DE1798357B2 - Einrichtung zum gegenseitigen synchronisieren von sehr genau gehenden uhren bzw. zeitgebern der in flugzeugnavigations- und kollisionsverhuetungsanlagen benutzten art - Google Patents

Description

18. Einrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßeinrichtung (16, 18, 20, 22) jeder Einheit eine Einrichtung (16) aufweist, die einen Entfernungsmeßimpuls während des ihr zugeordneten Zeitabschnittes zu einem vorbestimmten Zeitpunkt aussendet, der von dem örtlichen Zeitgeber (23, 24. 26, 28) bestimmt ist, und daß die anderen Einheiten mit Einrichtungen (20) ausgestattet sind, die dieser Entfernungsmeßimpuls empfangen und auf Grund ihrer eigenen Zeitgeber dessen Laufzeitverzögerung bestimmen.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gegenseitigen Synchronisieren von sehr genau gehenden Uhren bzw. Zeitgebern der in Flugzeugnavigationsund Kollisionsverhütungsanlagen benutzten Ar*, die in beweglichen und/oder ortsfesten Einheiten, insbesondere Flugzeugen und Bodenstationen, untergebracht sind, welche in gegenseitigem Signalaustausch stehen und eine Rangordnung entsprechend dem Genauigkeitsgrad bilden, mit dem sie jeweils mit einem Zeitnormal synchronisiert sind.

Im praktischen Flugverkehr, für den sich die Einrichtung nach der Erfindung besonders eignet, ist innerhalb eines großen Teiles des Luftraumes eine Vic11all von Flugkörpern vorhanden, die von Flugkörpern, die mit einer verhältnismäßig einfachen elektronischen Ausrüstung ausgestaltet sind, bis zu Flugkörpern reichen, die die kompliziertesten Ausrüstungen mit sich führen. In der Regel ergibt sich außerdem eine große Vielfall von praktischen Situationen sowohl hinsichtlich der Entfernungen verschiedener Luftfahrzeuge von Bodenstationen, beispielsweise Flughafen, Wetlcrschiffen u.dgl., als auch hinsichtlich der Zeitdauer, die verstrichen ist,

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seit die betreffenden Luftfahrzeuge ihren Zeitgeber dienen. Die Einrichtung ist mit den verschiedensten

zum letzten Mal mit einer Bodenstation synchroni- Typen bekannter Entfernungsmeß- und Navigations-

siert haben. Während ein großes Verkehrsflugzeug anlagen kompatibel, welche die Entfernung zwischen

mit einer Atomuhr von solcher Genauigkeit ausge- einem Luftfahrzeug und Bodenstationen oder zwi-

stattct sein kann, daß diese normalerweise zwischen 5 sehen zwei Luftfahrzeugen, die Annäherungsge-

dem Abflug und der Ankunft am Bestimmungsort schwindigkeit, die Höhe, den Höhenänderungswert

keine Neusynchronisation während des Fluges erfor- u. dgl. messen. Die Neusynchronisation der Zeitgeber

dert, führen kleinere Luftfahrzeuge nur kann in beliebiger bekannter Weise erfolgen, bei-

Kristalloszillator-Zeitgeber mit sich, die während spielsweise durch Anwendung von Zeitgeber-Syn-

Flügen, bei denen die Luftfahrzeuge weit aus dem io chronisationsverfahren, wie sie in der britischen Pa-

Funkkontaktbereich mit Bodenstationen, die eine tentschrift 1 051 373 oder den USA.-Patentschriften

Neusynchronisation erlauben würden, herauskom- 2 869 121, 3 183 504, 3 255 900 und 3 336 591 be-

men, eine häufige Neusynchronisation erfordern wür- schrieben sind. Ein großer Teil der in Luftfahrzeugen

den. für die Entfernungsmessung und den Kollisions-

Es ist bekannt (britische Patentschrift 1051373) 15 schutz erforderlichen Anlage kann auch für die erfinbei einer Einrichtung zum gegenseitigen Synchroni- dungsgemäße Einrichtung ausgenutzt werden,
sieren von sehr genau gehenden Uhren eine Signalaus- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die tauscheinrichtung zur Bestimmung der tatsächlichen Einrichtung zur Bestimmung eines Schätzwertes der Zeitabweichung zwischen dem Zeitgeber einer örtli- Genauigkeit eine zweckmäßig als digitales Register chen Einheit, beispielsweise eines Flugzeuges, und 20 ausgelegte Einrichtung zum Akkumulieren von Feheiner Hauptuhr, die z.B. an einer Bodenstation an- leranteilen zwecks Bildung einer den letzten Schätzgeordnet sein kann, zu verwenden und eine Einrich- wert darstellenden Größe, eine Einrichtung zur tung zur Korrektur des Zeitgebers in der örtlichen Rückstellung der Akkumulationseinrichtung bei Syn-Einheit zu benutzen. Vorbestimmte Einheiten, insbe- chronisieren des örtlichen Zeitgebers mit dem Zeitgesondere Bodenstationen, wirken also als Synchroni- 25 ber einer ausgewählten Einheit und eine Einrichtung sationsgeber, mit denen alle anderen teilnehmenden auf, die in die örtliche Akkumulationseinrichtung Einheiten synchronisiert werden. Voraussetzung für Zcitgcberfehleranteile eingibt, die einen den geein Funktionieren der gekannten Einrichtung ist schätzten Fehler der zur Synchronisation herangezoaber, daß alle Einheiten, deren Zeitgeber korrigiert genen Einheit darstellenden Anfangsanteil und Anwerden müssen, ständig in Funkkontakt mit einer 30 teile umfassen, die auf der geschätzten örtlichen Zeiteine Hauptuhr aufweisenden Einheit stehen. In der geberdrift während der Zeitspanne beruhen, die seit Praxis fehlt diese Voraussetzung häufig. der letzten Zeitgebersynchronisation verstrichen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Der Zeitgeberdriftanteil basiert dabei auf der beEinrichtung zu schaffen, bei der die Synchronisation kannten Driftgeschwindigkeit des Zeitgebers des nicht an eine oder wenige vorbestimmte Hauptuhren 35 Luftfahrzeuges multipliziert mit der seit der Neugebunden ist sondern auch dann noch wirksam erfol- synchronisation verstrichenen Zeit, während der Angen kann, wenn synchronisationsbedürftige Einheiten fangsanteil der übernommene geschätzte Zeitgeberzwar untereinander, nicht aber mit einer Einheit mit fehler der Einheit ist, an Hand deren die letzte Syn Hauptuhr in Funkkontakt stehen. chronisation vorgenommen wurde.

Ausgehend von einer Einrichtung der eingangs ge- 40 Vorzugsweise ist eine Einrichtung zur Eingabe nannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß eines weiteren Fehleranteils in die Akkumulationsdadurch gelöst, daß zur Verbesserung des jeweiligen einrichtung vorhanden, der Synchronisationsunge-Synchronisationsgrades der Einheiten innerhalb der nauigkeiten darstellt, wobei die Versetzung ermittelt Rangordnung eine Einrichtung in jeder Einheit zur und der örtliche Zeitgeber zwecks Verringerung der Bestimmung eines Schätzwertes des Genauigkeitsgra- 45 Versetzung korrigiert wird. Dieser weitere Fehlerandes der Synchronisation des örtlichen Zeitgebers, teil bildet den normalerweise zu erwartenden Ferner eine Einrichtung in den Einheiten zur Übermittlung auf Grund des Synchronisationsverfahrens selbst: er des Schätzwertes der örtlichen Zeitgebergenauigkeit umfaßt einen die Schrittgröße oder Rasterung des an andere Einheiten, eine Einrichtung in jeder Ein- Zeitgebers kennzeichnenden konstanten Wert.
heit zum Vergleich des Schätzwertes der örtlichen 50 Die Einrichtung zur Eingabe von Fehleranteilen Zeitgebergenauigkeit mit Schätzwerten von anderen weist zweckmäßig eine Einrichtung zum Quadrieren Einheiten und zum Auswählen einer anderen Einheit jedes Anteils, eine Einrichtung zur Bildung der mit einem höheren geschätzten Zeitgebergenauig- Summe der quadrierten Anteile und eine Einrichtung keitsgrad, eine Signalaustauscheinrichtung in den auf, die zur Ermittlung des örtlichen Genauigkeits-Einheiten zur Bestimmung der tatsächlichen Zeitab- 55 Schätzwertes die Quadratwurzel der Summe bildet, weichung des Zeitgebers der örtlichen Einheit mit Die Kombination der verschiedenen Fehleranteile in Bezug auf den Zeitgeber einer ausgewählten Einheit Form eines quadratischen Mittelwertes ist wegen der sowie eine Einrichtung zur Korrektur des Zeitgebers statistischen Natur der Fehleranteile einer einfachen in der örtlichen Einheit zwecks Verringerung dieser Summierung vorzuziehen, obwohl auch eine nähe-Abweichung vorgesehen sind. 60 rungsweise Bestimmung durch Summierung zu einem

