DE1901840A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines bewegten Objektes mittels HF-Signale - Google Patents

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National Aeronautics and Space Administration WASHINGTON, D.O. 2o 546, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines bewegten Objektes mittels HF-Signalen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines bewegten Objektes mittels HP-Signalen, insbesondere ein Seitenfrequens-Jteßverfahren, bei dem die vom Objekt ausgesendeten und empfangenen Trägerfrequenzen hinsichtlich der Dopplerfrequenzverschiebung angenähert kompensiert werden, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Entwicklung des Überschall-Plugverkehrs bei Plugge-

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eehwindigkelten von ungefähr 3 5oo Ira/st» führten 91ug~ ortungsprobleiien, die bei der PlugbahnbeetJjnmng la Unterschallbereich, bei Geschwindigkeiten von der örößenoränung 1ooo tan/st, im allgemeinen nioht auftreten, tm Transoaeanverkehr aingeeetste Plugzeuge neit Überaonallgeschwindigkcit wtii38r_;n aauernd ober die geuauun Positionen anderer in ihrer !!She befiodlioiier flagseuge inforffiiert werden, sofern IflugaoSraeieea von etwa 1t»o ba Breite» wie eie laeato ale Standardwert im fransoseasflugverkehr is Vnterechallbereich gilt, benütet werden oder noob. flchnalere Plogeohneieea benütßt werden eollen. Sie Forderung naoh !Poaitionedaten über benachbarte ilugkör-

r let für solche flogset^e sogar noch wichtiger, da ein fflngseag, das mit 3500 km/st fliegt, bie au eineia 1βο lon entfernten anderen Plugecug nur 2 bie 3 Minuten benötigt la Gegensatz au einer Zeitspanne von 1o Hinuten bei einer Fluggeschwindigkeit von nur I000 ls/st» Daher ist für tibereehallflagseuge eine zentrale, an Bord vorhandene öberraohtmg benachbarter 71ugseuge viel notwendiger als beim traneoseaniechen Unterechall-lÄf tverkehr, ms lollieionen la der Luft und üafaile zu verseiden·

Bei dea erf indungeges&Sen Verfahren wird die 2oeition eines flugzeuge von einem Rechner in einer zentralen Bo-

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denetation bestimmt und einer Flugverkehrsleitzentrale übermittelt, die für dieses und benachbarte Plugzeuge verantwortlich ist, und von dieser einer Anzahl von diesen Flugzeug benachbarten Flugzeugen über einen Synchronsatelliten übermittelt, dessen Stellung die Übertragung von Signalen zwiechen den Flugzeugen und einer Bodenstation erlaubt. Die die Position kennzeichnenden Signale, die von dem Flugzeug zurückkommen,* sind Seitenfrequenzen variabler Phase, die auf einoiTräger auf moduliert sind, der im allgemeinen eine im Mikrowellenbereich liegende Frequenz hat. Da ein Teil der Positionsdaten durch die von dem betreffenden Flugzeug kommende Trägerfrequenz dargestellt wird, verlangt das erfindungsgemäße Verfahren, daß zwischen Empfänger und Sender der Funkzentrale und jedem der Flugzeuge Phasenkohärenz aufrechterhalten wird.

Im Hinblick auf den Dopplereffekt, der durch einen mit 35oo km/st bewegten Empfänger als Objekt verursacht wird, stellt die Aufrechterhaltung einer möglichst kleinen Bandbreite und der Phasenkohärenz ein besonders Problem dar. Insbesondere erzeugt ein mit dieser Geschwindigkeit fliegendes Flugzeug eine zweiseitige Freqenzverschiebung von

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- Io lcHaauf einem 1,5 QHü-Träger. Um die Mittiraalbandbreite und die !HiasenkohSrenz zwischen den Flugzeug und der Bodenetation aufrechfcauorhalten, ist es daher notwendig, den Dopplereffekt, der durch die sehr hohe Geschwindigkeit hervorgerufen wird, derart su kocrpeneieren, daß die Baaeenkohäxens nicht aerstört ^tlrd· Die vielleicht direkteste anö mihellegondöte Methode, dieeea durch den Kiiifluß des Dopplereffektes auf die vom Plugaeug ausgesendete üErägerfrequena verureachi;e Problem zn löeen, besteht darin, überhaupt keine Kompeaaation vorzusehen und für jedes Flugzeug ein gentißeutl breites Band «ueulaepen, ma die größte auftretende Dopplervereoliie"bune zn erfassen« Mit möglichen Bopplerfre^uenBverßchiebuußen von der Größenordnung - 1o IcHe würde jedoch die jedem Flugzeug zugeordnete Bandbreite so groß werden, daß eine wirksame Übertragung zwischen &&m einzelnen Flugzeug und der Bodenstation unmöglich würde„

Sine andere Möglloh keit, das Problem der auf die von dem ilugaeug abgestrahlte Trägerfrequenz ausgeübten Dopplerver-Schiebung zn löeen^ let die genaue Konpensation, wobei die voa Plugzeug gesendete Pre^uenss durch einen äußerst stabilen Oseillator im flugzeug bö verschoben wird, daß die resultierende, von Flugzeug gesendete Frequenz su jeder Zeit

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konetant erscheint» Dabei würden die Empfänger der Bodenstation and dee Satelliten immer genau auf dieselbe, zum Plugzeug gesendete und von diesem empfangene Frequenz abgestimmt 'sein; die Phasenkohärenz zwischen empfangenen und gesendeten Träger würde jedoch nicht erhalten bleiben, weil in jedem Plugzeug ein unabhängiger Osaillator eingesetzt werden müßte. Da die Phasenkohärenz notwendig ist und ein Oszillator mit der erforderlichen Stabilität nicht in jedem Flugzeug mitgeführt werden kann, ist es nicht praktisch, die Dopplerverschiebung exakt zu kompensieren.

Gemäß der Erfindung wird ein Kompromiß zwischen der exakten Dopplerfrequenzkompensation und einem System mit extrem großer Bandbreite geschlossen. Die Frequenz des am Flugzeug empfangenen Trägers wird gemessen und mit einer Bezugsfrequenz verglichen, um ein MaB für die Sopplerverschiebung zu gewinnen« Entsprechend der Differenz zwischen der Eapfangs- und der Bezugsfrequenz wird eine von vielen Dopplerfrequenzbereichen ausgewählt und durch ein digitales Signal wiedergegeben, das den vom Plugzeug gesendeten Träger moduliert. Die Differenz zwischen dem Grenzwert des gewählten Bereiches und der Differenzfrequenz ist ein Restwert der Verschiebung der scheinbaren vom Plugzeug ausgestrahlten Trägerfrequenz relativ zu der Flugzeugträgerfrequenz unter

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stationären Plugbedingungen. Die Bodenstation spricht auf das vom Flugzeug übertragene digitale Signal derart an, daß sie den Rechner ein Eingangssignal zuführt» das in der Einzelstandortmeßtechnik verwendet wird, während sie gleichzeitig die vom flugzeug gesendete Trägerfrequenz auswertet, um einen Meßwert der Differenz zwischen dem Grenzwert des ausgewählten Bereiches und der wirklichen Trägerfrequenz zu liefern· Die Phasenkohärenz zwischen flugzeug und Bodeneta-» tion wird, ohne ein breites Band in der Verbindung zwischen beiden zu benötigen, dadurch aufrechterhalten, daß frequenz und Phase des Trägers mit einer phasenstarren Ei»«-· ^rführung im Gleichlauf gehalten v/erden und so die mit der exakten Dopplerkompensation verknüpften Probleme vermieden werden. Um Schwingungeia der Trägerfrequenz zwischen awei Grenzwerten zu verhindern, wenn die Dopplerfrequenz ein wenig um die Grenze eines Bereiches schwankt, wird Ia der Schaltung, die im Plugzeug den Frequenzbereich für die Dopplerkompensation angibt, eine Hysterese eingebaut«

um die Position des einzelnen Plugzeuges mittels des Seitenfreqnenzverfahrens nach der vorliegenden Erfindung zu ermitteln, können mehrere alternative und/oder ergänzende lösungswege beschritten werden. Gemäß einem dieser Verfahren

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wird in jedem Plugzeug ein Empfänger für Tiefetfrequensen vorgesehen, dor auf die tiefetfrequente Omega-Strahlung von mehreren getrennten bodennahen Sendern anspricht. In Abhängigkeit von tiefstfraquenten am Flugzeug empfangenen Signalen wird der Träger dabei mit Baten moduliert, die Angaben über die Position des Flugaeuges relativ au den Onega-Sendern darstellen. Die funkzentrale spricht auf dl· Modulation an, die der vom Flugzeug abgestrahlte Träger durch die VIF-Signale (Tiefstfrequenssignale) erhalten hat, die vom flugzeug zum Zwecke seir·* ""Oeitionsbeetimnußg empfangen warden.

Gemäß einem zweiten für die Messung der Position eines Flugzeuges benutzten Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird der Schnittpunkt von drei Kugeln, die die Positionelinien oder sphärischen geometrischen örter um vorgegebene feste Punkte definierten, in einer Bodenstation in Abhängigkeit von Signalen berechnet, die von den einzelnen flugzeugen ausgesendet werden. Eine dieser Kugeln ist-,als der Abstand dee Flugzeuges vom Erdzentrum definiert, der aus der Angabe des flugzeughöhenmessers hergeleitet wird; dieser Meßwert wird als digitales Signal
Synchron-Satellitenverbindung zur Bodenstation übertragen.

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Der Radius der zweiten Zügel ist ale die Positions- d_eh_e Abstandslinie zwischen Flugzeug und Synchronsatellit definiert? dieser Abstand vrird aufgrund der Phase der Seitenfrequenz bestimmt, die dem zwischen Satellit und Plugzeug übertragenen Mikrowellenträger auf moduliert ist. Der Radius der dritten Kugel ist als Positionslinie um einen tiefstfrequenten Sender., etwa einen Omega-Sender, definiert, der von einem Tiefstfrequenzempfanger im Plugzeug empfangen wird.

Das System, das einen Synchronsatelliten alB Fixpunkt verwendet, "benötigt nur einen üJiefstfrecmsnzsender und keine Vielzahl solcher Sender, wie sie Issia Oraega-YerXahrea. ver wendet werdet Bei den.» zweiten, mit dem Oraegaprinsip verknüpften System kana aber auch eins größere Genauigkeit erreicht v/erden, d? das l-'lugaeug den dieses sm näohstea oder in der bester.* t-eoiaetrisclien Position 'osfindliclieii YhS Senner eB3pfä-igt_; w"=bei im allgemeinen fp?'6ßeze YLF-3Ι/ζ.:2ώ1=·£ Ha.u3ch-7»rli.j-].tiiiör>€= o-i.er ©ine bessers Geoaetrie flir eo'i Schnitt äe-T '}:cs±f'.o^<il\ü\<sY> er^ei.cb" ^eräeü als aiit System^ das -auf e-.lr.-3 Yielsaiij. von relati™ -siitferata Send el·« Piißpriohl. ^u^ä-^AVi·^ fei-vin üei S&usllltyuso

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werden, wodurch eine Komponente des flugzeug-Positionefehlers verringert wird*

Gemäß einer vortej&af ten Ausführung der Erfindung kann die Notwendigkeit einee bodannahen TXf-Senders vollständig umgangen werden, indem man den Geschwindigkeitsvektor des Plugzeugee relativ zu einem Synchronsatelliten berechnet. Insbesondere wird die Abstandsänderung flugzeug zu Satellit, d.h. der Geschwindigkeitsvektor, aus einer großen Doppler— messung abgeleitet, die mittels des im Plugzeug befindlichen Dopplerkompeasators durchgeführt wird; dieser Meßwert wird zur ffunkz; ent rale über einen Digitalkanal' zurückübertragen. Die genaue ITlugzcug-Srägerfrequenz v/ird in der Punkzentrale aufgrund des Digitalsignals und einer Messung der flugsseug-IrSgerfrequenz relativ zu einer Bezugsfrequenz der Punkzentrale bestimmt, Zusätzlich v/erden Angaben über den flugzeug-Seoohv/indigkeitsvektor bezogen auf die Erde, wie sie sich aiiBgehend vom Beschleunigungsmeßgerät im Flugzeug ergeben, and über die Entfernung zwischen flugzeug und dem Synchronsatelliten, wie sie IUB der auf einen Mikrowellenträger auf— modulierten Seitenfrequenz hervorgehen, vom flugzeug zur Bodenstation über den Synchronsatelliten übertragen« Aufgrund den ilugzeuggeechw:i-idigjceit.ov:--ii:tors relativ zur Erde bereeh-

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net der Rechner in der Bodenstation den Sollwert der Abstandsänderung zwischen Plugzeug und Satellit für jede Stelle auf der Positionslinie, die durch den Abstand dee Plugzeugs von der Erdmitte und den Abstand zwischen Flugzeug und Satellit definiert ist_o Die berechnete Abstandsänderung wird für jeden Punkt der Positionslinie mit der gemessenen Abstandsänderung verglichen, Gleichheit zwischen der berechneten und der wirklichen Abstandsänderung ergibt die Anzeige der Plugzeugposition.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß die Leistung — sowohl die gesamte als auch die Leistung je Kanal - und der Effektivwert der Phasenabweichung des vom Satellit zu den !Flugzeugen übertragenen Signales konstant bleiben, wenn sich die Leistung von irgendeiner der Bodenstationen, die mit dem !Flugzeug in Verbindung stehen, zJ_o infolge atmosphärischer Bedingungen ändert. Dabei ändert sich das vom Satelliten kommende Signal in seinen Kennwerten nicht und scheint von einer einzigen Quelle herzurühren, Prühere Versuche auf dieses Gfebiet, die von einem Satelliten abgestrahlte Leistung in Abhängigkeit von der #ahl a_er Stationen konstant zu halten_s führten zu keinem voll, befriedigenden Ergebnis, weil man nicht in der Lage war, die Leistr-ngspegel der Sender an den Bodenstationen wirksarc su regeln,

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Gemäß der Erfindung erhält mau einen wirklich linearen Transponder, indem man die von der funkzentrale und den peripheren Stationen empfangenen Signale mit einer 3?requenjs zur Schwebung bringt, wobei eine der Bodenstatiosfrequenzen zum Basisband des Satelliten gehört» Die Pha·- se dee Basisband-Signalgeniisches moduliert einen vom Satelliten abgeetrahlten Träger, so daß im wesentlichen die ganze Information in dem vom Satelliten übertragenen Seitenband ereter Ordnung enthalten ist. Ohne Überlagerung mit dem Basisband erhält man keinen wirklich line aren Transponder, weil bei der Zwischenfrequens der Vor gang der Phasenmodulation nur eine Näherung ist_o Im Ba- nieband handelt es aich nicht um eine Näherung; otatt dessen ist die Phasenmodulation abeolut genau,

TMr₇ effektive Abweichung der Phasenmodulation, die auf ■\^\: vorn Satelliten gesendeten Träger gegeben wird, aaigt kc'ne Abhängigkeit von der Gesamtleistung der Bodenstation . wenn man die BaBinlrnndlelstung mißt, die der Satel-Ui" "on eilen Bodenstationen empfängt. Da fast dis ganz θ Bn~ίπ>νιη(]leistung ίν modulierten Zv/inchenträgeim enthal» . ~·, devnn El'fektivwrrt nicht voii der Modulation ab— ■ i" . und diene Zwincherträger selbst bei fehlen eier Mc-

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dulation vorhanden sind, läßt eich die effektive Bhaeenabweiohung durch grobe Einstellung der Bodenstationsleistung steuern. In Abhängigkeit vom Leistungspegel des Basisband-Signalgemisches beim Satelliten wird der Effektivwert des d η vom Satelliten gesendeten Träger modulierenden Signals mittels eines automatischen Verfahrene dar Verstärungeregelung verändert. Die den Satelliten erreichende Gesamt- . leistung bleibt dadurch konstant, daß ein AGC-Hetzwerk für' die Sender in der Punkzentrale und in den peripheren Bodenstationen vorgesehen wird.

In der Funkzentrale spricht das AGC-Hetzwerk auf die Anzeige des AGC-Signales an, das im Satelliten für die Fhasenmodulationssteuerung erzeugt wird, während die von jeder der peripheren Stationen gesendete Leistung dadurch gesteuert wird, daß der Trägerleistungepegel der Punkzentrale und der Ortsstation verglichen wird· Die Anzeige des Trägerleistungspegels der Funkzentrale wird bei den peripheren Stationen durch Messung des vom Satelliten eu den Flugzeugen übertragenen Signales gewonnen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, neue und verbesserte Systeme und Methoden zur Ortsbestimmung bewegter Objekte zu schaffen.

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Ein Weg sur lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß man zur Berechnung des Ortes eines Objektes von Messungen der Entfernung des Objektes von vorgegebenen Punkten auf der Erde und im Außenraum ausgeht«

Ein anderer Weg bestellt darin, die Position eines bewegten Objektes aufgrund der Abstandsänderung des Objektes von mehreren Festpunkten zu bestimmen.

