DE1287936B

DE1287936B -

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Publication number: DE1287936B
Application number: DE1962C0027319
Authority: DE
Priority date: 1959-07-07
Filing date: 1962-06-27
Publication date: 1969-01-23
Also published as: GB992544A; GB992543A; US3191175A; GB992545A; GB940509A; FR82158E; GB1014633A; FR1260282A; FR1291865A; DE1287936C2

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung Zur Lösung dieser Aufgabe wird, ausgehend von zum Führen eines Luftfahrzeuges auf einer Abfang- einer Einrichtung der eingangs beschriebenen Art, bahn in Richtung auf eine beabsichtigte Aufsetzstelle erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das von dem und auf einer Anfluggleitbahn in Richtung auf einen vor der Aufsetzstelle angeordneten Sendepunkt unter vor der Aufsetzstelle liegenden Zielpunkt mit einem 5 einem vorwählbaren Höhenwinkel abgestrahlte Richt-Bordempfänger zum Empfang von zwei Signalen, die Strahlbündel und das von dem hinter der Aufsetzstelle zur Bestimmung von zwei Lagekoordinaten des Luft- gelegenen Sendepunkt ausgestrahlte Richtstrahlbündel fahrzeuges in der durch die Anfluggleitbahn und die die zwei Lagekoofdinaten des Ubergangspunktes von Abfangbahn gebildeten Vertikalebene dienen, wobei der Anfluggleitbahn auf die Abfangbahn bestimmen, der Bordempfänger ein von einem hinter der Aufsetz- io Hinter diesem Übergangspunkt erfolgt die Führung stelle gelegenen Sendepunkt ausgestrahltes Rieht- während des Landevorgangs auf der Abfangbahn in strahlbündel empfängt, das ein als Funktion seines der bereits oben erwähnten Weise allein durch die Höhenwinkels kodiertes Höhenwinkelsignal enthält, Höhenwinkelinformation des von dem hinteren und auch zum Empfang eines von einem zweiten Sendepunkt ausgestrahlten Richtstrahlbündels.
Sendepunkt vor der Aufsetzstelle ausgesendeten 15 Die durch die Erfindung vorgeschlagene Landeeinzweiten Richtstrahlbündels eingerichtet ist, das die richtung hat den besonderen Vorteil, daß das Luftstationäre Anfluggleitbahn definiert, und mit einer fahrzeug außerhalb des unmittelbaren Gefahren-Rechenvorrichtung zur fortlaufenden Berechnung bereichs der Landung, also in angemessenem Abstand der Abfangbahn, wobei ein die Abweichung von der Landebahn, von einer relativ einfachen koneiner Ist-Abfangbahn von einer Soll-Abfangbahn so ventionellen Bodeneinrichtung geführt werden kann, anzeigendes Differenzsignal erzeugt wird, nach Patent die an sich für ein Abfangen des Luftfahrzeugs man-1 236 346. gels ausreichender Genauigkeit und Informations-

Gemäß dem Hauptpatent strahlen die zwei in ge- dichte ungeeignet ist. Der die Anfangsbedingung für

genseitigem Abstand neben der Landebahn angeord- die nachfolgende Abfangbahn darstellende Über-

neten Sender zwei Höhenwinkelsignale aus, die die 25 gangspunkt kann jedoch aus der Information des

Lageinformation enthalten, welche vom landenden stationären Richtstrahlbündels mit Hilfe des von

Luftfahrzeug zur Instrumentenlandung verwendet dem hinteren Sendepunkt ausgestrahlten winkelver-

werden. schlüsselten Richtstrahlbündels sehr genau bestimmt

Die gesamte Landeanflugbahn besteht aus einer werden, so daß nachfolgend die fortlaufend von dem

Anfluggleitbahn und einer Abfangbahn, wobei in 30 hinteren Sendepunkt übermittelte Winkelinformation

einem Übergangspunkt das Luftfahrzeug von der An- ausreicht, um das Luftfahrzeug längs einer vorbe-

fluggleitbahn in die Abfangbahn einbiegt. Das Luft- stimmten Abfangbahn bis zum sanften Aufsetzen auf

fahrzeug verwendet die von dem vorderen Sende- der Landebahn zu führen.

punkt abgestrahlte Information, um der Anfluggleit- Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erbahn bis zum Übergangspunkt zu folgen. Zur Füh- 35 findung an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigen rung des Luftfahrzeugs auf einer gewünschten Ab- Fig. 1, 2 und 3 schematische Darstellungen der fangbahn bis zur Aufsetzstelle auf der Landebahn ausgesendeten Richtstrahlbündel und des Verlaufs dient das von dem hinteren Sendepunkt abgestrahlte, einer Landeanflugbahn,

in der Vertikalebene hin- und hergeschwenkte Strahl- F i g. 4 ein Blockdiagramm der hinteren Bodenbündel. 40 sendeanlage und

