DE19757044A1 - Überwachungseinrichtung für den Landekurssender eines Instrumentenlandesystems - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung nach dem Oberbegriff nach des Anspruchs 6.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind aus der DE-B-28 52 506 bekannt.

Um die sichere Funktion eines Instrumentenlandesystems zu gewährleisten, ist es erforderlich, die vom Landekurssender über die Localizer-Antenne abgestrahlten Signale daraufhin zu überprüfen, ob sie innerhalb vorbestimmter Fehlergrenzen liegen. Werden die zulässigen Fehlergrenzen für mehr als ein bis maximal zwei Sekunden in Folge eines Anlagenfehlers Überschriften, so ist eine sofortige Abschaltung der Anlage oder ein Umschalten auf ein funktionsfähigen Anlageteil vorzunehmen. Die Überwachung der Signale des Landekurssenders erfolgt durch eine in dessen Nähe angeordnete Monitorantenne, deren Empfangssignale allerdings auch durch über die Anlage hinweg fliegende Flugzeuge beeinflußt werden, wobei dadurch die zulässigen Fehlergrenzen und die zulässige Fehlerdauer Überschriften werden können. Das bekannte Verfahren und die bekannte Einrichtung schafft bereits die Möglichkeit, von überfliegenden Flugzeugen herrührende Störungen zu erkennen, so daß dann, wenn diese Störungen nicht allzu lange (nicht länger als zehn Sekunden) anhalten, die Anlage nicht abgeschaltet bzw. umgeschaltet werden muß. Die Erkennung erfolgt durch einfache Demodulation des von der Monitorantennen empfangenen Signals. Dieses demodulierte Signal wird anschließend mit gespeicherten Werten verglichen, die für Überfliegende Flugzeuge oder für schwerwiegende Gerätestörungen charakteristisch sind. Wird eine Störung durch überfliegende Flugzeuge festgestellt und dauert diese nicht länger als die zulässige Zeit, z. B. zehn Sekunden, so erfolgt kein Abschalten der Anlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Erkennung von überfliegenden Flugzeugen noch zu verbessern. Diese Aufgabe wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt die Lösung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 6 angegebenen Merkmale.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Ermittlung der durch Reflexion an einem überfliegenden Flugzeug hervorgerufenen Störung selbst (nicht nur die Ermittlung des gestörten Gesamtsignals) es möglich ist, diese Störung von dem Gesamtsignal der Monitorantenne zu subtrahieren, wodurch ein von Überflugstörungen bereinigtes Signal gewonnen wird. Dieses bereinigte Signal wird dann, wie bekannt, auf Einhaltung der zulässigen Toleranzen überwacht. Es besteht somit insbesondere während des Zeitraums eines Überflugs von beispielsweise zehn Sekunden nicht eine Ungewißheit darüber, ob möglicherweise auch gleichzeitig ein Anlagefehler aufgetreten ist, der das Abschalten der Anlage erforderlich machen könnte.

Eine zusätzliche Monitorantenne in allernächster Nähe der Sendekursantenne (Nächstfeldsensor), deren Empfang durch Flugzeugreflexionen nicht beeinflußt wird, oder das Erfassen der Strahlung jedes einzelnen Strahlers der aus vielen Einzelstrahlern bestehenden Landekursantenne mittels eines Integralnetzwerkes ist bei der Erfindung nicht erforderlich.

In einfacher Weise lassen sich die durch Reflexionen an einem sich bewegenden Flugzeug erzeugten Störungen dadurch ermitteln, daß das von der Monitorantenne empfangene Signal durch Mischung mittels eines IQ-Kon­ verters (Inline-Quadratur-Konverter) demoduliert wird, insbesondere in den Zero-IF-Bereich demoduliert wird. Die Phasenbeziehungen der einzelnen Signale bleiben erhalten. Auf diese Weise läßt sich das vom Flugzeug reflektierte Signal nach Betrag und Phase erkennen und phasenrichtig von dem Gesamtsignal subtrahieren. Dieses von dem beweglichen Flugzeug reflektierte Signal kann in der Vektordarstellung als ein um dem Vektor des durch das Flugzeug nicht gestörten Signals rotierender Zeiger interpretiert werden. Anstatt in den Zero-IF-Bereich kann die IQ-Konversion in eine höher liegende Zwischenfrequenz erfolgen, die in ähnlicher Weise wie die Zero-IF weiterverarbeitet wird.