Bei der Einrichtung nach der Erfindung kann brauchbaren Ergebnis bei geringerem Schaltungsaufgrundsätzlich der Zeitgeber jeder Einheit zur Syn- wand führen kann.

chronisation anderer Zeitgeber herangezogen wer- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist an

den. Die örtliche Einheit synchronisiert sich selbsttä- die Akkumulationseinrichtung eine Alarmeinrichtung

tig mit derjenigen der mit ihr in Funkkontakt stehen- 65 angeschlossen, die zwecl's Warnung vor einem über-

den Einheiten, die den geringsten geschätzten Fehler mäßigen örtlichen Taktgtberfehler anspricht, wenn

hat, und kann gleichzeitig selbst der Synchronisation eine Größe aufgelaufen ist, die einen vorbestimmter

anderer Einheiten mit größerem geschätzten Fehler Pegel überschreitet. Dadurch wird das örtliche Luft-

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fahrzeug gewarnt, sich nicht durch Verlassen auf die nähert. Selbst ein einfacher ausgestattetes Privatflugeigenen Einweg-Entfernungsmessungen bezüglich zeug kann sicher innerhalb eines Luftraumes gefloeines anderen Luftfahrzeuges täuschen zu lassen. gen werden, der auch von Verkehrsflugzeugen be-Diese Messungen basieren auf Bezugsimpulsen, die nutzt wird.

von dem anderen Luftfahrzeug zu vorbestimmten 5 Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Zeitpunkten einer Folge von Zeitabschnitten ausge- Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichsendet werden, wobei diese Zeitpunkte jedoch durch nungen zeigen

die Zeitangabe des örtlichen Zeitgebers bestimmt F i g. 1 A und 1 B ein Blockschaltbild einer Navi-

werden, die um den Wert der relativen Synchronisa- gationsanlage mit einer Bodenstation und einer be-

tionsfehler zwischen den beiden Luftfahrzeugen un- io weglichen Station in Form eines Luftfahrzeuges,

genau ist. In dem im folgenden beschriebenen Aus- F i g. 2 ein Zeitdiagramm einer Zeitabschnittpe-

führungsbeispiel lassen geschätzte Zeitgeberfehler, riode, die für einen Signalaustausch zwischen 1024

die ungefähr 4 ms übersteigen, die Alarmeinrichtung Luftfahrzeugen ausreicht,

ansprechen. Ein Luftfahrzeug, das mit einer Atom- F i g. 3 ein Zeitdiagramm, das die Unterteilung

uhr ausgestattet ist, die einen Nennfrequenzfehler 15 eines Zeitabschnittes in Zeitintervalle erkennen läßt,

von nicht mehr als zwei Teilen in 10¹¹ hat, entwickelt die für die verschiedenen Funktionen ausgenutzt

nach ungefähr drei Stunden einen Fehler von 200 ns werden,

und besitzt infolgedessen 28 Stunden nach der Syn- F i g. 4 ein Zeitdiagramm für die Unterteilung des chronisation einen Fehler von nicht mehr als 2 ms. Fernmeßteiles eines einzelnen Zeitabschnittes, inner-Bei einem Luftfahrzeug, das mit einem guten 20 halb dessen die verschiedenen erforderlichen Infor-Kristalloszillator-Zeitgeber ausgestattet ist, der eine mationen übermittelt werden, und
Driftgeschwindigkeit von drei Teilen in 10/°Tag hat, Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Ertritt jedoch ein zusätzlicher Fehler von 2 ms schon mittlung der Quadratwurzel der Summe der quainnerhalb von drei Stunden ein. Ein Fehler von 2 ms drierten Zeitgeberfehleranteile,
entspricht bei einer Einweg-Enlfernungsmessung 25 Der Block 1 in F i g. 1 stellt eine Bodenstation dar. einer Strecke von ungefähr 600 m. Diese Zahlen lie- die mit einer Antenne 2 ausgestattet ist, über die Infern einen Anhalt dafür, wie oft eine Neusynchroni- formationen empfangen und gesendet werden könsation erforderlich wird. nen, die sowohl die Navigation der jeweiligen Luft-

Der Einrichtung zur Auswahl einer anderen Ein- fahrzeuge als auch die Synchronisation ihrer Zcitgeheit mit geschätzter höherer Zeitgebergenauigkeit 30 ber betreffen. Es wird angenommen, daß die Bodensind vorzugsweise eine Einrichtung, die die Auswahl station 1 einen örtlichen Zeitgeber besitzt, der genau einer Einheit begünstigt, die den Schätzwert für ist und für die Zwecke des vorliegenden Beispiels als größte Genauigkeit übermittelt, sowie eine Einrich- Hauptzeitgeber wirkt. Bei einem praktisch ausgeführtung zugeordnet, die die Auswahl einer Einheit be- ten System wären mehrere Bodenstationen gegengünstigt, deren Empfangssignal einen verläßlichen 35 seitig über Einrichtungen synchronisiert, die keinen Pegel hat. Die letztgenannte Einrichtung führt meh- Teil der vorliegenden Erfindung bilden. Diese Statiorerc aufeinanderfolgende Vergleiche zwischen ge- nen sind vorzugsweise international rund um die schätzten Zeilgeberfehlern — einschließlich dem Erde verteilt, so daß eine weltweite Normalzeit geeigenen Zeitgeberfehler und von einem oder mehre- schaffen und ständig aufrechterhalten wird. Wie ren anderen Luftfahrzeugen übermittelten Zeitgeber- 40 oben ausgeführt ist, soll bei der vorliegenden Anlage fehlern — sowie tatsächlich gemessenen (absoluten) der Synchronisationsgrad der Zeitgeber in den Luft-Zeitfehlern durch, bevor die Entscheidung erfolgt, fahrzeugen ständig auf den neuesten Wert gebracht daß tatsächlich eine Neusynchronisation vorgenom- werden, um die in dem Luftfahrzeug vorhandene men werden soll, weil übereinstimmende Anzeichen Zeitgabe laufend zu verbessern und sie der weltvveidafür vorliegen, daß die tatsächlichen Zeitgeberfehler 45 ten Zeitgabe näher anzugleichen, die von den wechsich den geschätzten Zeitgeberfehiern hinsichtlich in- seiweise synchronisierten Bodensiaiionen aufrechterrer absoluten Größe nähern. halten wird. F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer

Zweckmäßig weisen ferner die Luftfahrzeuge Ein- typischen Flugnavigationsanlage.

richtungen zur gegenseitigen Übermittlung der jewei- Es wird davon ausgegangen, daß die betreffenden ligen Höhe auf und ist der Auswahleinrichtung eine 50 Luftfahrzeuge zu einem beliebigen Zeitpunkt unterEinrichtung zugeordnet, die die Auswahl einer Ein- schiedliche Genauigkeitsgrade hinsichtlich der Synheit begünstigt, deren Höhe der Höhe der die Ent- chronisation mit Bezug auf die Bodenstationszeit bescheidung treffenden Einheit am nächsten kommt. sitzen. Beispielsweise haben einige Luftfahrzeuge Wenn also zwei andere Luftfahrzeuge den gleichen kompliziertere und bessere Zeitgeber als andere; so Zeitgeberfehler besitzen, wird für die Neusynchroni- 55 sind Verkehrsflugzeuge mit genau synchronisierten sation des örtlichen Zeitgebers das höhenmäßig Atomuhren ausgestattet, während leichte Luftfahrnächstkommende Luftfahrzeug ausgewählt. zeuge nur Kristalloszillatoren besitzen. Außerdem

Die Einrichtung nach der Erfindung erlaubt es werden die Zeitgeber gewisser Luftfahrzeuge erst

einem Luftfahrzeug, dessen Zeitgeber völlig außer sehr kurz zuvor synchronisiert sein, insbesondere

Synchronismus gefallen ist, eine Neusynchronisation 60 dann, wenn sie gerade eine entsprechend ausgerüstete

vorzunehmen, sobald das Flugzeug in die Funkreich- Bodenstation überflogen oder kurz zuvor gestartet

weite eines anderen, richtig synchronisierten Luft- sind, so daß ihre Zeitgeberfehler nur während einer

fahrzeuges kommt. Das nicht synchronisierte Luft- kurzen Flugdauer aufgelaufen sind. Demgegenüber

fahrzeug kann sich daher wieder sicher in die syn- können sich andere Luftfahrzeuge viele Stunden lang

chronisierte Rangordnung einordnen. Diese Möglich- 65 ohne Synchronisation mit einer Haupt-Bodenstation

keit ist besonders nützlich für ein Luftfahrzeug, das in der Luft befunden haben oder gerade von einem

von einem zweitrangigen Flughafen aus startet und Flughafen abgeflogen sein, bei dem keine Synchroni-

sich einem Luftraum mit größerer Verkehrsdichte sationsinöglichkeit bestand. Im letztgenannten Falle

ist der Zeitgeber im allgemeinen völlig unsynchronisiert und befindet sich daher auf »Ortszeit«.

