DE1541627C

DE1541627C - Method for reducing the DF errors caused by multipath propagation in a navigation method with a large-scale Doppler beacon

Info

Publication number: DE1541627C
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing 7000 Stuttgart Weihmdorf Böhm
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Publication date: 1971-06-24

Description

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In der Funknavigation sind Verfahren zur Azimut- verhältnismäßig kleiner Bandbreite (etwa 300 kHz)In radio navigation, methods for azimuth are relatively small bandwidths (around 300 kHz)

messung durch Phasenvergleich zweier Wechsel- auskommt und auch noch eine bessere Befreiungmeasurement by phase comparison of two alternations and also a better exemption

spannungen, der Richtspannung und der Bezugs- von durch Mehrwegausbreitung im Fernfeld hervor-voltages, the directional voltage and the reference of multipath propagation in the far field

spannung, weit verbreitet. Als Beispiele für die bord- gerufenen Störeffekten erlaubt, als es bei den konseitige Azimutmessung seien genannt das VOR, das 5 ventionellen Doppler-Großbasis-Anlagen für dasvoltage, widespread. As examples for the on-board disturbance effects allowed than it is with the conside Azimuth measurements include the VOR, the 5 conventional Doppler large-scale base systems for the

Doppler-VOR- und das Tacan-Verfahren; als Bei- Nahfeld ohnehin schon der Fall ist.Doppler VOR and the Tacan method; as a near-near field is already the case.

spiele für die Azimutmessung in einer Bodenstation Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahrengames for azimuth measurement in a ground station. The invention thus relates to a method

können Radar- und alle bekannten Peilverfahren zur Verringerung des durch Mehrwegausbreitungcan use radar and all known DF methods to reduce multipath propagation

genannt werden. Das Hauptproblem bei allen Azi- verursachten Peilfehlers bei einem Navigationsvermut-Meßverfahren hinsichtlich der Genauigkeit der io fahren mit einem Großbasis-Dopplerfunkfeuer mitto be named. The main problem with all azi-induced bearing errors in a navigation presumption measurement method with regard to the accuracy of the io drive with a large base Doppler beacon

Messung ist die Verminderung der durch Mehrweg- einem Antennensystem, bei dem eine gleichförmigeMeasurement is the reduction of the multi-path antenna system in which a uniform

ausbreitung der elektromagnetischen Wellen (Refie- Kreisbewegung einer gespeisten Einzelantenne reali-propagation of electromagnetic waves (refie circular motion of a single fed antenna realizes

xionen an Gegenständen auf der Erde oder im Raum siert oder durch aufeinanderfolgendes Anschaltenxions on objects on earth or in space or by being switched on one after the other

zwischen Sende- und Empfangsort) entstehenden von Einzelantennen eines Kreisantennensystems an Effekte. Für eine hinreichende Verringerung der 15 eine Sendeeinrichtung simuliert wird, und bei dembetween sending and receiving location) arising from individual antennas of a circular antenna system Effects. For a sufficient reduction of the 15 a transmission device is simulated, and in which

Wirkung der Effekte der Mehrwegausbreitung auf empfangsseitig der Azimut durch PhasenvergleichEffect of the effects of multipath propagation on the receiving side of the azimuth through phase comparison

die Genauigkeit der Azimutmessung sind verschie- des von der rotierenden Einzelantenne empfangenenthe accuracy of the azimuth measurement are different received from the rotating single antenna

dene Lösungen bekannt: Auswählen eines geeigneten Signals (Richtüngssignal) mit einem Bezugssignalknown solutions: Selecting a suitable signal (directional signal) with a reference signal

Aufstellungsortes (VOR), Benutzung von sogenann- bestimmt wird.Place of installation (VOR), use of so-called is determined.

ten Großbasis-Systemen (Doppler-VOR, Doppler- 20 Erfindungsgemäß wird die hochfrequente Speise-Peiler), Verwendung einer impulsgetasteten Aus- energie als einzelner Impuls an die Einzelantenne strahlung (Tacan), Festzielunterdrückung durch Aus- angelegt; empfangsseitig werden zur Aufbereitung nutzung des Dopplereffektes (Radar). des zum Phasenvergleich benötigten Richtungssignalsth large base systems (Doppler VOR, Doppler 20 According to the invention, the high-frequency feed direction finder), Use of a pulse-controlled exhaustion energy as a single pulse to the single antenna radiation (Tacan), fixed target suppression through outreach; on the receiving side for processing use of the Doppler effect (radar). of the directional signal required for phase comparison