Gerätetechnisch besonders einfach läßt sich die Ermittlung des vom Flugzeug reflektierten Signals dadurch erreichen, daß nach der Demodulation, bei der die in Phase und die um 90° dazu versetzt liegenden Signalanteile gewonnen werden, diese Signale abgetastet werden und die Abtastwerte nach Analog-Digital-Umwandlung mittels eines digitalen Prozessors, z. B. eines einfachen Prozessorbausteins z. B. vom Typ 80C186 rechnerisch verarbeitet werden. Für die Berechnung wird die Fourieranalyse verwendet; es eignet sich hierbei insbesondere die FFT.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Die einzige Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Überwachungseinrichtung für die Signale einer Landekurssendeanlage.

Für die Überwachung eines herkömmlichen Instrumentelandesystems ist eine Monitorantenne für das Kurssignal (Kursdipolantenne) und eine Breitedipolantenne zur Überwachung des Breitesignals erforderlich. Die Kursdipolantenne befindet sich etwa in einer Entfernung von 80 Metern von der Localizer-Antenne, die Antenne des Kursbreitenmonitors befindet sich etwa in einer Entfernung von 150 Meter von der Localizer-Antenne. Zur Vereinfachung ist in der Zeichnung lediglich die Überwachung des Signals der Kursmonitorantenne gezeigt.

Eine im Beispiel aus einer Vielzahl von Dipolen gebildete Localizer-Antenne 1 wird von einem Landekurssender 2 gespeist. Über einen Richtkoppler 3 wird ein Teil des zur Antenne 1 gelangten Signals ausgekoppelt und über einen 3dB-Koppler 5 aufgeteilt, wobei ein Teil des Signals der im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Einrichtung zugeführt wird und ein anderer Teil des Signals bei Bedarf zur Überwachung der Tätigkeit des Senders selbst verwendet werden kann.

Eine Monitorantenne 10 steht in einem Abstand von 80 Meter vor der Antenne 1 und liefert ihr Empfangssignal an den Eingang eines Hochfrequenzfilters 12, von dem das Signal über einen regelbaren Verstärker 14 zu dessen Ausgang A gelangt. Der Ausgang A ist einerseits mit dem Eingang eines Präzisionsdetektors 15 verbunden, der das Gesamtsignal des Sensors 10 (einschließlich Störungen) demoduliert und einem Eingang eines Multiplexers 30 zuführt. Der Ausgang A ist außerdem mit dem Eingang eines 3dB-Teilers 16 mit gleichphasigen Ausgängen verbunden, die mit den Eingängen von zwei multiplizierenden Mischern 18 und 20 verbunden sind. Der eine Teil des vom 3dB-Teilers 5 aufgeteilten Signals gelangt über ein Begrenzer 22 zum Eingang eines 3dB-Teilers 24, der im Gegensatz zu dem 3dB-Teiler 16 zwei um 90° in der Phase verschobene Ausgangssignale liefert, die in der Zeichnung mit 0° (am Ausgang 25 für den Inphase-Anteil) und 90° (am Ausgang 26 für den Quadraturteil) bezeichnet sind. Der Ausgang 25 ist mit dem zweiten Eingang des Mischers 18 verbunden, der somit eine Zero-IF-Demodulation des Signals der Antenne 10 durchführt, das in Phase mit dem durch den Richtkoppler 3 ausgekoppelten Signal des Senders 2 ist. Aus diesem Grund ist dieser Modulator 18 zusätzlich mit dem Buchstaben I bezeichnet. Der Ausgang 26 ist mit dem anderen Eingang des Mischers 20 verbunden, der somit an seinem Ausgang ein demoduliertes Signal liefert, das dem Quadraturanteil des von der Antenne 10 gelieferten Signals entspricht. Die beiden von den Ausgängen der Mischer 18 und 20 gelieferten Signale enthalten somit die vollständige Information über die Amplitude und Phase des von der Antenne 10 gelieferten Signals.