Eine weiise Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, den Nachrichtenverkehr sswischen mehreren flugzeugen und mehreren Bodenstationen über einen Synchronsatelliten au ermöglichen» wobei eine der Bodenstationen Daten für die Plugaeugposition liefert.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, die Position eines Plugzeuges zu bestimmen, ohne einen relativ komplizierten Rechner im Plugzeug mitzuführen,

Ein weiterer Vorteil besteht darin, mehrere relativ dicht benachbarte Plugzeuge auf Transozeanflügen mit Informationen über die gegenseitigen Positionen zu versorgen und ihre relativen Positionen an einem zentralen Ort zu überwachen. 9098A0/0943

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Eine Variante dee Verfahrene gemäß der Erfindung sur Durchführung des Hachrichtenverkehrs zwischen einer Bodenstation und eines bewegten Transportmittel besteht darin, im Transportmittel eine Sopplerkompensation für dessen Geschwindikeit vorzusehen,

Sas Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es, zwischen mehreren Flugzeugen auf Traneozeanflügen und mehreren bodennahen Stationen, von denen eine eine Punkzentrale und eine andere eine Station ist, die das Plugzeug anfliegt oder verläßt, Nachrichtenverkehr durchzuführen»

Bin weiteres Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, den Nachrichtenverkehr zwischen mehreren Bodenstationen und einem Objekt über einen Synchronsatelliten durchzuführen, wobei das vom Satelliten zum Objekt übertragene Signalgemisch von allen Bodenstationen auf einem konstanten Leistungspegel bleibt ohne Rücksicht auf die !leistung, die von irgendeiner Bodenstation zum Satelliten gelangt·

Eine Abwandlung dieses Verfahrene besteht darin, den Nachrichtenverkehr zwischen mehreren Bodenstationen und einem oder mehreren Objekten durchzuführen, wobei ein vom Satel-

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Uten auegestrahlter fräger alt einem, unabhängig von der Zahl der In Betrieb befindlichen Bodenstationen konstanten. Sffektivwert der Phasenabweichung phasenmoduliert wird·

Bas erfindungsgeB&Se Verfahren kann schließlich auch so abgewandelt -werden, dad Signale swlsohen Mehreren In» teraittiereod betriebenen Bodenstationen and eines oder ■ehreren Objekten über einen Synchronsatelliten übertragen werden, wobei das Signalgeaieoh το« Satelliten von einer eineigen Signalquelle herankommen scheint ₉ da Lei» stong und effektive Phaeenabweichung des übertragenen Signale konstant bleiben, obgleich die Zahl der in Betrieb befindlichen Bodenstationen sich ändert«,

üb die YoranestttBungen für ein sentrales flogverkehrleitsyste« insbesondere für den tiberschall-Tlagverkehr en schaffen, erfolgt die Positlonsbeetimang eines Singeeags genftfi der Erfindung dadurch, daß ein alt eines Seitenfreqaensspektrua »okulierter Hi-Trager von einem vorgegebenen Punkt über eine Synchronsatelliten-Relaisstation sau ?lsseug Übertragen, von diesem empfangen und die Position des Vlugseugs aus der Kombination folgender

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!Parameter ermittelt:

der aus der Phase der Einzelschwingungen in dem am Plugzeug empfangenem Spektrum relativ zu der Phase einer Besugeschwingung "bestimmten Entfernung des Plugzeugs von dem Satelliten,

der Relativgeschwindigkeit des Plugzeugs gegenüber dem Satelliten, die aus der an dem vom Objekt empfangenen !Träger gemessenen Bopplerfrequenzverschiebung bestimmt wird,

Des am Plugzeug bestimmten Geschwindigkeitsvektors des Plugzeugs gegenüber einem vorgegebenen Punkt der Erde,

der am Plugzeug gemessenen Entfernung des Plugzeugs vom Erdmittelpunkt.

Dieses Verfahren wird vorzugsweise in der Weise durciigeführt, daß ein mit den am Flugzeug empfangenen Spektren und mit den ermittelten Parameters entsprechendem Baten modulierter HP-Träger vom Plugzeug au einer Punfe» zentrale übertragen und die Position des Plugzeugs auf-

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grand der In der Punkseatrale empfangenen Spektren bestimmt wird.

Dieses Verfahren kann alt Vorteil auch so abgewandelt werden, dag der mit den aiB Plugaeug empfangenen Spektren and mit den den ermittelten Parametern entsprechenden Daten modulierte iQMEräger vom Tlugseug zu dem den modulierten HF-TrSger aussendenden Punkt übertragen and die Position des Flugzeuge aufgrund der an dem Punkt eapfangenen Spektren bestimmt wird.

Sine weitere vorteilhafte Variante dee erfindungBgeroSßen Verfahrene bestellt darin» daß die Dopplerversohiebung an Vlugseug daxroh Vergleich der eapfangenen Trägerfrequenz mit einer Beeugefröquen» und duroh Verschiebung der gesendeten Trägerfrequenz um diskrete Stufen entsprechend der empfangenen, von der Bezugsfrequenz ob vorgegebene Stufen abweichenden frequenz koapenaiert wird, so daß die scheinbare Frequenz des gesendeten, an dem ersten Punkt empfangenen Tr%ers stets innerhalb eines Bereiches liegt, der gleich der Frequenaspanne der Hälfte einer der Stufen ist»

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Zur Durollführung dee erfindungsgeajäßen Verfahrens und insbesondere zur RückÜbertragung von Hff-Entfernungsseß-Seitenfrequensen, die einem von der Funkzentrale dorthin geeendeten träger aufxnoduliert sind, und von dort entstandenen. Inertialdaten aur Funkzentrale wird vorteilhafterweise eine Anlage alt einem Sender-Empfänger verwendet, der eine p&asenstarr rückgekoppelte Schaltung but Deaodulation dee Trägers and aur Wiedergewinnung der Binseleehwingungen enthält, wobei, die Rückkopplungeachaltung einen Ossillator aufweist, der auf die frequenz und die Phaee ßes but Station gesendeten Trauere anspricht, va die Frequenz und die Phaee eines tos Sender-Empfänger geeendeten Trägers zu steuern, desweiteren eine HÖTaenjoeßeiurichtung zur Erzeugung eines die Entfernung des Seoder-Eapfängers rom Erdmittelpunkt angebenden fiöhecsJLgnale sowie ein® Einrichtung 8ur Modulation des το® Ssader-Esipfängör ausgesendeten Trägere ait den BoliensignaX uni den wieder» gewonnenen Eineelsobwingungen

Der Sender-Sipfanger weist ^cr' ■" "■ üaftas:-.. ise tungen aur Erzeugung von die Snir-liwinÄlcfei^ der-Stapfängers gegenüber #1hsb isisM der- lard®

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den Signalen, desweiteren Einrichtungen zur Erzeugung eines die Dopplerverachiebungefrequenz dee vom SencLer-Enpiänger aufgenommenen Trägers angebenden Signale, eovie Einrichtungen auf, um die die Geeoawindigfceiten und die DopplerversoMebongsirequenB kenneeichnenden Signale in die Modulationeeinriohtungen eimsttkoppeln.

Der Seoder-apfteger enthalt vorteilbafterveiee EInriohtaa^en bot Kompensation des des en rxaA τοη den Sender-EBpfänger übertragenen Träger auf gedrückten BopplerfrequenzTerseniebang« wobei die EinrioJitungen snr ioepeneation der Dopplerverachiebung folgende feile aufweißt:

einen Oeaillator, der eine variable 7req,aens entspreohend der Irequene des eopfangenen Trägere erzeugt,

Einrichtungen zum Einkoppeln der variablen Qszillatorfreq.uens in die Obertragtmgsvorriohtong für den von dem Sender-Empfänger gesendeten Träger,

Einrichtungen zur Messung der Dopplerverschiebungsfre-

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quenz des zum Sender-Empfänger übermittelten Srägers, wobei die Kopplungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten, die aufgrund der gemessenen Yerschiebungsfrequenz den vom Sender-Empfänger abgestrahlten Träger ohne Rücksicht auf die tatsächliche Dopplerverschiebungsfrequenz innerhalb eines bestimmten Bereiches hält, der eine vorgegebene Dopplerverschiebung darstellt.

Um den vom Objekt übertragenen Träger innerhalb eines bestimmten Bereiches zn halten, sind vorteilhafterweise Einrichtungen zur Verschiebung dee vom Objekt übermittelten Trägers um eine Stufe vorgesehen, die ungefähr gleich dem genannten Bereich ist, jedes Mal, wenn die gemessene Dopplerverschiebungsfrequenz den genannten Bereich oder ein Vielfaches davon überschreitet·

Weitere vorteilhafte Ausführungebeispiele des erfindungs-

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gemäßen Syeten· ergeben sich aus den Ansprüchen und den in der Zeichnung dargestellten scheioatischen Abbildungen. In diesen zeigen

Pig, 1 das Prineip der erfindungsgemäßen Positionsbestiznaung anhand eines Ausführungsbeispieles;

Pig. 2 eine Tabelle der Sendefolge und der Frequenzen des im Betrieb befindlichen Teiles des Oaega-Systems;

Pig« 5 das erfindungsgemäße Prinzip anhand eines aweiten Ausführungsbeispieles unter Verwendung von VLF- und HP-Seitenfrequenzen;

Pig. 4 das erfindungsgemäße Prinzip anhand eines weiteren Ausführungsbeispieles unter Verwendung des Geschwin digkeitsvektors des zu ortenden Objektes;

Pigο 5 ein Schema des von der Punkzentrale und einer peripheren Station zu den Plugzeugen tibertrageii^en Spek trums;

Plgo 6 das von einem der Plugzeuge zur Punkzentrale gesende te Spektrum;

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Pig. 7 ein Blockdiagraaa der Geräteausrüstung in der funkzentrale;

fig, β ein Sohaltbild des Sranaponders in Satelliten;

· 9 ein Slookdiagramm der Geräteauerüstung in einem der flugzeuge;

Pig. 1o ein Blockdiagram der Geräteauorüatung in einer peripheren Station;

fig« 11 ein Schaltbild des in Gerät nach fig« 9 verwendeten Dopplerkorrektur-ifot awerkee·

Das in folgenden beschriebene System betrifft ein System mit einer funkzentrale und einer anderen Bodenetation, wobei angenommen wird, da£ nur drei flugzeuge durch, einen einzelnen Synchronsatelliten überwacht werden, der auf halbem Weg zwischen des» europäischen und den nordamerikanischen Festland über dem Atlantiochen Ozean steht« Ee wird ferner angenommen, daß nur drei TLP-Omega-Sender im Bereich, des Nordatlantik vorgesehen sind· Es versteht sich jedoch, daß in einem betriebsmäßigen System bis zu neun sekundäre Bodenstationen

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verwendet werden können und daß eine gleichzeitige Verbindung mit zweihundert Flugseugen mit einem Synchronsatelliten verwirklicht werden kann, während mit wenigstens drei Synchronsatelliten, die in geeigneter Weise über verschiedene Scßoento öor Erdoberfläohe verteilt sind, die ganze Veit abgedeckt werden kann· Ebenso umfaßt ein weltweites betriebsmäßiges System acht "VXF-Qmega-Sender.

In Fig» 1 sind drei flugzeuge 11, 12, 13 auf einem Transozeanfluß zwischen den nordonerikanischen und europäischen Festland gezeigt« Der Synchronsatellit 14 steht an einem relativ stationären Punkt oberhalb des Äquators im Zentral-Atlantik, d.h. über einer Hilfseatellitenposition, in einer Höhe von ungefähr H 5oo km, wobei dieser eine der Erdumdrehungsgeschwindigkeit gleiche Umlaufgeschwindigkeit hat. Auf den nordamerikanischen Festland befindet sich eine primäre Leitstation 15 einschließlich eines Mikrowelleneendere und -enpfängers 16. Auf dem europäischen Festland befindet sich eine zweite oder periphere Station 17 einschließlich eines Hikrovellensenders und -ernpfangers 1ö. Sie sekundäre Station 17 ist im wesentlichen die gleiche v/ie die primäre I»eitetation 15, abgesehen von der Leistungsilberwaohung und den Steuerfunktionen, und die für

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die Positionsbestimmung der Jlugaeuge 11, 12, 13 benutzten Geräte auf der primären Station laufen auf der sekundären Station nicht, wenn eie auch ale Reserve sjur Verfügung stehen.

Eins Zweiweg-Hichtfunkverbindung in Mikrowellenbereich zwischen den Bodenstationen 15 und 17 und dem Synchronsatelliten H wird Qit einer Trägerfrequenz von annähernd 5 GHz betrieben, während die Übertragung zwischen Satellit 14 und den eineeinen Flugzeugen 11, 12, 13 mit einer in dem für den Flugverkehr zugelassenen-JBand gelegenen Trägerfrequenz von etwa 1,5 GIIs arbeitete Dabei werden zwischen den Bodenstationen 15 und 17 und den Flugseugen 11, 12, 13 die Daten über den Synchronsatelliten. 14 durch Frequenzumsetzung aus dem C-Band in das L-Band weitergegeben» Die Bodenstationen 15 und 17 empfangen auch die vom Satelliten 14 ausgestrahlten Signale im L-Band, wobei sie die relative Leistung, die der Satellit von allen Bodenstationen empfängt, überwachen können.

Die Positionen der Flugzeuge 11, 12, 13 werden mittels der JTLF-Signale ermittelt, die von den Omega-Stationen 19 - 21 ausgestrahlt v/erden, die an relativ weit auseinanderliegen-

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den Punkten auf dem Festland liegen. Die Omega-Sender 19 21 sind VFL-Generatoren elektromagnetischer Energie mit sehr hoher Leistung. Das sehr tiefliegende Frequenzband zwischen 1o*2 und 13·6 kHz wurde für das Omega-Übertragungsverfahren ausgewählt, weil es in diesem Frequenzbereich erreichbar ist, mit nur acht Sendestationen, von denen je 1ο kW Leistung abstrahlt, den gesamten Erdball mit Signalen zu versorgen» Dieses besondere Frequenzband zeigt ausgezeichnete Ausbreitungseigenschaften, die eine maximale Reichweite für die einzelne Station ergeben, und hat eine gute Phasenstabilität, die genügend genaue Messungen ermöglicht, um daraus die Position von VLF-Empfängern relativ zu den Omega-Sendern herzuleiten. Die drei Omega-Stationen 19-21 sowie eine vierte Omega-Station, die auf den Hawai-Inseln liegt, ermöglichen es, die Position eines die TLP-Wellen in der dargestellten Region des Hordatlantik empfangenden Objektes genau zu bestimmen, in dem man hyperbolische Positionslinien gleicher Phase relativ zu den Omega-Sendern benützt·

Die -Mage der vier erwähnten Omega-Sender ergibt aufeinanderfolgende kohärente VLF-Signale von 1o.2, 11,33 und 13.6 kHz in der Weise, wie es die Signal-Tabelle in Fig. 2 zeigt.

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von 11.3, 45-3 und 226 UB sind den to.2 baw. 13.6 KHs-Signalen überlagert, wobei dar Ort eines Empfängers nur innerhalb einer iFlüoke von ungefähr 12 5oo km Seitenlänge boöt-immt werden tonn. Eine vollständige Polge von Oaega-Sendungen, die eine volle Bedeckung der ganeen Erde durch acht Onega-Sender ergibt, dauert sehn Sekunden. Jede Folge umfaßt aoht Seile, von denen jeder eine Bauer von dor Größenordnung einer Sekunde hat, alt Abständen von o.2 Sekunden zwischen aufeinanderfolgenden Sendungen. Wegen der eindeutigen frequenz- und Zeltbesiehung, die während jeder Zehn-Sekundenfolge der Omega-Sendungen besteht, 1st die Identifizierung der Station, von der eine bestimmte Frequenz gesendet wird, ntihelos sichergestellt·

Die Berechnung der Position eines Objektes aufgrund des Omega-Verfahrens wird so durchgeführt, daß die relative Phase von Signalen gleicher frequenz verglichen wird, die bei einem Objekt empfangen werden« dessen Kurs von einem Senderpaar verfolgt wird«

Da ein konkretes Beispiel bu geben, sei der Pail betrachtet, daß das flugzeug 12 ein 1o.2 fcUs-Signal von Station 21 mit einer Ehase von 45° relativ bu einer 1o,2 kHs Besagephase

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während der ersten 0.9 Sekunden einer Omega-Sendefolge empfängt. Während einer «weiten Sendeperiode, die eich von 1*1 bis 2.1 Sekunden nach dem Beginn der betrachteten Omega-Sendefolge erotraolct, empfängt flugzeug 12 das 1o.2 kHz-Signal von Station 19 mit einer Phase von -3o° zur 1o»2 kHz-Beaugsphase. Entsprechend der Phasendifferenz von 75° zwischen den von Station 19 and 21 empfangenen Signalen ergibt eich eine Linie gleicher Phase, die als geometrischer Ort der Punkte definiert ist, die auf Hyperbeln mit Brennpunkten am Ort der Stationen 19 und 21 liegen. Während eines Zeitintervalle von 1.1 Sekunden, das eioh von 2 „3 bis 3.4 Sekunden nach Beginn der betrachteten Onega-Folge erstreckt, wird die 1o.2 kHz-Welle von den auf den Hawai-Ineela gelegenen Omega-Sender durch das !Flugzeug 12 mit einer Phase von -145° relativ zur 1o.2 kHz-Bezugsphase empfangen· Entsprechend der Phasendiffernz von 115° zwischen dem Signal von den Hawai-Inseln und dem Signal von Station 19 ergibt eine zweite Linie gleicher Phase die Position des Flugzeugs 12. Bor Schnittpunkt der beiden Linien gleicher Phase liefert die Positionsanzeige für das flugzeug 12·

Ba die relative Phase der YLF-Sendung von den Omega-Sktionen 19-21 sich als funktion des Abstandes von der Station wiederholt, ist es notwendig, mehr als eine TLP-Sendefrequene

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zu benutzen. Verwendet man drei VXF~Ctaega-Sendefrequensen von 1o«2, 11.33 und 13.6 kHz, so kann die Position eines Objektes, das einen Omega-VIF-Empfanger mitführt, bis auf eine Fläche von grSßenordnungsmäßig 135 lon Seitenlänge festgestellt werdeu. Die Seitenfrequenzen von 11«3, 45*3 und 22Ct Ha ermöglichen ein Auflösungsvermögen von Flächen mit größenordnungsmaßig 12 5oo ta» Seltenlänge·

tfacb der vorliegenden Erfindung werden VW-Signale von den vier erwähntetijOinega-Sendern durch jedes der Plugzeuge 11-15 empfangen, um die verschiedenen L-Band-Träger zu modulieren, die von jedes Plugzeug zu dem Synchronsatelliten 14 Übertragen werden» Der Synchronsatellit 14 spricht auf die drei dorthin gesendeten I»~Band-Träger an, überlagert die davon herrührenden Modulatlonsspektren dem zu einem der Träger gehörenden Baeisband, und phasenmoduliert das Baslsband-Spektrum auf einen C-Band-Träger auf, der zu den Bodenstationen 15 und 17 übertragen wird. Die zentrale Bodenstation 15 spricht auf die Omega-Modulationespektren auf dem C-Band-Träger an, um daraus die Information abzuleiten, die die Positionen der drei Plugzeuge 11-13 angibt. Bodenstation 15 besitzt einen VXP-Empfänger, der es ermöglicht, die deiBodulierten Omega-Signale, die auf daa llikrov/ellensignal aufaoduliert sind und damit empfangen weaflen, entsprechend der

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Station, von der aus die Yltf-Energie ausgestrahlt wurde, JSU trennen« Entsprechend den auf Station 15 empfangenen Viii- und HP-Spektren werden die Positionen der Flugzeuge 11 - 13 in der Funkzentrale 15 bestimmt» Die Positions-Information wird als digitales Signal erzeugt, das einen Hilfsträger moduliert, der von der Funkzentrale 15 sum Satelliten 14 auf des C-Band übertragen wird. Zusätzlich wird diese Positlonelnforaatlon an eine zentrale Luftverkehr si ei te te lie geliefert, die alle Plugzeugpositionen überwacht. Der Sender-Empfänger Id Satelliten setzt die Hilfsträgerdaten in das L-Band ua,das zu den Flugzeugen 11-1? übertragen wird» Der Hilfsträger wird in jedem der Flugzeuge 11-13 demoduliert, wodurch jedem der Flugzeuge die relativen Positionen der anderen bekannt sind. Bei grofiec Flugzeagdiohte werden dem einzelnen Flugzeug nur die Positionen der Flugzeuge übermittelt, die ihm am nächsten sind.

