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Verfahren und Vorrichtung zum Synchronisieren mehrerer zeithaltender
Geräte, die örtlich beweglich und voneinander getrennt sind Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Synchronisieren mehrerer zeithaltender Gerte,
die örtlich beweglich und voneinander getrennt sind, unter Verwendung einer ein
Zeitnormal aufweisenden Referenzstation, die mit den zu synchronisierenden Geräten
in Funkverbindung steht.
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Für viele Zwecke ist es wünschenswert, örtlich bewegliche und voneinander
getrennte zeithaltende Geräte genau miteinander synchronisieren zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
anzugeben, welches eine genaue Synchronisation mehrerer zeithaltender Geräte mit
einer ein Zeitnormal aufweisenden Referenzstation ermöglicht, und zwar unabhängig
von den Entfernungen zwischen den einzelnen zeithaltenden Geräten und einer Referenzstation.
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Das Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem zu synchronisierenden Gerät bei der vermeintlichen Referenzzeit (Nullzeit)
desselben ein Signal an die Referenzstation gesendet wird, daß von der Referenzstation
ein Rücksignal gesendet wird, das um eine der Differenz zwischen der Nullzeit der
Referenzstation und der Ankunftszeit des Signals des zu synchronisierenden Gerätes
entsprechenden Zeit vor Ablauf einer von der Nullzeit an rechnenden fest vereinbarten
Zeitperiode gesendet wird, und daß die halbe Differenz zwischen der vermuteten Empfangszeit
und der tatsächlichen Empfangszeit des Rückimpulses am zu synchronisierenden Gerät
gleich dem Fehler ist und dieser Fehlerwert zum Synchronisieren verwendet wird.
Ein derartiges Verfahren arbeitet nicht nur unabhängig von den Entfernungen zwischen
den einzelnen Stationen, sondern gestattet auch die Verwendung mehrerer Referenzstationen
an verschiedenen Orten, ohne daß Störungen auftreten, wenn ein zu synchronisierendes
zeithaltendes Gerät Rücksignale von mehreren Referenzstationen empfängt.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung zum Durchführen des vorstehend
genannten Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß das zu synchronisierende zeithaltende
Gerät einen Frequenzgenerator, einen Impulserzeuger, einen Aufwärtszähler, einen
Sender, einen Empfänger, eine Auswert- und eine Nachstimmeinheit für den Frequenzgenerator
enthält und daß der Impulserzeuger bei der vermeintlichen Nullzeit über den Sender
einen Impuls aussendet und gleichzeitig das Zählgerät freigibt, daß die Referenzstation
ein als Zeitnormal dienendes zeithaltendes Gerät, einen Aufwärtszähler, einen Abwärtszähler,
einen Empfänger und eineu Sender enthält, daß diese Zähler mit gleicher Geschwindigkeit
zählen, daß die Anordnung so getroffen ist, daß beide Zähler der Referenzstation
bei der Referenzzeit (Nullzeit) in, Gang gesetzt werden, daß der Aufwärtszähler
bei Empfang eines Impulses von dem zu synchronisierenden zeithaltenden Gerät angehalten
wird und daß eine Vergleichsschaltung bei Gleichheit der Zählwerte des Abwärtszählers
mit dem angehaltenen Zählwert des Aufwärtszählers die Aussendung des Rücksignals
triggert, daß der beim zu synchronisierenden zeithaltenden Gerät eintreffende Rückimpuls
mit dem Zählwert des Aufwärtszählers verglichen wird und die halbe Differenz zwischen
der tatsächlichen und der vermuteten Empfangszeit des Rückimpulses als Maß für die
Korrektur des Frequenzgenerators mittels der Auswert- und Nachstimmeinheit dient.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform nach der Erfindung ist die Vorrichtung
so ausgebildet, daß das zu synchronisierende zeithaltende Gerät einen Frequenzgenerator,
einen Impulserzeuger, einen Aufwärtszähler, der mit einfacher und doppelter Geschwindigkeit
zählen kann, einen Sender, einen Empfänger und eine Auswert- und Nachstimmeinheit
für den Frequenzgenerator enthält und daß der Impulserzeuger bei der vermeintlichen
Nullzeit über den
Sender einen Impuls aussendet und gleichzeitig
das Zählgerät mit einfacher Zählgeschwindigkeit in Gang setzt, daß die Referenzstation
ein als Zeitnormal dienendes zeithaltendes Gerät, einen Aufwärtszähler, der mit
einfacher und doppelter Geschwindigkeit zählen kann, enthält, daß die Zählung bei
der Nullzeit mit doppelter Geschwindigkeit beginnt, die bei Empfang eines Impulses
vom zu synchronisierenden zeithaltenden Gerät mittels einer Umschalteinrichtung
auf die einfache Zählgeschwindigkeit umgeschaltet wird, daß die Aussendung des Rückimpulses
bei einem fest eingestellten Zählwert erfolgt, daß der beim zu synchronisierenden
zeithaltenden Gerät eintreffende Rückimpuls den Zähler auf die doppelte Zählgeschwindigkeit
umschaltet und der Zähler bei Erreichen eines vorbestimmten Höchstzählwertes abgeschaltet
wird und daß die Zeit bis Erreichen des Höchstzählwertes als Maß für die Korrektur
des Frequenzgenerators mittels der Auswert- und Nachstimmeinheit dient.