Bei den Navigationssystemen mit Impulstastung, jeweils nur die Anfänge der ersten empfangenen z. B. bei Tacan-System (z. B. »Electrical Communi- 25 Impulse ausgewertet; das geschieht in der Weise, daßIn the case of the navigation systems with impulse keying, only the beginnings of the first received z. B. in the Tacan system (e.g. »Electrical Communi- 25 pulses evaluated; this is done in such a way that

cation«, März 1956, Heft 1), wird das Navigations- die Impulse in der Zwischenfrequenzlage einemcation ”, March 1956, No. 1), the navigation becomes the impulses in the intermediate frequency position

kriterium aus der durch Demodulation gewonnenen Zwischenfrequenzschalter eingegeben werden; dercriterion can be entered from the intermediate frequency switch obtained by demodulation; the

Hüllwelle der richtungsabhängig amplitudenmodu- Zwischenfrequenzschalter wird' von einem Zeitglied,Envelope wave of the direction-dependent amplitude modulus intermediate frequency switch is' by a timing element,

lierten Hochfrequenz-Impulsreihe abgeleitet, nicht das selbst von den in einem Begrenzer begrenzten jedoch aus den einzelnen Impulsen selbst. · 30 Zwischenfrequenzimpulsen gesteuert wird, nach einerderived high-frequency pulse series, not that itself from the limited ones in a limiter however, from the individual pulses themselves. · 30 intermediate frequency pulses is controlled, according to a

Bei allen bekannten Doppler-Großbasis-Naviga- (beispielsweise von Hand) wählbaren Zeit periodischPeriodically with all known Doppler large-base naviga (for example manually) selectable time

tionsanlagen sind die Ausstrahlungen der Einzel- geschlossen und geöffnet; die Ausgangssignale destion facilities are the broadcasts of the individual closed and open; the output signals of the

antennen des Sendeantennensystems kontinuierliche Zwischenfrequenzschalters werden schließlich überantennas of the transmitting antenna system are eventually switched over to continuous intermediate frequency

Wellen, und die Anschaltung an die einzelnen Strah- ein Schmalbandfilter zur Demodulation einem Dis-Waves, and the connection to the individual beam a narrow band filter for demodulation a dis-

ler des Kreisantennensystems — eine simulierte 35 kriminator zugeführt, dessen Ausgangssignal dasler of the circular antenna system - a simulated 35 criminator, whose output signal the

kreisförmige Bewegung eines Strahlers voraus- Richtungssignal ist.circular movement of an emitter ahead of directional signal.