Entsprechend der in Fig» 3 erläuterten Ausführung der Erfindung, die dazu dienen kann,* das YltP-Omega-Verfahren zur Positionsbestimmung zu erweitern oder zu ersetzen, wird ein einzelner VUP-Generator, etwa der Sender 2o, in Verbindung mit dem Seltenfrequenzverfahren mit der HF-Entfer-

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aangsneateohnik and BÖheoaeß-Sigoalen der 91ugseage 11 -13 angewendet. Se soll hierbei «or Vereinfachung nor die Positionsbestimmung des Flugzeuges 12 betrachtet werden, unter des Annahne, daß ähnliche Verfahren für die Positionsbeetianung der Flugzeuge 11 und 13 angewendet werden und daß die Baten für die Ortsangabe für alle Flugzeuge von der Bodenstation 15 surüok KU den Flugzeugen gegeben and ebenso der zentralen Leitstelle zugeführt werden· Die Position des Flugzeuges 12 wird ermittelt, indem ein Verfahren benützt wird, bei dem die Position dee Flugzeuges 12 durch den Schnitt der Kugeln 24 und 25 definiert wird« deren Radien gegeben sind durch:

a) die Entfernung «wischen Plugzeug 12 und den Erdmittelpunkt, die sich ait Hilfe des Höhenaeseere is Plugzeug ergibt;

b) die Entfernung des Ylugseues 12 τοπ Onega-Sender 2ο·

Die mttelpottlcte der Kugeln 24 und 25 fallen Bit dem Erdmittelpunkt bsw. sit des VIF-S^nder 2o zusammen. Die Plugsseugpoeition ist der Schnittpunkt der Kugeln 24 und 25 ^it dem Poeitionslinienlereis 26, dessen Zentrum mit de*a Hilfseatel-

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tenort zusammenfällt und dessen Radius durch den Abstand des Plugzeuges 12 vom Satelliten 24 und der Flugzeughöhe bestimmt ist·

Der Abstand des Plugzeuges 12 vom Onega-Sender 2o längs der Oberfläche der Kugel 25 wird mittels des VLF-Isophasen-Verfahrens etwa ähnlich dem beim Omega-Verfahren verwendeten bestimmtο Das vorliegende Verfahren weicht vom Omega-Verfahren jedoch ab, da die Position des Plugzeuges 12 relativ zum VLF-Sender 2o als Kugel, jedoch nicht als eine Hyperbel definiert ist. Der geometrische Ort ist als Kugel definiert, da die Linien gleicher Phase von einem einzelnen VLP-Standort ausgehen, und wird dadurch bestimmt, daß die Phase des VLP-Signals mit einer Bezugophase der gleichen Frequenz verglichen wird. Die Phase der Isophasenlinie 25, auf der sich das Flugzeug 12 befindet, wird in der Funkzentrale dadurch bestimmt, daß ein vom Flugzeug abgestrahlter L-Band-Träger mit dem vom Flugzeug 12 empfangenen VLF-Signal moduliert wird und das modulierte Signal zur Funkzentrale 15 über den Synchronsatelliten 14 übermittelt wird. Um eine Bezugsphase für die am Flugzeug 12 empfangenen VIF-Signale zu erhalten, besitzt die Funkzentrale 15 einen 1o.2 kHz-Sender, der den C-Band-Iräger moduliert, mit

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dem das Flugzeug 12 auf deia über den Satelliten 14 laufenden HF-Kanal versorgt ^Vlird. Die an Flugzeug 12 empfangene 1ü.2 kHz-Bezugsphase wird von Flugzeug zur Bodenetation 15 Über den Synchronsatelliten zurüokübertragen, zusammen mit dem aufmodulierten 1o.2 kHz-VLF-Signal von Omega-Sender 2o, eo daß es möglich wird, in der Funkzentrale die Kugel 25 zu bestimmen.

Der Radius dee Kreises 26 wird allein xsitteie des HF-Seitenfrequenz-Sntfernungemeeverfahrene bestimmt· Ein tieffrequant^a Seitenfrequenz-Moduiationsspektrum, mit Frequenzen von der gleichen Größenordnung wie die Omega-Senäefrequeneen, moduliert den von der Funkzentrale 15 über den Satelliten 14 aus» Flugzeug 12 übertragenen C-Band-Träger. Die Seitenfrequensett werden vom Flugzeug 12 empfangen und zur Funkzentrale 15 zurückübertragen, wo sie mit den Bezugephaeensignalen derselben Frequenz verglichen werden. Aufgrund der Phasendifferenz zwischen den auf der Zentrale 15 empfangenen Seltenfrequenzen und den von der Funkzentrale herrührenden Bezugsphasensignalen, wird die entfernung zwischen Flugzeug 12 und Satellit H in ganz ähnlicher V/eise wie die Positionslinie 25 bestimmt. Da die Entfernung zwischen Synchronsatellit H und Bodenataticn 15 ebenfalls

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mittels dee Seitenfrequenz-Entfe:rnungemeßverfahrens gemessen wird, kann die Entfernung zwischen dem Hilfssatellitenort und Flugzeug 12 dazu bestimmt werden» den Kreis 26 fest-Bulegen. Ein Rechner in der Punkzentrale 15 spricht auf die die Phase anzeigenden Signale an und löst drei simultane, die Positionslinien 24 - 26 darstellende Gleichungen, um die Position des Flugzeuges 12 zu ermitteln.

Eb kann die Position des Flugzeuges 12 in der funkzentrale 15 auch unter Verwendung des HE-Seitenfrequenzverfahrens, zusammen alt Ablesungen des Höhenmessers im Flugzeug sowie Anseigen der Flugzeuggeschwindigkeit relativ zum Satelliten 14 und der Erde, bestimmt werden. Messungen der Entfernungsänderung oder der Geschwindigkeit des Flugzeuges 12 relativ zum Satelliten 14 werden aufgrund von Messungen der Doppier-Frequenzverschiebung gemacht, die in der zentralen Leitstelle auf der Flugzeug-Trägerfrequenz durchgeführt werden, während die Geechwindigkeitemessungen relativ zur Erde von Beschleunigungsaessern in Flugzeug-12 hergeleitet werden. Sas für die Abstandsmessung zwischen Satellit 14 und Flugzeug 12 angewendete Seitenfrequenzverfahren ist mit demjenigen identisch, das oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben ist. Alle Signale werden zur Zentrale 15 übermittelt, wo die Po-

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i - ae ZH - Seties FXugacuges 12 berechnet wird, von der Plugleitstelle Überwacht und zu dom im flug befindlichen Plugzeug aurücicübertragea.

Dm die geometrischen Grundsätze zu betrachten» die bei der Poeitionebeatiuanung dee Flugzeuges 12 mit Hilfe der Geschwindigkeiten eine Rolle spielen, wird auf Fig. 4 der Zeichnung Beaug genojvaen« GrundbUtalieb beruht das Verfahren auf der Berechnung des Sollwertes der Änderung der Entfernung, R„, des Flugzeugen 12 relatiT sum Satelliten 14» aufgrund des resultierenden fflugEeuggeschwindigkeitsvek- * St 7 , für jeden Ort auf einer Positions Haie, die auroh «ine Kugel ua den Satelliten mit dem Radius gleich des Abstand swieohen Satellit 14 und flugseug 12 beatizoznt ist· Jeder der berechneten Werte der Abstandsänderung wird «it der gemessenen Abstandeänderuog verglichen, die eich aus den auf der vom ilugseug 12 übertragenen Trägerfrequenz durohgoführten Messungen des Dopplereffektes ergeben. Derjenige Ort auf der Posltionslinie, wo der berechnete und der gesessene Wert der Abstandsänderung gleich ist, liefert eine Anzeige der wirklichen Position des Flugzeuges 12.

Ee läßt sich zeigen, daß die erwähnten Geschwindigkeits~

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und Ortsdaten άαζιι "benutzt werden können, folgende Gleichungen su entwickeln:

E_ss|y(fl_aoos Q ooti J-R₀)^f(Bp oos β coq 1)²+(R_s sin §)² (1)

^co8 Ho^V^ ^{COß θ ßin} l>V^(Ra ^siu

Hierin bedeuten

R₀ den Abstand Plugseug-Satellit, mittels HE-SeItenfreqenz gemessen;

R_ die Geschwindigkeit des !Flugzeug,,^ relativ zum Satelliten, gemessen mit ITP-Doppler-yrequenarerechiebung;

R_Q den Abstand des Satelliten vom Erdmittelpunkt, ermittelt aufgrund der Satellitenposition;

V_x, V und V_a dio Komponenten der Elugzeuggescliwindigkeit relativ sum Erdmittelpunkt, gemessen mittels Beschleunigungaoessern;

R_n den Abstand des Plugseugee vom Erdmittelpunkt, gemessen mit·· tels Höhenmeeoer, d.h. B^ >= R_Q + li_a;

$ das Azimut des Flugzeuges relativ ssu einem festen Meridian auf der Erde, über dem der Satellit steht;

9 den ErhebungGvinkel des Flugzeuges bezogen auf den Erdäquator;

R₀ den Erdradius; and

die Höhenmesseranzeige im

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Gleichungen (1) und (2) sind eiaultane Gleichungen nit dem Aziraut ($) und üem Erhebungswinkel (β) dee flugeeuges 12 als Unbekannte mit Bezug auf ein sphärisches Koordinaten« system, dessen Sentruia mit de» Erdmittelpunkt BusaaaeniÄllt·

In des hier beschriebenen System sind alle drei AusfUhrungsforaen der Erfindung hlnelchtlioh der Foeitionsfestlegung in einen einzigen Einheitensystem beschrieben, wobei für jedes der Poeitlonsbeetinttungeverfahren Kontrollen vorgeeenen Bind· In elnta wirklichen Syeten können irgendeines oder aehrere der PoetloiMbeetiiniungeejetene und -verfahren Je nach seinen r* la ti Yen Vorteilen angimoflet werden, BIe AngfUhruagaf ora» «iie Mbrere Oeega-Sender für die Poeitionöbeatiaeun« benutet, hat bot Zeit den !»enteil, dad Ihr die weltweite Yerbreiterang «angelt, Inebeeonder· ist das Owega-Syetea jetet noch nicht Toll auegebeut, da nur Tier von den aoht für die weltweite Poeitionebestinaong erforderlichen Stationen eingorichtet sind. Die Ausführung naoh Yig. 3 mit TLF- und HP-Seitenfrequene-Entfenuineieeßvexiahren hat den Torteil, da£ es kein volletÄndigea Nete von Gnega-Sendern benötigt. Bas Sjstea nach ?ig. 3 brauoht allerdings drei YL?~Sender für einen weltweiten Betrieb, damit an allen Punkten der Erde hinreiohend starke Signale empfangen werden können. Zur Zeit

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existieren derartige YtF- Sender im Bereich des lfordatlantik und des ai fet leren Pazifik, jedocli iat noch keiner im Semen Oaten oder im Indischen Cs can :L na ta liiert worden., Die Ausführung nach i'lg., 4 bat den klaren Torteil, daß sie keinerlei bod annahm 7Ii]?-fJet>.6er brauchte Das auf. Gesohwindiglceit ansprechende Syuiejn nach Pig» 4 1st jedoch Fehlern "bei der Berechnung und Iu Auflösungsvermögen unterworfen, wenn die Geschwindigkeit dos zu leitenden Flugzeug«8 einen ρ rechten Winkel mit dei* durch den Abstand zwischen flugzeug 12 und Satellit 14 festgelegten Poaitionslinie bildete Daher hat ein. System, da3 alle drei Verfahren zur StandortbeStimmung eines Flugzeuges beuütKt, den Vorteil, daß es die Schwierigkeiten eines jeden eimielnett kompensiert.

Wahrend nach der vorliegenden Erfindung eigentlich drei getrennte Systeme und Verfahren für die Positionsbestimmung gleichzeitig angewendet werden, haben die drei Systeme das Merkmal der Phaeenkohärenz «wischen der Funkzentrale 15 und den Haohxichtengeräten in jedeia der Flugseuge 11-13 gemeinsam. Ua die fhaßenkohärom; «wischen der Funkzentrale 15 und jedem der Plugzeuge 11 «i3 zu erhalten, müssen die vom Flugzeug koisBiecden Signale mit den Signalen der Bezugsphase in der Tunkaentrals ij> pharfenatarr gekoppelt sein. Eine jre Phaf»eTibez3.ehur.g Kv/:!.e:?htv,i dsir Punkaentrale 15 und den

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Flugaeugott 11 - 13 herauüteilen, bereitet jedoch Schwierigkeiten» da die flugzeuggeaohwindigfcoit von 5 5oo tan/st eine VerBchJlebunff dsr von ilen 3?lug»eugen empfangenen und gesendeten Ir-Bc.iKi-Vragcrn in <!or Frequenz um ungefähr 1o,ooo lis liov;j.:«rkt,_e Vielen tier Vielzahl der Flugzeuge, die au irgendeiner Zeit von der Funkzentrale 15 geleitet werden, Kann eine derai: tlgt) Varechiebung der Iröjgerfrequens für das von oinem fflugaeug gesendete Signal nicht zugelassen werden» Andernfalls vrtlrde die für die Leitung und Hachriohtenvorbindang von 2oo flugzeugen erforderliche Bandbreite um 4«2 IUIz grüßer oein als die Sandbreite, die --".,χ die Sprach- und Bigitaldaten-Übertragung zwischen 2?lug- and Bodenetation ußt.lg ist·

Qeiaä3 einem Merkmal der vorliegenden Erfindung, dae allen Ausführungen mit Positionaerfaeeung gemeinsam ist, vird die vom flugzeug Übertragene Jtopplerverschiebungßfreauenz dadurch kompensiert, daß die von. jed&a Flugzeug übertragene BopplerveraoMebung der 5?rägerfrequenz auf ein relativ schmales Band von Ijeispiölswej.se - 0,8 kHz begrenzt wird«, Venn die Dopplerverschiebung i 0,8 kHz tfbereteigt, wird die vom Pittgzeug taiagesondete Trügerfrequenz in diskreten Stufen verschoben, no daß sie in diesen Grenaen bleibt.

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3Sf

Sine digital· Anzeige der Stuüenansatil wird vom Flugzeug 12 tsur Bodenstation 15 übermittelt, inöea ein Träger alt einem niederfrequenten Binärsignal moduliert wird, wodurch die Funkzentrale über die Größe der Prequeneverschiebung informiert wird, die der vom flugzeug gesendete Träger infolge des Dopplereffekten erleidet. Der wirkliche Wert der Dopplerrerschiebung innerhalb des gegebenen Bereiches wird dann in der Tonkssentrale durch eine Messung der 3Erägerfrequenß in des gegebenen Kanal des Flugzeuges ermittelt.

Ia Folgenden wird nun das τοα Satelliten 14 au den flugzeugen 11-13 und den Bodenetationen 15» 17 übertragene Spektrum betrachtet und dabei auf fig» 5 und 6 Bezug genosanen. faoh ?i£. 5, das dan sueasmengesetste Spektrua selgt, das ύ%μ Satelliten 14 su den Tlugseugen 11-13 entsprechend den von den Bodenetationen 15 und 17 koaaenden Signalen tXbertragen virfl,hat ein einzelner Träger f_o1 in L-Band ein phaeennodallertes Baeisspektrtra eineoalieeiich sieben festen Eimvölfrequensen, ein digitales Talrt- und SÄiereignal sowie drei fre&uexunodullerte Hilfeträger· Sie drei Hilfsträger sind un 6o IcHa gegeneinander versetst und liegen bei 1oo kHz, 16ü KHb und 22o kfis vom Träger entfernt; jeder ist mit eiiitti Gpoktru'jQ von 18 IdIa Bandbreite frequensnoduliert.

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Die Hilfsträger bei 1oo kHz baw, 16o kHz führen Digital- und Spraoh-Prequansiiodulatiari, die von der Punkzentrale 15 stammt, während der Hilfeträeer bei 22o kHz iEW-Spraehdaten führt, die» you. der Bodenstation 17 etacnneno Die Verschiebung der Hilfsträgerfrequeuaon erfolgt auf einer vorbestimmten Basis, derart, daß der Trager für das von der Bodenstation 17 stammende Sprachsignal tra eine frequenz von 22o kHz gegenüber dem von der Funkzentrale 15 stammenden. Tröger verschoben wird; diese Beziehung wird auch von der die Satelliten-Übertragungen steuernden Station 17 eingehalten·

Die Basisband-Daten auf dem f_Qi-Träger, die aus den auf der Punkzentrale 15 erzeugten Signalen abgeleitet sind, werden in eine Vielzahl von einzelnen Sprachfrequenzen, kohärente Entfernungsme^-Binzelfrequenzen und ein digitales Takt- und Steuer-Signal aufgeteilt. Das letztere Signal nimmt dabei eine Bandbreite von 5oo Hz ein und hat als Mittelfrequenz einen Hilfsträger von 1 kHz· Alle Einzelfrequenz-Einsöiteband-Schwingungen im Basisband werden für die im Zusammenhang ait Fig« 3 beschriebene Methode der Positionsbestimmung benutzt« Insbesondere ermöglichen es die 3c4, 5.56 und 6.8 kHE-Schwingungen» die Position des Plugzeuges 11 mittels dee Phasenvevgleichsverfahrens zu bestimmen. Um das Auflösungsvermögen für das HF-Entfernungsmeßverfahren

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mit Einaelfrequenz zu erhöhen, wird für jede äer drei Preguensen eine zweite frequenz vorgesehen, die von den Frequenzen 3·4ΐ 5»67 und 6„8 kHz um 226, 46.3 bssw„ 11.3 Hz verschoben sind ο Sine 1o»2 kHz-Sohwingung liefert den flugzeugen 11 - 13 eine Bezugephase auf derselben frequenz wie eine der YLM^eyuensan, womit der Radius der Kugel 25, ?ig. 3, TieBtJjmB-b werden kann. Da β von jedem der Plugzeuge 11-13 sum Satelliten 14 übertragene Spektrum, das durch das SpektraldiagrannB von fig. 6 erläutert wird, hat eine Trägerfrequenz f^ and eine gesamte Bandbreite von 7 kHz plus 1 kHz Sicherheitsabstand an beiden Enden dee Spektrums. Auf den Träger f^ ist ein von 35o bis 3 ooo Uz reichendes Einseitenband -AM -Sprachßpektruffl im Baeisband aufmoduliert₀ EiuseitenbandechwinuQgen zur Entfernungsmeßsung sind aalt denselben relativen Prequeiusabständen in dem von jedem einzelnen Flugzeug ausgesendeten wie zu diesen hin übertragenen Baeisbend eingerichtet» nämlich bei den Frequenzen 3.4, 3.626, 5.67, 5.716, 6,B und 6.6113 kHz von f^. Suaätzlich sind einen» Hilfsträger in 4.2$ kHz Abstand von f_0Ä Digitaldaten 3Jit einer Bandbreite von .- o.25 kHz aufmoduliert.

