DE1817149A1

DE1817149A1 - Entfernungsmesser fuer Flughafen-Landebahnen

Info

Publication number: DE1817149A1
Application number: DE19681817149
Authority: DE
Inventors: Jacques Villiers
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date: 1967-12-28
Filing date: 1968-12-27
Publication date: 1969-08-14
Also published as: DE1817149C3; US3508267A; FR1573012A; DE1817149B2; GB1203894A

Description

PATENTANWALT

DR. QOARDER

S T U Y Ί -3 A R T

Richord-Wagner-StraÖe U

Tetefon 244446
23. Dezember 1968 Io I

Centre National de la
Recherche Scientiiique
15, Quai Anatole France
Paris (Frankreich)

Patentanmeldung: Deutschland

Kennwort: Entfernungsmesser

AlO 966
J/Z

Entfernungsmesser für Flughafen-Landebahnen

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Entfernungsmesser für Landebahnen von Flughäfen, der dazu dient, die den Flugzeugen zur Verfügung stehenden Radarlandesysteme zu ergänzen.

Es ist bekannt, daß das ILS-Landesystem (Instrumenten-Lande-System), mit dem die meisten großen Flughäfen ausgerüstet sind, den Flugzeugen ein Ausrichten auf die Landebahn und eine Einflugebene mit Hilfe von Funkfeuern, sogenannten"Localizer^¹ und ^Mglide-pathes¹¹ ermöglicht, und zwar durch die Gleichheit zweier niederfrequenter Modulationen der entsprechenden Trägerwellen und durch drei punktweise Entfernungsanzeigen am Anfang der Bahn, die durch drei in ihrer Vertikalen auf die Einflugachse ausgerichtete Baken erzeugt werden.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, diese Informationen zu vervollständigen, damit Flugzeuge beim Anflug und auf der Landebahn ständig verfolgen können, in welcher Entfernung sie sich an einem bestimmten Punkt von der Achse der Landebahn befinden.

Eine derartige Entfernungsmessung setzt die Anforderungen an die Mindestsichtweite für das Aufsetzen auf dem Böden, für die Dosierung der Bremsung auf der Landebahn und beim Abheben, herab.

909033/0168

AlO 966 -2 - 1 8 1 7 TA 9

23.12.68

Gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Entfernungsmesser für Flughafen-Landebahnen zwei Antennen mit beliebigen, jedoch identischen
Strahlungsdagrammen, die gespeist werden einerseits in Phase mit einem
Bezugssignal, das eine in gleicher Weise mit zwei niederen Frequenzen
modulierte Trägerwelle zuläßt, und andererseits durch Zwischenschaltung i

eines Dämpfungsgliedes in Gegenphase mit Seitenbändern der niederfre- i

quenten Modulationendes Bezugs signals, die untereinander um 180 °
phasenverschoben sind, dergestalt, daß entlang der Achse der Landebahn
und mindestens in ihrer ganzen Länge eine für die Entfernung eines bestimmten Punktes von der Landebahn charakteristische Differenz des Modulationsgrades dieser niederen Frequenzen erzeugt wird, wobei das Ver- ; hältnis zwischen dem Abstand des Anbringungspunktes der Antennen zur · Achse der Landebahn und der Länge derselben ebenso wie des Dämpfungskoeffizienten der Seitenbänder hinsichtlich den niederfrequenten Modula- · Honendes Bezugssignals derart festgelegt sind, daß die Differenz des ; Modulationsgrades an einem bestimmten Punkt der Achse der Landebahn j gleich 0 ist und an mindestens einem anderen bestimmten Punkt der Landebahn einen maximalen Wert erreicht. j

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung besitzt ein Ent- j

fernungsmesser für die Landebahn einen üblichen Glide-Path-Send er, der I

an einem ersten Ausgang ein aus einer Dezimeter-Trägerwelle bestehendes
Bezugssignal, das gleichförmig mit 90 Hz und 150 Hz moduliert ist und '

an einem zweiten Ausgang die Lateralkomponenten von 90 Hz und 150 Hz j

dieses Bezugssignals, die um 180 gegeneinander phasenverschoben sind,
liefert, zwei horizontale Dipole mit einen gegenseitigen Achsenabstand
vonh/2, die auf einer Parallelen zu der Achse der Landebahn angebracht j

sind, und zwar in einer durch diese gegebenen Entfernung in Höhe des ^!

theoretischen Aufsetzungspunktes der auf die Landebahn einfliegenden j

Flugzeuge, eine Antennenbrücke und ein D ämpfungsglied, wobei die beiden .

