DE2007460C3

DE2007460C3 - Funksystem zur passiven Entfernungsmessung zwischen zwei Stationen mit Hilfe des Doppler-Effektes

Info

Publication number: DE2007460C3
Application number: DE2007460A
Authority: DE
Inventors: Charles William Hampstead London Earp; Francis Giles Cuffley Hertfordshire Overbury
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1969-02-21
Filing date: 1970-02-18
Publication date: 1974-04-11
Also published as: DE2007460A1; GB1232567A; US3633204A; DE2007460B2; FR2031586B1; FR2031586A1

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur passiven Messung der Entfernung zwischen einer Fest- und einer Mobilstation mit Hilfe des Doppler-Effektes, bei dem hochfrequente Wellen entweder von der Feststation durch zwei räumlich voneinander entfernte bewegte Strahlungsquellen ausgesendet oder von der Mobilstation durch zwei räumlich voneinander entfernte bewegte Empfangsantennen empfangen werden.

Ein derartiges System ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 289 147 bekannt.

Im Zusammenhang mit der Erfindung wird das ältere Patent 1 935 739 erwähnt. Bei diesem handelt es sich um eine Einrichtung zur passiven Messung der Entfernung zwischen zwei Körpern, die eine Relativbewegung zueinander ausführen nach dem Prinzip der Laufzeitmessung elektromagnetischer Wellen unter Verwendung zweier auf dem einen Körper angebrachter, elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenzen aussendender Sendeantennen, zweier auf dem anderen Körper angebrachter Empfangsantennen und eines auf der Empfangsseite angeordneten Phasenmessers zur Abgabe einer das Maß der Entfernung angebenden elektrischen Größe, insbesondere für eine Einrichtung zum Verhindern des Zusammenstoßes von Flugzeugen, bei der die beiden Sendeantennen in vertikalem Abstand auf dem ersten Körper angebracht sind und Wellen we-

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nig unterschiedlicher Frequenzen aussenden, bei der system ausstrahlt, einen festen Frequenzunter-

belde Empfangsantennen auf dem anderen Körper in schied /,

vertikalem Abstand angebracht sind und beide die So werden also kontinuierliche Hochfrequenzsi-

Xthlungen der beiden Sendt f F d Gt 9 cheinander

vertikalem Abstand angebracht sind und beide die So werden also kontinuierliche Hochfrequenzsi Xusstrahlungen der beiden Sendeantennen empfan- gnale der Frequenz F des Generators 9 nacheinander ,gen, bei der in jedem einer Empfangsantenne nach- 5 und in zyklischer Folge über den Kommutator« und «schalteten Empfangszug eine Detektorstufe zur die entsprechenden Speiseleitungen den Etazelstrah-Pfldung der Scbwebungsfrequenz der ausgesendeten lern des linearen Antennensystems zugeführt, so daß bzw. empfangenen Wellen vorgesehen ist und dem eine einseitig gerichtete Bewegung einer Strahlungs-Pbasenmes^r diese beiden Schwebungsfrequenzen quelle mit konstanter Geschwindigkeit simuliert , zugeführt werden. _{10 wird;} $„ Kommutator 8 wird vom Niederfrequenz-

Aus der deutschen Auslegeschrift I 249 361 ist das generator 10 gesteuert.

Simulieren der Bewegung einer Einzelantenne durch Eine bewegliche Empfangsstation (in einem Flug-

»ufeinanderfolgendes Anschalten der Strahler einer zeug) enthält zwei getrennte Empfänger 11 und 12, Antennen reihe bekannt. deren zugehörige U-mfangsantennen 13 bzw. 14 an