Die Digitaldaten stellen im flugzeug gemessene Parameter dar; Beispiele für diese Parameter sind DopplerfrequenzkozBpensation. flugzeughöhen und BeeohleunigungsmeBwerte·

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Die gesamte tat&ächllnho, für daß Spektrtua tob fig« 6 erforderliche Handbreite iot von der Größenordnung 7 kHz· Die Bandbrei fee wird dadurch auf 9 IcHa ernuht, daß Slcherhell'eabotände vor» je 1 kHs; auf beiden Selten des Spektrums hiuzugefUßi; werden. Die Sicherheitsabetäiide sind nötig, ujb tUs i o.O IcHa Dopp3örrYOQeYizverDcbIebung abzunehmen, die bei dem !rager £ _0Ä infolge der verwendeten Dopplerkompenaation auftreten kann. Wenn das Koapeueationeverfahren nach der vorl.legottden Erfindung nicht angewendet würde, würden sich die Sicherheitsabstände jeder Seite dee Spektrums auf 1o kHa ausdehnen*

Sie von jeden der jflugseuge 11-13 herrühreaden Spektren haben verachieoiiie vcrbeetlisatte 3?rftgerfreqaenzen_t die mit 9 kHs relativ weit voneinander entfernt liegen, wodurch am Satelliten ton jedem flugzeug ein vollständiges Spektrum ohne Überlappung durch andere Spektren empfangen wird· Die von den Flugzeugen 11-13 herkommenden Spektren werden über £-£&ndverbiadungen zum Satelliten 14 übertragen, wo sie delBoduliert und einem einzelnen C-Band-Iräger auXnsoduliert werden.« mit demselben Jfrequenzabetand wie bei ihrer Übertragung von den Flugaettgen. zum Satelliten· Der C-Band-Trä~ ger wird von Satelliten 14 zu den Bodenetationen 15 und 17 Übertragen· Die Bodenstation 1ϊ> empfängt alle Im C-Baud be-

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findliohea, yob Satelliten weitergegebenen Baten, während Station 17 nur ausgewählte C-Band-Spraohfrequenadaten von den in der Höhe befindlichen flugzeugen, empfängt und den L-Banti- Träger eowie die relativen, durch, den Satelliten auEB Zv/oclce 4er Frequen*- und Leistungsregelung übertragenen Leistungapegel überwacht«

Im folgenden werden nun die Geräte In der Funkzentrale 15» im Satelliten 14 und in einen der Flugzeuge 11-15 unter Bezugnahme auf Pig» 7, ö new. 9 *-*rachtet« Die in Pig. 7 erläuterte Funkzentrale 15 erzeugt das in Fig. 5 wiedergegebene Spektrum, außer der FÄ-Sprach-Übertragung auf dem 22o küa-Hilfeträger, der von der peripheren Station 17 erzeugt wird»

Die Funkzentrale 15 besitzt deu O-Band-Sender 31, der die Hikrowellenenergie über die Frequenzweiche 32 in den C-Band-Erreger 33 einkoppelt, die auf einen nicht dargestellten Farabol hohen Gewinne gekoppelt ist. Der C-Band-Sender 31 arbeitet mit dem in Fig. 5 gezeigten Spektrum außer dem auf 22o kHz lilttenfrequenz liegendem Sprachband, das vom Eineeitenbanci-Modalator 34 kommt» Der Eineeitenbandmodulator 34 v/ird mit dem am Auegang dee Summierverstärkers 35

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erscheinenden Spektrum versorgt; die Eingänge des Summxerveretärkors Zö stehen a it dew Suamierverstärker 58 und den M-Modulö.iorea 36 und 37 in Verbindung * Der FH-üodulator besitzt einen 1oo kHs-iTiLfetrSgergeacrator 39 j um die von Rechner 41 komaeaden Digiial-Sigiiale aufroodulieren zu köanon, wahrend äex Hoaulatov 57 einen 1('*o kHz-Hilfstragergencrator 42 beoitst uoö auf die von einer in das Mikrofon 43 eprechendsn Dienstperson stasaaenden Spracheignale anspricht. Jeder der I4odulatoren 36 und 37 besitzt ein Bandfiltert UHi den dabei entstehenden Preguenzhub auf 18 kflz zu begrenzen· Der PM-Modulator 37 bat einen Hodlationsindex 2, so daß er bei einen Baeisspektruaa bis zu 3 kHz eine Bandbreite von 18 kHz benötigt<>

Der SuBEBierverstSrker 33 versorgt den Verstärker 35 mit dem Rest des Baeiespektruras von Pig. 5» Zu diesem Zweck nehmen die Eingänge des Suimnierveretärkers 33 die Bauertöne von 3o4» 3.626, 5.67, 5o716, 6,8 und 6_OS113 kHs auf,die von den Generatoren 44, 44« 1, 45, 45.1, 46 baw«, 46,1 kommen. Zusätzlich, besitzt der Sunnsjierverstarker 38 einen Eingang, der die auf den vom 1 Idlij-Generator 46 gelieferten Hilfsträger aufraodulierteu Takt- und Steuersignale aufnimmt«

Die auf rl en Hilf einiger (Generator 40) auffflodulierten Takt-

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und Steuersignale ergeben sich In Abhängigkeit τοη der Οϋβ-ga-Sendefolge (Fig. 2); sie werden von der Funkzentrale 15 vDfcele einer YLF-Antenne 49 eapfangen und in den Oaega~ Bapf&nger 51 eingekoppelt· Der Q«©ga-i»pfSager 51 liefert ein Signal an da· bot Identifielerung der Onega-Station dienende letswerk 52« das τοη des in allen Osmga-£tapfltagern allgeaeln l>es]ltsten fyp ist, abgeeeben von einer ο.25 Sek,-TersBgexvng in desaen JBingangekrele» ua die »ittlere Lanfseit der Obartragttng svieehen Station 15 und den Flugzeugen über dea Satelliten 14 sn kompensieren. Der eur Identiii-Biemng der Oaraga-Stationen dienende Sepfanger 52 liefert Tier AnegangsgrBeen, von denen jede einen binären Eioeer-Pegel in Abfaitngiglceit τοη einen 1o.2 IcHa^-Signal hat, das durofi den Empfänger 51 τοη eines der Cteega-Sender 19-21 oder de« auf den Havmi-Ineeln gelegenen Sender empfangen wird.

Die vier τοη dem QBegastatlons-Identifizieraetswerk 52 ataaaenden Signale werden den QR —Gatter 53 ssugefUhrt, dessen Auegang auf den Digital-Codlerer 54 arbeitet. Der Digltal-Codlerer 54 besitzt einen weiteren Eingang für eine Angabe der Dauer der abwechselnden Zehn-Sekundenfolge der Omega-Sendung. Zu diesen Zweck wird der Ausgang

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dee Omegastations-IndentifiziernetBverks 52, der das Vorhandensein jeder 2ehn«Sekunden-Polge anzeigt, auf den Eingang dos differenzierenden Demodulations-Netzwerkes 55 gegeben. Dadurch liefert das Netzwerk $5 au Beginn jedes Omega-Seadezyklus* eiaen kurzen Impuls, der auf den Eingang des "bißtabilien Multivibrators 56 gegeben wird» Das Aubgangsoignal dee Multivibrators 56, eine Rechteekwelle mit einer Poriodendauer vca 2o Sekunden, wird den anderen Eingang des Codierers 54 zugeleitet· Während der abwechselnden Omega-Sendefolgen stehen an den Ausgängen des Multivibrators 56 Hull bzw. Eins ale binäre Spannungseignale. Sie von Flip-Flop 56 und von OR-Gatter 53 kommenden binären Hüllen bzw* Einsen werden im Codierer 54 in digitale Signale umgesetzt, die zur Steuerung von Schaltern in den Flugseugen 11 - 13 dienen ,wie weiter unten gezeigt wird» Bas AuBgangssignal des Codierers 54 ist eine folge von Binär-Bite, entsprechend der Beschaffenheit der voia Flip-Flop 56 und dem OK-Gatter 53 kommenden Signale.

Die dem Eineeitenband-Modulator 34 zugeführte Trägerfrequenz erhält man vom C-Band-frequeneetandard 61. Die vom Transponder im Satelliten 14 empfangene frequenz muß konstant erscheinen, wobei aber die Auegangsspannung des

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Standards 61 dem Modulator 34 nicht direkt zugeführt werden kann, da der SynchronsatS-lit einer Bewegung relativ zum HilfBsatellitenpunkt unterworfen ißt» Die Bevregung defl Satelliten 14 relativ zur Erde ruft eine Dopplerversehiebung dor daliei empfangenen Trägerfrequenzen hervor*

Die Kompensation der iDopplervercchiebung wird an Jeder der Bodenstationen im v/esentliehen in derselben Weise erreicht, indem man den vom Satelliten H zu den flugzeugen 11-13 gesendeten L-Band-Iräger überwacht. Der I-Band-Iräger wird an der funkzentrale 15 durch den Erreger 62 aufgenommen, der mit dem L-Band^Eopfanger 63 gekoppelt ist« Die vom L-Band-Empfanger 63 herkommende f_Q^-Trägerfrequenz wird mit dem frequenzstandard 61 in der Phaeenrückführungsschaltung 64 verglichen, die einen Synchrondetektor 65 enthält, der auf die Ausgangsspannungen des Prequenzstandards 61 und die Suminenfrequenzausgangsspannung des Mischers 68 anspricht, die durch Überlagerung der Auegangsspannungen des spannungsgeregelten Oszillators 66 und des L-Band-Empfängers 63 entsteht« Der Synchrondetektor 65 erzeigt ein Spektrum, das eine Gleichspannung als Maß für den Prequenzabstand der diesem zugeführten Mikrowellensignalen enthält. Die Gleichspannung wire) duroh das Tiefpaßfilter 67 geleitet, unter

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Jo. Jam-to,:«.« ι'9^!52 ^^

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Ααββαηΐuff dee übrigen vom Detektor 65 erseugtön Spektrums, nud steuert dann die frequenz dce spannungsgeregelten Osjs.llln.tori? 66- Die Ausgangeepannung des epanntmgsgeregel·- ten Oßsillstore 66, α er zußiltzlioli Mit der Ausgangs Spannung See Empfängers 63 im Mischer 63 überlagert wird, wlrä in Vervielfacher 7o itegueuzver?ieliaolit und bildet so einen C-Band-Träger, der dem üiuseitenlianäiaodulator 34 zugeführt wird. Der vom Modulator 34 erzeugte einseitenbandsiodulierte O-Banö-Oiräeer wii?d über den Umsetzer 31 auf den Erreger 33 gekoppelt.

Bas vom Umsetzer 31 kommende C-Band-Slgnal wird zum Satelliten 14 Übertragen, deeeen Transpouder-Sciialtung in ?ig« 3 |l dargestellt ist. Im großen und ganzen überlagert die Satellitenechaltung die zu ihm von den Stationen 15 und 17 übertragene Energie mit dem Basieband für einen der C-Band-Träger und phasenmoduliert einen L-Band-3??äger von 1.54 CrHz mit den Baeishsnd epeJctren, während die Phasenkonärenz dadurch auireoiiterhalten wird, daß der gesendete Träger aue dem empfangenen Träger abgeleitet wird. Der 1,54 GH» I#-Band-Sräger ißt n>it den Hodulationeaateilen pbÄßenaooduliert, mit einer effektiven Abweichung von 1 rad unabhängig von der den Satellifcsn erreichenden gesarateu Bodeuetationsleistung. Dabei liai. öas voi-a L'aiolliten 14 gesendete ü

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L-Jtend-Signal dieselbe effektive Abweichung, unabhängig von der 2shl der in Setrieb befindlichen Bodenstationen, und von etneoi einzigen fifmerator zu kommen,

dnvr vom Satelliten 14 über die Antenne 81 und die Proqueuzv/eJ ehe 32 empfangenen und gesendeten C-Band- T)sw, !--Band-Signale wird dadurch gewährleistet, daß der von der funkzentrale 15 ausgesendete Träger herausgezogen und der träger dazu benutzt wird, den Frequenzaufbereiter 33 im Satelliten zu steuern» Der 5«1 GHz-Träger wird aus des Hodulationsprodukt entfernt, dadurch» daß das C-Sand-SpektruB, wie in Ils· 5 erläutert, durch den Vorverstärker 85 in den Synohrondefcektor 84 eingespeist wird. Der Synchrondetektor £4 ist in einer Phasenrüdcftihrungsschleife mit des Tiefpaß 86 verbunden, der ein Gleiehspannungssignal an den epannungsgosteuerten Ossiilator 87 liefert· Der Tiefpaß 36 ist so ausgelegt, daß er eine GrensJTrequens von 5oo Hs hat, wobei die Modulation auf des 5.1 GHz-Träger f_Qi, keinen Einfloß auf die !Frequenz des Oeßillators 87 hat. Die Auegangsspannung des Oszillators G7 wird auf parallelen Kanälen Burüok bum Synchrondetektor 84 und zur Steuerung der vom frectuensatifbereiter 8^ gelieferten Prequenzen eingespeist.

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Das Auogauganlgnal deo Synchrondetektor β 04 wird über den Tief pad QH geXoltes, »teesou Grenzfrequenz es ermöglicht_f tlao volle lüurlinö von äux lPrequeuzwelohe 32 kommende C-Band-Spektrui» au erfial Loü . \n de» hler betrachteten System, das eine einselue funkzentrale und nur eine IUlfastatlon umfaßt, ist die Cren&frequens des filters 88 iron der Größenordnung 10Ia₁ toi die Ableitung des gesamten Spektrums nach Pig· 5 zu ermöglichen· Hatilrlloh wird bei Systemen mit mehreren Bodenstationen die Borchlaßbandbreite des Filtere 88 nach Bedarf abgeglichen·

Bas aus dem SiefpaO 8& kommende Baeisbandepektrum moduliert im fhaeensiodttlator 89 eine aus dem Trequensaufbereiter 83 kooeende Trägerirequenz. Der Phasenmodulator 89 spricht auf das tob !filter 86 über den durch den Kleinsignalverstärker 91 mit einem an diesen angeschlossenen AGC-Netzverk 92 gebildeten Kanal augeführte Spektrum an· Bas AGC-HetEwerk 92 spricht auf den Hittelwert der leistung in dem am Ausgang des Verstärkers 91 vorhandenen Spektrum an, um den Yerstärkungegraä auf eine Höhe su bringen» die die Amplitude des BlBeuagesignals für den Shaeenmodtslator 89 auf eines Wert hält, TmI dem die Phaaennodulation eine effektive Abweichung von 1 rad hat« unabhängig von der den Satelliten erreichenden leistung der Bodenstation. Zu diesem Zweck addiert das

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AOQ-Jfetswerk betragsmaßig die Leistung *& de& verschiedenen Spektren, die, wie in JFig. i> erläutert: vom Verstärker 91 können. Wenn ε.3. nur öle Funke;anträte 15 mit voller Leistung Baten *um Satelliten senden würde und die Leistung, die den Satelliten von Station 17 erreicht, etwa wogen ataoBphärischer Bedingungen vermindert wäre, eo würde das bei 22o kHs Mittenfrequens liegende Spraohepektru» in Verhältnie sur Leistung Im Spektrum bei 16o kHe gedöapft werden, und die Ausgangespaiiiäaag an AflC wUrde geringer sein, als wenn daa Spraohepektrua um 22o kB& mit voller Leistung empfangen wurde; in G-egeneate dazu würde ein relativ starkes AQC-Signal exseugt werdea, wenn die Leistung von beiden Bodenetationen an Satelliten ohne Däapfung empfangen würde» Entsprechend den niedrigen, oder hohen Ansgangceignalen am ASC-Jfetswerk 92 wird der Tesstarkungsgrad des TGretärkere 91 unter den angenoanenen Bedingungen erhöht bsw« erniedrigt« on eine effektive Pheeeuabveichung von 1 rad vom Phaeensodulator 89 bu erzielen.

phaeenaokuliert© ^usgangaelgnal des Modulatore 89 wird ▼on der des Modulator τοα Irequensaufberelter 03 zugeführten relativ niedrigen SrSgerfrequens auf einen L-Band-Trägor von 1.54 SHs usigeeetst, inßem man das AuBgangseignal