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Vorzugsweise wird die Schaltung dabei auf einen Höchstzählwert eingestellt,
der bei fehlerfreier Synchronisation der zeithaltenden Geräte am Ende einer vorbestimmten
Zeitperiode in dem Zähler des Empfängers erreicht wird.
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Dabei kann die Synchronisationskorrekturschaltung so ausgebildet sein,
daß beim Auftreten des Höchstwertes im Zähler des zu synchronisierenden zeithaltenden
Gerätes die Nullzeit desselben eingestellt wird.
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Die zeithaltenden Geräte können mit Zeit-Multiplex-Sende- und Empfangseinrichtungen
versehen sein, wobei jedem zu synchronisierenden zeithaltenden Gerät ein eigener
Zeit-Multiplex-Kanal zugeordnet ist. Auf diese Weise lassen sich eine große Anzahl
zeithaltender Geräte mit einer Referenzstation synchronisieren.
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Beim Zeit-Multiplex-Betrieb wird die Synchronisationszeit vor dem
Ende eines Zeit-Multiplex-Kanals gewählt. Dadurch wird vermieden, daß Überschneidungen
zwischen den einzelnen Zeit-Multiplex-Kanälen vorkommen können.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Referenzstation einen Orientierungssignalerzeuger
auf, und die zu synchronisierenden zeithaltenden Geräte umfassen jeweils einen Orientierungssignaldetektor,
der die Abzählung der Zeit-Multiplex-Kanäle einleitet.
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Die zu synchronisierenden zeithaltenden Geräte können einen Kanallängenzähler
sowie einen Zeit-Multiplex-Kanalwähler aufweisen für die Auswahl eines der betreffenden
Vorrichtung zugeordneten Zeit-Multiplex-Kanals.
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Gemäß einer Weiterbildung sind über mehrere Synchronisationsvorgänge
summierende Zähler vorgesehen, die mit einer Steuereinrichtung für die Frequenzkorrektur
verbunden sind.
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Die summierenden Zähler können so ausgebildet sein, daß sie nach Erreichen
eines Höchstzählwertes automatisch zurückgestellt werden.
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Als Zähler können Binärzähler vorgesehen sein. Dabei ergibt sich eine
besonders einfache Ausbildung der Umschalteinrichtung zwischen normaler und doppelter
Zählgeschwindigkeit, und zwar durch Verwendung eines elektronischen Schalters, der
wahlweise auf die erste oder die zweite Binärstufe des Zählers (Kanallängenzählers)
umschaltet.
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Als Zähler können jedoch auch Kapazitätsladungsgeräte verwendet werden.
Die Zähler der zu synchronisierenden zeithaltenden Geräte können so ausgebildet
sein, daß sie bei einem festen Zählwert entsprechend der Kanallänge zurückgestellt
werden, wenn kein Rücksignal von einer Referenzstation empfangen wird.
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Sämtliche zeithaltenden Geräte können gleichartig ausgebildet sein,
so daß sich jedes als Referenzstation verwenden läßt.
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Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung eignet sich insbesondere
für Flugzeuge, wobei in Verbindung mit Einrichtungen zum Senden und Empfangen von
Höheninformationen sich ein sicher arbeitendes Kollisionswarnsystem schaffen läßt.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.
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F i g. 1 zeigt zwei Flugzeuge und eine Bodenstation, die als Referenzstation
dient; F i g. 2 ist eine Kurvendarstellung, die die Arbeitsweise einer Ausführungsform
der Erfindung veranschaulicht, und zwar für den synchronen Zustand; F i g. 3 ist
eine der F i g. 2 entsprechende Darstellung, jedoch für den Zustand, in dem das
zu synchronisierende zeithaltende Gerät vorgeht; F i g. 4 ist eine der F i g. 2
entsprechende Darstellung, und zwar für den Zustand, in dem das zu synchronisierende
zeithaltende Gerät nachgeht; F i g. 5 ist ein Blockschaltbild eines automatischen
Synchronisationsgerätes nach der Erfindung; F i g. 6 ist eine der F i g. 2 entsprechende
Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise einer anderen Ausführungsform einer
Synchronisationsvorrichtung nach der Erfindung, und zwar für den synchronen Zustand;
F i g. 7 zeigt eine der F i g. 6 entsprechende Darstellung, jedoch für den Zustand,
in dem das zu synchronisierende zeithaltende Gerät vorgeht; F i g. 8 ist eine der
F i g. 6 entsprechende Darstellung, und zwar für den Zustand, in dem das zu synchronisierende
zeithaltende Gerät nachgeht; F i g. 9 ist ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
einer Vorrichtung nach der Erfindung. F i g. 1 zeigt ein Flugzeug 10 und ein Flugzeug
12, welche beide untereinander und mit einer als Referenzstation dienenden Bodenstation
14 in Funkverbindung stehen. Beide Flugzeuge und die Bodenstation sind mit genauen
Zeitgeräten, etwa Atomuhren oder Quarzuhren, ausgerüstet. Das in der Referenzstation
14 vorhandene zeithaltende Gerät soll als Zeitnormal verwendet werden und kann zu
diesem Zweck in. periodischen Intervallen durch an sich bekannte Einrichtungen synchronisiert
werden. Jedes Flugzeug 10 und 12 enthält einen Sender 22, einen Empfänger 24 und
eine Vorrichtung zum Synchronisieren des zeithaltenden Gerätes 16 mit dem als Normal
dienenden zeithaltenden Gerät 20 der Bodenstation 14. Die Flugzeuge enthalten
außerdem Teilzeitmeßeinrichtungen zum Messen von Zeit in vorbestimmten Teilgrößen
während bestimmter vorher festgelegter Zeiträume, etwa Binärzähler unter Verwendung
von Flip-Flop-Schaltungen. Die Bodenstation 14 sowie die Flugzeuge 10 und 12 enthalten
jeweils einen Aufwärtszähler 28, der bei einer Nullzeit zu zählen beginnt. Die Bodenstation
14 ist ferner mit einem Abwärtszähler versehen, welcher mit der gleichen Geschwindigkeit
zählt wie die Aufwärtszähler 28, jedoch abnehmend, so daß dieser Zähler bei einem
Anfangswert zu zählen beginnt, welcher einer
vorbestinunten Anzahl
von Teilzeiten entspricht und bis zum Ende einer Zeitperiode bis nach Null zählt.