Wenn, wie das Hauptpatent vorsieht, die von den F i g. 5 ein Blockdiagramm der Bordeinrichtung,

beiden Sendern abgestrahlten Strahlen als Funktion F i g. 1 zeigt eine Landebahn 10 und deren Anflug-

ihrer Höhenwinkel kodiert sind, kann ein sich grundlinie 11 sowie ein Funkleitgerät 12, das hinter

näherndes Luftfahrzeug mit relativ kurzem zeitlichem der Landebahn angeordnet ist. Ein Sender ist an dem

Abstand seine jeweilige Winkelstellung bezüglich 45 Sendepunkt 14 an einer Seite der Landebahn und

beider Sender ermitteln. Der von dem vorderen etwa 1200 m vom anderen Ende der Landebahn ent-

Sendepunkt abgestrahlte Abtaststrahl liefert im fernt angeordnet. Der am Sendepunkt 14 angeordnete

Schwenkbereich eine beliebige Anzahl verschiedener Sender strahlt ein Strahlenbündel 16 ab, das vertikal

Anfluggleitbahnen für jeden Luftfahrzeugtyp. Daher relativ scharf gebündelt ist und azimutal relativ breit

kann in jedem Fall die besondere Gleitbahn gewählt 50 streut. Der Doppelpfeil am Strahlenbündel 16 deutet

werden, die der idealen Landekennlinie des anfliegen- an, daß dieses Strahlenbündel wiederholt in Vertikal-

den Luftfahrzeuges am nächsten kommt. richtung hin- und hergeschwenkt wird. Aufeinander-

Die Erfindung ist auf dem Gedanken aufgebaut, folgende Stellungen der Zentralachse des Strahlen-

daß eine solche Anpassungsfähigkeit der Landeein- bündeis 16 sind in Fig. 2 durch die Linien 16', 16",

richtung, verbunden mit entsprechend aufwendigen 55 16'" ... angedeutet.

Sende- und Empfangsanlagen, nicht in jedem Fall Die in F i g. 4 schematisch dargestellte Sendesta-

erforderlich ist, sondern daß für viele Fälle ein einen tion am Sendepunkt 14 weist eine Antenne 41 und

stationären Führungsstrahl abstrahlender Sender an einen Winkel-Tangens-Wandler 43 auf, die von einem

Stelle eines Abtaststrahlensenders ausreichend ist. Schwenkantrieb 42 angetrieben werden. Der Winkel-

Das Luftfahrzeug folgt dabei im Verlauf der Anflug- 60 Tangens-Wandler 43 wandelt die Winkelbewegung

gleitbahn dem stationären Führungsstrahl und wird der Antenne in ein der Änderung des Tangens pro-

am Übergangspunkt von dem hinter der Aufsetzstelle portionales Ausgangssignal um. Die Änderung des

liegenden, ein als Funktion des Höhenwinkels kodier- Tangens wird an einen Impulsverschlüsseier 45 und

tes Richtstrahlbündel aussendenden Sender über- eine Abnahmevorrichtung für die Tangens-Winkel-

nommen. 65 Änderung 44 gegeben. Die Vorrichtungen 44 und 45

Aufgabe der Erfindung ist die Festlegung des Über- steuern die zeitliche Folge der erzeugten Impulse, um gangspunktes zwischen Anfluggleitbahn und Abfang- die tatsächliche Vertikalbewegung und die Vertikalbahn, bewegung des Inkrements der Antenne wiederzugeben.

Die kodierten Impulse werden einem Impulsmodulator 47 eines konventionellen Senders 48 zugeführt, der mit der Antenne 41 verbunden ist.

Als Sender für den Sendepunkt 13, der an oder in der Nähe des vorderen Endes der Landebahn 10 angeordnet ist, kann eine konventionelle Gleitbahnsendeanlage, wie sie üblicherweise an Flughäfen gebraucht wird, verwendet werden. Es sind Instrumentenlandesysteme bekannt, bei denen ein durch eine Kombination von zwei oder mehr Strahlungskeulen gebildetes resultierendes Strahlenbündel von einer Bodenstation ausgesendet wird, um dem Piloten eine Führung auf der Gleitbahn zu liefern. Dieses resultierende Strahlenbündel ist in Fig. 2 mit 18 bezeichnet.

In F i g. 5 sind ein Empfänger 178 zum Empfang der Abtaststrahlen, ein Empfänger 178' zum Empfang des Gleitbahnstrahls und Rechner 184 und 186' angedeutet, die die wesentlichen Elemente der bei der vorliegenden Landeeinrichtung erforderlichen Bordeinrichtung bilden.