Es ist demgegenüber die Aufgabe der Erfindung, 15 verschiedenen Stellen montiert sind, und jede empein System zur passiven Messung der Entfernung an- fängt beide ausgestrahlten Frequenzen der Bodenstazugeben, das in einem Bereich von kleiner 40:1 tion, so daß in jedem Empfänger eine Schwebungsgenau arbeitet und somit bei der Verwendung in frequenz entwickelt werden kann, einem Landesystem auch die Entfernungsmessung Da der Abstand der Antennen der Bodenstation

auf der Landebahn ermöglicht, ohne daß dabei Pha- ao periodisch variiert -^ird, erfahren die in den Empfänsenmehrüeutigkeiten auftreten. gern aufgenommenen Signale lcfolge der simulierten

Die Aufgabe wird — ausgehend von Jem eingangs Bewegung der Strahlungsquelle des linearen Antengenannten System — gemäß der Erfindung dadurch nensystems eine Dopplerverschiebung, und zwar ist gelöst, daß die jeweils andere Station zwei in dersel- die von dem einen Empfänger wahrgenommene ben Ebene räumlich voneinander entfernte feste as Dopplerverschiebung verschieden von der Doppler-Empfangsantennen bzw. Strahlungsquellen aufweist verschiebung, wie sie vom anderen Empfänger wahr- und sich die von den beiden Strahlungsquellen ausge- genommen wird.

sandten hochfrequenten Wellen um eine konstante, In jedem Empfänger sind Mittel vorgesehen, um

kleine Frequenz unterscheiden und je ein jeder Emp- die Schwebungsfrequenz der beiden Hochfrequenzen fangsantenne zugeordneter Empfänger die Schwe- 30 zu ermitteln, die proportional zum Richtungswinkel bungsfrequenz der beiden empfangenen hochfre- von der Bodenstation ist. In der Empfangsstation quenten Wellen bildet, daß der gegenseitige Abstand sind ferner Mittel 15 vorgesehen, um die Differenz der Strahlungsquellen der Feststation bzw. der der der beiden Schwebungsfrequenzen zu ermitteln, die Empfangsantennen der Mobilstation periodisch mit dem Reziprokwert der Entfernung proportional ist. konstanter Geschwindigkeit verändert wird und daß 35 Die Ermittlung der Schwebungsfrequenz sowie die eine Einrichtung aus den sich durch die Bewegung Bestimmung ihrer Differenzfrequenz mit analogen der Strahlungsquellen bzw. der Empfangsantennen oder digitalen Verfahren sind bekannt, und eine ins zueinander ändernden Schwebungsfrequenzen die einzelne gehende Beschreibung der Schalung wird1 in Differenzfrequenz bildet und als Maß für die Entfer- diesem Zusammenhang daher für nicht notwendig nung Feststation—Mobilstation die Periodendauer 40 erachtet,
der Differenzfrequenz auswertet. Die übrigen noch zu beschreibenden Ausfuhrungs-

Weiterbildungen der Erfindung können aus den beispiele beruhen auf dem gleichen Grundprinzip, Unteransprüchen entnommen werden. nämlich auf der periodischen Abstandsänderung ent-

Die Erfindung wird nun für die Messung der Er- weder der Strahlungsquellen bei der Bodenstation findung zwischen Bodenstation und Flugzeug an 45 (F i g. 1 bis 4) oder der Empfangsantennen an Bord Hand der Figuren beispielsweise erläutert. Es zeigen der Flugzeuge (Fig. 5 und6), der Aussendung

Fig. 1 bis4 Ausführungsbeispiele dtr Entfer- zweier verschiedener Frequenzen und der Bestimnungsmeßeinrichtung mit periodischer Veränderung mung der Differenzfrequenz zwischen den beiden des Abstandes zweier Strahlungsquellen bei der Bo- Schwebungssignalen auf der Empfangsseite. den-Sendestation und 50 Wo es angängig ist, sind in allen Figuren fur die

Fig. 5 und 6 Ausführungsbeispiele der Entfer- gleichen Apparateteile oder die gleichen Funktionen nungsmeßeinrichtung mit periodischer Veränderung auch die gleichen Bezugszahlen verwendet worden, des Abstandest der Empfangsantennen in der Emp- und die folgende Beschreibung ist in der Hauptsache fangsstation an Bord von Flugzeugen. darauf abgestellt, die verschiedenen Arten der perio-