Das vorliegende Rangordnungssystern geht davon aus, daß ein Luftfahrzeug den eigenen Synchronisationsfehler wenigstens insoweit abschätzen kann, daß die Wahrscheinlichkeit ermittelt werden kann, daß seine eigene Genauigkeit besser oder schlechter als die Genauigkeit eines anderen in Funkreichweite befindlichen Luftfahrzeuges ist. Zunächst übernimmt und speichert ein Luftfahrzeug jedesmal dann einen bestimmten Anfangsfehler, wenn es die Synchronisation mit einer anderen Einheit herstellt, deren Fehler es als Ausgangswert annimmt. Erfolgt die Synchronisation mit einer Bodeneinheit, dann ist der übernommene Fehler nahezu gleich Null; es beginnen jedoch sofort andere Fehler aufzulaufen, die auf dem Synchronisationsvorgang beruhen und auf Impulsanstiegszeiten und andere Verzögerungen sowie Ungenauigkeiten des Systems, wie die SchrittgröBe «tes Zeitgebers, zurückzuführen sind. Alle diese Fehler lassen sich recht genau abschät7en. Einige Fehler sind dem Signal-Rausch-Verhältnis proportional; noch bessere Synchronisationsfehler-Abschätzungen lassen sich vornehmen, wenn ein Schwundregelungs-Pegelfaktor berücksichtig wird. In Abhängigkeit von der Art des eigenen Zeitgebers kann das Luftfahrzeug ferner einen Faktor verwenden, der die Driftgeschwindigkeitseigenschaft des eigenen Zeitgebertyps darstellt und der über die seit der letzten Synchronisation verstrichene Zeit akkumuliert wird, um einen Anteil zu bestimmen, der die aufgelaufene Drift kennzeichnet. Vorzugsweise werden der übernommene Fehler, der Synchronisationsfehler und der auf die Ungenauigkeit der Zeitgeberfrequenz zurückzuführende, anwachsende Zeitfehler als die Quadratwurzel aus der Summe der Quadrate zusammengefaßt. Es lassen sich auch verschiedene Näherungen anwenden, beispielsweise eine einfache Summierung. Jedes Luftfahrzeug sammelt diese Fehlerantcile ständig an, um eine Gesamtabschätzung für den Fehler des eigenen Zeitgebers zu erhalten, und übermittelt dann die lezte Abschätzung während des eigenen Zeitabschnittes an andere Luftfahrzeuge. Während der Zeitabschnitte anderer Luftfahrzeuge empfängt es dagegen ferngemessene Abschätzungen der Zeitgeberfehier dieser anderen Luftfahrzeuge, vergleicht sie mit dem eigenen Schätzwert und entscheidet, ob eine Synchronisierung mit einem der Zeitgeber der anderen Luftfahrzeuge erfolgen soll oder nicht. Für den Fall einer Synchronisierung übernimmt es den geschätzten Fehler des anderen Luftfahrzeuges als eigenen Anfangsfehler, kombiniert mit diesem einen Synchronisationsfehlerfaktor und akkumuliert dann weitere eigene Fehlerfaktoren auf Grund der Driftgeschwindigkeit des eigenen Zeitgebers über die seit der Synchronisation verstrichene Zeitdauer.

F i g. 2 zeigt, daß jede vollständige Folge von Zeitabschnitten, die vorliegend als Periode bezeichnet wird, eine sich ständig wiederholende Reihe von Zeitabschnitten gleicher Länge umfaßt. Fig.2 veranschaulicht ein Beispiel mit 1024 Zeitabschnitten. Dabei wird davon ausgegangen, daß jedem der betroffenenen Luftfahrzeuge ein eigener Zeitabschnitt zugeordnet ist. und zwar entweder durch vorherige Vereinbarung vor dem Abflug von einem Flughafen oder durch Übernahme während des Fluges, beispielsweise in der in der USA.-Patentschrift 3 161869 beschriebenen Weise. Die besondere Art der Zuordnung der Zeitabschnitte bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung.

F i g. 3 zeigt einen einzelnen Zeitabschnitt, der derart unterteilt ist, daß am Anfang des Zeitabschnittes eine Sicherheits-Totzeit von 250 Mikrosekunden erhalten wird. Am Ende dieser Totzeit sendet die den Zeitabschnitt belegende Einheit die eigene verschlüsselte Entfemungsmeß-Impulsgruppe R zur Anzeige des Abstandes von allen anderen entsprechend ausgerüsteten Luftfahrzeugen aus, die mit seinem Zeilgeber synchronisiert sind. Die anderen Luftfahrzeuge empfangen die Entfemungsmeß-Impulsgruppe R und messen die Laufzeit des Impulses von diesem betreffenden Luftfahrzeug auf Grund der Kenntnis des Sendezeitpunkts und des Empfangszeitpunkts entsprechend dem Zeitgeber des empfangenden Luftfahrzeuges. Diese Technik ist als Einweg-Entfernungsmessung bekannt und erfordert keine weitere Erläutertuiig. Der Zeitabschnitt sieht eine Zeitspanne von 625 Mikrosekunden nach dem Senden des Emfernungsmeßimpulses R vor, eine Zeitdauer, die ausreicht, um den Impuls 185 km weit laufen zu lassen. Diese Entfernung wird vorliegend als die maximale Funkreichweite des beispielshalber erläuterten Systems angenommen. Daraufhin ist innerhalb des Zeitabschnittes ein Intervall von 2300 Mikrosekunden für die Fernübermittlung von örtlichen Informationen von dem diesem betreffenden ZeitabschniU zugeordneten Luftfahrzeug an alle anderen mithörenden Luftfahrzeuge vorgesehen.

Fig.4 zeigt eine zweckmäßige Folge für ein 2300 Mikrosekunden langes Fernmeßintervall, wobei beispielsweise eine Impulsamplitudenmodulation mit einer Schrittgröße von 1/4 Mikrosekunde angenommen ist. Weil die Sendeimpulse auf verschiedenen Wegen von unterschiedlicher Länge zu anderen Lufi fahrzeugen gelangen können, was zu dem Mehrwe«- problem führen kann, sind zwischen den verschiedenen Fernmeß-Tnformationsgruppen mehrere 170 Mi-

krosekunden lange Sicherheitszonen vorgesehen, innerhalb deren eine Mehrwegübertragung abklingt > kann. Aus der Darstellung ergibt sich, daß jcd-s Luftfahrzeug innerhalb des ihm zugeordneten Zeitabschnittes folgende Signale abgibt: die eigene Zciiabschnittkennung. eine Sicherheitszolle, den Schiit/.-wert der eigenen Zeitgebergenauigkeit, eine Sicher heitszone, die Adresse des Zeitabschnittes eines anderen Luftfahrzeuges, an das gerade ein Abfragein puls ausgesendet wird, eine Sicherheitszone. >.Ί-.

eigene Höhe, eine Sicherheitszone und die Höhcnänderungsgeschwindigkeit, dei eine weitere Siehe; heitszone folgt. Jeder der Fernmeß-InformatioiK-gruppen ist eine Sendezeit von 256 Mikrosekunden zugeordnet, während nach dem vorliegenden Schema

die Sicherheitszonen durchweg eine Dauer von 170 Mikrosekunden besitzen. Es versteht sich jedoch, daß die Sendeintervalle gegebenenfalls auch in anderer Weise bemessen und verteilt sein können.