Dipole durch diese Antennenbrücke verbunden werden, und zwar mit dem er- ;

sten Ausgang in Phase und mit dem zweiten Ausgang durch Zwischenschal- j

ten des erwähnten D ämpfungsglied es in Gegenphase; der Dämpfungskoeffi- j

zient dieses D ämpfungsglied es ist gleich dem Verhältnis der Länge der Landebahn , ausgehend von dem theoretischen Aufsetzpunkt des Flugzeuges, und
der Entfernung der beiden Dipole zur Achse der Landebahn.

909833/0168

23.12.1968

Aus dieser Anordnung ergibt sich, daß die erwähnte Differenz des Modulationsgrades am theoretischen Aufsetzpunkt gleich 0 ist und maximal, d. h. gleich dem doppelten Modulationsgrad in den niederen Frequenzen des Bezugssignale, einmal am Ende der Landebahn, und zum andern an einem Punkt, der in bezug auf den Endpunkt der Landebahn symmetrisch zu dem Aufsetzpunkt liegt und proportional zu den Entfernungen zwischen diesen und dem erwähnten Ende der Landebahn ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiels näher beschrieben Werdens

Fig. 1 zeigt ein Grundschema eines Entfernungsmessers gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt ein Lage- und Strahlungsdiagramm des Entfernungsmessers gemäß Fig. 1.

Der Entfernungsmesser besteht aus einem üblichen Glide-Path-Send er 1, der einmal ein Bezugssignal liefert, das aus einer mit 90 Hz und 150 Hz modulierten Trägerwelle im Dezimeierwellenlängenbereich besteht, zum andern die Lateralkomponenten von 90 Hz und 150 Hss dieses Bezugssignale, die gegeneinander um 180 phasenverschoben und auf ein vorbestimmtes Maß hinsichtlich des Modulationspegels des Bezugssignals mittels eines Dämpfungsglied es 3 reduziert sind, wobei dieses Dämpfungsglied an einem von zwei einander diagonal gegenüberliegenden Eingängen der

4 '

Antennenbrücke Hegt, deren Ausgänge mit einem Antennensystem 2 verbunden sind, welches aus zwei parallelen Antennen 2l und 22 besteht, die ein identisches um J*/2 voneinander entferntes Strahlungsdiagramm auf« weisen, dergestalt, daß das Bezugssignal in Phase, die Lateralkomponenten jedoch aufgrund der in den Zweig der Brücke 4 , die das Dämpfungsglied 3 mit der Antenne 22 verbindet, eingefügten Schleife 41 mit einer Phasenverschiebung von 180 ° angelegt wird. Der Glide-Path-Send er 1 ist schematisch dargestellt und enthält einen Sender 10, der die Trägerwelle im Dezimeter-Wellenlängenbereich liefert, die durch einen Modulator Il moduliert werden kann, der über eine Zwischenmoduiationsbrücke 12 mit zwei Modulationsleitungen 15, 16 von 150 Hz bzw. 90 Hz eines durch einen Motor 17 angetriebenen mechanischen Modulators ver-

909833/0168

BAD

23.12.1968

bunden ist, sowie eine Ausgangsbrücke 18, deren einander diagonal gegenüberliegende Eingänge mit den Auagftfcgen der Modulationsleitungen 15 un d 16 entsprechend verbunden sind« und deren Auegänge erstens ein Bezugssignal, das mit 90 Hz und 150 Hz moduliert ist, z. B. mit einem Modulationsgrad m - 0,45 , an einen Eingang der Antennenbrücke 4 und zweitens, nieder· frequent modulierte Seitenbänder dieses Signals, die durch eine PhasenschiebungSBchleife 19 um 180 ° gegeneinander phasenverschoben sind, an den Eingang des D&mpfungsgliedes 3 und mittels dessen an den zweiten Eingang der Antennenbrücke 4 übertragen. Die Zwischenmodulationsbrücke 12 dient dazu, gegenseitige Interferenzen der Modulation mit 90 Hz oder 150 Hz zu )l verhindern . Der Sender enthält vier gleiche Leitungslängen, deren eine