Der Aufwärtszähler 28 und der Abwärtszähler 30 einer Bodenstation 14 beginnen zur
gleichen Zeit in jeder Zeitperiode zu zählen, wobei der Aufwärtszähler 28 Teilzeiten
von 0 bis 1000 Mikrosekunden zählt und der Abwärtszähler 30 von 1000 bis herab zu
0 Mikrosekunden zählt. Zu jedem Zeitpunkt ist die Summe der Zählwerte in dem Aufwärtszähler
28 und dem Abwärtszähler 30 gleich 1000. Zum Beispiel tritt b'#ei einer Zählung
von 300 Mikrosekunden in den Aufwärtszählern 28 ein Zählwert von 700 Mikrosekunden.
in den Abwärtszählern 30 auf.
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' Die F i g. 2 bis 4 zeigen die Arbeitsweise der Synehronisationsvorrichtung
nach F i g. 5. F i g. 2 zeigt e'in'e steigende Gerade 32, die die in dem AufwärtszWer
28 einer Bodenstation enthaltenen Zählwerte ''s Funktion der Zeit in einer vorgegebenen
Zeit-Periode angibt. Der Bezugszeitpunkt, im folgenden auch Nullzeit genannt, ist
auf der Abszisse mit 0 bezeichnet. Zu dieser Zeit beginnt der Aufwärtszähler 8 bei
einem bestimmten Wert, der nicht notwendigerweise 0 zu sein braucht, zu zählen.
Für den Auf-Wärtszähler 28 ist keine bestimmte obere Zählgrenze erforderlich. Er
kann sogar bis zu irgendeiner vorbestimmten Zählung oder sogar bis zum Ende der
Zeitperiode weiterzählen. Zur Nullzeit beginnt ferner der Abwärtszähler
30 von einem bestimmten Zählwert aus, in F i g. 2 entsprechend 1000 Mikrosekunden,
abwärts zu zählen. Die Abwärtszählung ist in F i g. 2 bis 4 durch die Gerade 34
dargestellt.
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F i g. 2 zeigt den Zustand, in dem das zeithaltende Gerät 16 im Flugzeug
10 synchron mit dem Zeitnormal der Referenzstation 20 ist.
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Bei der Nullzeit To sendet das Flugzeug 10 einen Impuls an
die Bodenstation. Dieses Signal wird von der Bodenstation zu einer von der Entfernung
zum Flugzeug 10 abhängigen Zeit T1 empfangen. Der Zeitunterschied ist die Fortpflanzungszeit
T p. Beim Empfang des Signals (Impulses) wird in dem zeithaltenden Gerät
20 der Bodenstation 14 eine Schaltung erregt, die den Aufwärtszähler 28 anhält.
Der in dem Aufwärtszähler nach dem Anhalten gespeicherte Zählwert entspricht also
der Fortpflanzungszeit T p.
Die Vorrichtungen zum Anhalten des Aufwärtszählers
28 sind an sich bekannt und daher im einzelnen nicht beschrieben.