Nachdem das Datenfernmeß-Intervall des eigenen Zeitabschnittes der Einheit abgeschlossen ist, übermittelt die Einheit gemäß Fig.3 an das adressierte Luftahrzeug eine Abfrageimpulsgruppe Q. Diese Impulsgruppe wird von dem Antwortsender in dem betreffenden Luftfahrzeug, das während der Daten-

Übermittlung (Mitte der Fig.4) adressiert worden war, empfangen und entschlüsselt. Die Abfrageimpulsgruppe Q und die Antwort T des Antwortsenders des gefragten Luftfahrzeuges werden im vorliegenden

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Ausführungsbeispiel von dem örtlichen Luftfahrzeug ausgenutzt, um die tatsächliche Entfernung im Zweiweg-Verfahren zu ermitteln, bei dem die Hin- und Herlaufzeit des Impulses gemessen wird. Dadurch wird die Entfernung sehr genau ermittelt, weil die Messung von dem Synchronisationsgrad der Luftfahrzeuge unabhängig ist. Während der letzten 1950Mikrosekunden des in Fig. 3 veranschaulichten Zeitabschnittes erwartet und empfängt das Luftfahrzeug sowohl Antwortsender-Antwortimpulse T als auch Bezugsantwortimpulse F von dem adressierten Luftfahrzeug; diese Information wird während des Neusynchronisalionsbetriebes in einer im folgenden noch näher erläuterten Weise benutzt.

Gemäß Fig. 1 weist jede örtliche bewegliche Einheit eine Antenne 10 auf, die über eine Schalteinrichtung 12 an eine von mehreren unterschiedlichen Sende- und Empfangseinrichtungen anschließbar ist. In jedem Zeitabschnitt, ausgenommen dem eigenen Zeitabschnitt des Luftfahrzeuges, ist die Antenne mit einem Fernmeßempfänger 14 verbunden, während sie im eigenen Zeitabschnitt an einen Fernmeßsender 16 angeschlossen ist. Während sämtlicher Zeitabschnitte steht die Antenne ferner mit einer örtlichen Entfernungsmeßeinrichtung 18 in Verbindung, die auch einen Antwortsender sowie einen Bezugsimpulssender einschließt, um der Entfernungsmeßeinrichtung von anderen Einheiten zu antworten. Jede Einheit umfaßt weiterhin einen Rechner und Wiedergabegeräte; diese Einrichtungen erlauben es, Einweg-Entfernungsmessungen mit Bezug auf andere entsprechend ausgerüstete Luftfahrzeuge auszuführen, die Wahrscheinlichkeit einer Kollision, die Annäherungsgeschwindigkeit u. dgl. zu errechnen sowie entsprechende Informationen dem Piloten kenntlich zu machen. Die Funktionen dieses Rechners sind allgemeiner Art und spielen bei der Synchronisation nur eine begrenzte, weiter unten diskutierte Rolle.

Nimmt man an, daß die örtliche Einheit nach ihren eigenen Schätzungen verhältnismäßig gut synchronisiert ist, das heißt auf ± 250 Mikrosekunden entsprechend dem anfänglichen Totraum und der End-Sicherheitszone, empfängt sie von anderen Einheiten die verschiedenen in F i g. 4 veranschaulichten Fernmeßdaten zusammen mit den in Fig.3 angedeuteten Entfernungsmeßiinpulsen R anderer Einheiten. Diese Informationen laufen alle über den Fernmeßempfänger und Decoder 14; sie werden über Leitungen 14« verschiedenen Speicherschaltungen zugeführt, zu denen eine Speicherschaltung 22 für den Entfernungsmeßimpuls R gehört. Letztere gibt in dem Augenblick ein Ausgangszeichen ab, in dem sie den Entfeniungsmeßimpuls R der sendenden Einheit empfängt. Das den Augenblick des Eintreffens des Entfernungsmeßimpulses kennzeichnende Signal wird über eine Leitung 22 a dem Rechner 20 zugeführt, der außerdem über eine Leitung 24 b einen Zeitwert aufnimmt, der die augenblickliche Zeitangabe des örtlichen Zeitgebers darstellt.

Der Zeitgeber umfaßt einen Zähler (Zählkette) 23, der eine Zeitabschnitt-Logikeinheit 24 ansteuert, wobei der Zähler seinerseits von einem Oszillator 26 und einer Taktimpulsschaltung 28 angetrieben wird. Diese Zeitgebereinheit arbeitet in bekannter Weise; im vorliegenden Ausführungsbeispiel unterteilt sie eine kontinuierlich sich wiederholende Folge von Perioden in örtliche Zeitabschnitte; sie unterteilt ferner die örtlichen Zeitabschnitte in Intervalle von je '/4 Mikrosekunde Dauer. Die Impulsfolgefrequenz des Zeitgebers 26 bis 28 beträgt infolgedessen 4 MHz. Diese Frequenz kann beispielsweise durch einen Oszillator erzeugt werden, der mit einer höheren oder einer niedrigeren Frequenz schwingt und dessen Ausgangssignal entsprechend geteilt oder vervielfacht wird, um die Frequenz von 4MHz zu erhalten.

Wenn dem Rechner die Ankunftszeit des Entfernungsmeßimpulses R einer anderen Einheit über die Leitung 22 a und die örtliche Zeitangabe über die Leitung 24 b zugeführt werden, kann er eine Einweg-Bestimmung der Laufzeit des empfangenen Entfermmgsmcßimpulses R durchführen; auf diese Weise ermittelt der Rechner den Abstand von der anderen Einheit. Dieser übliche Entfernungsmeßvorgang wird in jedem der aufeinanderfolgenden Zeitabschnitte ausgeführt, die Luftfahrzeugen zugeordnet sind, deren Impulse an der örtlichen Einheit mit ausreichender Signälstärke empfangen werden und deren Abstand innerhalb von 185 km liegt, ein Wert, der zur Erläuterung der Erfindung willkürlich gewählt wurde. Die Ermittlung dieser Entfernungen im Einweg-Verfahren ist die normale Funktion der Einheit, wenn sie keine Neusynchronisation mit einem Zeitgeber durchführt, der sich in Reichweite befindet und einen niedrigeren geschätzten Fehler hat. Im letzten Falle wird auch, wie sich aus folgendem ergibt, die Entfernungsmeßeinrichtug 18 benutzt.

Die in F i g. 1 veranschaulichte Anlage führt unter gewissen Bedingungen, wie im folgenden geschildert, zwei Arten der Synchronisation aus, und zwar eine Grobsynchronisation sowie eine Feinsynchronisation.

Grobsynchronisation

Die Grobsynchronisation eignet sich insbesondere dafür, ein Luftfahrzeug neu zu synchronisieren, das nach eigener Schätzung völlig unsynchronisiert ist, weil es beispielsweise nach einem langen Aufenthalt auf einem abliegenden Flughafen ohne Synchronisationsgelegenheit wieder in das synchronisierte Zeitsystem eintritt. Die Grobsynchronisation wird notwendig, wenn die von anderen Luftfahrzeugen fernübermittelten Zeitabschnitte nicht mit der über das Kabel 24« laufenden örtlichen Zeitabschnittlogik übereinstimmen. Wie in Verbindung mit Fig. 4 erläutert wurde, sendet jede Einheit die Kennung des von ihr eingenommenen Zeitabschnittes einmal je Periode aus; diese Information gelang» über den örtlichen Fernmeßempfänger und Decoder 14. die Leitung 14 a und eine im folgenden noch näher erläuterte Wählschaltung 30 zur Leitung 30 a. Die fernübermittelte Zeitabschnittnummer wird dann in einem Speicher 32 gespeichert, dessen Ausgangssignal über eine Leitung 32 a zu einem Vergleicher 34 läuft. Dieser Vergleicher 34 vergleicht alle empfangenen Zeitabschnitte, so wie sie eingespeichert werden; er spricht jedoch nicht an, solange die von anderen Luftfahrzeugen empfangenen Zeitabschnittkennungcn mit den örtlich bestimmten augenblicklichen Zeitabschnitten übereinstimmen, die auf dem Kabel 24 a auftreten. Wenn jedoch die im Vergleicher 34 durchgeführten Vergleiche eine Nichtübereinstimmung erkennen lassen, tritt auf der Leitung 34 a ein Ausgangssignal auf, das eine Korrekturschaltung 36 betätigt, die derart programmiert ist, daß sie während mehrerer Perioden ausreichend Fehlanpassungs-An-

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zeigen auflaufen läßt, um sicher zu sein, daß eine meßsignale, die dem Speicher 40 zugeleitet wird, gibt Fehlanpassung tatsächlich vorliegt. Sie gibt dann den geschätzten Zeitgeberfehler des sendenden Luftüber ein Kabel 36 a ein Ausgangssignal an die ort- fahrzeuges an, der dann mit dem geschätzten örtliliche Zeitabschnitt-Logikeinheit 24 und veranlaßt chen Zeitgeberfehler des empfangenden Luftfahrzeudiese, ihren Ablese- oder Anzeigewert derart zu kor- 5 ges verglichen wird, um festzustellen, welcher Fehler rigieren, daß eine Anpassung an die fernübermittelte größer ist.