eine Phasenverschiebung von 180 ° bewirkt, und zwar durch eine Kreuzung seiner beiden Leiter, die bei der einadrigen DaBstellung der Fig. 1 durch eine Schleife 13 dargeatellt ist. Sie wird durch eine rückkoppelnde Impedanz 14 abgeglichen, die mit der diagonal gegenüberliegenden Klemme verbunden und ihrerseits wiederum mit dem Ausgang des Senders 10 verbunden ist.

Das Dämpfungsglied 3, das symbolisch durch einen variablen Wideretand dargeatellt ist, ist so eingestellt, daß die größtmögliche Genauigkeit des %rstems gegeben ist, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht.

Das Antennensystem 2 kann z. B. aus zwei parallelen horizontalen Dipolen 21 und 22 bestehen, die vorzugsweise mit Reflektoren 23 und 24 versehen sind, um die rückwärts gerichtete Abstrahlung zu verringern, und einen Achaenabstand vonA/2 haben.

In einer Abwandlung kann das Antennensystem 2 aus zwei sich überlagernj den horizontalen Dipolen bestehen, die in einem Winkel von IT/2 zueinander stehen,und die in gleicher Weise,wie die Dipole 21 und 22 der Fig. 1, betrieben werden.

! Die Fig. 2 zeigt die Anbringung des Antennensystems 2 in bezug auf die Achse 50 einer Landepiste 5 und dessen Strahlungsdiagramme in der Umgebung der PLste 5 für die Abstrahlung des Bezugssignals oeowie für die Abstrahlung der Seitenbänder, die jeweils mit den Buchstaben R, R· und L, L¹ bezeichnet sind.

909833/0168

A 10 966 -5- 181 7H9

23.12.1968

Die Antennen 2 sind zum Beispiel in einem Punkt G in der Nähe der Antennen des Glide-Path angebracht, und zwar in einer Entfernung zu der Achse 50 der Landebahn 5 auf dem Lot von dem theoretischen Aufsetzpunkt I der Flugzeuge auf der Piste auf diese Achse. Eine Achse Gx verläuft parallel zur Achse 50 der Landebahn} die Dipole 21 und 22, die i m Verhältnis zum Maßstab der Landebahn als vereinigt angesehen wer-

xden müssen, sind mit ihren Armen in Richtung der Achse ausgerichtet. Die Achse des Dipols 21 hat eine Abszisse - A./4 und die Achse des Dipols 22 hat eine Abszisse + A/4· Die y-Achse steht in G senkrecht zur χ Achse U und geht durch den Punkt I.

Das theoretische Strahlungsdiagramm der Dipole 21 und 22 für das Bezugssignal, das ihnen in Phase angelegt wird, wird durch die beiden Kreise R und R·, die die x-Achse/als Tangente haben, gebildet, wenn man einmal von den Reflektoren 23 und 24 absieht.

Ihr theoretisches Strahlungsdiagramm ist für die Seitenbänder von 90 Hz und 150 Hz , die an die Antennen 21 und 22 mit einer Phasenverschiebung von 180 des zweiten gegenüber dem ersten angelegt werden, ebenfalls in Gegenphasejdes entsteht in Form von zwei Kreisen L und L·, die die y-Achse bei G'als Tangente haben . Dabei entspricht der Kreis L einer Differenz von +Λ des Modulations grades von 90 Hz und 150 Hz, d. h.

dort wo die Modulation von 90 Hz überwiegt, wogegen der Kreis L· einer

Differenz von A ^ P entspricht. (

Bei diesen Strahlungsdiagrammen, die auf der negativen Seite der y-Achse erheblich abgeschwächt sind, gelten hiernach allein die der Kreis R und die Halbkreise L und L« als positive Ordinatqjhat.