Der Empfänger 178 dient zum Empfangen und Entschlüsseln der von der hinteren Sendestelle ausgesendeten Signale und erzeugt ein Ausgangssignal b, das den Höhenwinkel des Luftfahrzeuges in bezug auf den hinteren Sendepunkt darstellt.

Der in konventioneller Weise ausgeführte Empfänger 178' gehört zur Standardausrüstung der meisten modernen Luftfahrzeuge. Dieser Empfänger dient zum Empfang der von einer konventionellen Bodenstation ausgesandten Gleitbahnsignale und erzeugt ein der Differenz zwischen der Ist-Stellung des Luftfahrzeuges und seiner Soll-Stellung auf dem die Gleitbahn bildenden Strahl proportionales Ausgangssignal. Das Ausgangssignal α stellt den Ist-Höhenwinkel des Luftfahrzeuges in bezug auf die vordere Sendestelle dar. Das Ausgangssignal α wird aus dem Ausgangssignal des Empfängers 178' und einem den stationären Höhenwinkel der Gleitbahn darstellenden Signal entwickelt.

Der Block 177 veranschaulicht die Vorrichtung, welche Ausgangssignale entsprechend den bekannten Daten eines jeden Flughafens liefert. Diese Konstanten sind wie folgt definiert:

D = der horizontale Abstand zwischen den
Sendepunkten 14 und 13;

F = die horizontale Abmessung der Abfangbahn vom Übergangspunkt 24 bis zur Aufsetzstelle 21;

L = der horizontale Abstand zwischen dem
Sendepunkt 14 und der Aufsetzstelle 21;

S = der horizontale Abstand zwischen dem

Übergangspunkt 24 und dem Sendepunkt 13.

Der Rechner 184 erzeugt mit der von den Empfängern 178, 178' gelieferten Winkelinformation ein Ausgangssignal, das dem horizontalen Abstand des Luftfahrzeuges von der Sendestelle 14 proportional ist. Dieses Signal wird an eine Torschaltung 186 und an einen Rechner 186' gelegt. Das Ausgangssignal des Rechners 186' stellt die tatsächliche Abweichung des Luftfahrzeuges von einer berechneten Abfangbahn dar. Sobald das Ausgangssignal des Rechners 184 gleich einem vorgegebenen Wert ist, erzeugt die Torschaltung 186 ein Umschaltsignal, das den Schalter 196 betätigt. Bei Betätigung des Schalters 196 wird der Ausgang des Rechners 186' mit dem Anzeigegerät 180 verbunden. Mit Hilfe dieser Anzeige kann der Pilot das Luftfahrzeug auf der SoII-Abfangbahn halten.

In bestimmten Fällen kann es erwünscht sein, die Gleitbahnwinkelanzeige 179 über freie Kontakte an den Schalter 196 anzulegen, wobei die Schaltung so getroffen ist, daß der Pilot eine Anzeige darüber erhält, wann er der Anzeigevorrichtung 180 zu folgen hat.

Die Koordinatenachsen für die Flugbahn sowie die Sendestellen sind in F i g. 3 gezeigt. Die Af-Achse fällt mit der Anfluggrundlinie der Landebahn zusammen

¹S und ist positiv in Richtung des sich nähernden Flugzeuges. Es ist zweckmäßig, die Koordinate χ = 0 in Höhe des Sendepunktes 14 zu legen. Die Sendepunkte 14 und 13 sind seitlich gegenüber der Landebahn in Richtung y-Achse versetzt. Diese Versetzung ist mit G bzw. A bezeichnet und kann bei allen Rechenvorgängen vernachlässigt werden. Die vertikalen Abstände oder Flughöhen werden entlang der Z-Achse gemessen.