PlianonTaooulatcra einer Vielzahl von oiatexänanderge- BAD ORIGINAL

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schalteten Mischern zuführt, die der Einfachheit halber als Mischer 93 dargestellt sind, Der Mischer 95 spricht auf einen relativ hochfrequenten Ausgang des FrequansauX-bereiters 83 an, um ein Signal herzustellen, dae eine Sum» nenfrequenz JLa fiinaeitenband im Xi-Band darstellt· Bas von Mischer 93 körnende Signal wird Über den leistungsverstärker 94 zur Frequenzweiche 62 geleitet und von Satelliten-Tranaponder über die Antenne 61 ausgesendet· Bas L-Band-Signal wird an den Bodenstationen 15 und 17 empfangen, um dort den Eineeitenbanä-Hodulator 34 zu steuern; auf Station 17 steuert das Ii-Band-Slgnal den C-Band-Sender. Die Steuerung des C-Band-Senders der Punkzentrale 15 erfolgt in Abhängigkeit von einem digitalen Signal, das im Satelliten 14 durch den dem Verstärker 92 zugeführten AGC-Pegel gesteuert wird· Om die Bigita !größe zu erhalten, wird die Spannung vom AGO-Vetzwerk 92 dem Analog-Digital-Wandler zugeführt, dessen Ausgangsspannung durch den Mischer 96 auf einen rom Generator 97 herrührenden 5 kHz-Hi If sträger aufmoduliert wird. Der Hilfsträger ist auf einen C-Band-Sräger phasenmoduliert, wie unten gezeigt wird» und wird zur Bodenfunkzentrale 15 gesendet·

Die von der Jftuucsentrale 15 körnende Leistung wird in Abhängigkeit vom AOO-Pegcl im Satelliten gesteuert, indem

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der eup-faogeue C-Band-Träger über die Frequenzweiche 32 and durch den O-Band-Enpfänger auf den phaeengesteuerton Demodulator lere is \oZ gekoppelt wircU Dan HP-amplitudenraüdulierte Ausgangßsigna ι des Deinodulatoro 1o2 wird auf dea JDigital-Itecodierer 1o3 gegeben, der daraus ein in d«- der Amplitude v^Tiiersudes 3ignal macht_t das auf die AGC-liinfjangslcleiamen des C-Band-Sendors 31 gekoppelt wird₀ Dadurch wird »lie auf öiation 15 erzeugte C-Band-Leistung zwischen vot'gegebeuen Grenzen gehalten und hat nicht die Tendenz, in unkontrollierter Weiee anzm^achsen, wenn, die gesarate, den Satelliten 14 erreichende Leistung der Bodenstation absinken sollte,

Vm die ieistang, die von der peripheren Station 17 aum Satelliten H geliefert wird, relativ au der den Satelliten von Station 15 her erreichenden leistung konstant zu kalten, und damit dac Signalgeisisch, das vom Satelliten zu den Flugzeugen übertragen wird, als von einer einzigen Sendequelle herkommend erscheinen z\x lassen, best tut Sation 17 Einrichtungen, \xa den eigenen ausgestrahlten Iieistungaante.il mit dem von der Funkzentrale zum Satelliten gesendeten Leistung zvl vergleichen» Zu dieses Zweck bee^itat die periphere Station 17 einen Erreger to4 if.llj? 4j.fi Ti-Band-Antenne, 3. i?ig· 1o, in Reihe

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ait einen L~B&ad-£mpfängar 1o5» Das tob Empfänger 1o5 ersettgte Signal wird auf den Synchronmodulator 1o6 gegeben, aessen Auegangflslgn&l ein Paar von Signalen variabler Aaplitade im Abstand der Frequenzen der von den Stationen 15 and 1? Übertragenen Signale enthält· Die Signalamplituden von Demodulator 1o6 werden in den Spektralanalyeatoren Jo? und 1οΰ gleichgerichtet, die vom Ausgang des Demodulators 1o6 her parallel betrieben werden· Die Ausgangsspannangon variabler Amplitude der Analysatoren 1o7 und 1oö, die proportional zu den relativen Amplituden der Sprachsignale von den Stationen 15 bzw_e 17 beim Empfang am Satelliten 14 sind, werden im Vergleichenetz» werk 1o9 miteinander verglichen· Bee vom Yergleichenetzwsrk 1ö9 koonsende Signal wird als Singangssignal für einen AGC-Eingang des C-Band-SenderB 111 verwendet, dessen Ausgang an den Erreger 112 angekoppelt ist· Wenn daher die Amplitude dee den Satelliten 14 von Station 17 her erreichenden Spracheignales relativ zur Amplitude des Spracheignales von Station 15 variiert _# wird die von der perlpheren Station gesendete Leistung geändert, wobei die Aaplitude der auf 16o und 2So kHz Mittenfrequenz liegenden Spektren, s« Pig· 5, gleich gehalten werden· Wegen des Deujoiulatione-Jiödulatioiisprozeßgee im Satelliten 14»

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der eich dahin auswirkt, daß im wesentlichen die gesamte von ihm ausgestrahlte Energie ία Seitenband erster Ordnung liegt, lneeen sich die Sprachsignalamplituden mit relativ einfachen Bandpaß-Schaltungen in den Hetzwerken 1o7 and 1o8 herauefiltern,

Die Steuerung der vo» Antennen-Erreger 112 abgegbenen Signalfrequene erfolgt in weeentHoheη mit den gleichen Geräten wie in de*: iltung nach Pig· 7« Insbesondere speiet die phaaenetarre Rückführung 113 einen C-Band-Xrager in den £inaeitenband-4fodulator 114, der eine Prequenz für die Kompensation der durch die Satellitenbewegung verursachten Doppler-Frequeneverechiebung des Satelliten-Trägere hat. Der C-Band-TrSger wird alt einem auf den 22o kHs-Hilfsträgergenerator 116 aufinoduliarten 18 kHz breiten ZK-Sprachsignal Überlagert· Sas Sprachsignal kommt vom Mikrofon 115, das den vom Generator 116 versorgten PM-Modulator 117 speist, und wird zum Einseitenbandmodulator weitergeleitet.

Das von Satelliten 14 kommende L-Band-Signal wird auch zu Jedem der Flugseu^e 11 — 13 mit dem in Pig. 5 ange-

Übertragen^ Der vom Sa-

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tslliten H gesendete 1_C54 GHe-$r8ger wird Ton federn der Flugzeuge 11-15 alt-,eis Antenne» 15"*» β* Fig· 9, empfangen and Über <Hö FreqtteiissweialLe 152 in den L-Jten i*äußä?; 155 oHigeepeiat« Grob gesprochen wird In den faogogerSifcea dos: yiugaeuge 11-13 eins Phasenmodulation des ciort anipfaogenen Spektrums vorgenoroaieiQo Die Digital- und Sprachdaxou auf 1oo, 16o tmd 32o ItHs Mittenfrequenz . werden denoduliert, die Entferuungcfrequeuaen warden her- ' ausgeßofceü und ear Fanksentrale surückUbertragen. Zusätzlich wird ααε aui dem 1_fo klla-Baaisbaiid-Eilfsträger liegende Takt- und Steuersignal demoduliert, um die Übertra» gang »ueätslicher Entfernungsnseß/requensen von den Flug« zeugen sur Funkzentrale 15 zu steuern. Der SenäeH&apfänger jedes Flugeeoges bestiacat auch die Dopplerverscbiebung dee empfangenen L-Band-Trägers, die sich aus der Bev/egung des Flugaeuges zur Dopplerfrequenskoupeneation ergibt·

Die Ton den Flogeetigen gesendeten Einselfrequenzen nüssen ait den empfangenen Seltenfrequenzen phasenkohärent eein« Za diesem Sweek speist der 2r-Band-£npf&nger 153 den empfangenen phaaenaodalierten L-Band-Vräger in einen phasenstarr rückgekoppelten Seaodalator ein, der einen oit Frequenz und Phase fest an den «npfangeuen. I>-£aad-£räger gebundenen

eu GBaillato»· t^^t ijoaitet* Der epannungs—

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geregelte Oszillator 154» der eine Hennfrequenz von etwa 2 ο HHz ha«, i/ird von einem phasenetarren Prequenzteiler-Eetawer'c mit in Iteibö liegenden Mischern 155 - 158 und dem ■i'ifa.üpaß-Iiüokltöi^lungs-S'iltei?' 159 gesteuert. Aus dem Mischer 158 tfird durch Phasenmodulation ein Spektrum des vom Satelliten 14 übertragenen Signalee gewonnen; dieses Spektrum ist Dine ins Basisband übertragene Kopie des in Pig« 5 dargestallten Spektrums und enthält eine Gleichapatraungßkomponente, die die Phasendifferena εwischen den Mischereingängen anzeigt. Das öleichepannungesignal, unter AaeechluQ des Restes dee empfangenen Spektrums, wird über das Hückkopplangafliter 159 dem Steaerkreleeingang des Oszillators 154 zugeführt, um die Phasenkohärene zwischen dem spannungßgeregelten Oszillator 154 und dem auf den Empfänger 15o gekoppelten 1*54 GHz-Signal sicherzustellen,,

Um die für die Überlagerung dee 1.54 GHz-Srägers mit dem Basisbaad notwendige Herabsetzung der frequenz zu erreichen, wird der Auegang des apannungogcregelten Oszillators 154 direkt mit dero Mischer 153 verbunden, während für die Hischer 155 - 157 der Oszillatorausgang über Frequenzvervielfacher 161 - 163 mit Vervielfachungefaktoren von 64, O und 4 angekoppelt .Ist» Das Auegangesignal jedes der Mi-

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eoher 135 - 15ö enthält nur das untere Seltenband der beiden diosero Eingeführten Signale *

D_as vj&m OKillaiJö/ 154 «xaeugte Signal alt 2o MHs Hönnfre-» quena wird de« .TTrcrjutmäteiler 164 angeführt, der zwei getraute AuogaYigefretnrenison voa 1? IcHa und 4*25 kHs erzeugt· Zusätzlich wird Ale Aoegangeapanttung dee Oszillators 104 in die Attfw&rtgmlschei!·- und Hodulatoi>-Seiialtiai£ 173 eingospeiet, die einen alt öen ist Plugseu^ erzeugten Einaeltenband-Daten modultertea C-Baad-Trä^er hervorbringt.

Die Schaltung 173 umfaiJt sieben in Reihe geschaltete Mischer 4o1 - 4o7| deren jeder auf ein anderes Vielfaches . der Auegüngöfrequena dee Oszlllatore 154 anspricht und die alle, außer Hlecher 4o1, die von» vorangegehenden Itisclier gelieferte Stsaaenfreqaecus aufnehmen· Mischer 4o1 spricht auf das in Pig« 6 gezeigte Baeiaband-Spektrum an, das vom Sammlerveretärker 172 zusammen alt eine» 2o kHz-Signal er-3engt wird; letzteres wird von einen Prequeneteiler 411 geliefert» der die vom Oszillator 154 konmende Prequenz um den Faktor looo herunterteilt. Bas van Illecher 4o1 auf eines 2o kHs-Sräger abgegebene Spektrum wird mit einer Schwingung variabler Frequenz, die tob Doppler-Korrektur-0 erzeugt wird, int Mischer 4o2 moduliert, und

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die an seinen Ausgang erscheinende Sunmenfrequens wird des Mischer 4o3 Bitgeleitet· JULm Anagangsfrequenz dee Vetswerkes 168 ist zwischen 7o.4 und 89*6 IcHz in Stufen von 1.6 IcHb veränderlich, and hangt von der Geschwindigkeit des Flugzeuges ab·

Die Aufw&rtsMisohung und die Kanalwahl des Doppler—korrigierten und alt den in Pig· 6 angegebenen und vom Mieoher 4o2 gelieferten Spektren modulierten trägers erfolgt über die Mleoher 4o3 - 4o7· Mischer 4o4 iet mit dem Oszillator 154 über einen voreinstellbaren Übertragungskanalwähler und Frequenzteiler 165 verbunden« während die Mischer 4o3> 4o5, 4o6 und 4o7 von Oscillator 154 über irequenavervielfacher 4oü, 4o9 und 41ο angesteuert werden, die mit den Multiplikationsfaktoren ^|^, 16 und 64 die Frequenzen 1.9» 2o, 52ο und 1_t28o MHz ergeben. Dabei liegt die Attsgangsfrequenz des Mischers 4o7 bei einer Nenn-Mittenfrequene des L-Sandes von 1.627 GHs, die je nach dem gewählten Kanal swieehen 1.626 und 1.628 QHe variieren kann«

Der Kanalwähler 165 ist ein Frequenzteiler, der die Fre-

quena des Oszillators 154 «a einen Faktor setzt, wobei K für die einseinen Flugzeuge 11, 12 und

den Y/ert 51>5» 554 unfl 555 hat· In einem praktisch ausge-

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führten. Syataa alt 2oo yineeougen kann K jede gams Zahl flwiechcx 445 un4 ö<H &α£ eiuer vorgegebenen Baeie sein, wobei die AussEVttsefraqueneen der ffyiler 165 ffe die verschie« Äeneß tftagset&s um 50 9 IcHb gegeneinander versetet elnd» Me Vereetssiuig u» 9 kti» sorgt für den Abstand der von den einzelnen Plugr.eaßan 11-13 geoenfteten Trägern von je 9 , dascit elrio Überlappung der vom Satelliten H esrpfan- ' Spektren vermieden wird. Des 1«62o

nal des Msiliere 4o7 wird den t-Banfl-Sender 1ü1 25ugeführt, der die Srequenisveiohe 1o2 und die Antenne Ιοί speiet«

Die SimseUieiten dee Dopplerkorrektur-lietzvrerkes 16ϋ werden weiter unten in Verbindung alt Fig. 1t "beschrieben, Ia wesentlichen amiaßt das Netzwerk 16(3 eine Schaltung, die ein intern erseugtoo Signal verarbeitet, dezart, daß die vom Flugzeug übertragene Prcq.uens für den Sraneponder im Satellit H in den Grensen i o,ö kHs der vorgegebenen Plugeeug-Tr&eerfroauenB f_oA su liegen scheint, unabhängig von der Flugzeuggeeehwindlgbeit relativ zon Satelliten« Sa die durch die Tlugseuggeschwindigkelt den empfangenen und gesendeten ProqueiiEeu aufgezwungene Dopp) erversohlebung die -angegebene« vorTjostiüßste Tr8gerfrequens> vm mehr als * 0,8 kH« übersteigt, wird dei: geeenöet© Träger in diskreten

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Stufen, auf faat die gleiche Frequenz vie die angegebene Trägerfrequenz zurückgeregelt„

Dae Bopplerkorrektur^Hötswerk 168 ,mißt öle Differenzfrequenz zwischen ölen Aasgängen des Oszillators 154 und dem Bssrugsgenerator 169« In Abhängigkeit von der Differenz zvlBchQU dea Sequenzen der Oszillatoren 154 and 169, deren Ausgangsfrequensen aufgrund der Geschwindigkeit des Flugzeuges 12 relativ zum Satelliten 14 1>ie zu £ Ho kHz verschieden sein können, erzeugt das Netzwerk 166 ein Paar von Auegangespannungen, die dem Digital-Codier-Crenerator 171 bzw. dexB Mischer 4o2 zugeführt werden.

Dae netzwerk 160 hat ein Ausgangssignal} das den Bereich der in den Mischer 4o2 in Stufen von 1.6 kHz eingekoppelten Ärequenz aigibfc, Ifetiävrerk 168 uafaßt Einrichtungen, die in die Bereiohsanzeige eine Hysterese einfügen, wobei der Übergang zwischen zi*rei Stufen bei einer höheren Frequenz auftritt» wenn die Dopplerfrequenzänderung steigt_t und bei tieferer PreguenB, wenn die Dopplerfrequenssänderung fällt» Die Hysteresebrelte 1st von der Größenordnung 1oo Hb für steigende und fallende Änderungen. Die Hysterese ist für die Bereloheanaeige eingerichtet, weil die Differenz In

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den de&i Veteverk 168 angeführten Frequenzen ein wenig gegeneinander um einen der Bexeichsirerte schwanken können. Die Hysterese τorhindert, daß derartige kleine Sohwanlaragen als EingangBsigualo auf den Digital-Co-W dler-Generator 171 und den Mianher 167 gelangen, während

aehi greife Schi^nJcun^en im Aasgang des Hisoliere 167 in beiden Mohttingen ianerliall) ϊπλγβθγ Zeitintervalle nicht vorJsoaanou.

Jedeaiaal womi aino 1.6 kHz-DopplcrficcgttonZaDaeraug, entv/eder in Aufwar ta- oder AbvKrts-Rich-tung, eintritt, wird dem Digital-Codier-Ctenerator 171 voe Korrekt urne tawerk 16ü ein vereoliiedenes Signal zugeführt. Der Digital-Ca» dier-Gtenexator 171 antwonfeet auf das vom DopplerkorrektuzHVeteworlc 163 ihm zugeführte Signal Mit der Auegabe eine& aehrstolligen Binärwertea, das die Gesamtzahl diskreter Doppler?arsoliiebeungen angibt, die das Korrektur-RetEwerk 16G Xaetgeatellt iiat. Biesee Ooppler-iCoxspeneationeverfaliroia erhfllt die £ohMrenz «wieohen gesendeten and empfangenen Trl%er aufrecht, da kein unabhängiger Oeßillator unmittelbar in den Signalpfad eingekoppelt wird.

Eb werden ;Jst55t die Geräte betrachtet, die daxu dienen, di.e- aurr (low Saiar.:ierveretai'ker "1Y2 kommenden, im Spektral-

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diagr&Mi der VIg. 6 angegebenen Datenaignale «u erseugen· Das SpracheIgnal, das ein Baeisband von ungefähr 350 bis 3000 He «äinnimt, kommt voa Hikrtfon 182« das alt eine« Eingang döö SuMii er Verstärkers 172 Über ein Bandpass* filter 183 «it einer Grenefrequen« von 3 IcHz verbunden ist. Digital-Signale 2ur Anzeige der Geschwindigkeit des Flugzeuges in den drei aufeinander senkrecht stehenden loordinatenrichtunken, x, y und s, ebenso wie die Flughöhe h_ft> werden von vier getrennten Meßwertgebern 184 - 187 geliefert. Die von den Meßwertgebern 184 - 187 und vom Digital-Codier-Öenerator 171 kommenden Digital-Signale werden im Zeitmultiplexverfahren über einen Multlplexumschalter 188 zu dem einen Eingang des Mischers 189 gegeben, während an dem anderen Eingang der 4*25 kHz Ausgang des Frequenzteiler 164 liegt. Das gesamte vom Mischer 189 kommende, von 4 biß 4.5 kHz reichende Band wird einem der Eingänge des Summierverstarkers 172 über das Bandpaßfilter 192 zugeführt, dan eine untere und obere Grenzfrequenz von 4 bzw. 4.5 kHt hat.