gesetzt — ist so eingerichtet, daß sich einerseits eine Die Erfindung basiert also auf der an sich bekannmöglichst realisierte Kreisbewegung eines mit konti- ten Erkenntnis (USA.-Patentschrift 2 422 122), daß nuierlichen Wellen gespeisten Strahlers ergibt, und die bestmögliche Befreiung von Mehrwegausbrei daß andererseits empfangsseitig die das Navigations- 40 tungseffekten bei einem impulsgetasteten Navigakriterium, zumeist den Azimut als Phase enthaltende tionssystem dann möglich ist, wenn nur die Impuls-Dopplerfrequenz durch Demodulation als sinusför- anfange zur Azimutbestimmung ausgewertet werden, miges Signal ohne weiteres gewonnen werden kann, weil alle über einen Umweg im Empfänger eintrefd. h. der Empfänger ist so eingerichtet, daß unter fenden Signale zeitlich später liegen. Die Vorteile Umständen noch auftretende Ungenauigkeiten bei 45 der Großbasissysteme unter Ausnutzung des Doppder sendeseitigen Anschaltung der einzelnen Strahler lereffekts werden ebenfalls herangezogen; durch die keine Störwirkung auf die sinusförmige Richtspan- große Meßbasis werden die Störungen durch Nahnung ergeben. Doppler-Funkfeuer, bei denen dis- reflexionen weitgehend ausgemittelt, die alleinige krete Impulse von den Einzelantennen des Anten- Auswertung der in den Vorderflanken der Impulse nensystems ausgestrahlt werden, sind bisher nicht 50 enthaltenen Richtungsinformation schaltet die Stöbekannt und nicht gebaut worden, vermutlich des- rungen im Fernfeld der Sendeeinrichtung nahezu halb, weil das Problem der empfangsseitigen Signal- vollkommen aus. Die Sendeeinrichtung besteht aus auswertung noch nicht gelöst war. einem kreisförmigen Großbasis-Antennensystem, aufset - is set up in such a way that, on the one hand, the invention is based on what is known as possible realized circular movement of one with continual knowledge (USA.-Patent 2 422 122) that Nuierlichen waves fed emitter results, and the best possible liberation from reusable pulp that, on the other hand, on the receiving side the navigation effects in the case of an impulse-keyed navigation criterion, mostly the azimuth as phase containing tion system is possible if only the pulse Doppler frequency are evaluated by demodulation as sinusoidal start for azimuth determination, A moderate signal can be obtained without further ado, because all of them arrive in the receiver via a detour. H. the receiver is set up in such a way that the signals below are later in time. The advantages Under certain circumstances inaccuracies still occurring in 45 of the large base systems using the Doppder Connection of the individual radiators on the transmission side are also used; through the The disturbances from approximation are no disturbing effect on the sinusoidal straightening span large measurement base result. Doppler radio beacons in which dis- reflections are largely averaged out, the only one Crete impulses from the individual antennas of the antenna evaluation in the leading edges of the impulses n system are not yet included 50 direction information switches the disturbance known and has not been built, presumably almost in the far field of the transmitter half because the problem of the receiving-side signal- completely off. The transmitting device consists of evaluation was not yet resolved. a circular large-base antenna system

Zwar ist mit den auf dem Dopplereffekt beruhen- dem die gleichförmige Bewegung einer Einzelantenne den bekannten Navigationsverfahrcn im allgemeinen 55 realisiert oder durch zyklisches Anschalten einer eine ausgezeichnete Meßgenauigkeit erreichbar, sie Mehrzahl von Einzelantennen simuliert wird; die sind jedoch für manche Aufgaben, beispielsweise für Einzelantenne wird mit impulsförmiger Energie einer den mobilen Einsatz, wegen des großen Aufwandes Trägerschwingung gespeist. Empfangsseitig werden bei der Sendeanlage und wegen der hohen Kosten die von der auf dem Kreis sich bewegenden Einzelfür die Erstellung ohne weiteres nicht zu verwenden. 60 antenne abgestrahlten Impulse, deren Trägerschwin-Insbesondere für den mobilen Einsatz würde eine gung durch die verschiedene Laufzeit von der Sende-Navigationsanlage, in der die Vorzüge der Doppler- antenne zum Empfänger eine Dopplerverschiebung Navigationssysteme mit denen der Impulstastung erfahren haben, durch Auswertung lediglich des (hohe Spitzenleistung bei kleiner Effektivleistung) ersten Teils der Impulse derart aufbereitet, daß eine vereinigt sind, von großer Bedeutung in der Praxis 65 durch Reflexionen nicht gestörte, der Bewegung der sein. Einzelantenne auf dem Kreis entsprechende Sinus-Ziel der Erfindung ist ein derartiges Doppler- spannung entsteht, deren Phase, gegenüber einer Großbasis-Navigationsverfahren, das tunlichst mit Bezugsschwingung gemessen, den Azimut beinhaltet.It is true that the uniform movement of a single antenna is based on the Doppler effect implemented the known navigation processes in general 55 or by cyclically switching on a an excellent measurement accuracy can be achieved, it is simulated a plurality of individual antennas; the are, however, for some tasks, for example for a single antenna with pulsed energy one mobile use, because of the great effort involved in feeding carrier oscillation. Be on the receiving side in the case of the transmitter and because of the high costs that of the individual moving around the circle simply not to use the creation. 60 antenna-emitted impulses, their carrier-particular for mobile use there would be a supply due to the different runtime of the broadcast navigation system, in which the advantages of the Doppler antenna for the receiver are a Doppler shift Navigation systems with which the impulse keying have experienced, by evaluating only the (high peak power with low effective power) first part of the pulses processed in such a way that a are united, of great importance in practice 65, not disturbed by reflections, of the movement of the being. Single antenna on the circle corresponding to the sinusoidal aim of the invention is such a Doppler voltage is created, the phase of which, compared to a Large-scale navigation method, measured as far as possible with reference oscillation, including the azimuth.