In Fig. 1 ist ein Luftfahrzeug 17 gezeigt, das ent-

^a5 lang seiner aus der Anfluggleitbahn 18 und der Abfangbahn 19 bestehenden Landebahn fliegt. Der Anfluggleitbahnwinkelrichtstrahl für die anfängliche Soll-Gleitbahn beginnt am vorderen Ende der Landebahn und ist unter einem festen Winkel zur Landebahn schräg nach oben gerichtet. Der der Auswertung des Gleitbahnwinkelsignals dienende Teil der Bordeinrichtung empfängt und entschlüsselt die Signale dieses resultierenden Gleitbahnwinkelrichtstrahls und liefert ein Ausgangssignal, das der Differenz zwischen der Ist-Stellung und der Soll-Stellung des Luftfahrzeuges auf dem festen Richtstrahl proportional ist. Dieses Differenzsignal wird dazu verwendet, das Luftfahrzeug auf der Soll-Flugbahn zu halten, wobei das Luftfahrzeug so gesteuert wird, daß das Differenzsignal ein Minimum ist. Durch Überlagern dieses Differenzsignals mit einer zum Höhenwinkel des Gleitbahnwinkelrichtstrahls proportionalen Konstanten kann ein Signal erzeugt werden, das den Ist-Höhenwinkel des Luftfahrzeuges bezüglich der vorderen Sendestelle darstellt. Ein landendes Luftfahrzeug kann der Anfluggleitbahn 18 jedoch nicht bis zur Aufsetzstelle 21 folgen, da die Gleitbahn unter einem zu steilen Winkel zur Landebahn liegt. Daher muß ein Übergang von der Anfluggleitbahn zur Abfangbahn an einem Übergangspunkt erfolgen, der in ausreichender Entfernung vor der Landebahn liegt, damit das Luftfahrzeug genügend weich aufsetzen kann. Dieser Übergangspunkt 24 (F i g. 3) wird aus den geometrischen Beziehungen des Abstandes D zwischen den beiden Sendepunkten, des Höhenwinkels des festen Richtstrahls und des Höhenwinkels des vom Sendepunkt 14 abgestrahlten Abtaststrahls beim Überstreichen des Luftfahrzeuges bestimmt. Da zwei dieser Faktoren zur Bestimmung des Übergangspunktes 24 für jeden Flughafen fest sind, ist der Höhenwinkel bezüglich des hinteren Sendepunktes 14 die einzige variable Größe, und die Wahl dieser Variablen bestimmt den Übergangspunkt 24, bei dem das Luftfahrzeug die Anfluggleitbahn verläßt.

Der Empfänger 178 empfängt die Signale von dem von der hinteren Sendestelle ausgesendeten Abtaststrahl jeweils nur während der Zeitintervalle, an denen der Abtaststrahl auf das Luftfahrzeug gerichtet

ist. Da dieses Richtstrahlbündel in Vertikalrichtung eng gebündelt ist, stellt das empfangene und entschlüsselte Signal zu dieser Zeit genau den Höhenwinkel des Luftfahrzeuges bezüglich des hinteren Sendepunktes 14 dar. Sobald dieses entschlüsselte Ausgangssignal auf einen vorgegebenen Wert abgefallen ist, wird ein Umschaltrelais betätigt. Die Betätigung dieses Umschaltrelais erfolgt am Übergangspunkt 24. Zu diesem Zeitpunkt wird das aus dem entschlüsselten Ausgangssignal des Empfängers 178 entwickelte Ausgangssignal des Rechners 186', das die nichtlineare Abfangbahn darstellt, an das Anzeigegerät 180 angelegt. Der Pilot verwendet die Anzeige, um die Anfluggleitbahn zu verlassen und der am Aufsetzpunkt auf der Landebahn endenden Abfangbahn zu folgen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Führen eines Luftfahrzeuges auf einer Abfangbahn in Richtung auf eine ao beabsichtigte Aufsetzstelle und auf einer Anfluggleitbahn in Richtung auf einen vor der Aufsetzstelle liegenden Zielpunkt, mit einem Bordempfänger zum Empfang von zwei Signalen, die zur Bestimmung von zwei Lagekoordinaten des Luftfahrzeuges in der durch die Anfluggleitbahn und die Abfangbahn gebildeten Vertikalebene dienen, wobei der Bordempfänger ein von einem hinter der Aufsetzstelle gelegenen Sendepunkt ausgestrahltes Richtstrahlbündel empfängt, das ein als Funktion seines Höhenwinkels kodiertes Höhenwinkelsignal enthält, und auch zum Empfang eines von einem zweiten Sendepunkt vor der Aufsetzstelle ausgesendeten zweiten Richtstrahlbündels eingerichtet ist, das die stationäre Anfluggleitbahn definiert, und mit einer Rechenvorrichtung zur fortlaufenden Berechnung der Abfangbahn, wobei ein die Abweichung einer Ist-Abfangbahn von einer Soll-Abfangbahn anzeigendes Differenzsignal erzeugt wird, nach Patent 1236346, dadurchgekennzeichnet, daß das von dem vor der Aufsetzstelle (21) angeordneten Sendepunkt (13) unter einem vorwählbaren Höhenwinkel (Φ) abgestrahlte Richtstrahlbündel (15) und das von dem hinter der Aufsetzstelle gelegenen Sendepunkt (14) ausgestrahlte Richtstrahlbündel (16) die zwei Lagekoordinaten des Übergangspunktes (24) von der Anfluggleitbahn (18) auf die Abfangbahn (19) bestimmen.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagekoordinaten des Übergangspunktes (24) bestimmt werden, wenn der Höhenwinkel des von dem hinter der Aufsetzstelle (21) gelegenen Sendepunkt (14) ausgestrahlten Richtstrahlbündels (16) wesentlich kleiner ist als derjenige des von dem vor der Aufsetzstelle gelegenen Sendepunkt (13) abgestrahlten Richtstrahlbündels (15).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen