordempfängers die maximale Dopplerverschiebung unter Berücksichtigung des Durchmessers des Drehfunkfeuer-Antennensystems gemessen wird.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Drehfunkfeuer-Antennensystems etwa das 5,lfache der Betriebswellenlänge beträgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kreis des Drehfunkfeuer-Antennensystems achtundvierzig durch einen Goniometer zyklisch nacheinander erregte Antennen angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1019 356;
»The Journal of the IEE«, 1947, Part III _v, S. 705

bis 721;

»Proc. IRE«, Dezember 1953, S. 1750 bis 1756,

und Mai 1959, S. 808 bis 821.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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