und empfangene Zeitabschnittkennung erfolgt, die Das örtliche Luftfahrzeug besitzt ein Register 44,

von dem Speicher 32 gespeichert wird. Um die in dem eine Größe oder ein Zählwert aufgespeichert Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, daß ein außer Syn- wird, der den eigenen geschätzten Zeitgeberfehler chronismus (auf Ortszeit) befindliches Luftfahrzeug io darstellt. Dieser Fehler umfaßt verschiedene Einsich sofort zur Anpassung an einen anderen synchro- gangsanteüe. Zu diesen gehören: (A) grundsätzliche nisierten Zeitgeber korrigieren kann, wird außerdem Verzögerungen und Schrittgröße der Synchronisaein Ausgangssignal von der (im folgenden noch nä- tionsschaltung; (B) der übernommene Fehler des her erläuterten) Ortszeitschaltung 38 für einen über- Zeitgebers, auf den zuletzt synchroniseirt wurde, womäßigen Zeitgeberfehler erhalten. Dieses Ausgangs- 15 bei dieser letztgenannte Fehler in dem Speicher 46 signal erscheint auf der Leitung 38 σ und betätigt die zurückgehalten wird, der den Fehler im Zeitpunkt Korrekturschaltung 36 derart, daß eine Grobkorrek- der Neusynchronisation vom Speicher 40 aufgenomtur in Richtung auf die Synchronisierung mit geringe- men hat; und (C) ein Driftfehleranteil für den örtlirer Verzögerung (weniger Fehlanpassungsanzeigen) chen Zeitgeber, der vom Augenblick der letzten Neuerfolgt, wenn der Schätzwert für den örtlichen Fehler 20 synchronisation an ständig zunimmt. Dieser letztgeaußerhalb des Toleranzbereiches hegt. nannte Driftanteil wird von einer Driftschaltung 48

Aus dem Vorstehenden folgt, daß ein Luftfahr- geliefert, die Zeitzählsignale von dem örtlichen Zähzeug, das sich für nicht synchronisiert und damit völ- ler 23 über die Leitung 23 α empfängt und die diese lig auf Ortszeit befindlich hält, rasch eine Korrektur Signale um einen konstanten Faktor modifiziert, der derart vornehmen kann, daß seine Zeitabschnitt-Lo- 25 die theoretische Driftgeschwindigkeit des örtlichen gikeinheit mit einem anderen ihm begegnenden Luft- Zeitgebers darstellt. Die Driftschaltung 48 kann eine fahrzeug in brauchbare Synchronisation kommt. einfache Zählkette oder eine periodisch geöffnete Selbst wenn sich das örtliche Luftfahrzeug nicht für Gatterschaltung sein, die jeden K-ten Impuls über außer Synchronisation liegend erachtet, kann es die Leitung 48 a zum Register 44 durchlaufen läßt, gleichfalls eine Neusynchronisation vornehmen, falls 30 um den dort auflaufenden Fehler-Zählwert zu erhoseine Zeitabschnittübereinstimmung sich mit hinrei- hen. Das Ausgangssignal der Driftschaltung 48 stellt chender Häufigkeit als schlecht erweist. Es ist nicht infolgedessen die wahrscheinliche Drift des Zeitgeanzunehmen, daß eine Grobsynchronisation mehr als bers während der Zeitspanne dar, die seit der letzten einmal während eines bestimmten Fluges erfolgt, Neusynchronisation verstrichen ist. Wenn der im Reausgenommen vielleicht, daß ein kurzzeitiger Span- 35 gister 44 aufgespeicherte Fehlerzählwert, der die nungsausfall eintritt. Es bestehen verschiedene Mög- obengenannten Anteile A, B und C umfaß;, eine vorlichkeiten, um den örtlichen Zähler zu korrigieren. bestimmte zulässige Größe überschreitet, wird die Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß die Ortszeitschaltung 38 betätigt, die ein Ausgangssignal Logik in der Einheit 24 übersteuert wird und in die auf die Leitungen 38 a und 38 b gibt und ihrerseits Einheit eine andere Logik eingebracht wird, die die 4° die Alarmeinrichtung 39 auslöst. Die Driftschaltung fernübermittelte, im Speicher 32 gespeicherte Zeitab- 48, das akkumulierende Register 44 und der Speicher schnittkennung darstellt. Eine andere Möglichkeit 46 für den übernommenen Fehler werden sämtlich besteht darin, daß der Zähler 23 über die normale über die Leitung 47 zu Beginn jeder örtlichen Zeit-Impulsfolgefrequenz hinaus von der Taktimpuls- geber-Neusynchronisation zurückgestellt,
schaltung 28 aus beschleunigt wird und daß diese hö- 45 Obwohl eine einfache Addition der verschiedenen here Impulsfolgefrequenz aufrechterhalten wird, bis Fehleranteile ausreichen kann, um im Register 44 der Vergleicher 34 die Zeitabschnittübereinstimmung einen Zählwert zu erhalten, der den geschätzten örtlierkenncn läßt. Es sind verschiedene andere bei der chen Zeitgeberfehler darstellt, kann ein genauerer vorliegenden Anlage verwendbare Einrichtungen für Schätzwert dadurch erhalten werden, daß die Quaeine Grobsynchronisierung und Zeitgeberkorrektur 50 dratwurzel der Summe der Quadrate der Anteile gebekanrtt, doch bilden die Einzelheiten der gewählten bildet wird, da diese Anteile unabhängige, statisti-Korrektureinrichtung keinen Teil der vorliegenden sehe Veränderliche sind. Die in F i g. 5 veranschau-Erfindung. lichte Schaltung würde für diesen Zweck den Block

44 in F i g. 1 ersetzen. Die Schaltung weist einzelne Feinsynchronisation 55 Speicherzellen 80, 81, 82, 83, beispielsweise Ana-

log-Integratoren, auf, deren Eingangssignale die drei

Jedesmal, wenn das örtliche Luftfahrzeug von oben erwähnten Anteile A, B und C sowie einen viereinem anderen Luftfahrzeug während der diesem zu- ten Anteil D bilden, der das Signal-Rausch-Vergeordneten Zeitabschnitte Fernmeßsignale empfängt, hältnis der empfangenen Impulsgruppen berücksichführt das örtliche Luftfahrzeug einen Vergleich aus, 60 tigt, um Differenzen der Anstiegszeiten von Impulsen um festzustellen, ob der geschätzte eigene Zeitgeber- unterschiedlicher Amplituden zu kompensieren. Die fehler größer oder kleiner als der geschätzte Zeitge- gespeicherten Werte werden dann mit Hilfe von geberfehler ist, der von dem sendenden Luftfahrzeug eigneten Schaltungen 84, 85, 86 und 87 quadriert fernübermittelt wird. Wie oben ausgeführt ist, wer- und mittels eines Verstärkers 88 summiert. Sodann den diese Fernmeßsignale von dem Femmcßempfän- 65 wird mittels einer Schaltung 89 die Quadratwurzel ger und Decoder 14 aufgenommen und über die des resultierenden Wertes gezogen. Das auf einer Wählschaltung 30 und die Leitung 30 a Speichern Leitung 90 erhaltene, resultierende Ausgangssignal 32. 40 und 42 zugeführt. Eine Gruppe dieser Fern- kann in der Ortszeitschaltung 38 mit einer Bezugs-

15 ^J 16 |_zeIce

Gleichspannung verglichen werden, um festzustellen, Der Rechner 20 bestimmt die Einweg-Entfer-