Wenn man den Winkel, den die Gerade GM, die von dem Punkt G ausgeht, mit der Achse Gy biMet und die die Achse 50 der Landebahn bei M schneidet, mit θ bezeichnet, ist die Gleichung des Kreises R mit dem Durchmesser A in Polarkoordinaten gleich A cos Q und diejenige der Kreise L, L* mit dem Durchmesser B ist B sin Q .

BAD 909833/0168

AlO 966 - 6- 181 7 U 9

23.12.1968

Ist der Modulationsgrad der Leitung 15 und 16 m, so ist die Differenz in Punkt M der Modulations grade von 90 Hz und 150 Hz;

Δ A cos Q + B sin Q - A cos Q - B sin Q « _o B _{+rt Ω}

"A cos β ^m A cos β ^{m 2 m} ΤΓ*β ^β

woraus sich ergibt, daß die Differenz der Modulationsgrade an jedem Punkt der Achse proportional zur Entfernung zu Punkt I ist.

Die Beziehung B/A wird durch das Dämpfungsglied 3 in der Weise festgelegt, daß am Ende der ]
ψ s pricht, folgendes gilt:

legt, daß am Ende der Piste, d. h. beim Punkt S, dem der Winkel ö_o ent-

A cos Q = B sin β s s

d. h. also, die Differenz des maximalen Modulations grades ^s 2 m ist ζ. Β. Δ * 0, 9.

Wenn z. B. Gl - d - 300 m und die Länge der Landebahn 5, abgesehen von der kurzen Entfernung zwischen ihrem Eingang E und dem Punkt 1IS * 3000 m ist, gilt:

Tg β »ML »ίο

^ß s 300

und B J= 1

A 10~

Das Dämpfungsglied 3 wird unter diesen Bedingungen so eingestellt, daß es eine Dämpfung von 90 % der Seitenbänder von 90 Hz und 150 Hz hervorruft.

Die für die Flugzeuge notwendige Empfangseinrichtung zur Verwendung des beschriebenen Entfernungsmessers entspricht derjenigen des Glide-Path. Wenn man gleichzeitig den Glide-Path und den Entfernungsmesser benutzt, muß die Trägerfrequenz desselben verschieden von derjenigen des Glide-Path s ein ,und das Flugzeug muß daher mit zwei verschiedenen Empfangs-'- _4f 909833/0168

23,12.1968

vorrichtungen ausgerüstet sein« die jeweils auf die entsprechende Frequenz abgestimmt sind*

In dem Fall, da man von irgendeinem vorbestimmten Punkt an, z. B. beim Passieren des Eingangs £2 der Hate die Benutzung des Glide-Path ale nicht mehr für notwendig hält» kann die Empfangseinrichtung des Glide« Path zum Betrieb des Entfernungernessers von diesem Punkt an benutzt werden. .'■'[.■ _: ... ^:. .\; - '.:'_-. ^: . .-"■-,■,"

Eine vorteilhafte Lösung besteht darin, £.%· den Entfernungsmesser einen Sender 10 Su benutzen, dessen Frequenz im Vergleich zu dem Sender des Glide-Path X leicht verschoben ist und jede der beiden Sendeantennen des Entfernungsmessers mit einem einseitigen Strahlungsdiagramm aus zu« rüsten, das so zentriert ist, daß es einen schnellen Übergang von dem Empfang des Glide-Path auf den Empfang des Entfernungsmessers sicher<stellt, wobei die Schnelligkeit des Übergänge durch die große Winkelgeschwindigkeit eines Flugzeuges, das den Hingang der Piste E passiert, in bezug auf den Anbringungsort G der Antennen 2 bedingt ist.

Bei einer Stabilität des Senders und Empfängers entsprechend derjenigen des GMe^P&th * was eine Genauigkeit von 0,002 in der Differenz £ü der Modulations grade ergibt, beträgt der Anzeigefehler bei der Entfernungsmessung 7 m. Wegen seiner großen Genauigkeit ist diese. Entfernungsmessung m der Lage, die Landeoperation zu erleichtern , und zwar Ja Verbindung mit der gleichzeitigen Höhenmesöung durch eine Radiosonde. Die Vorrichtung kann ebenfalls beim Rollen auf der Landebahn, insbesondere beim Abfluggenutzt werden*Sie erlaubt es ferner, ein Landesystem atf der gleichzeitigen Messung der Entfernung durch den Entfernungsmesser gemäß der Erfindung und der Höhe durch eine Radiosonde aufzubauen, Wobei der Gleitwinkel beliebig entsprechend den airödynamischen Verhältnissen gewählt werden kann.