Ein Ausführungsbeispiel für das Verfahren zur empfangsseitigen Auswertung der Dopplerfrequenz besteht darin, durch einen sehr schnellen elektronischen Schalter die Impulse — vorzugsweise in der Zwische.nfrequenzlage — soweit zu verkürzen, daß durch Mehrwegausbreitung entstandene, in der Empfangseinrichtung sonst vorhandene Signale hinter dem Schalter nicht mehr vorhanden sind. Derart schnelle Schalter, deren Schaltzeit wenige Nanosekunden beträgt, sind heutzutage verfügbar. Dabei ist zu bedenken, daß die Form der Impulse durch die verfügbare Empfängerbandbreite gegeben ist. Die Phase der Trägerschwingungen ändert sich von Impuls zu Impuls sprunghaft, gleichwohl, ob es sich beim sendeseitigen Sendeantennensystem um eine realisierte oder simulierte Bewegung der Einzelantenne handelt. Die vorzeichenrichtige Addition der Phasensprünge ergibt einen Sinusverlauf der Spannung. Die durch den Schaltvorgang gegenüber den empfangenen verkürzten Impulse werden einem Schmalbandfilter eingegeben, an dessen Ausgang eine mit der Sendeantennen-Umlauffrequenz frequenzmodulierte Schwingung der Zwischenfrequenz abgenommen werden kann. Diese wird in bekannter Weise frequenzmoduliert, und die derart entstandene Niederfrequenzsparinung wird in bekannter Weise zur Bestimmung des Azimuts mit einer vom Funkfeuer in irgendeiner bekannten Weise übertragenen Bezugsschwingung phasenmäßig verglichen.An exemplary embodiment of the method for evaluating the Doppler frequency at the receiving end consists in the impulses - preferably in the Intermediate frequency position - to be shortened to the extent that multipath propagation occurs in the receiving device otherwise signals behind the switch are no longer available. Such fast switches with a switching time of a few nanoseconds are available nowadays. It should be remembered that the shape of the impulses through the available receiver bandwidth is given. The phase of the carrier oscillations changes from Impulse to impulse jumps, regardless of whether the transmitting antenna system on the transmitter side is a realized or simulated movement of the individual antenna. The addition with the correct sign the phase jump results in a sine waveform of the voltage. The opposite by the switching process the received shortened pulses are input to a narrow band filter at its output one frequency-modulated with the transmitting antenna round-trip frequency Oscillation of the intermediate frequency can be picked up. This is frequency modulated in a known manner, and the one created in this way Low frequency saving is used in a known manner to determine the azimuth with a radio beacon compared in phase with the reference oscillation transmitted in any known manner.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren naher erläutert, von denenThe invention is explained in more detail with reference to figures, of which

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens darstellt,1 shows a block diagram of a circuit arrangement to carry out the procedure,

F i g. 2 dient der Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung.F i g. 2 is used to explain the mode of operation of the circuit arrangement.