3b der Wert einen übermäßigen geschätzten Zeitge- nungs-Verzögerung aus den Eingangssignalen der

aerfehler anzeigt. " örtlichen Entfernungsmeßeinrichtung 18 (Leitung

Während der Feinsynchronisation müssen alle 18 a). Außerdem gibt er auf die Leitung 20 a ein Si-Messungen, Berechnungen und Korrekturen inner- 5 gnal, das die Lage des um die Einweg-Entfernungshalb eines Zeitabschnittes abgeschlossen werden, Verzögerung versetzten Synchronisationsbezugshnpulweil andernfalls Fehler durch die Relativbewegung sesF angibt; das letztgenannte Signal wird dann auf der Luftfahrzeuge auftreten wurden. Eine innerhalb Koinzidenz mit einem örtlichen Zeitgebersignal geeiner Periode vorgenommene Entfernungsmessung prüft, das über die Leitung 23 b dem örtlichen Zeitkann in der nächsten Periode nicht mehr verwertet io zähler entnommen wird. Die Lage des geeignet verwerden, weil sich innerhalb einer Periode von einer setzten Bezugssignals auf der Leitung 20 a wird mit-Sekunde Dauer der Abstand zwischen zwei Luftfahr- teis der Vorzeichen und Größe des Zeitfehlers zeugen um 515 m ändert, wenn man annimmt, daß liefernden Zeitfehlerschaltung 60 mit dem örtlichen sich mit 925 km/h fliegende Luftfahrzeuge einander Zeitsignalimpuls auf der Leitung 23 ft verglichen, | nähern. Wurden diese Daten in der nächsten Periode 15 was, wie untenstehend erläutert, eine Anzeige für den für eine Zeitkorrektur ausgenutzt, würde ein Fehler gegenseitgen Lagefehler auf der Leitung 60 a ergibt, von näherungsweise 1,7 MikroSekunden eingeführt. Ein dem Speicher 40 entnommenes Fernmeßsig-

Eine Möglichkeit, eine Korrektur in Richtung auf nal, das den geschätzten Zeitgeberfehler des anderen eine Synchronisation während eines Zeitabschnittes Luftfahrzeuges darstellt, und ein dem Register 44 durchzuführen, besteht darin, daß während des Syn- 20 entnommenes Signal, das einen Schätzwert für den chronisationsmtervalles des Zeitabschnittes eine örtlichen Zcitgeberfehler darstellt, werden einem Zweiweg-Entfernungsmessung ausgeführt wird, und Vergleicher 50 für die geschätzten Zeitgeberfehler daß dann zusätzlich ein Synchronisations-Bezugs- zugeführt (Fig. 1). Das Ausgangssignal des Vergleiimpuls F (Fig. 3), der von dem abgefragten Luft- chers 50 auf der Leitung 50α wird einer Übereinfahrzeug an einer bekannten Stelle innerhalb des 25 Stimmungskontrolleinrichtung 52 zugeführt, die den gleichen Zeitabschnittes ausgesendet wird, als Mar- Absolutwert des tatsächlich gemessenen Fehlers von kiersignal verwendet wird, dem gegenüber eine Zeit- der Zeitfehlerschaltung 60 mit der Summe der gefehlerbestimmung durch das örtliche Luftfahrzeug schätzten örtlichen und empfangenen Zcitgeberfehler durchgeführt werden kann, das die Antwort emp- vergleicht. Wenn die Übereinstimmungskontrolleinfängt. Aus den obigen Daten berechnet das örtliche 30 richtung 52 feststellt, daß der Fehler nicht über verLuftfahrzeug die tatsächliche Zweiweg-Entfernung schiedene Perioden hinweg widerspruchsfrei ist, wird und kontrolliert dann die Übereinstimmung des emp- das abgefragte Luftfahrzeug durch ein Ausgangssignal fangcnen Synchronisationsbezugsimpulses F mit der zurückgewiesen, das auf der Leitung 52 Λ zu der Zeitangabe des eigenen Zeitgebers, die um die Lauf- Wählschaltung 30 läuft; es wird ein anderes Luftzeitverzögerung des Impulses F versetzt ist, wobei 35 fahrzeug ausgewählt, das eine ähnliche Stellung inda.· örtliche Luftfahrzeug für diese Versetzung den nerhalb der Rangordnung einnimmt, und zwar an halben Wert der Zweiweg-Laufzeit ausnutzt. Der Be- Hand von Schätzwerten, die über die Leitung 20 α an zugsimpuls F kann durch die Entfernungsmeßeinrich- der Wählschaltung 30 eintreffen. Falls die Übereintung 18 (Antwortsender- und Bezugsimpulsschal- Stimmung nach mehrmaliger Wiederholung der tung) des abgefragten Luftfahrzeuges ausgelöst wer- 40 Übereinstimmungskontrolle gegebenenfalls auch mit den, wenn sie durch ein Signal auf der Leitung 68 α unterschiedlichen zur Synchronisation herangezogevon der Adressenschaltung 68 getriggert wird, die die nen Luftfahrzeugen andauert, wird die Alarmeinricheigene Zeitabschnittadresse erkennt und dann einen tung 54 betätigt, um den Piloten darauf hinzuweisen, Impuls F beispielsweise zu einem festen Zeitpunkt daß die Anlage versagt. Die Wählschaltung 30 gibt innerhalb des fraglichen Zeitabschnittes auslöst, und 45 außerdem ein Ausgangssignal auf die Leitung 30 c zwar bestimmt durch den eigenen Zeitgeber, dessen zur Betätigung einer Vergleichsschaltung 74, um die Zeit über die Leitung 24 b angegeben wird. Auswahl eines anderen Luftfahrzeuges, mit dem die

Bei dem abfragenden Luftfahrzeug wurde der Ab- Synchronisierung erfolgen soll, im Falle der Gleichfragevorgang durch ein Signal auf der Leitung 20 d heit des geschätzten Zeitgeberfehlers zu unterstützen, in Verbindung mit einem Signal auf der Leitung 24 c 50 wobei die Auswahl dasjenige Luftfahrzeug begüneingclcitet; wenn die Antwort des abgefragten Luft- stigt, das dem örtlichen Luftfahrzeug bezüglich seifahrzeugcs empfangen wird, werden dem örtlichen ner Höhe am nächsten kommt.
Rechner über die Leitung 18 α die Ankunftszeiten Wenn andererseits der Vergleich der Fehler überdes Antwortsenderimpulses Γ und des Bezugsimpul- einstimmend oder widerspruchsfrei ist und oberhalb ses F zugeführt, die von dem antwortenden, zur Syn- 55 eines gewissen Schwellwertes liegt, erscheint auf der cbronisation herangezogenen Luftfahrzeug ausge- Leitung 52 a ein »Ja«-Ausgangssignal, um eine Besandt werden. Der Verschlüßler-Entschlüßler 70 des fehlsschal tung 56 zu betätigen, die die Entscheidung letztgenannten Luftfahrzeuges verschlüsselt die Im- fällt, daß eine Synchronisation auszuführen ist. Falls pulse T und F in geeigneter, unzweideutiger Weise die verglichenen Zeitgebcrfehlcr derart beschaffen derart, daß sie das empfangende Luftfahrzeug mit Si- 60 sind, daß keine Synchronisation erforderlich ist. tritt cherheit identifizieren kann. Nur diese tatsächlichen, auf den Leitungen 52a, 54« oder 56« kein Ausdurch den Rechner 20 bestimmten Fehlermcssungcn gangssignal auf. Ist dagegen der Fehler so groß, daß können herangezogen werden, um Vorzeichen und eine Neusynchronisation wünschenswert wird und ist Größe der vorzunehmenden örtlichen Zeitgeberkor- die Übereinstimmungskontrolle durch die Einrichrekturen zu ermitteln, während der geschätzte Zeit- 65 tung 52 erfolgreich abgeschlossen worden, erscheint gcbcrfchlcr vom Register 44 als Faktor bei drr Ent- auf der Leitung 56 a ein Ausgangssignal, um eine scheidung berücksichtigt wird, ob eine Fcinsynchro- Früh-Spät-Schaltung 58 zu cnlspencn. Über die Leinisation stattfinden soll oder nicht. tung 38« läuft ein Steuersignal, das die Befchlsschal-

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tung 56 in die Lage versetzt, weniger Übereinstim- meßfolge, wodurch dem ausgewählten Luftfahrzeug mungskontrolle zu erfordern, wenn der Zeitgeber der angezeigt wird, daß es von dem örtlichen Luftfahr-

Einheit auf Ortszeit steht, wodurch die Feinsynchro- zeug gerade abgefragt wird. Innerhalb des ausgenisation früher herbeigeführt wird. Die Entfernungen wählten Luftfahrzeuges erscheint diese Information

zu anderen Einheiten werden stets gemessen, und 5 auf der Leitung 14 b und entsperrt die eigene Adres-

zwar auch dann, wenn der Pilot gewarnt wird, sich senschaltung 68, die ihrerseits den örtlichen Antnicht auf sie zu verlassen, falls die Alarmeinrichtung wortsender entsperrt, so daß dieser antwortet, wenn