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Das zeithaltende Gerät der Referenzstation 14 umfaßt ferner eine Vergleichseinrichtung,
die den Zähl-Wert des Abwärtszählers 30 mit dem in dem Auf-Wärtszähler 28 gespeicherten
Zählwert vergleicht. Bei Gleichheit der Zählwerte wird der Sender 36 der Referenzstation
erregt und sendet ein Rücksignal an das Flugzeug 10. Für die einzelnen zeithaltenden
Geräte in den Flugzeugen 10, 12 und in der Referenzstation 14 ist eine Zeitperiode
vorher vereinbart, die zwischen dem Empfang des Signals von einem zu synchronisierenden
zeithaltenden Gerät und dem Aussenden des Rücksignals von der Referenzstation verstreicht,
wenn das Signal des zu synchronisierenden zeithaltenden Gerätes bei der Nullzeit
an der Referenzstation ankommt. In den F i g. 2 bis 4 ist diese Zeitdauer, die in
dieser Beschreibung als Zeitperiode bezeichnet ist, 1000 Mikrosekunden. Man erkennt
aus F i g. 2, daß die Fortpflanzungszeit T p zwischen Flugzeug und Referenzstation
keinen Einfluß auf den Zeitpunkt des Empfangs des Rücksignals am Flugzeug hat, da
bei einer längeren Fortpflanzungszeit der Aufwärtszähler 28 einen größeren Zählwert
speichert; so daß der Abwärtszähler 30 entsprechend früher den gespeicherten Wert
des Aufwärtszählers 28 erreicht und dadurch die Aussendung des Rücksignals an das
Flugzeug entsprechend früher veranlaßt. Voraussetzung hierfür ist natürlich, daß
der Aufwärtszähler 28 und der Abwärtszähler 30 mit gleichen Zählgeschwindigkeiten
arbeiten. Man erkennt ferner aus. F i g. 2, daß das Rücksignal bei synchronem Lauf
der zeithaltenden Geräte in dem Flugzeug und in der Referenzstation zu der Zeit
TS = 1000 Mikrosekunden am Flugzeug eintrifft. Zwischen dem Aussenden des Signals
vom Flugzeug und dem Empfang des Rücksignals von der Referenzstation sind also 1000
Mikrosekunden verflossen, was der vorher festgelegten Zeitperiode entspricht. Der
Empfang des Rücksignals nach 1000 Mikrosekunden ist eine Bestätigung dafür, daß
das zeithaltende Gerät in dem Flugzeug mit dem zeithaltenden Gerät der Referenzstation
synchron läuft.
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F i g. 3 veranschaulicht die Verhältnisse für den Fall, daß das zeithaltende
Gerät des Flugzeuges nicht mit demjenigen der Referenzstation 14 synchron läuft,
sondern vorgeht, und zwar um die Zeit d T. Der Einfachheit halber sei angenommen,
daß das Flugzeug immer die gleiche Entfernung von der Referenzstation hat. Da das
zeithaltende Gerät des Flugzeuges vorgeht, wird das Signal desselben um die Zeit
d T vor der Nullzeit ausgesendet, so daß das Signal entsprechend früher an
der Referenzstation 14 eintrifft. Daher hat der Aufwärtszähler 28 noch keinen so
großen Zählwert erreicht wie bei dem in F i g. 2 dargestellten synchronen Zustand,
so daß auch der Abwärtszähler 30 länger benötigt, um diesen niedrigeren Wert zu
erreichen. Die Zeitdauer zwischen dem Empfang des Signals an der Referenzstation
14 und der Aussendung des Rücksignals von derselben ist daher um die Zeit
2 d T höher als im synchronen Zustand. Das Rücksignal kommt daher auch erst
um diese Zeit später am Flugzeug an, d. h. 1000 Mikrosekunden + 2 d T nach
Aussendung des Signals. Der Faktor 2 kommt dadurch zustande, daß sowohl der Aufwärtszähler
als auch der Abwärtszähler um die Zeit d T länger zählen.
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F i g. 4 veranschaulicht die Verhältnisse für den Fall, da.ß das zeithaltende
Gerät des Flugzeuges gegenüber dem zeithaltenden Gerät der Referenzstation nachgeht.
Das vom Flugzeug ausgesendete Signal kommt also um die Zeit A T später an der Referenzstation
an, so daß der Aufwärtszähler 28 entsprechend länger zählt und der Abwärtszähler
30 entsprechend kürzer, bis Gleichheit der Zählwerte in beiden Zählern erreicht
ist. Das Flugzeug empfängt das Rücksignal von der Referenzstation 14 also
um die Zeit 2 d T früher als erwartet, d. h. nach 1000 Mikrosekunden minus
2,d T seit Aussenden des Signals zur Referenzstation.
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Es lassen sich mehrere zeithaltende Geräte mit der Vorrichtung nach
der Erfindung synchronisieren. Dabei wird jedem Gerät ein bestimmter Zeit-Multiplex-Kanal
zugeordnet, in der die Synchronisation erfolgt. Gemäß den F i g. 2 bis 4 ist jedem
Flugzeug ein Zeit-Multiplex-Kanal von 1 ms Dauer zugeordnet, um das zeithaltende
Gerät desselben zu synchronisieren. Dabei können auch noch Informationen über die
Höhe und die Höhenänderung mitgesendet werden. In einem Zeitabschnitt von 3 Sekunden
können etwa 3000 Zeit-Multiplex-Kanäle untergebracht werden,
von
denen je einer jeweils einem Flugzeug zugeordnet ist. Das zeithaltende Gerät eines
Flugzeuges wird also in diesem Fall alle 3 Sekunden synchronisiert.
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Um die zeithaltenden Geräte der Flugzeuge zu synchronisieren, müssen
die Phasen derselben um die Größe Q T verschoben werden. Da 4 T gleich
der Hälfte des Zeitunterschiedes zwischen der vermuteten und der tatsächlichen Ankunftszeit
des Rücksignals im Flugzeug ist, wird die Korrektur vorgenommen, indem das zeithaltende
Gerät des Flugzeuges während der Zeit 2 d T auf eine halbe ZähIgeschwindigkeit
umgeschaltet oder indem das Zählen während der Zeit d T angehalten wird.