Wie bekannt, sind die beiden Signalfrequenzen, mit denen die von der Antenne 1 abgestrahlte Hochfrequenz moduliert ist, 90 Hz und 150 Hz. Die Ausgangssignale der Modulatoren 18 und 20, des Präzisionsdetektors 15 und bei Bedarf auch weitere Signale werden von dem Multiplexer 30 durchgeschaltet, über ein Tiefpaßfilter 32 mit der Grenzfrequenz von 300 Hz geleitet und einem Abtast- und Haltekreis 34 mit einem Analog-Digital- Wandler mit im Ausführungsbeispiel 12 Bit zugeführt. Die Abtastung erfolgt mit 960 Hz. Das digitale Signal wird einem Eingang eines Mikroprozessors, bei dem es sich im Beispiel um den Typ 80C186 mit Peripherie- und Regeleinrichtungen handelt, zugeführt. Ein digitales Ausgangssignal dieses Prozessors 40 wird einem 12 Bit Digital-Analog-Wandler 42 zugeführt, der dem Verstärker 14 ein Regelsignal zwecks automatischer Verstärkungsregelung zuführt, damit der Prozessor mit hinreichend konstanten Impulsamplituden gespeist wird. Ein Überwachungsausgang 46 des Prozessors 40 liefert die Monitordaten an einer seriellen Schnittstelle, die einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die dann, wenn zulässige Grenzwerte überschritten werden, die erforderlichen Maßnahmen veranlaßt. Der Prozessor 40 liefert auch die Taktfrequenz von 960 Hz für den Abtast- und Haltekreis.

Der Prozessor 40 führt eine schnelle Fouriertransformation (FFT) der ihm zugeführten Abtastwerte durch, gewinnt dadurch nach Amplitude und Phase das demodulierte Signal der Antenne 10 und errechnet außerdem nach Amplitude und Phase die Werte der durch ein überfliegendes Flugzeug hervorgerufenen Störungen. Die zuletzt genannte Störung wird von dem demodulierten Gesamtsignal der Antenne 10 subtrahiert, so daß sich praktisch ein Signal ergibt, wie es vorliegen würde, wenn das überfliegende Flugzeug nicht vorhanden wäre. Dieses Signal wird vom Prozessor 40 auf die Einhaltung der oben genannten Grenzwerte überwacht. Man kann die Anordnung so treffen, daß stets eine Subtraktion ausgeführt wird (beim Fehlen von Überflugstörungen wird dann der Wert 0 vom Gesamtsignal subtrahiert). Man kann statt dessen so vorgehen, daß eine Subtraktion nur ausgeführt wird, wenn sie nötig ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Überwachen einer Landekursanlage eines Instrumentenlandesystems, bei dem eine Feldsensorantenne die Kurssignale eines Landekurssenders empfängt und wobei deren Empfangssignale demoduliert werden, wobei die Empfangssignale durch Reflexion an überfliegenden Flugzeugen gestört sein können und eine Reflexion aus dem demodulierten Signal erkannt wird sowie die Einhaltung oder Überschreitung von Grenzwerten festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale einer IQ-Konversion unterzogen werden, bei der ein In-Phase-Signal und ein dazu eine Phasenverschiebung von 90° aufweisendes Quadratursignal erzeugt werden, daß die Empfangssignale bei der IQ-Konversion oder danach demoduliert werden, und daß aus den demodulierten Signalen das von einem überfliegenden Flugzeug reflektierte Signal nach Betrag und Phase gewonnen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zero-IF-De­ modulation durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierte Signal von dem gestörten demodulierten Signal phasenrichtig zur Bildung eines störungsbefreiten Signals subtrahiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das störungsbefreite Signal auf die Einhaltung der Grenzwerte geprüft wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die demodulierten Signale digitalisiert und von einem digitalen Prozessor verarbeitet werden.

6. Anordnung zum Überwachen einer Landekursanlage eines Instrumentenlandesystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Feldsensorantenne die Kurssignale eines Landekurssenders empfängt und wobei deren Empfangssignale demoduliert werden, wobei die Empfangssignale durch Reflexion an überfliegenden Flugzeugen gestört sein können und eine Reflexion aus dem demodulierten Signal erkannt wird sowie die Einhaltung oder Überschreitung von Grenzwerten festgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignale einem IQ-Konverter (16, 18, 20, 24) zugeführt sind, der im Betrieb ein In-Phase-Signal und ein dazu eine Phasenverschiebung von 90° aufweisendes Quadratursignal erzeugt, daß die Empfangssignale bei der IQ-Konversion oder danach demoduliert werden, und daß aus den demodulierten Signalen das von einem überfliegenden Flugzeug reflektierte Signal nach Betrag und Phase gewonnen wird.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die demodulierten Signale einer Digitalisierungseinrichtung (Abtast- und Haltekreis mit AD-Wandler 34) zugeführt sind, deren Ausgang mit einem Eingang eines digitalen Prozessors gekoppelt ist.