Die Empfangseinrichtung besteht wie üblich aus der (oder den) Hochfrequenzvorstufe(n) 1, der Mischeinrichtung 2, in der die empfangene hochfrequente Welle mittels eines Mischoszillators 3 in eine geeignete Zwischenfrequenzlage transponiert wird; nach einer entsprechenden Verstärkung in einem Zwischenfrequenzverstärker 4 wird diese einem Zwischenfrequenzschalter 5 eingegeben, der von einem Zeitglied 6 gesteuert wird. Das Zeitglied 6 selbst wird von der in einem Begrenzer? begrenzten Zwischenfrequenzspannung gesteuert. Die am Ausgang des Zwischenfrequenzschalters 5 anstehende Spannung der Zwischenfrequenz wird über ein Schmalbandfilter 8 einem Frequenzdemodulator 9 eingegeben, dessen Ausgangsspannung eine Sinusspannung mit der Frequenz der sendeseitigen Antennenbewegung, z. B. 30 Hz (Richtspannung), ist, die, mit der vom Funkfeuer übertragenen Bezugsspannung phasenmäßig verglichen, den Azimut beinhaltet.As usual, the receiving device consists of the high-frequency pre-stage (s) 1, the Mixing device 2, in which the received high-frequency wave by means of a mixer oscillator 3 in a suitable intermediate frequency position is transposed; after a corresponding reinforcement in one Intermediate frequency amplifier 4 is this input to an intermediate frequency switch 5, which is of a Timer 6 is controlled. The timer 6 itself is from the in a limiter? limited intermediate frequency voltage controlled. The voltage present at the output of the intermediate frequency switch 5 the intermediate frequency is input to a frequency demodulator 9 via a narrow band filter 8, whose output voltage is a sinusoidal voltage with the frequency of the antenna movement on the transmitter side, z. B. 30 Hz (reference voltage) is the phase with the reference voltage transmitted by the beacon compared that includes the azimuth.

Die Wirkungsweise des Verfahrens gemäß der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung ist in den Fig. 2A bis 2F erläutert. Das in Fig. 2A dargestellte Signal bedeutet das ohne Umweg direkt im Empfänger ankommende Signal nach seiner Transponierung in die Zwischenfrequenzlage; in Fig. 2B ist ein auf einem Umweg, nach einer Reflexion, im Empfänger eine gewisse Zeit später eintreffendes, die Auswertung der Azimutsignale sonst störendes Signal dargestellt. Die dem normalerweise geschlossenen Zwischenfrequenzschalter 5 eingegebenen Signale der Zwischenfrequenz passieren diesen nur zu einem bestimmten Teil, der in Fig. 2E dargestellt ist, und gelangen von seinem Ausgang auf das Schmalbandfilter 8, dessen Durchlaßkurve in Fig. 2F angedeutet ist. Daß nur der in Fig. 2E dargestellte Teil des Signals gemäß Fig. 2A auf das Schmalbandfilter gelangen kann, und nicht das Störsignal gemäß Fig. 2B, wird dadurch ermöglicht, daß der Zwischenfrequenzschalter 5 (elektronischer Schalter) mittels eines Zeitgliedes 6, das von den in einem Begrenzer 7 begrenzten Zwischenfrequenzsignalen gesteuert wird, nach einer beispielsweise von HandThe mode of operation of the method according to the method shown in FIG. 1 is shown in the circuit arrangement Figs. 2A to 2F are illustrated. That shown in Fig. 2A Signal means the signal that arrives directly at the receiver without detour after it has been transposed in the intermediate frequency position; in Fig. 2B is a detour, after a reflection, im Receiver received a certain time later, the evaluation of the azimuth signals otherwise interfering with the signal shown. The inputted to the normally closed intermediate frequency switch 5 signals from Intermediate frequency pass these only to a certain part, which is shown in Fig. 2E, and pass from its output to the narrow-band filter 8, the transmission curve of which is indicated in FIG. 2F is. That only the part of the Signal according to FIG. 2A can reach the narrow band filter, and not the interference signal according to Fig. 2B, is made possible by the intermediate frequency switch 5 (electronic switch) by means of a timing element 6, which is in a limiter 7 limited intermediate frequency signals is controlled, for example by hand