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F i g. 5 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung.
Diese Vorrichtung umfaßt einen QuarzosziRator 40, der gegebenenfalls von Zeit zu
Zeit synchronsiert wird. Die Synchronisation kann in einer Phasenverschiebung, die
die Zeitgabe eines Gerätes verschiebt, und in einer Frequenzänderung bestehen. Diese
beiden Möglichkeiten können gemeinsam oder jede für sich allein vorhanden sein.
Bei der Vorrichtung nach F i g. 5 wird durch Drücken eines Rückstellknopfes 42 ein
anfänglicher Synchronisationsvorgang eingeleitet. Danach wird das zeithaltende Gerät
in seinem zugeordneten Zeit-Multiplex-Kanal automatisch überprüft, vorausgesetzt,
daß es sich in dem Sendebereich einer Referenzstation befindet. Durch Betätigung
des Rückstellknopfes 42 wird eine Startsteuerung 44 erregt, welche einen Kanallängenzähler
46 und einen als Zähler ausgebildeten Zeit-Multiplex-Kanalwähler 48 voreinstellt.
Die Startsteuerung 44 erregt auch einen elektronischen Schalter 50, der verhindert,
daß ein Signal von dem Quarzoszillator 40 auf den Kanallängenzähler 46 gelangt.
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Von der Referenzstation wird abhängig von der Systemkapazität und
der Zeit-Multiplex-Kanallänge alle paar Sekunden ein Orientierungssignal ausgesendet,
und zwar gewöhnlich vor dem ersten Zeit-Multiplex-Kanal, um eine grobe Übereinstimmung
der Zeit-Multiplex-Wähler der Flugzeuge mit den Zeit-Multiplex-Wählern der Bodenstationen
herzustellen. Der in. dem Flugzeug auf das Orientierungssignal ansprechende Mechanismus
ist in F i g. 5 als Orientierungssignaldetektor 52 dargestellt. Dieser erregt bei
Empfang des Orientierungssignals die Startsteuerung 44, welche wiederum den elektronischen
Schalter 50 betätigt, der dann den Quarzoszflator 40 mit dem Kanallängenzähler
46 verbindet. Dieser beginnt sodann die Kanallängenzählung und wird am Ende jedes
Zeit-Multiplex-Kanals zurückgestellt. Auf diese Weise wiederholt sich der Zählvorgang
für jeden Zeit-Multiplex-Kanal. Der Kanallängenzähler 46 steuert wiederum den Kanalwähler
48, welcher die Zeit-Multiplex-Kanäle zählt und bei Erreichen einer vorgegebenen
Anzahl, welche gleich der Anzahl der Zeit-Multiplex-Kanäle des Sy-
stems ist,
zurückstellt. Der Kanallängenzähler 46 steuert ferner die Zeit und die Länge
der Zeit-Multiplex-Kanäle. Diese Daten sind als systemeigen vorgegeben.
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Die Startsteuerung 44 setzt ferner den Zeit-Multiplex-Kanalwähler
48 in Gang, so daß dieser aus den in dem System vorhandenen Zeit-Multiplex-Kanälen
einen einzigen zur Weiterverarbeitung auf die Leitung 49 durchläßt. Der durchgelassene
Zeit-Multiplex- i Kanal steuert einen Sender, so daß zu Beginn des Kanals ein Signal
(Impuls) an die Referenzstation mesendet wird. Das von der Referenzstation empfangene
Rücksignal gelangt an einen Synchronisationsimpulsdetektor und Impulsformer 54.
Dieser steht mit dem Zeit-Multiplex-Kanalwähler 48 in Verbindung, so daß bei Auftreten
des zugewiesenen Zeit-Multiplex-Kanals ein Ausgangssignal auf der Ausgangsleitung
55 des Synchronisationsimpulsdetektors 54 auftritt. Dieses Ausgangssignal steuert
einen Sägezahngenerator 56, den gleichzeitig eine Einrichtung zum Festhalten eines
Spannungswertes aufweist, sowie zwei UND= Gatter 60 und 70. Die zweiten, Eingänge
dieser UND-Gatter werden durch einen Gattergenerator 58 gesteuert, welcher so ausgebildet
ist, daß ex bestimmte Zeiten nach Beginn der Zählung in dem Kanal-; längenzähler
46 erkennen kann. Zu diesen bestimmten Zeiten tritt auf den Verbindungsleitungen
47 und 45 zwischen dem Kanallängenzähler 46 und dem Gattergenerator 58 ein Signal
auf. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel tritt das Signal auf der Leitung
45 um 217 Mikrosekunden vor der Synchronisationszeit und das Signal 47 zur Synchronisationszeit
auf. Diese Signale bewirken die Einschaltung und Ausschaltung eines Ausgangssignals
auf den Leitungen 59 und 57 des Gattergenerators 58. Das UND-Gatter 60 wird also
während eines Zeitraumes von 217 Mikrosekunden vor der Synchronisationszeit Ts an
einen Eingang durchgeschaltet. Wenn nun der aus dem Rücksignal abgeleitete Synchronisationsimpuls
des Synchronisationsimpulsdetektors 54 an den zweiten Eingang des UND-Gatters 60
gelangt, entsteht ein Ausgangssignal an demselben, welches an den elektronischen
Schalter 50 geleitet wird und bei diesem die Verdopplung der Zählgeschwindigkeit
bewirkt. Diese Verdopplung geschieht in der Weise, daß die Signale des Quarzoszillators
40 auf die zweite Stufe des als Binärzähler ausgebildeten Kanallängenzählers 46
gegeben werden anstatt auf die erste Stufe desselben. Die Zählung mit doppelter
Zählgeschwindigkeit wird während der Zeit d T, d. h. während des Zeitfehlers zwischen
dem zeithaltenden Gerät des Flugzeuges und demjenigen der Referenzstation, beibehalten.