39 betätigt ist um anzuzeigen, daß der örtliche Zeit- er von einem Q-Impuls von dem die Synchronisation

geberfehler übermäßig groß ist. Statt dessen kann wünschenden Luftfahrzeug abgefragt wird,

auch ein Ausgangssignal auf der Leitung 38 b dazu io Das örtliche Luftfahrzeug sendet nach Adressieren

benutzt werden, die Wiedergabeeinrichtungen des des ausgewählten Luftfahrzeuges dann, wenn sein

Rechners 20 immer dann auszuschalten, wenn ein eigener Zeitabschnitt erscheint (Leitung 24 c), den

übermäßiger Zeitgeberfehler geschätzt wird. oben erwähnten Abfrageimpuls Q aus, wie dies in-

Während der Feinsynchronisation gibt die Zeit- F i g. 3 gezeigt ist. Dieser Impuls wird später in dem fehlerschaltung 60 ein Ausgangssignal auf die Leitung 15 Verschlüßler-Entschlüßler 70 des ausgewählten fer-60 a, das eine Größe und eine Polarität darstellt und nen Luftfahrzeuges entschlüsselt, was zur Folge hat, das die Früh-Spät-Schaltung 58 aussteuert, wenn sie daß der ferne Antwortsen.der der Entfernungsmeßdurch ein Ausgangssignal von der Befehlsschaltung einrichtung 18 ohne Verzögerung dem örtlichen 56 auf der Leitung 56 a entsperrt wurde. Das Aus- Luftfahrzeug mit einem Antwortsender-Antwortimgangssignal der Früh-Spät-Schaltung 58 auf der Lei- 20 puls T antwortet, so daß letzteres unter Verwendung tung 58 a steuert zwei Justierschaltungen. Eine von des eigenen Rechners 20 eine richtige Entfernugsandie^en ist eine Phasen/Frequenz-Justierschaltung 62, zeige abgeben kann, die mit Hilfe der Zweiweg-Medie im Bedarfsfall kleine schrittweise Phasen- oder thode ennilleJt wird. Das abgefragte Luftfahrzeug Frequenzkorrekturen vornimmt. Bei Atomuhren ist sendet außerdem seinen Antwort-Bezugsimpuls F an keine Frequenzjustierung erforderlich, es kann je- 25 einem festen Punkt innerhalb des Zeitabschnittes des doch zweckmäßig sein, Frequenzjustiermittel vorzu- fragenden Luftfahrzeuges zurück. Infolgedessen sehen, um Alterungserscheinungen eines Quarzkri- empfängt der örtliche Rechner 20 dann auf der Leistalloszillators zu kompensieren. Wenn Phasenjustie- tung 18 α Signale, aus denen er die der tatsächlichen rungen gleicher Richtung erforderlich sind, kann an- Entfernung entsprechende Impulslaufzeit bestimmen genommen werden, daß der örtliche Zeitgeber eine 30 kann. Auf Grund dieser Laufzeit kann er die Diffe-Frequenzversetzung aufweist, die bewirkt, daß er ra- renz (den Fehler) zwischen der Zeit gemäß dem örtlischer oder langsamer als normal läuft. Durch Auf- chen Zeitgeber und der Sendezeit des Bezugsimpullaufcnlassen von Phasenkorrekturen über eine Zeit- ses F nach dem Zeitgeber des abgefragten Luftfahrspanne kann eine kleine Frequenzänderung erfolgen, zeuges berechnen.

die die Anzahl der nachfolgend erforderlichen Kor- 35 Jede Einheit weist außerdem einen Höhenmesser rekturen verringert. Der Phasenjustierteil der Pha- 72 auf, der die eigene Höhe und deren Änderungsgesen Frequenz-Justicrschaltung 62 hat die Aufgabe, schwindigkeit mißt und diese Information über die eine sprungartige analoge Phasenänderung des Aus- Leitung 72 a und den Verschlüßler 66 an den Ferngangssignals des Oszillators zu bewirken, wenn dies meßsender 16 gibt. Die Kennung des eigenen Zeitaberforderlich ist. Über die Leitung 58 b kann eine 40 schnittes der Einheit wird dem Verschlüßler 66 über ähnliche Korrekturfunktion durch ziffernmäßiges die Leitung 24 c zugeführt, während der Schätzwert Einwirken auf die Taktimpulsschaltung 28 erfolgen, des örtlichen Zeitgeberfehlers von dem digitalen Reum beispielsweise Ausgangsimpulse auf der Leitung gister44 über die Leitung 44 a zu dem Verschlüßler 28 a zu unterdrücken, wenn der Zeitgeber zu rasch 66 gelangt. Der Fernmeßsender 16 und die örtliche läuft (vorgeht). Geeignete Zeitgebe r-Oszillator-Ju- 45 Entfernungsmeßeinrichtung 18 werden beide durch stierverfahren sind bekannt; ihre Einzelheiten bilden ein Ausgangssignal auf der Leitung 24 c entsperrt, keinen Teil der vorliegenden Erfindung. das den eigenen Zeitabschnitt der Einheit anzeigt.

Es sei nun wieder die Entfernungsmeßeinrichtung Die Ausgangssignale des Höhenmessers 72 und 18 des örtlichen Luftfahrzeuges betrachtet. Nachdem des Speichers 42, die die Höhe des anderen Luftfahrdie Entscheidung getroffen ist, daß die Synchronisa- 50 zeuges angeben, werden über Leitungen 42 a und tion mit einem bestimmten, durch die Wählschaltung 72 b der Vergleichsschaltung 74 zugeführt, die diese 30 ausgewählten Luftfahrzeug erfolgen soll, erscheint Höhen vergleicht und ihrerseits ein Ausgangssignal auf der Leitung 30 b ein Ausgangssignal, das den auf die Leitung 74 α gibt, das die Wählschaltung 30 ausgewählten Zeitabschnitt des ausgewählten Luft- so beeinflußt, daß zur Synchronisation ein Luftfahrfahrzeuges angibt. Diese Information wird in einem 55 zeug ausgwählt wird, das auf einer der Höhe des Fernmeß-Verschlüßler66 gespeichert und während örtlichen Luftfahrzeuges nahekommenden Höhe des dem örtlichen Luftfahrzeug zugeordneten Zeitab- fliegt, falls verschiedene Luftfahrzeuge mit gleicher schnittes fernübermittelt, das heißt während des mitt- oder ähnlicher Zeitgebergenauigkeit in Reichweite leren Teiles der in Fig.4 veranschaulichten Fern- sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum gegenseitigen Synchronisieren von sehr genau gehenden Uhren bzw. Zeitgebern der in Flugzeugnavigations- und KollisionsverhütungsarJs>sen benutzten Art, die in beweglichen und/oder ortsfesten Einheiten, insbesondere Flugzeugen und Bodenstationen, untergebracht sind, welche in gegenseitigem Signalaustausch stehen und eine Rangordnung entsprechend dem Genauigkeitsgrad bilden, mit dem sie jeweils mit einem Zeitnormal synchronisiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des jeweiligen Synchronisationsgrades der Einheiten innerhalb der Rangordnung eine Einrichtung (44, 46, 48, 56; 80 bis 89) in jeder Einheit zur Bestimmung eines Schätzwertes des Genauigkeitsgrades der Synchronisation des örtlichen Zeitgebers (23, 24, 26, 28), eine Einrichtung (16, 66) in den Fmheiten /ur Übermittlung des Schätzwertes der örtlichen Zeitgebergenauigkeit an andere Einheiten, eine Einrichtung (30, 50, 52) in jeder Einheit zum Vergleich des Schätzwertes der örtlichen Zeitgebergenauigkeit mit Schätzwerten von anderen Einheiten und zum Auswählen einer anderen Einheit mit einem höheren geschätzten Zeitgebergenauigkeitsgrad, eine Signalaustauscheinrichtung (16, 18, 20, 22, 66, 68, 70) in den Einheiten zur Bestimmung der tatsächlichen Zeitabweichung des Zeitgebers der örtlichen Einheit mit Bezug auf den Zeitgeber einer ausgewählten Einheit sowie eine Einrichtung (58, 60, 62) zur Korrektur des Zeitgebers in der örtlichen Einheit zwecks Verringerung dieser Abweichung vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (44, 46, 48, 56; 80 bis 89) zur Bestimmung eines Schätzwertes der Genauigkeit eine Einrichtung (44; 80 bis 89) zum Akkumulieren von Fellleranteilen zwecks Bildung einer den letzten Schätzwert darstellenden Größe, eine Einrichtung (56) zur Rückstellung der Akkumulationseinrichtung bei Synchronisieren des örtlichen Zeitgebers (23, 24, 26, 28) mit dem Zeitgeber einer ausgewählten Einheit und eine Einrichtung (46, 48) aufweist, die in die örtliche Akkumulationseinrichtung Zeitgeberfehleranteile eingibt, die einen den geschätzten Fehler der zur Synchronisation herangezogenen Einheit darstellenden Anfangsanteil und Anteile umfassen, die auf der geschätzten örtlichen Zeitgeberdrift während der Zeitspanne beruhen, die seit der letzten Zeitgebersynchronisation verstrichen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (80) zur Eingabe eines weiteren Fehleranteils in die Akkumulationseinrichtung (44; 80 bis 89), der Synchronisationsungenauigkeiten darstellt, wobei die Versetzung ermittelt und der örtliche Zeitgeber (23, 24, 26. 28) zwecks Verringerung der Versetzung korrigiert wird.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaustauscheinrichtung (18, 20, 66, 68, 70) eine Einrichtung zum Austauschen von Impulsen zwischen den Einheiten, eine Einrichtung zur Bestimmung des EmpfangsampKtudenpegels der ausgetauschten Impulse und eine Einrichtung (83) aufweist, die in die Akkumulationseinrichtung (44; 80 bis 89) einen Anteil zur Kompensation der Impulsanstiegszeiten eingibt, der auf dem Amplitudenpegel beruht.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (80 bis 89) zur Eingabe von Fehleranteilen eine Einrichtung (84 bis 87) zum Quadrieren jedes Anteils, eine Einrichtung (88) zur Bildung der Summe der quadrierten Anteile und eine Einrichtung (89) aufweist, die zur Ermittlung des örtlichen Genauigkeitsschätzwertes die Quadratwurzel der Summe bildet.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß an die Akkuraulationseinrichtung (44; 80 bis 89) eine Alarmeinrichtung (39) angeschlossen ist, die zwecks Warnung vor einem übermäßigen örtlichen Taktgeberfehler anspricht, wenn eine Größe aufgelaufen ist, die einen vorbestimmten Pegel überschre; -