Einrel.frequenz-Entfernungsmeßeignale werden den Eingängen des Sumoiervoratarkera 172 über Bandpaßfilter 193-195 mit relativ hohem Q-Wert und mit Mittenfrequenzen von 3.4, 5.67 "bsw. 6.8 kHz zugeleitet» Die Einselfrequenz-Signale werden den Filtern 193 - 195 in Parallelschaltung der Pilter-

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eiugänge vom Ausgang eines elektrouisch gesteuerten altern 196 zugeführt- Der Schalter 196 spricht alauf Kinselfrequeneoignala an, wie sie auf den Crßbiot der Entferau^eoeßtechnilc beuütst werden, die nur VUf-Signale, Onega~Sign&le und Verfahren alt sowohl YTJF- ele auch HF-Sfinalen verwendet. Pi© Signale, die für das nur die HF-Methode verwendend· Einselfrequene-EntfernuneemeßTerfahren orforderliih sind, wie ee in Verbindung nit Pig· 4 beschrieben wurde, können in jedem der beiden Zeitintervalle über den Sehalter 196 eingespeist werden_a

Die HF-Einselfrequensett in Band ewleohen 3 und 7 KHs» wie sie im Spektraldiagraom der Pig. 5 angegeben sind, werden im Banietend von Mieoher 150 geliefert nnd durch ein BandpaSflltex* 197 alt unterer und oberer Grenz£re~ quenz von 3 bew. 7 kite eingespeist. Sas Einselfrequenz~ epektrum t\i£ die Entfernungsoeaeung, das von Filter 197 geliefert wird, wird dem Eingang 193 dee Schalters 196 dauernd ssugefUhrt. Der Sehalter 196 spricht auf die auf 1 kHz-Hittenfrequetiß liegendeti £alct~ und Steuersignale an» die von Mischer 156 kommen und durch das 1,o kHz-BandpaßiTiltar 199 mit GrenajEre^uetizeii von o.75 baw» 1_U25 kHs dem AKWDffßodulator £oo zugeftlhrt werdeu« Dae vom Demodulator

2oo ercßugte Binr^T::f:ifmal relativ niedrige*: Sre^uenz v/ird 9096^0/09^3

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den Digifcal-Deoodierex 2o2 augefUhrfc» der daraus ein zweistnflgea Signal ableitet, mit den der Ankes 2o3 des Schalters 196 ab-uechaelnd alle 1c? Sekunden mit den Kontakten 2ο4· und 19'J verbunden wird» Dadurch werden die vom HP"0!?agßr gewonnenen_v em Ausgang des Bandpaßfiltere 197 stehenden. 3nt..Cerun^onoß CrGqucnatiii dem Susniervaret&rkor 172 während alternierender 2ehn-Sekunden~Perioden zugofiilirt. Wiüu-eud der anderen 2ohn-Sekunden-Perioden_t wenn der Anker 2o? den Kontakt 2o4 belegt, wird den Bandpaßfiltern 193 - 195 ein Spektrum zur Anzeige der VU?-Ooe-

zugeleitet.

der ersten fünf Sekunden jeder Zehn-Sekunden-Periode, spricht der Digital-Deoodiexer 2o2 auf das Ausgange« eignaX dee Semodalators 2oo in der V/eiee an» daß der Anker oder ein Kontakt 2o5 dee Schalters 2o6 mit Kontakt 2o7 verbunden vlrd· Während der restlichen fünf Sekunden jedes Zebu-Selnmden-Intervallee erregt der Decodierer den Anker 2o5 ao, daß er Kontakt 2o8 belegt· Dadurch werden die vier 1o»2 Mls-VIP-Signale, die von den ΥΙΪ-Sendem 19 - 21 und dem auf den Hawai-Ineeln befindlichen Sender koonen und vom flugseug aufgenoonen werden» wahrend der ersten fünf Sekunden jeder Zehn-SeJcunden-Periode auf die Kleonen 2o7 des Schalters 2o6 gegeben. Ua die TLP-Omega-Signale den

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Schaltern 196 und 2ο6 zuculeibeu, besitzt jedes flugzeug eine in^-Empfangsantenne 2o9, deren Ausgang mit dem YLF-Empfänger 211 ^ökoppslt ist, der in das Bandpaöfliter 212 hoher Güte mit einer Hittenfrequenz von 1o„2 kHa ein spei at. Während der restlichen fünf Sekunden jeder Zehn-Sekunden-Periode wird die HP-Entfernungsmeßfrequenz bei 10o2 kHz aus dem Spektrum herausgezogen, das vom Mischer 158 über die Verbindung zum Baudpaßfilter 213 mit der Hittenfrequenz 1o.2 kHz herangeführt wird, und dor Kontalrfc sehen 2o5 und 2o8

Damit stellt das vom Anker 2o5 des Schalters 2o6 gelieferte Signal eine Seris von fünf 1o.2 kHa-Prequemsen dar, die !fahrend jedes durch die Erregung des Schalters 196 bestimmten Zehn-Sekunden-Intervalles, das mit dem in J¹Ig₀ gezeigten Omega-Signal-Schema übereinstimmt, aufeinanderfolgend erzeugt v/erden. Die fünf nacheinander erzeugten Signale am Ausgang des Schalters 2o6 haben verschiedene Phasen, die von der Position des flugzeuges relativ zu den vier VLP-Sendern und dem Satelliten 14 abhängen· Sie Phase des vom Bandpaßfilter 21? herkommenden Signalee ist als Bezugsphase für die Phase der Einzelfrequenzen anzunehmen, die in Abhängigkeit von der VLP-Übertragung entstehen, da alle Einze!frequenzen zur Bodenstation 15 zurückgesendet werden.

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Au &e£ Bodenstation v/ird die Ebtace der empfangenen, aus der ST-HwI ul£ tion entstehenden 1ü»2 kHa-Schwingung mit dem örtlich ejcsiiugton 1o:2 kHe-Signal verglichen., und die Dixferuiüi o:> l&ubi; die tflugsGUg-Pceitionslinie 25 au

Die übrigen ödiwingmigeu, die in dem von dor Antenne 2o9 Grcpfangonen. und iw Schema dex* Pig„ Z angegebenen Spektrum enthalten Bind, werden tiber das BandpaßtfiIter 213.1 mit unterer und oberer ßreuefrequena von 11 bzw«, 14 kHz in den einen Eingang des Sunraierveretärkers 214 eingespeist, während der andere Eingang auf das void Anker 2o5 des Schalters 2o6 konraende Signal anspricht«, Bas Ausgangssignal dos Yerstärlrars 214, eine Kopie des Omega-Spektrums und daher von 1o bis 14 klla reichend, vrird einera Eingang des Hischcrc 215 augeftlhrt« Der Miocher 215 verarbeitet das Vera Sumraicrveretärker 214 erzeugte Spektrum und die 17 kllz-AuugaQ^snpaniiung des !Frequenzteilers 164 und erzeugt so ein Differonzfrequenss-Spektrum, dessen Komponenten den. voll der Funkzentrale 15 zum Satelliten 14 gelieÄcten Einj5elfreq.uenzen der Entfernungsmessung entsprechen. IiiBT>e8omlerG siud rliu 13«6» 11*33 und 1o.2 kHz-Komponente in die 3?requGiiscTi 3i'l, ^»67 hzv* 6«O kHz übersetzt. Daher kön-

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nen die gleichen Baudpaöfliter 193 - 135» wie sie benützt werden, um die von Bandpaflfliter 197 erzeugten Eiaieli\-?ßquenöen durchzulassen, auch für die vom Surnmierversfcärker 214 erzeugten Einzelfrequenzen verwen— det werden* und das Ocaega-Spektrira wird la der Prequene BQ herabgesetzt, daß es die Anforderungen an die Bandbreite für die I!F-V0~rf)itidungen zvisciien flugzeug und Bodenstation

Um die in den Spektren um I00, I60 und 22o kHz enthaltenen Digital- und Sprach-Daten durch Demodulation herauszuholen, sind die iW-Empfänger 216 und 217 so angeschlossen, daß sie das vom Mischer 158 abgegebene Basisband-Signal aufnehmen«, Der IH-Smpfanger .217 ist von Hand abatimmbar und empfängt die um I60 und 22o kHz gelegenen Spracheignale, die von den Punlosentralen 15 und 17 kommen, und speist damit den !Lautsprecher 219. Dadurch wird die Sprechverbindung zwischen dem flugzeug und seiner nächsten Tfcagebang hergestellt. Der FM-Erapfänger 216 mit der Mittenfrequenz von I00 kHa erzeugt ein AM~Signal in Abhängigkeit von den Digltal-Daten, die von der Punkzentrale 15 gesendet werden. Die Digitalsignale speisen den Digital-Decodierer 221, dessen Ausgangesignal auf einen geeigneten Bildschirm oder ein Anzeigegerät 222

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i - me - ■Abwird* Der Sigital-Becodierer 221 bildet einen für alle zttsamnenarbeitendea .Plugzeuge gemeinsamen, wahlweise zugänglichen Kanal· «Todes Flugzeug hat eine einzelne Adresse» deren Auswahl durch die Funkzentrale 15 entsprechend den relativen Positionen mehrerer Flugzeuge getroffen wird-Dadurch, wird jedea Flugzeug nur mit den Informationen von den in der Fähe befindlichen und nicht von weit entfernten Flugzeugen versorgt.

Die von den einzelnen Flugzeugen gesendeten I-Band-Spelctren werden den Bo&eiißtati onen. 15 und 17 über die !Transponder (Pig. 8) dec Satelliten H ubexiai&elt, der sie mittels einer Ir-Eanu-BeaugBUrequenz» z.B.. von 1<,62o GHz₉ in. das Basißband mnsetat, dann das Basisband-Spektrum auf einsn Hilfeträger phasentaoduliert und auf einen G-Band-Iräger von 4t>3 CtHb heraufsetzte Zu diesem Zweck werden die von fiea Flugseugen ausgesendeten L-Band-Frequenzen von. einer Antenne 81 am Satelliten 14 eajpfangen und über die Frequenzweiche ö2 und über einen Vorverstärker 232 einer Tie1-mhl hintereinandergeschaiteter Mischer zugeführt, die in Fig. 8 ala Mischer 231 dargestellt sind« Das Ausgangssignal dee Hiochers 231 besteht aus einen Spektrum im Basisband für dae von eines» der Flugzeuge 11-13 übertragenen Signal und einem Paar von Spektren, deren Iräger so weit

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Basisband entfernt aiad, wi© der Abstand «wischen tien von den übrigen ?lugaeugerx aosgeaesdeten Srägerfrequeiisou beträgt und «ie er duroh den in diesen vorhandenen Kanal-Wühler 165 (?lg* 9} bestirnt wird. Die Rttckmneetsimg des yosb Torveretärlrei' 232 koiweiiden Spektrtuas in seinem wesentliche» Seil auf das BsDieband wird äadorcli ^ewerlcstGlligJ;, ösß &lw?m jfteequeneaofbereiter 8? abgeleitete Ii-Baad-Seauge£cöqueiis auf den zweiten Eingang des Mlßdieife 231 gegofcen and das Auegangseignal des Mischers über dae SCie^oaÖfiltes; 233 geleitet wird, das eine passende Grensifx-eqiien* hat» imi dae untere Seitenband dee Mischer^pelrtru!Bs

Sie oben behandelten Ausga!ig3si<jaalö dee 253 und des Mischers 96 werden im Modulator 234 nsit Hilfe einer Bezugsfrequenz -vom fre^aenzaufbereiter 83 phasenmoduliert» Der Phaeenmodalator 234 ist so ausgelegt, daS duroh das vom TiefpaS 233 konmeede Modulationsspektrua dem vom ?reqaenssattfbereiter 83 erzeugten Xräger eine effektive Ihasenabweichung von 1 rad aufmoduliert wird. Die Notwendigkeit, ein AGC-Iietzwerk für den Eingang dee Pliasenmodulatore 234 vorssusehßn, besteht nicht allgemein,, da die Anzahl der Plugzeuge, die z\m Satelliten Signale übertragen, so groß let, daB ein Pading im Signal von einem

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mir einen verhältnismäßig kleinen Einfluß auf die in den Pkacrentnodnlator eingespeist« Jieiotung hat* Boiler Tcann der Modulator 234 so ausgelegt werden, daß er die gewünscht© !Phasenmodulation von 1 rad liefert_o Der Voss Modulator 234 kämmende phaeenmodulierte Träger wirtl durch eine Mohrisahl von hintereinandergeschaiteten llicahern, tli« ale Mischer 235 dargeetBi.lt sind, aufwärts umgesetpiti der andere Eingang des Mischers iat an einen Allegang «ies Frequennaufbareita^s 83 angeschlossen. Der diö SiaeneuÄieiinöne liefernde AuGgang deß Hiechers 235 mit einer ^ragerf^eciUGus von 4. 3 GHb wird der Prequenzweiohe c$2 und eier Au tenne bi ilber einen LeiBtungeverstSrlcer 236 sc.ttgöfü3irt_a Das vom Satelliten 14 zu den Bodenstationen 15 «tu! '7 übertragene C-Band-Signal enthält daher einen Sr&ger hai 4.3 GHs, auf den mehrere Spektren aufmoduliert sind, von denen ^e eines von den Flugzeugen 11 13 herrührt* Die Hilfsträger der verschiedenen Spektren liegen im Abstand von tsngefghr 9 kHs gegeneinander verectKt, damit sie in der Funkzentrale 15 voneinander getrennt werden können« Wie hei der L«-Band~Übertragung, variiert die Leistung in den C-Band-Seitenhändern ait der Amplitude des deia Phaeemnodulator zugeführten Eingangssignals. Die in jedem Band Übertragene Gesamtleißtus^ ;.le.i">:· relativ konstant, da die den Modulatoren

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und 234 «ugeführte Gesamtleistung relativ konstant ist, unabhängig Ton der an Satelliten empfangenen Modulationeampli-

Xb folgenden werden die Geräte in der Funkzentrale 15 für die Trennung der drei von den Flugseugen 11-13 körnenden Spektren und das vollständige, der Verarbeitung eines der Spektren dienende System nach Figo 7 betrachtet« Das von der · Antenne 33 empfange⁶ und über die Frequenzweiche 32 in den C-Band-Empfänger 101 eingekoppelte phasenmodulierte C-Band-Signal wird durch den phasenstarr rückgekoppelten Demodulator 102 demoduliert, der ein mit dem von den einseinen Flugseugen erseugten Spektrum übereinstimmendes Ausgange» signal ergibtο Das Auegangssignal enthält ein Frequensmultiplex-susammengesetstes Spektrum, wobei das Spektrum Jedes Flugzeuges, wie oben gezeigt, eine andere Hilfsträgerfrequenz hato

Das zusammengesetzte Ausgangsspektrum des Demodulators 102 wird parallel in die phasengesteuerten Demodulatoren 244, 247 und 248 eingespeist_o Diese phaeengeateuerten Demodulatoren sind im Hinblick auf die geforderte Fhasenkohärenz zwisehen der Funkzentrale 15 und den Flugzeugen 11 - 13 einge-

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tout, die sich daraus ergibt, daß die Baten als Prequenzänderungen der Flugzeug-Hilfsträger dargestellt werden.

Per phasengesteuerte Demodulator 244 enthält z.B«? den Synchron~Detektor 243, den spannungsgeregelten Oszillator 245 und die Süefpaßfilteraohaltung 246, die in der bekannten Weise miteinander verbunden sind und zusammenarbeiten_o Der Synchrondetektor 245 ergibt ein Auagangsägnal, das folgen» des enthält:

(1) ein Gleichspannungssignal, das die Phasendifferenz zwischen dem rom Oszillator 245 gelieferten Signal und einem Hilfsträger daretellt, und

(2) das demodulierte Signal des vorgegebenen Hilfsträgers«

Das Gleichspannungssignal steuert auf dem Wege über die Tief= paßfilterschaltung 246 die Frequenz des Oszillators 245« Das Signal vom Oszillator 245 wird seinerseits auf den Syn·=· chrondetektor 245 gekoppelt, in dem die Demodulation statt» findete Die liefpaßfilterschaltung 246 ist so bemessen, daß sie eine G-renzfrequenz unter 1 kHz hat, so daS keines der demodulierten Signale zum Oszillator 245 gelangt₀

Die phasengesteuerten Demodulatoren 247 und 248, die im wesentlichen die gleichen sind wie der Demodulator 244,

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werden parallel von Ausgang des Deeodulaotra 102 her betrieben. Die spannungsgeregelten Oszillatoren der phasengesteuert en Demodulatoren 247 und 248 haben Frequenzen, die gegeneinander und gegen den epannungageregelten Oszillator 245 des Demodulators 244 verschoben sind, um die verschiedenen, den einzelnen Flugzeugen zugeordneten Hilf & träger zu denodulierten. Die Vennfrequenz. des spannungsgeregelten Osaillatora in jeden der phaeengesteuerten Demodulatoren 244,

247 und 248 ist in der frequenz vm 9 kHz verschoben, um die drei Spektren zu trennen und sie durch überlagerung ins Baaieband umzusetzen₀ Von dem aus den Schaltungen 244, 247 und

248 gewonnenen Basisbandsignal werden Signale hergeleitet, welche die Ton den einzelnen Flugzeugen 11 - 13 ausgesendeten Spektren kennzeichnen« INa. die Schaltungen für alle die Netzwerke, die zum Herausholen von Informationen dienen, die gleich ist, wird ausschließlich eine Beschreibung des Netzwerkes in der Schaltung 244 und keiner der anderen Naohrichtenverarbeitungsnetzwerke gegeben.