DieinFig. 1 schematisch dargestellte Boden-Sen- 55 dischen Abstandsänderungen der Strahlungsquellen destation enthält eine feststehende Antenne 1, die oder der Empfangsantennen zu erläutern. Hochfrequenzenergie der Frequenz F - / als konti- Die Bodenstation gemäß F ι g. 2 enthalt wieder die

nuierliche Welle eines Generators 2 ausstrahlt. Es ist feststehende Antenne 1 und das aus den Einzelstranferner ein aus mehreren Einzelstrahlern in gleichmä- lern 3,4,5 und 6 bestehende lineare Antennensystem, ßigem Abstand bestehendes, lineares Antennensy- 60 das mit dem Kommutator 8 verbunden ist, der vom stern vorgesehen, von dem die Einzelstrahler 3,4,5 Niederfrequenzgenerator 10 gesteuert wird. In dieund6 gezeichnet sind; jeder Einzelstrahler ist mittels sem Ausfühmngsbeispiel ist eine nach beiden betten einer Speiseleitung, beispielsweise 7, mit einem Korn- gehende Abtastung des Antennensystems vorgesemutator 8 verbunden, der an einen Generator 9 der hen, um eine hin- und hergehende Bewegung einer Frequenz F angeschlossen ist und der von einem 65 Strahlungsquelle zu simulieren. Die voin Antennen-Niederfrequenzgenerator 10 gesteuert wird; die von system ausgestrahlte, vom Generator 9 gelieferte der feststehenden Antenne 1 ausgestrahlte Frequenz Hochfrequenzenerg'.e hat eine konstante Frequenz/', hat'also von der Frequenz, die das lineare Antennen- die von der feststehenden Antenne 1 auszustrahlende

Frequenz muß jeweils bei Umkehrung der Abtast- symbolisiert, die vom Niederfrequenzgenerator 10

richtung des Antennensystems zwischen zwei Wer- gesteuert werden.

ten, die um den gleichen Betrag/ oberhalb (bzw. un- In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 5

terhalb) und unterhalb (bzw. oberhalb) der vom An- und 6 ist der Abstand der von der, Generatoren 2

tennensystem ausgestrahlten Frequenz F liegen, um- 5 und 9 gespeisten Antennen 1 und 3 fest, und es wird

geschaltet werden, wenn erreicht werden soll, daß die der Abstand zwischen den Empfangsantennen perio-

Dopplerverschiebung der Schwebungsfrequenz hin- disch verändert. Die Antennen 1 und 3 der Bodensta-

sichtlich der Frequenz nur nach einer Seite gerichtet tion strahlen verschiedene Frequenzen aus.

ist. Dementsprechend sind zur Speisung der fcstsitc- Gemäß F i g. 5 ist ein Empfänger 11 an eine fest-

henden Antenne 1 zwei Generatoren für Hochlrc- io stehende Antenne 13 angeschlossen, während ein

quenzenergie IA (Frequenz F + /) und IB (Frequenz zweiter Empfänger 12 mit einem aus Einzelantennen

F — f) vorgesehen. Die Frequenzen werden abwech- 14/1 bis 14 N bestehenden Antennensystem über

selnd bei jeder Halbperiodc der Abtastung des An- einen Kommutator 19 und über Speiseleitungen 18

tennensystems ausgestrahlt; diese Tatsache ist in verbunden ist; der Kommutator 19 wird von einem

Fig.2 durch einen Umschalter 16 symbolisiert, der 15 Niederfrequenzgenerator 20 derart gesteuert, daß

vom Niederfrequenzgenerator 10 gesteuert wird, was jede der Einzelantennen 14 nacheinander mit dem

durch die gestrichelt gezeichnete Linie 17 angedeutet Empfänger 12 verbunden wird, wobei eine einseitig

ist. Diese Darstellung ist rein schematisch und deutet gerichtete oder hin- und hergehende Abtastung mit

an, daß in der Praxis die drei benötigten Frequenzen konstanter Geschwindigkeit erreicht werden kann.