ίο wählbaren Zeit periodisch geöffnet wird. Das Ausgangssignal des Begrenzers7 ist in Fig. 2C, das des Zeitgliedes 6 in Fig. 2D schematisch dargestellt. Beim unteren Pegel des Signals gemäß Fig. 2D ist der Zwischenfrequenzschalter 5 geschlossen, also für die Zwischenfrequenzsignale durchgängig, beim oberen Pegel des Impulssignals gemäß Fig. 2D ist er geöffnet, so daß in der gleichen Signalperiode keine weiteren Signale, d. h. etwa vorhandene Störsignale, den Zwischenfrequenzschalter 5 passieren und auf das Schmalbandfilter 8 gelangen können. Die Durchlaßkurve des Schmalbandfilters 8 mit dem Signalspektrum der niederfrequenten Frequenzmodulation zu beiden Seiten der Mittenfrequenz/,, innerhalb des Durchlaßbereichs ist in Fig. 2F schematisch dargestellt.ίο is opened periodically at a selectable time. The output signal of the limiter 7 is shown schematically in FIG. 2C, that of the timing element 6 in FIG. 2D. At the lower level of the signal according to FIG. 2D, the intermediate frequency switch 5 is closed, that is for the intermediate frequency signals is continuous at the upper level of the pulse signal shown in Fig. 2D it is opened so that no further signals, i. H. any interfering signals present, pass the intermediate frequency switch 5 and can reach the narrow band filter 8. the Transmission curve of the narrow band filter 8 with the signal spectrum of the low-frequency frequency modulation on either side of the center frequency / i within the passband is shown schematically in FIG. 2F shown.

Durch das Abschneiden eines Teils des ursprünglichen Impulses (Fig. 2A) entsteht ein sehr breites Signalspektrum, das in eine Anzahl von Teilspektren aufgeteilt ist, deren mittleres, unmittelbar zu beiden Seiten der Frequenz/,, liegendes in etwa (bis auf eine etwas stärkere Dämpfung der außen liegenden Spektrallinien) demjenigen Spektrum entspricht, wie es bei einer Übertragung mit kontinuierlichen Wellen (CW) auftritt. Durch das Schmalbandfilter 8 werden alle Teilspektren abgeschnitten; der das Schmalbandfilter 8 passierende. Teil entspricht dem mittleren Teilspektrum (Fig. 2F).By cutting off part of the original pulse (FIG. 2A), a very broad signal spectrum is created, which is divided into a number of partial spectra, the middle of which, lying directly on both sides of the frequency, is approximately (except for a somewhat stronger attenuation the external spectral lines) corresponds to the spectrum as it occurs in a transmission with continuous waves (CW) . All partial spectra are cut off by the narrow band filter 8; the one passing through the narrow band filter 8. Part corresponds to the middle sub-spectrum (Fig. 2F).

Die am Ausgang des Schmalbandfilters 8 anstehenden frequenzmodulierten Signale werden mittels eines Diskriminators 9 frequenzdemoduliert; die Ausgangsspannung des Diskriminators ist die Richtspannung, eine Sinusspannung mit der Frequenz des senderseitigen Antennenumlaufes, beispielsweise 30 Hz, deren Phase im Vergleich zu der vom Funkfeuer in bekannter Weise übertragenen Bezugsspannung den Azimut beinhaltet. The frequency-modulated signals present at the output of the narrowband filter 8 are by means of a discriminator 9 frequency demodulated; the output voltage of the discriminator is the directional voltage, a sinusoidal voltage with the frequency of the transmitter-side antenna revolution, for example 30 Hz, the phase of which includes the azimuth compared to the reference voltage transmitted in a known manner by the radio beacon.

Claims

Claim:

Process to reduce the spread of mud caused DF error in a navigation process with a large base Doppler beacon with an antenna system in which a uniform circular movement of a fed Realized single antenna or one by successive connection of single antennas Circular antenna system is simulated to a transmitting device and the receiving side of the Azimuth by phase comparison of the signal received by the rotating individual antenna (direction processing signal) is determined with a reference signal, characterized in that the high-frequency supply energy is applied as a single pulse to the single clant antenna and that on the receiving side for the preparation of the phase

comparison required direction signal only the beginnings of the first received pulses are evaluated in such a way that the pulses in the intermediate frequency position correspond to an intermediate frequency

switch (5) that the intermediate frequency switch (5) by a timing element (6), which itself is limited by the in a limiter (7) Intermediate frequency pulses is controlled, closed periodically after a selectable time and is opened, and that the output signals of the intermediate frequency switch (5) a discriminator (9) are fed via a narrow band filter (8) for demodulation, whose Output signal is the direction signal.

1 sheet of drawings