909833/0168

Claims

23.12.1968 ANSPRÜCHE 1} Präzisionsentfernungsmesser für Flughafenlandebahnen mit zwei Antennen mit beliebigen, jedoch identischen Strahlungediagrammen« die gespeist werden« einerseits in Phase nut einem Bezugssignal einer mit zwei Niederfrequenzen modulierten Trägerwelle, andererseits Über ein Dämpfungsglied in Gegenphase mit Seitenbindern, die mit den um 180 ° gegeneinander phasenverschobenen Niederfrequenzen des Bezugssignals moduliert sind, dergestalt, daß entlang der Achse der Landebahn und mindestens in deren gesamter LSnge eine Differenz der Modulations grade in den niederen Frequenzen hervorgerufen wird» di· einem bestimmten Punkt d er Lande»* bahn entspricht, unter anderem durch folgende Merkmale, die für sich oder in Kombination gelten sollen, gekennzeichneU

1. das Verhältnis zwischen dem Abstand der Antennen in der Achse der Landebahn und deren Länge ebenso wie des Dämpfungskoeffizienten der Söitenbänder im Verhältnis zum Pegel der Modulationen des Bezugssignala mit niederer, Frequenz Wird so festgelegt, daß die Differenz des Modulationsgrades an einem bestimmten Punkt der Landebahn gleich 0 ist und an mindestens einem anderen bestimmten Punkt der Achse der Landebahn einen maximalen Wert erreicht, der als Grenze für den Einsatzbereich des Entfernungsmessers gilt.

2. Gemäß einer besonderen Ausführungsform weist der Entfernungsmesser einen üblichen Glide-Path-Sender aif, der an einem ersten Ausgang das Bezugssignal liefert und an einem zweiten Ausgang die Seitenbänder, zwei horizontale Dipole, voneinander entfernt, die mit ihren Achsen um jL/2 der erwähnten Trägerwelle voneinander entfernt sind und die parallel zur Achse der Landebahn in Höhe des theoretischen Aufsetzpunktes des Flugzeuges angebracht sind, eine Antennenbrücke und ein Dämpfungsglied, wobei die Dipole durch diese Antennenbrücke in Phase mit dem ersten Ausgang und über dieses Dämpfungsglied in Gegenphase mit dem zweiten Aus-

909833/0168

1817H9

gang verbunden sind, wobei der Dämpfungskoeffizient dieses Dämpfungsgliedes gleich dem Verhältnis der Landebahnlänge von dem theoretischen Aufsetzpunkt aus gerechnet ist und der Entfernung der Dipole in der Achse der Landebahn, woraus sich ergibt, daß diese Differenz der Modulations grade am theoretischen .Aufsatzpunkt gleich 0 ist und maximal, d. h. gleich dem doppelten absoluten Wert des Modulationsgrad es dieser Niederfrequenzen, einmal am Ende der Landebahn, und zum andern an einem Punkt der in bezug auf den Endpunkt der Landebahn symmetrisch zu dem Aufsetzpunkt liegt und proportional zu den Entfernungen zwischen diesem symmetrischen Punkt und dem Ende der Landebahn ist.

3. Die Antennen sind als Variante in Form von zwei übereinander gelagerten horizontalen Dipolen ausgebildet, die in einem Winkel von 90 ° zueinander stehen.

4. Der Sender des Entfernungsmessers ist gemäß einer der vorgenannten Ausführungen gegenüber dem Sender des Glide-Path leicht frequenzverschoben und jede der beiden Senderantennen des Entfernungsmessers weist ein einseitiges Strahlungsdiagramm auf, das so justiert ist, daß für ein Flugzeug, das den Anfang der Piste überschreitet, ein schneller Übergang vom Empfang des Glide-Path auf den Empfang des Entfernungsmessers gewährleistet ist.

BAD OWGlNAL 9 09 833/0168

Leerseite