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung (30) zur Auswahl einer anderen Einheit mit geschätzter höherer Zeitgebergenauigkeit eine Einrichtung (20) zugeordnet ist, die die Auswahl einer Einheit begünstigt, die den Schätzwert für größte Genauigkeit übermittelt, sowie eine Einrichtung (40. 50, 52). die die Auswahl einer Einheit begünstigt, deren Empfangssignal einen verläßlichen Pegel hat.

8. Einrichtung nach Anspruch 7 für Luftfahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftfahrzeuge Einrichtungen (16, 66, 72) zur gegenseitigen Übermittlung der jeweiligen Höhe aufweisen und daß der Auswahleinrichtung (30) eine Einrichtung (42, 74) zugeordnet ist, die die Auswahl einer Einheit begünstigt, deren Höhe der Höhe der die Entscheidung treffenden Einheit am nächsten kommt.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitnormal in sich wiederholende Perioden unterteilt ist, von denen jede mehrere Zeitabschnitte aufweist, die den verschiedenen Einheiten eindeutig zugeordnet sind, und daß jede Übermittlungscinrichtung (16, 66) mit einer Einrichtung (66) ausgestattet ist, die während des eigenen Zeitabschnittes der Einheit wirksam wird und Daten aussendet, zu denen der Schätzwert der örtlichen Zeitgebergenauigkeit und die Kennung des zugeordneten Zeitabschnittes gehören.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit eine Einrichtung (14) zum Empfang der übermittelten Daten eine Einrichtung (34) zum Vergleich der übermittelten Zeitabschnittkennung mit der von dem örtlichen Zeitgeber (23, 24, 26, 28) durchgeführten Zeitabschnittanzeige und eine Einrichtung (36) aufweist, die den örtlichen Zeitgeber derart korrigiert, daß eine Anpassung an die durch die Empfangsdaten identifizierten Zeitabschnitte erfolgt.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder Einheit an die Einrichtung (44, 46, 48, 56; 80 bis 89) zur Bestimmung des Schätzwertes der Genauigkeit eine Einrichtung (38) angeschlossen ist, die auf

einen Schätzwert für einen übermäßigen örtlichen Fehler anspricht und die Korrektureinrichtung (36) für den örtlichen Zeitgeber (23, 24, 26, 28) befähigt, auf eine Fehlanpassungsanzeige innerhalb der Zeitabschnitte anzusprechen.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit eine Einrichtung (56) zur Durchführung einer örtlichen Entscheidung aufweist, ob die Synchronisation mit einer anderen Einheit erfolgen soll, deren empfangener Schätzwert für die Zeitgebergenauigkeit günstig ist, und daß der Einrichtung (44, 46, 48, 56; 80 bis 89) zur Bestimmung des Genauigkeitsschätzwertes eine Einrichtung (38) zugeordnet ist, die auf einen Schätzwert für einen übermäßigen örtlichen Fehler anspricht und an die Entscheidungseinrichtung (56) ein Ausgangssignal abgibt, das die Synchronisation begünstigt.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (50, 52) zum Vergleich des örtlichen Schätzwertes der Zeitgebergenauigkeit mit Schätzwerten der Zeitgebergenauigkeit, die von anderen Einheiten übermittelt werden, sowie zur Abgabe eines Ausgangssignals an die Entscheidungseinrichtung (56), das die Synchronisation begünstigt, wenn der örtlich? Genauigkeitsschätzwert ständig schlechter als die von anderen Einheiten übermittelten Schätzwerte ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaustauscheinrichtung (16, 18, 20, 22, 66, 68, 70) jeder Einheit eine erste Einrichtung (16, 18, 20, 66, 68, 70) zum genauen Messen der Entfernungen zu anderen Einheiten unabhängig von der örtlichen Zeitgebersynchronisation und eine zweite Einrichtung (16, 18, 20, 21) zum Messen der Entfernungen gegenüber anderen Einheiten aufweist, wobei die Genauigkeit dieser letztgenannten Messungen von dem Grad der gegenseitigen Zeitgebersynchronisation zwischen den Einheiten abhängt, und daß eine Einrichtung (60) vorhanden ist, die die von der ersten und der zweiten Einrichtung gemessenen Entfernungen vergleicht und an die Entscheidungseinrichtung (56) ein Ausgangssignal abgibt, das die Synchronisation begünstigt, wenn die gemessenen Entfernungen ständig nicht übereinstimmen.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß an die Ent-Scheidungseinrichtung (56) eine Ubereinstimmungskontrolleinrichtung (52) angeschlossen ist, die ihrerseits mit einer AlarmeinriclHung (54) verbunden ist, die vor nicht übereinstimmenden oder widersprüchlichen Eingangssignalen an die Entscheidungseinrichtung warnt.

16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalaustauscheinrichtung (16. 18, 20, 22, 66, 68, 70) jeder Einheit eine erste Einrichtung (16, 18, 20, 66, 68, 70) zur genauen Messung der Signallaufzeil zu einer anderen Einheit unabhängig von der gegenseitigen Zeitgebersynchronisation und eine zweite Einrichtung (16, 18, 20, 22) zur Messung der Signallaufzeit zu der anderen Einheit avfweist, bei der die Meßgenauigkeit von dem Grad der gegenseitigen Zcilgebersynchronisation abhängt, und daß eine Einrichtung (60) vorgesehen ist, die die Laufzeiten vergleicht und aus diesen e^Jne Information ableitet, die das Vorzeichen und die Größe des Versetzungsfehlers der gegenseitigen Zeitgebersynchronisation darstellt, und der diese Information der Zeitgeberkorrektureinrichtung (58,62) zuführt.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einheit Einrichtungen (14, 30) zum Empfang der Sendedaten von anderen Einheiten und zur Auswahl einer anderen Einheit, mit der die Synchronisation erfolgen soll, aufweist, daß die erste Meßeinrichtung (16, 18, 20, 66, 68, 70) eine Einrichtung (16, 66) in der erstgenannten Einheit umfaßt, die während des eigenen Zeitabschnittes die Kennung der gewählten Einheit sowie ein Abfragesignal aussendet, daß in der ausgewählten Einheit eine Einrichtung (18, 68, 70) vorhanden ist. die auf das Abfragesignal und die eigene Zeitabschnittkennung anspricht und eine Antwortsender-Antwort ausgibt, sowie daß in der erstgenannten Einheit eine Einrichtung (18, 20) vorhanden ist, die die Antwort empfängt und entsprechend dem eigenen Zeitgeber (23, 24, 26, 28) die Zeitspanne mißt, die seit der Aussendung des Abfrageimpulses verstrichen