Am Ende der Zeit d T wird ein Impuls über die Leitung 47 an den elektronischen Schalter
50 gegeben und schaltet die Zählgeschwindigkeit desselben wieder in den Normalzustand.
Dieser Umschaltimpuls wird in dem Kanallängenzähler 46 bei einer Zählung erzeugt,
die der vorgewählten Synchronisationszeit entspricht.
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Der Sägezahngenerator 56 wird durch das Signal auf der Leitung 47
getriggert und erzeugt eine mit gleichförmiger Geschwindigkeit ansteigende Spannung,
bis ein Synchronisationsimpuls vom Synchro, nisationsimpulsdetektor 54 über die
Leitung 55 an den Sägezahngenerator 56 gelangt oder bis das Ende eines Zeit-Multiplex-Kanals
erreicht ist, in welchem Fall der Sägezahngenerator 56 über die Ausgangsleitung
49 des Zeit-Multiplex-Kanalwählers 48 abgeschaltet wird. Wenn ein Signal während
dieser Zeit empfangen wird, wird die Spannung des Sägezahngenerators angehalten
und das Entladen dieser Spannung über das Entladegerät 62 mit der doppelten Geschwindigkeit
eingeleitet als der, mit der die Spannung des Sägezahngenerators 56 angestiegen
ist. Das Entladegerät 62 steuert auch den elektronischen Schalter 50 derart, daß
dieser den Kanallängenzähler 46 während der Entladezeit anhält. Nach Entladung der
Spannung des Sägezahngenerators steuert das Entladegerät 62 wiederum den elektro=
nischen
Schalter 50, so daß der Kanallängenzähler auf seine normale Zählgeschwindigkeit
zurückgeschaltet wird.
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Wenn die Signale von der Referenzstation durchweg entweder zu früh
oder zu spät während wiederhoher Synchronisationsperioden empfangen werden, zeigt
dies an, daß die Frequenz des Quarzoszillators 40 nachgestellt werden muß.
Zu diesem Zweck dienen die UND-Gatter 60 und 70, die Zähleinrichtungen 64 und 72
sowie die Motorsteuerung 66 in Verbindung mit einem Getriebemotor 67, der ein Frequtrzkorrekturgerät
68 antreibt, das die Frequenz des Quarzoszillators 40 nachzustellen gestattet. Die
Zähler 64 und 72 sind so ausgebildet, daß sie die Schaltzeiten der UND-Gatter 60
bzw. 70 über eine bestimmte Zeit mitteln.
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Wird ein Impuls zu früh empfangen, so erzeugt das UND-Gatter 60 ein
Ausgangssignal, welches den Zäher 64 erregt. Wenn nach einer bestimmten Anzahl von
Synchronisationsvorgängen der in dem Zähler 64 gespeicherte Wert eine bestimmte
Höhe überschritten hat, wird die Motorsteuerung 66 betätigt, welche den Motor 67
im Sinne einer Korrektur der Frequenz des Quarzoszillators 40 antreibt.
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Wenn der Impuls durchweg zu spät empfangen wird und dadurch das UND-Gatter
70 durchgeschaltet wird, ergeben sich die gleichen Verhältnisse mit der Ausnahme,
daß die Motorsteuerung den Motor in entgegengesetzter Richtung antreibt.
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Renn die Impulse während der Mittelungszeit eines der Zähler 64 und
72 teilweise zu früh und teilweise zu spät eintreffen, erreichen die Zähler keinen
für eine Frequenzkorrektur erforderlichen Zählwert. Die Zähler werden dann zurückgestellt
und beginnen von neuem mit der Zählung. Die Anzahl der aufeinanderfolgenden Zählungen,
während deren die Mittelung in dem Zähler 64 und 72 ausgeführt wird, bevor eine
Frequenzkorrektur vorgenommen wird, läßt sich frei wählen und ist eine Frage der
Erfahrung.
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Die für den Synchronisationsvorgang benötigte Zelt ist sehr kurz und
wird alle paar Sekunden wieholt. Die Synchronisation geschieht vollkommen automatisch
und benötigt keinerlei Tätigkeit des Piloten oder des anderen Personals.
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Die Referenzstationen unterscheiden sich von den zeithaltenden Geräten
in den Flugzeugen im wesentlichen lediglich durch einen zusätzlichen Abwärtszähler
30. Wenn auch die Flugzeuge mit Abwärtszählern ausgerüstet sind, ist es möglich,
zwei Flugzeuge miteinander, eine Bodenstation mit einem Flugzeug oder zwei Bodenstationen
miteinander zu synchronisieren.