Das von der phasengesteuerten Schaltung 244 demode lierte Basisbandsignal, wie es im Spektraldiagramm der Figo 6 angegeben ist, wird durch ein Tiefpaßfilter 251 und die Bandpaßfilter 252-255 in seine Bestandteile zerlegte las Tiefpaßfilter 251 hat eine Grenzfrequenz von 3 kHz, un? das Sprachspektrum zu gewinnen und den Lautsprecher 256 mit

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den τοκ Mikrofon 182, Fig« 9« is Flugzeug staunenden akustischen Signalen zu speisen» Jedes der Bandpaßfilter 252-254 ist tob Typ hoher Gütezahl Q, un ein Paar von Schwingungen ; durchzulassen, die auf die ia Flugzeug bei den Frequenzen 3.4, 3*626, 5,67, 5o7i6, 6„8 und 6o8113 kHz erzeugten Träger aufmoduliert sind; das Bandpaßfilter 255 ist so bemessen, daß es die Digitaldaten ia 4 - 4.5 kHz-Spektrum durchläßt, und hat entsprechende obere und untere Grenzfrequenzen _o

Das amplitudenmodulierte (AM)sinusförmige Auagangasignal des Filters 255 wird durch den Amplitudendetektor 257 in einen Welleraig von Binärimpulsen umgesetzt; das Ausgangssignal dieses Detektor« enthält eine Vielzahl von nacheinander hergeleiteten Binärwörter, die darstellen: die Höhe des Flugzeuges, die Geschwindigkeit des Flugzeuges in den drei Koordinatenrichtungen relativ zur Erde, den Dopplerkorrekturbereich, der durch die netzwerke 168 und 171 in den Flugzeug-Sendeempfängern eingefügt wird, TaktesignaIe und möglicherweise andere Teleeetriedaten«, Diese Digitalsignale werden direkt auf den Eingang eines Rechners 41 gegeben, zusammen mit dem analogen Gleichspannungs-Ausgangssignal des Tief" paßfilters 246, das die Frequenzabweichung des vom Flugzeug ausgesendeten Trägers relativ zu dem Grenzwert des Dopplerkompensationsbereiches anzeigte Der Rechner 41 nimmt die

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Analog-Ausgangssignale des Filtere 246 auf und eetit sie In Digital-Spannungen um, wobei eine vollständige, ro« flugzeug eingegebene Dopplerkorrektur vom Sechner dadurch hergestellt wird, daß er die beiden ihm sugeführten Dopplerkorrektursignale addiert. In Abhängigkeit von den dasu von filter 246 und Detektor 257 eingegebenen Daten wird der Rechner 41 so programmiert, daß er die Gleichung (1) und (2) (so oben) löst, nachdem die nach dem HP-Seitenfrequentl·- Entfernungsmeßverfahren bestimmte Entfernung Satellitflugzeug herausgezogen worden ist_o Die vom AK-Detekor 257 gelieferte Höhenangabe wird ebenfalle in den Rechner gegeben und dort gespeichert, um die Plugzeugposition entsprechend der anhand von f Ig₀ 3 und 4 beschriebenen Methode zu bestimmend

Im folgenden wird das Gerät betrachtet, mit dem die Daten, die die Entfernungsangaben aufgrund der Seitenfrequenzen enthalten, aus den Phasen der von den Bandpaßfiltern 252 254 kommenden Signale gewonnen werden, so wie es für die Bestimmung der Flugzeugpositionen gemäß jeder der Methoden nach Pig ο 1, 3 und 4 erforderlich ist» Während des alternierenden Zehn-Sekunden-Schemas des in Pig«, 2 gezeigten VLP-Omega-Verfahrens ermittelt das System die Entfernung durch »Verarbeiten zunächst der VLP-Signale und dam der HP-Entfernungsmeßfrequenzen_e Deshalb werden die Ausgangssignale der

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Filter 252 - 254 abwechselnd verschiedenen Prozeßrechnern zugeführt* einem Prozeßrechner für die VLF-Omega-Signale_f einem anderen für die HF-Entfernungsmeßsignale.

Hierzu besitzt der MuItiplex-Schalter 253 drei Eingangeleitungen _β von denen je eine mit den Ausgängen der Band» paßfilter 252-254 verbunden ist, und drei gekuppelte Anker 259 - 261s deren Stellungen durch dio Werte der vom Flip-Flop 56 kommenden Binärsignale bestimmt werden_c Wie oben erläutert« ist das Ausgangssignal des Flip-Flop 56 eine Rechteckschwingung mit einer Periodendauer von 20 Sekunden, wobei Anstieg und Abfall der Rechteckwelle im Synchronismus mit Beginn und Ende jeder Zehn-Sekunden-Omegaperiode steht. Wenn der Flip-Flop 56 in einer ersten Stellung steht, werden entsprechend dem von dort kommenden binären Wert die Anker 259 - 261 an die jeweils zugehörigen Kontakgte 263-265 gelegt; die Anker belegen die Kontakte 266 -266_r wenn der Ausgang des Flip-Flop sich in dem zweiten Zustand befindet. Die Ank^er 259-261 werden in die zuerst genannte Lage gebracht, wenn die vom Codierer 54 kommenden Takt- und Steuersignale anzeigen, daß das System als HF-SeI-tenfrequenz-Entfernungemesser arbeitet} der Schalter wird In die andere Stellung gebracht, wenn das System ale VLF-Entfernungsmesser arbeitet.

Liegen die Anker 259-261 an den jeweils zugehörigen Kontakten 263-265,_Qao werden die aus den HF-Seitenfrequeneen

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hergeleiteten Einzelfrequenzen im Basisband auf die Synchronphasen-Detektoren 271-276 gegeben, Sie die Position anzeigenden Wechselspannungssignale variabler !aase, die von den Bandpaßfiltern 252-254 kommend auf die Detektoren 271-273 gegeben werden, werden bezüglich der Phase mit Bezugsphasen-Signalen bei den Frequenzen von 3*4, 5*67 und 6o3 kHz verglichen, die von den Generatoren 44-4-6 geliefert werden; diese werden dazu benutzt, den Einseitenband-■odulator 34 zu betreiben, ua die ursprünglich von der Funkzentrale 15 gesendeten SntfernOngemaSfrequenzen, gemäß Fig. 5, her sue teilen. Die Ausgangegleichspannungen dar Synchrondetektoren 271-273 sind daher Funktionen der Entfernung zwischen der Funkzentrale 15 und dem durch den phasengesteuerten Demodulator 244 gewühlten Flugzeug ο Die über die BandpaSfilter 252-254 eingekoppelten Seitenfrequenzen bei 3*626, 5.716 bsw₀ 6*8113 kHz werden bezüglich der Phase in den Phasendetektoren 274-276 mit von den Generatoren 44.1-46.1 erzeugten Bezugephasensignalen gleicher Frequenz vergliche» _c Die relativen Phasen der von dan Petektoren 274-276 kommenden Signale ermöglichen es zusammen mit den von den Betektoren 271-273 erzeugten Phassnangaben, die Position des geleiteten Flugzeuges ohne Zweideutigkeit innerhalb eines Bereiches mit der Seitenlange von größenordnungsinäßig 12 500 km zu bestimmen« Die von den Detektoren 271-276 kommenden Gleichspannungen werden

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In den Bechner 41 eingespeist, der sie in Digitaleignale umsetzt, die Signale speichert und sie dasu benützt, u» die Gleichungen zu lösen, aus denen gemäß den anhand von Fig. 3 und 4 beschriebenen Methoden die Flugzeugposition berechnet wird.

Während der anderen Zehn-Sekunden-OiaejaspeTtode,; belegen die Anker 259-261 die entsprechenden Kontakte 266-266, us BU eraöglichen, daß die Omega-VLP-Phasendifferenzen «wecke OrtsbestiBaung nach Figo 3 durch Demodulation gewonnen wer* den. Zusätzlich wird die Phase der 10.2 kHi-Seitenfrequeue, die auf den von Flugseug empfangenen HF-Träger aufaodullert ist* hergeleitet, so daß die Flugzeugposition entsprechend der Methode nach Fig. 3 ermittelt werden kann. Φι die Seitenfrequensen, die auf dem von Flugseug M 3<>4* 3.»626, 5*67, 5«716, 6.3 und 6_C8113 kHz gesendeten Träger aufaodullert sind, auf den Frequensen 13<>6, 13a374_f 11.33t 11 »28, 10₀2 und 10,19 kHz zurUekzuwandeln, sind die Kontakte 266*268 mit den jeweils zugehörigen Mischern 277-279 verbunden»

Alle Mischer 277=-279 werden parallel rom Ausgang eine» 17 kHz-Generators 281 versorgt» und jeder ergibt ein Paar von Differensfrequenz-Eineeitenbandsignalen, die den TLF-Omega-Frequenzen gleich sind«. Die Ausgangsdifferenzfrequenzen der

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Mischer 277-279 werden auf die Phaeendetektoren 282-287 gegeben, die als Phasen der 13.6* 13«374, 11.33, 11,28, 10.2 und 10c 19 kHz-Signale Ton den Mischern 277-279 eit den Beeugsphasensignalen der jeweils gleichen ?requens von den . Generatoren 47« 47.1« 289* 289.1» 290 und 290c 1 vergleichen.

Dealt werden während jeder anderen Onega-Sendearlode von den Phasendetektoren 282-287 sechs Signale geliefert« Sie· se sechs signale werden vom Rechner 41 in digitale Angaben umgesetzt, aus denen der Rechner die Positioaelinie «wiechen flugzeug und 0mega~2fation nach FIg₀ 3 eralttelt·

Im folgenden werden die derate betrachtet« alt den«oa die sphärische Poeitionsllnie 25 (s_D Fig. 3) um die Onega-Station 20 in Abhängigkeit von der Phase dea von der Station ) 20 in Plugzeug empfangenen VLF-Signales feetgestellt vird· TAa die Phase des la Plugeeug empfangenen VlP-3ignal©8 alt* tels der auf Station 15 befindlichen Gerfite su beetiveea» wird eine Beaugsphase auf 10.2 kHü von der Station zum Plugzeug gesendet und wieder zur Station zurückgegeben· BIe auf Station 15 empfangene Bezüge phase wird alt der auf der Station selbst erzeugten Bezugsphaee verglichen, üb eine Angabe darüber zu erhalten, welche Phasenverschiebung eine auf 10.2 kHz auf modulierte Schwingung bei der übertra-"gung vom Flugzeug zur Station erleidet« Sie Kenntnis der

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Phasenverschiebung Bwieehen Flugseug und Station for die auf einen Hf-iräger aufaodulierten 10.2 kHz ermöglicht e», die Phase dee am Flugseug empfangenen 10.2 kHs-TLF-Signales heraussubekommen, da sowohl die Besugsschwingung &s auch die TLT-10.2 kHs-Schwingung denselben fräger Über dieselbe HP-Verbindung modulieren· Wie oben angegeben, wird der Codierer 54 durch das Auegangesignal des OR-röatters 53 erragt _t so dal die το» Generator 47 kommende 10.2 kHs-Modulation duroh das Flugseug 12 während der zweiten Hälfte der abwechselnden Omegaperioden übermittelt wird, su den Zeiten, wo das flugseug soweit Ton irgendeinem Omega-Sender entfernt ist, dafl kein ausreichender Signalpegel eines 1O₀2 Omega-Signales ersielbar ist_o

um die auf Station 15 empfangenen Daten für die 10«2 kHz-Bezugsphase aus den 10.2 kHz-Omega-Signalen su entnehmen, wird die Ausgänge-Gleichspannung des Phasendetektors 284 nacheinander über den Anker 293 des Schalters 292 auf dia Kontakte 294 und 295 geschaltete Zu diesem Zweck wird das Ausgangssignal des OR-Qatters 53, eine binäre Eins nur während der ersten vier Zeitlücken, jeder Omega-Periode, als Steuersignal auf den Sohalter 292 gageben· Während der ersten-fünf Sekunden jeder Omega-Sendung wird der Anker 293 des Schalters 292 in Abhängigkeit des Ausgangssignales das

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dee OR-Gattere 53 erregt, βο daß dieser den Kontakt 294 so&llefit und das aa Flugzeug empfangene 1©_e2 kH«-TL3P-8ignal auf den Rechner 41 gegeben wird« Während der restlichen fünf Sekunden jeder Oaega-Perlode wird der Anker des Schalters 292 so erregt, daß er den Kontakt 295 belegt und die 10,2 kHz-Seitenfreq,uenjß_f die auf den τοη der funkzentrale 15 gesendeten Träger aufmoduliert ist imd Ύβα FLugSflHg 8ur Funkzentrale zurückgesendet wurde, in den Hechner eingespeist wird.

Va es BU er»ögllcfiⁿ die τοη den Phasendetektoren 282-287 gelieferten Senndaten für die fhasengleichhelt entsprechend dem OBega-Ortebestinaungeyerfahren der Erfindung su trennen, nimmt dir iechner 41 die Ausgangasignale des YL?~O»ega-Sapfangers 51 auf« Der Empfänger 51 erstellt Signale, die kenneeiohntn» welolv Oaega-Sender eine Torbestjüaat· Vrequens su einer bestimmten Zelt eraeugt. Dies geschieht in einer Weise, wie sie für Omega-Ausrüstungen schon bekannt ist» Die Art und Weise, in der der Sechner 41 auf das AusgangsBlgnal des Empfängers 51 anspricht, um die die fhasenänderungen anzeigenden Ausgangssignale der Detektoren 282-287 zu trennen und die Plugzeugposition xu berechnen, ist bekannt·

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Der Beehner 41 Ist fttr die Bestl—mg der nugseugposition entsprechend den AusfllhruBgen nach Hg« 3 und 4 pro« gram*i*rt. Sa der Beehner 41 vom digitalen lyp ist und nickt auf einer festen Zeltbaais arbeitet, werden die 8een~ nungen im Abhängigkeit raa. den Signalen dtirtäigaftEbrt, die in Yereokiedenen oder sieh überdeckenden Zeltafcetinden βΐη-treffetn. So beruht sub Beispiel die Berechnung der Poeition entepreohend der Methode naeh ?lg. 1» die das flü4M· ga-Xsopbeeemrerfahren bentttst, auf Signalen« die über elae aehn-aetamden-Periode empfangen werden. Bereohmmgen, die auf der Methode naeh 91g· 5 beruhen, beinhalten die TlughiShe als Xtngangeelgnal, die gleichseitig sit den phase»« aodullertea, die Position kennselohnsBdein eignalem oder auoh Mitlioh gegen diese Tersohoben eapfangen wird, die for die Terfahretn aaoh TIg. 3 und 4 benötigt werden. Bei des Verfahre^ gemäß flg. 3 werden die eeohe rom den Detektoren 282-287 to—unrlen, die Pbaee kennselohnenden 81gnale_f die aufgrund der aa Plugseug τοη Sender 20 empfangenen Sendung erseugt; werden, mit den tom Detektor 257 erseugten Htfhennefiwerten la Plugseug und der Tlugseugposition relatir na Satelliten 14 kombiniert, wobei lotstere durch die an den Auegj&agen der Detektoren 271-276 auftretenden Hiasenkeimwerte bestiasrt wird.

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Der Rechner 41 bestimmt die Flugzeugposition entsprechend dea Terfehren naoh Fig. 4, indes er den Abstand dee Flug-■eugs vom Satelliten H in Abhängigkeit von den Fhasenkennwerten der Detektoren 271-276 berechnet. Die Abstandsänderung, oder Geschwindigkeit, des Flugzeuges relativ zum Satelliten 14 wird aufgrund der DopplerfrequenzverBchiebung ermittelt, die durch das Plugzeug dem'empfangenen und von dort wieder ausgesendeten Träger aufgedrückt und in der Tunkzentrale 15 aufgrund der Ausgangesignale dea Tiefpaßfilters 246 und des AM-Demodulators 257 bestimmt wird· Die Geschwindigkeiten des Flugzeuges relativ zur Erde in den drei Koordinatenrichtungen werden aus den Ausgangs Signalen des Detektors 257 bestimmt, ebenso wie die Entfernung des Flugzeuges vom Erdmittelpunkt. Diese Gesehwindigkeitssigaa-1«, die vom Rechner 41 ermittelt werden, werden vom Rechner 41 dazu benützt, um Fehler in den Frequenzen der von den Detektoren 271-276 und 282-287 kommenden Seitensohwingungen zu korrigieren» Derartige Fehler beruhen auf der Dopplerfrequenzverschiebung₀ Der Rechner bringt intern die Dopplerfrequenzverschiebungskorrektur an, indem er die Digitalwerte der von den Detektoren 271-276 und 282-287 erzeugten Signale mit dem von ihm berechneten Fehler kombiniert.

Der Rechner 41 verarbeitet die ihm zugeführten Signale, um drei Angaben für die Position des geleiteten Flugzeuges zu

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erstellen. Der Sechnerausgang wird einem Anetigefeld 299 Fora einer Serie τ on aufeinanderfolgenden Binärwörtern angeführt and moduliert gleichseitig einen 100 kHs-Hilfstrigergenerator 59 aittels des PM-Modulatora 36, Da» den Flugbetrieb leitende Personal überwacht die digitalen Anseigen und gibt aufgrund derselben den Flugseugen Anweisungen· entweder auf des Wege über die Sprechverbindung durch das Mikrofon 43 oder vorzugsweise Mittels digitaler Signale, die über den Eingang 300 in den Rechner 4-1 eingespeist wer» den. Die digitalen Signale gehen durch den Rechner hindurch, um den Hilfeträgergenerator 39 ait FM au modulieren. Me die verschieben Flugzeuge betreffenden rom Rechner 41 kernen» den Poeitionsdaten und die in den Eingang 300 gegebenen Signale modulieren den 100 kHz»Hllfsträgergenerator 39t wodurch jedes der Flugzeuge 11-13 Signale erhält, die die eigene Position, die Lage der anderen benachbarten Flugseuge bezeichnen und digitale Befehledaten τοη der Flugüberwachung enthalten.