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Die bei der Vorrichtung nach der Erfindung verwendeten Baugruppen
bilden an sich bekannte Schaltungen, für die kein eigener Schutz beansprucht wird.
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Die F i g. 6 bis 8 sind graphische Darstellungen der Wirkungsweise
einer anderen Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach der Erfindung, welche
in F i g. 9 als Blockschaltbild dargestellt ist. Der Unterschied der Wirkungsweise
gegenüber dem Verfahren nach den F i g. 2 bis 4 liegt darin, daß nur in einer Richtung
laufende Zähler verwendet werden an Stelle von Aufwärtszählern und Abwärtszählern,
wobei von einer Umschaltung von einer doppelten auf eine einfache Zählgeschwindigkeit
Gebrauch gemacht wird. In den F i g. 6 bis 8 stellt die Abszisse einen Zeit-Multiplex-Kanal
eines Flugzeuges dar. In der Referenzstation ist ein Zähler vorhanden, der zu der
Nullzeit To mit einer doppelten Zählgeschwindigkeit entsprechend der Geraden 102
zu zählen beginnt. Sobald das Signal des zu synchronisierenden zeithaltenden Gerätes
eintrifft, wird der Zähler auf eine einfache Zählgeschwindigkeit umgeschaltet entsprechend
der Geraden 104 in den F i g. 6 bis B. Der Zähler ist so eingerichtet, daß
er bei einem vorbestimmten, fest vereinbarten Zählwert, in dem vorliegenden Fall
5226, das Rücksignal aussendet, welches nach der Fortpflanzungszeit TP vom Flugzeug
empfangen wird. Vorausgesetzt, daß das Flugzeug einen gleichen Zähler aufweist wie
die Referenzstation, der jedoch bei der vermuteten Nullzeit des zeithaltenden Gerätes
im Flugzeug mit normaler Geschwindigkeit zählt, so erreicht der Zähler ebenfalls
den fest vereinbarten Zählwert, in diesem Fall 5226, wenn die vermutete Nullzeit
im Flugzeug mit der Nullzeit der Referenzstation übereinstimmt. Man erkennt ferner,
daß der Zähler im Flugzeug bei Erreichen des vereinbarten Zählwertes bis zu einem
höheren Zählwert mit doppelter Geschwindigkeit welterzählt, welcher im vorliegenden
Fall 7274 beträgt und demjenigen Zählwert entspricht, der bei synchronem Lauf der
zeitgebenden Geräte des Flugzeuges und der Referenzstation auftritt, wenn der Zähler
im Flugzeug nach Erreichen des vereinbarten Zählwertes auf die doppelte Zählgeschwindigkeit
umgeschaltet wird.
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F i g. 7 zeigt den Zustand, daß das zeithaltende Gerät des Flugzeuges
vorgeht. Man erkennt, daß daher der Zähler in der Referenzstation früher auf die
einfache Zählgeschwindigkeit umgeschaltet und daher den vereinbarten Zählwert 5226
später erreicht als bei synchronem Lauf. Daher wird auch der Zähler in dem Flugzeug
länger mit einfacher Zählgeschwindigkeit laufen, so daß der vereinbarte Zählwert
5226 und daher auch der Zählhöchstwert 7274 erst später erreicht werden. Die Differenz
zwischen dem Ende des Zeit-Multiplex-Kanals (1250 Mikrosekunden) und der Zeit, bei
der der Zählwert 7274 erreicht wird, ist die Zeitdifferenz T, um die das zeithaltende
Gerät des Flugzeuges korrigiert werden muß.
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F i g. 8 zeigt die Verhältnisse für den Zustand, daß das zeithaltende
Gerät des Flugzeuges nachgeht. Man erkennt durch geometrische Überlegungen, daß
mit dem Verfahren nach den F i g. 6 bis 8 die gleiche Wirkung erzielt wird wie bei
dem Verfahren nach den F i g. 2 bis 4, daß nämlich das Rücksignal um eine solche
Zeit vor der Synchronisationszeit TS ausgesendet wird, die der Zeitdifferenz zwischen
der Nullzeit To und dem Eintreffen des Signals an der Referenzstation zur Zeit T,
entspricht.
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F i g. 9 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung entsprechend der
zweiten Ausführungsform. Die Signale werden von einem Empfänger 150 aufgenommen
und gelangen an einen Orientierungssignaldetektor 122 und von dort zu einem
Flip-Flop 124,
der durch den Schalter 120 zurückschaltbar ist. Diese Baugruppen
dienen zu einer anfänglichen groben Synchronisation durch das von der Referenzstation
ausgesendete Orientierungssignal.
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Der Präzisionsoszillator 136 steuert das Normalzählsteuergatter 138
und das Doppelzählsteuergatter 142. Die Ausgänge dieser Gatter sind an die erste
bzw. an die zweite Stufe eines aus Flip-Flops aufgebauten Kanallängenzählers 140
angeschlossen. Je
nachdem, welches dieser Gatter 138 und 142 durchgeschaltet
ist, wird der Kanallängenzähler 140 mit normaler oder mit doppelter Zählgeschwindigkeit
von dem Präzisionsoszillator 136 gesteuert.
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An den Kanallängenzähler 140 ist über ein NOR-Gatter 147 ein Zeit-Multiplex-Kanalzähler
146 angeschlossen, der einen Zählimpuls jedesmal dann durchläßt, wenn ein vorbestimmter
Wert in dem Kanallängenzähler erreicht ist. Der Zeit-Multiplex-Kanalzähler 146 wird
durch den Flip-Flop 124 während der anfänglichen groben Synchronisation zurückgestellt.
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Wenn der dem Flugzeug zugewiesene Zeit-Multiplex-Kanal erreicht ist,
gibt der mit dem Zeit-Multiplex-Kanalzähler verbundene Kanalwähler 144 einen Impuls
an ein UND-Gatter 148 durch, welches beim Erregen des zweiten Einganges die Aussendung
eines Signals an die Referenzstation zur vermeintlichen Nullzeit To veranlaßt. Die
Nullzeitsteuerung geschieht durch einen Rücksteilimpuls auf der Leitung 149, welcher
an den Ausgang eines ODER-Gatters 162 angeschaltet ist, dessen beide Eingänge jeweils
mit dem Ausgang des Flip-Flops 124 bzw. dem Ausgang eines NOR-Gatters 158 verbunden
sind.
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Sobald ein Rücksignal von der Referenzstation im Empfänger 150 empfangen
wird, gibt dieser ein Ausgangssignal an den Synchronisationsimpulsdetektor 152,
der es zu einem UND-Gatter 154 weiterleitet. Wenn die Vorrichtung gerade auf den
zugewiesenen Zeit-Multiplex-Kanal eingeschaltet ist, der durch den Kanalwähler 144
bestimmt wird, wenn der aus dem Rücksignal abgeleitete Rückimpuls auf das UND-Gatter
154 gelangt, wird aus Ausgang desselben ein Signal erzeugt, das einen Flip-Flop
156 einstellt, der wiederum mit einem Ausgang an das Normalzählgatter 138 und mit
dem anderen Ausgang an das Doppelzählgatter 142 angeschlossen ist, so daß je nach
der Stellung des Flip-Flops 156 nur eines dieser Gatter eingeschaltet sein kann.
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Das NOR-Gatter 158 dient dazu, den Kanallängenzähler bei dem Zählwert
6250 zurückzustellen, wenn kein Rücksignal von der Referenzstation empfangen wird.
Wird jedoch ein Rücksignal empfangen, dann erregt das NOR-Gatter 158 über das ODER-Gatter
162 den Flip-Flop 156 und schaltet dadurch das Doppelzählgatter 142 ein, so daß
der Kanallängenzähler 140 nunmehr mit doppelter Geschwindigkeit zählt. Der Flip-Flop
156 ist ferner mit einem Eingang eines UND-Gatters 160 verbunden, dessen Ausgang
an einen Eingang des NOR-Gatters 158 führt. Das UND-Gatter 160 dient dazu, das NOR-Gatter
158 so lange zu sperren, bis der Kanallängenzähler 140 den Zählwert 7274 erreicht
hat. Sobald dies der Fall ist, tritt ein Rückstellsignal auf der Leitung 149 auf,
welches den Kanallängenzähler 140 zurückstellt.
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Das ODER-Gatter 162 dient dazu, beim anfänglichen groben Synchronisationsvorgang
den Kanallängenzähler 140 zurückzustellen, wenn der Rückstellschalter 120 geschlossen
und das Orientierungssignal empfangen wurde. Der Ausgang der UND-Schaltung 154 ist
mit je einem Eingang der UND-Schaltungen 130 und 132 verbunden, deren andere Eingänge
mit je einem Ausgang des Flip-Flops 128 in Verbindung stehen. Der eine Eingang dieses
Flip-Flops ist mit der Leitung 149 verbunden und der andere Eingang mit dem Ausgang
eines NOR-Gatters 126, das von dem Kanallängenzähler 140 gesteuert wird. Diese Teile
dienen zum Steuern einer Nachstelleinrichtung 134 für den Präzisionsoszillator 136,
um Frequenzabweichungen desselben zu korrigieren.
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Die wesentlichen Vorteile der Vorrichtung gemäß F i g. 9 gegenüber
der Vorrichtung gemäß F i g. 5 liegen darin, daß nur ein in einer Richtung laufender
Zähler in jeder Referenzstation an Stelle von Aufwärts- und Abwärtszählern erforderlich
ist. Außerdem sind die Steuereinrichtungen einfacher ausgebildet.
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Mit den Synchronisationsvorrichtungen nach der Erfindung ist es bei
Flugzeugen, die mit Quarzoszillatoren oder .Atomuhren ausgerüstet sind, möglich,
alle zeithaltenden Geräte in den Flugzeugen in Synchronismus zu halten. Unter diesen
Bedingungen ist es bei Empfang von Signalen von anderen Flugzeugen in ihren zugewiesenen
Zeit-Multiplex-Kanälen möglich, die Entfernungen zwischen Flugzeugen und auch die
Abstandsänderungsgeschwindigkeiten derselben zu bestimmen. In Verbindung mit Informationen
über die Höhe und die Höhenänderungen der Flugzeuge durch Aussendung während des
zugewiesenen Zeit-Muhiplex-Kanals läßt sich daher ein Kollisionswarnsystem für Flugzeuge
schaffen.