Figo 11 gibt einen Schaltplan des in jede« der Flugieuge 11 «13 verwendeten letewerkes für die Dopplerfreatienakorrefctur wieder, einen Grundbestandteil, der allen Position·beβti*· mungsmethoden der erliegenden Erfindung gemeines* ist· Grundsätzlich vergleicht die Dopplerkompeneationeechaltung nach Figo 11 die Ausgangsfrequenz des epannungegeregelten

Oszillators 154 mit einer vom Generator 169 belogenen Be-

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sugsfrequezui τοη 20 KEa. Entsprechend der veränderlichen Ausgangsfrequenz, die τοη. der Bezugsfrequenz um Torgegebene Beträge abweicht, wird eine veränderliche Frequenzteilung in Abhängigkeit tob Ausgangssignal des epannungsgeregelten Oszillators bewirkt, während die Signale in den Digital-Oodier-Generator 171 eingespeist werden«

Hierzu werden die τοη den Oszillatoren 154 und 169 koawenden Frequenzen dea Frequens-DlslcrlBinator 301 zugeführt, dessen Auegangssignal eine Q-lelohspamumg ist, die die Abweichung der Ausgangsfrequenz des spannungsgeregelten Oezlllators τοη der frequenz des Generators 169 nach Betrag und Torzeichen angibt« Die Ausgangsgleichspannung des Diskrlmlnators 301 wird den Amplituden-Detektor 302 zugeführt, der 13 Tersohiedene Ausgangepegel« τοη denen nur Tier geseigfc sind, hat, um alle dreisehn Terseh±e&enex£322 Hs-Stufen zu

Überdecken, wobei der Faktor 77 die Taktoren für dl· Abwärts«

igt Umsetzung der Frequenz in den Plugzeugen berücksicht. Dia dreizehn Ausgangspegel des Detektors 302 überdecken die

+5 mögliche — kHz-Abweichung zwischen den Frequenzen der Oa-

77 zlllatoren 154 und 169· Der Amplituden-Detektor 302 1st 30

gebaut, dafl auf seiner Leitung 303 ein Ausgangesignml scheint, wenn die Frequenzen der Generatoren 154 und

+0.4 Toneinander um weniger als kHz abweichen. Bei «aj

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lan Abweichungen swlsehen den frequensen der Generatoren

44.4 ±5.2 unA 169 von Ξ-βγ feie ~~ij7 kH» werden die Leitungen

bzw. 305 erregt» vHnrend die Leitungen 306 und 307 aufgrand ron Abweichnagen zwischen ~ ** und ~ * kHa erregt werden· Ibt einen 100 Ha-H^sterese-Effekt um jeden der 8renswsrt* am Ausgang dee Betrags-Detektore 302 zu erzielen, wird da* Ausgangsaignal de« rrequens-DiekriwiAatore 301 ttber ein letswerk 318 zwr Beetiasnang dee Betrages in Parallelschaltung su einer Sruppe ron sieben» die Betragshöhe autlOeeoBden letswerken 311-317« wovon nur Tier geseigt sind, geführt. Jedes 4er netzwerke 311-317 erseugt eine binäre Sine aa Ausgang» nur wenn sein Eingangssignal innerhalb eines jeweils rersohiedenen, -vorgegebenen und nicht mit anderen überlappenden Betragsbereiohs liegt. Die Grenzwerte der

Betragebereiche, auf Ais jeder der Detektoren 311-317 an-

1OO epricbt, sind ua —ηγ Hs von dem Grenzwert des benachbarten

Detektors entfernt. So liegen s.B« die Bereiche der Detektoren 311. 512 und 313 für die Prequenstrennung zwischen den Generatoren 154 und 169 von 0 bis °-^ kHz, &^ bis

Der Ausgang eines jeden der Hetzwerke 311-317 ist mit einem Stell-Singang eines entsprechenden Plip-Plop 321-327, von denen nur Tier dargestellt sind, verbunden. Die Rücketeil -Eingänge jeder aer Flip-Plops 322-326 werden τοη den Aus-

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der beiden Betraga-Detektoren angesteuert, die dem detektor benachbart sind, der den betreffen Flip-Flop-Stell-Eingang über die OR-Gatter 332-336, von denen nur awei dargestellt sind, speist» Dagegen werden die Rück» stell-Bingänge der Slipslops 321 bzw» 327 nur von den Ausgängen der Betragsdetektoren 312 bzw. 316 angesteuert«,

I* Betrieb ist eunächst $e&eT der Flip-Flops 321-327 in · den Bücketell~Zuatand gesteuerte Wenn das Flugzeug an Boden warmgelaufen ist, wird der Flip-Flop 321 in den Stell-Suetand geschaltet, aufgrund der vom Betawerk 311 kommenden binaren Sine, die aus desi Ausgangesignal Hüll des Frequenzdiskriainators 301 hervorgeht« Wenn sich das Plugzeug in Bewegung setzt, steigen die Betrage der Auegangsspannungen des Diekriminatore 301 und des Hetzwerkea 318, bis der Höchstwert des Detektors 311 überschritten und eine binäre Bull an den Stell-Singang des Flip-Flop gegeben wird. Der Flip-Flop 321 bleibt jedoch im Stell-Zustand und es wird daher immer noch eine binäre Ifull auf der Ausgangsleitung 303 erzeugt, da der Eückstelleingang des Flip-Flop nicht angesteuert worden let.

Daher bleibt der Flip-Flop 321 erregt, bis die Flugzeugeschwindigkeit au einer Ausgangsspannung vom Diskriminator

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301 führt, die einer Prequeneabweichung awisciien den Generatoren 154 und 169 von kHz gleichkommt· Bei dieser Geschwindigkeit gibt der Detektor 312 eine binäre Eins ab, die die ?lip~?lops 321 und 322 veranlasst, den Bückstellbzw. Stell-Zustand einzunehmen,, Ρϋρ-ΕΊορ 322 bleibt im Stell-Zustand, selbst wenn die Frequenzabweichung zwischen den Generatoren 154 und 169 unter kHz sinkt, solange diese nicht den Wert ■ kHz erreicht« Dadurch wird ein Hysterese-Effekt zwischen den Stell-Ausgangen der Flip-Plops 321 und 322 erelelt« In ähnlicher Weise werden Hystereae-Effekte zwischen den Stell-Ausgängen der anderen Flip-Plops 323-327 erzielt.

Die Richtung der relativen !frequenzänderung zwischen den Generatoren 154 und 169 wird mittels des Amplituden™rzeichendetektors 340 bestimmt, der so angeschlossen ist, daß er auf das Ausgangssignal d es Prequenadisriminators 301 ansprloht· Der Detektor 340 besitzt zwei Ausgänge; an diesen beiden tritt jeweils in Abhängigkeit von positiven oder negativen Ausgangsspannungen des Frequenzdisrlminators 301 eine positive Spannung auf* Die Ausgangseignale des Detektors 340 werden parallel als Steuerimpulse den polarisierten elektronischen Schaltern 342-347 - der Einfachheit halber als mechanische Schalter dargestellt, von denen nur zwei gezeigt sind - zugeführt₀ Die Sοhalter 342-347 sprechen auf Steuerspannungen vom Detektor 340 so an, dafi sie

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die Ausgangs signale der ?lip~Flops 321-327 selektiv auf eine der beiden Auegangeleitungen geben» Dadurch werden, wenn die Ausgangsspannung des Diskrlminatore 301 positiv ist, die leitungen 304 und 306 mit den Ausgangen der Flip-Flops 327 bzw. 322 verbunden, während die Leitungen 305 und 3307 dann mit den FliP"Flop~Au8gängen verbunden werden» wenn die Aue gange spannung des Dlskrialn tore 301 negativ ist»

Die Ausgangesignale des Amplitudenkomparatore 302 werden parallel dem Digital-Codierer 171« Fig. 9» und des ein» stellbaren frequenzteiler 331 zugeführt, der die Frequenz dee Generators 154 selektiv herabsetzt,, Der einstellbare Frequenzteiler 351 ist eine Zählkette, in der Stufen in Abhängigkeit des Schaltauetandes der Ausgangsleitungen des Comparators 302 willkürlich eingefügt und herausgenommen werden können« Der auf die Ausgangsfrequenz des Oszillators 154 angewendete Frequenzteilungsfaktor des Zählers 351 läßt

sich duroh e darstellen, worin X eine «wischen 44 und 56 wählbare Zahl ist. Dadurch lädt sich die Ausgangsfrequenz des Teilers 351 zwischen 70.4 und 89,6 kHs in Stufen von 1,600 Hs variieren, abhängig davon, welche der Ausgangsleitungen des Comparators 302 erregt 1st. Wenn die aus der Flugzeuggeschwindigkeit -ich ergebende 33opplevfre-

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λ _ Am Il

i - d*

querverschiebung kleiner als ~ * Hs im Vergleich sum Generator 169 lertt was su einer binären Sine auf der Leitung 503 fttturt, eo 1st Ϊ « 50 und die Ausgangsfrequenz des Teilers 351 ist 80 kHz· Wie oben «begeben» verhindert die Hysterese große Verschiebungen der Ausgangsfrequenz des Seiler« 351, wenn in den si» Detektor 301 gelangenden Frequensdlfferenzen relatir zu einer der or entwerte des !Comparators 302 kleine Variationen auftreten· Dadurch führen Rauschen oder kleine Änderungen der Flugzeuggeschwindigkeit uv den Grenzwert eines Bereiches herwa nicht su wiederholten Sprüngen In der τοα ϊlugBeug gesendeten frequens und die Xohärens let leichter aufrechteuer&alten#

In welcher Velse die Dopplerkompensation die am Flugzeug empfangenen und ron dort wieder ausgesendeten Frequenzen beeinflußt, ergibt eich aus dem folgenden analytischen Ansät*. Wem die sur übertragung sum Flugzeug benutzte Trä_r gerfrequens dee Satelliten fj« 1st, so ändert sich die am Flugzeug empfangene !trägerfrequenz (fp») mit der Abstandsänderung (ig) wie folgtt

worin C die Lichtgeschwindigkeit ist. Die Tom Flugzeug zum Satelliten gesendete Trägerfrequenz (fg»_A) ist nach einer

Dopplerkompensation H

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¹RA

M den Faktor der Aufwärtsmultiplikation der 2o MHz: Ausgangsspannung· aee Oszillators 154 bie zum Eingang des Senders 101, und

K den Faktor der Atwarta-Preq.uenzteilung vom Ausgang des Empfängers 153 "bis zum Oszillator 154 bedeutet·

Die vom flugzeug kommende, am Satelliten empfangene Trägerfrequenz (fftg) ist

Führt man Gleichung (4) in Gleichung (5) ein, so erhält man

%S ^s

r²) V ⁺ 3Γ/ -

Gleichung (6) kann durch Potenzreihenentwioklung sr..gnn'ahert werden

. _r fm - 3)\

RS " ¹TSiJHT".; V IT / 909δΛ0/09/ί3

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i --- ne

Ohne Dopplerkonpeusation im P^iseug (d.h. D => O in Gleichung (7))vürde die von Flugzeug kommende am Satelliten empfangene Trägerfrequenz sein

⁴RS ~

_IS(f) O⁺4^s) · <*>

Idealfall, für R_g » O, ist die vom flugzeug her am Satelliten empfangene Trägerfrequenz

Ite fnc_f die gewUneohte frequenz, naoh Gleichung (9) an Sa-*

au telliten/empfangen, muß f_RS in den Gleichungen (7) und (9) gleich sein. Saher ergibt eich unter Vereinfachung von Gliedern die folgende Gleichung:

D / **s\ M^S

- t*a V I ¹ + ² TT )+ 2 γ yr- fjg * 0. (1o)

Die Ansärücke in Gleichung (1o) können definiert werden

^TS

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1o. Janaar 1969 λ«.

und ^j* 2 § ^S t_f8 (12)

worin

f die Dopplerkoapenaatlon In ?lugzeug and w t-Q die UBkoapeneierte Dopplervereohlebung as Satelliten

lBto

Löet nan. Gleichung (Ιο) nach D auf, βο ergibt sich

Der Wert der DopplMrf^eqoens, f_a, den an m Satelliten der DopplerkoBf««*mtion

- ^B) τ⁸

Oblelch Oleiohaoe (13) «·1«*, daß D direkt proportional zu JLq let» QlJMt B JUt de« oben anband von Jig. 9 und 11 beschriebenen Sopplerkoapeneatloneverfahren tatsächlich diskrete Werte für jeden von aehreren vorgegebenen ^₀.

« reichen von Rg an. Aus diesen Grunde let f_a ein bestloB-

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i - ae ^ - 4M- -

ter fester Wert, außer JLn der Mitte eines jeden vorgegebenen Bereiches R₃, wo f_Q » O ist« In der Diskussion der iig«, 9 and 1o war für jedes Flugzeug ein Sicherheitsabstand von - kHz angenosinen, wodurch f_ft in Gleichung (14) «wangslättfig zwischen den Grenxen £ 1 lute liegt. Wird für den Wert von f_ - 1 kHß gewählt, eo liegen damit

(X

die Sereiche von Rg feste Jeder dieser Sereiche erfordert einen anderen diskreten Wert von D fi*r f_a in Gleichung (14)t der in der Kitte dieses Bereiches gleich Hall lot.

Bei Benü-feung der beschriebenen Koapens&tionstechnik und eines Systen, das HaohrichtenverBindungen su 2oo Plugaeugen umfaßt, von denen jede eine Kanalbandhreite von 7 kHz und einen Sicherheitsabstand ven ~ 1 kHs hat, beträgt die gesamte Bandbreite für die Sicherheitsabstände o.4 MHz. In Gegensatz dazu würde, wenn keine Kompensation der gemäß der Erfindung vorgeschlagenen Art angewendet wurde, eine Bandbreite von 4*2 HHz für die 2oo Sicherheitsabstände erforderlich sein. Daher ereielt nan eine Sandbreiteneinsparung von über 1 ooo i> bei einen Zoo Flugzeuge überwachenden System.

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Claims (1)

1. A Io Tj) II

   1o. Januar i'jOj Qfo

   - me ¹^

   Patentansprüche

   · jverfahren zur BeBtiiooung der Position eines bewegten Objektes mittels HF-Signale, dadurch gekennzeichnet, daß ein. alt einem Seitens fre^uenaepektrira modulierter HP-Träger von einem vorgegebenen Punkt (19 - 21) über eine Synehronsatelliten-Helaiastation (14) su de» Objekt (11 - 13) übertragen und die Pooition dee Objektes aus der Kombination folgender Parameter ermittelt wird:

   der auo der Phase der Einze!schwingungen in dem an Objekt empfangenen Spektren relativ eu der Phase einer ) Besugeechwingung bestimmten Entfernung des Objektes von dem Satelliten;

   der Geschwindigkeit des Objektes relativ su den Satelliten, die aus der an dem να» Objekt eapfangenen Träger genossenen Dopplerfrequensverechiebung ermittelt wird;

   des relativ zu eines vorgegebenen Punkt der Erde as Objekt bestirnten Geschwindigkeits t ektors dee Objektes;

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   - me . . Cfif

   der am Objekt bestimmten Entfernung des Objektes vom Erdmittelpunkt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein mit den am Objekt empfangenen Spektren und mit den ermittelten Parametern entsprechenden Daten modulierter HF-Träger vom Objekt zu einer Tunkzentrale (15) übertragen/die Position des Objektes aufgrund der in der Punkzentrale empfangenen Spektren bestimmt wird.

   3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß ein mit den am Objekt empfangenen Spektren und mit den ermittelten Parametern entsprechenden Daten modulierter HP-Träger vom Objekt zu dem den modulierten HF-Träger aussendenden Punkt (19 - 21) übertragen und die Position des Objektes aufgrund der an dem Punkt empfangenen Spektren bestimmt wird·

   4. Verfahren zur Bestimmung der Position eines mit solcher Geschwindigkeit bewegten Objektes, daß dieses der wirklichen, vom Objekt gesendeten Trägerfrequenz eine Dojp-

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   - me . ■* --9«?--

   lerverschiebung erteilt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dopplerverschiebung am Objekt durch Vergleich der empfangenen !Trägerfrequenz mit einer Bezugsfrequenz und Verschiebung der gesendeten trägerfrequenz um diskrete Stufen entsprechend der empfangenen, von der Bezugsfrequenz üb vorgegebene Stufen abweichenden frequenz kompensiert wird, so daß die scheinbare frequenz des gesendeten, an einem der Punkte (19 - 21) empfangenen Trägers stets innerhalb eines Bereiches liegt, der gleich der Frequenzspanne der Hälfte einer der Stufen ist.

   ) 5 β Sender-Empfänger zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, insbesondere zur Rückübertragung von HF-Entfernungsmeß-Seitenfrequenzen, die einem von der Funkzentrale dorthin gesendeten Träger aufmoduliert sind, und von dort entstandenen Inertialdaten zur Funkzentrale, dadurch gekennzeich net, daß der Sender-Empfänger eine phasenstarr rückgekoppelte Schaltung (244) zur Demodulation der Trägers und tfidergewinnung der Einzelschwingungen enthält, wobei die genannte Rückkopplungsschaltung einen Oszilla-

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   1 9018AO

   A 1o 799 Ιί to. Januar 196$ - me

   tor (245) aufweist, der auf die Frequenz and die Phase des sur Station (15) gesendeten Trägers anspricht, um die Jreguens und die Phase eines vom Sender-Empfänger gesendeten Trägers zu steuern, desweiteren eine Btfhenmeßelnrlchtutig (257) zur Ausbildung eines die Entfernung dee Sender-Empfängers vom Erdmittelpunkt angebenden HShensignals, sowie eine Einrichtung zur Modulation des vom Sender-Empfänger aussendeten Trägere mit den Höheneignal und den wiedergewonnenen Einselsohwingun-» gen aufweist.

   6. Sender-Enrpfänger nach Anspruch 5, dadurch g·- lcenneeiohnet , daß er Einrichtungen, um Signale herzustellen, die die Oesehwlndigkeit des Sender-EapfSngers relativ zu, eines Punkt auf der Erde angeben, deeweiteren Einrichtungen, um ein Signal hernustellen, das die DopplerversohiebungsfrequenB des vom Sender-Empfänger aufgenommenen Xrägers angibt, sowie schließlich Einrichtungen aufweist, um die die Geschwindigkeiten und die Bopplerversohiebungsfreo.uenz kennzeichnenden Signale In die genannten Modulationseinriohtungen einzukoppeln.

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   7. Sender-Empfänger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß er Einrichtungen zur Kompensation der dem zu und von dem Sender-Empfänger übertragenen Träger aufgedrückten Dopplerfrequerverschiebung enthält, wobei die Dopplerkompensationseinrichtungen folgende Seile umfassen:

   einen Oszillator, der eine variable Prequenz entsprechend der Frequenz des empfangenen Trägers erzeugt,

   Einrichtungen zum Einkoppeln der veränderlichen Oszillatorfrequenz in die Übertragungsvorrichtung für den von dem Sender-Empfänger gesendeten Träger,

   Einrichtung zur Messung der Dopplerverschiebungsfrequenz des zum Sender-Empfänger übermittelten Trägers, wobei die Kopplungseinrichtungen eine Einrichtung enthalten, die auf Grund der gemessenen Verschiebungsfrequenz den vom Sender-Empfänger abgestrahlten Träger ohne Rücksicht auf die tatsächliche Dopplerverschiebungsfrequenz innerhalb eines bestimmten Bereiches hält, der eine vorgegebene Dopplerverschiebung darstellt.

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