(F, F+/, F — f) aus einem einzigen Generator durch ao Gemäß Fig.6 ist jedem Empfänger 11 und 12 ein

Seitcnbanderzeugung (Modulation) hergestellt wer- lineares Antennensystem mit Einzelantennen 13 A

den (oberes und unteres Seitenband einer Modula- bis 13 N bzw. 14 A bis 14 N in gleichmäßigen gegen-

tionsfrequenz). seitigen Abständen zugeordnet; jede der Einzelanten-

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der F i g. 3 nen wird über Kommutatoren 19 A bzw. 19 B, die

strahlt die feststehende Antenne 1 eine konstante as vom Niederfrequenzgenerator 20 gesteuert werden,

Frequenz (F) aus, und es wird eine nach beiden Sei- nacheinander mit den Empfängern 11 bzw. 12 ver-

ten gerichtete Abtastung der Einzelstrahler 3,4, 5 bunden; die Steuerung der Kommutatoren 19 A und

und 6 des Antennensystems mit konstanter Ge- 19 B erfolgt derart, daß eine einseitig gerichtete, aber

schwindigkeit vorgenommen, wobei synchron bei je- auf den beiden Antcnnensystemeu gegenläufige Ab-

der Halbperiode der Abtastung Generatoren 9 A und 30 tastung erreiche wird.

9 B mit den Frequenzen F + f bzw. F — f mittels des Wenn in der Bodenstation die Sendeantennen Umschalters 16, der vom Niederfrequenzgenerator übereinander montiert sind, wodurch eine Verände-

10 gesteuert (17) wird, angeschaltet werden. rung der Schwebungsfrequenz in Abhängigkeit vom In F i g. 4 ist wieder die feststehende Antenne 1 hlevationswinkel entsteht, müssen die Empfangsan-

und das aus den Einzelstrahlen 3,4,5 und 6 beste- 35 tennen in gleichem Sinne, d. h. übereinander, monhcnde Antennensystem dargestellt, das hin- und her- tiert sein. Ein solches System hat den Vorteil daß in gehend mit konstanter Geschwindigkeit abgetastet den Flugzeugen, unabhängig vom gesteuerten Kurs, wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden nur immer die Entfernung bestimmt werden kann,
zwei Frequenzen F + f und F — f zur Ausstrahlung ge- Wenn jedoch das System für den Anflug von Flugbracht, die bei jeder Halbperiode der Abtastung zwi- 40 zeugen auf eine Landebahn benutzt werden soll, ist sehen der feststehenden Antenne 1 und dem Anten- es zweckmäßig, e;n horizontales Antennensystem zu nensystem vertauscht werden. Dazu brauchen nur verwenden, das, als Querstrahler ausgebildet, zur zwei Generatoren 2 und 9 für die Frequenzen F+/ Azimutbestimmung verwendet wird. Unter diesen bzw. F — f vorgesehen zu sein; die mit der Abtastung Umständen werden in den Flugzeugen nach vorn gesynchrone Vertauschung ist in der F i g. 4 durch die 45 richtete Antennen verwendet, die einen gewissen Abmiteinander gekuppelten Schalter 16 A und 16 B stand in der Horizontalebene haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. System zur passiven Messung der Entfernung zwischen einer Fest- und einer Mobilstation S mit Hilfe dc;s Dopplsr-Effektes, bei dem hochfrequente Wellen entweder von der Feststation durch zwei räumlich voneinander entfernte bewegte Strahlungsquellen ausgesendet oder von der Mobilstation durch zwei räumlich voneinander entfernte bewegte Empfangsantennen empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils andere Station zwei in derselben Ebene räumlich voneinander entfernte feste Empfangsantennen bzw. Strahlungsquellen aufweist und sich die von den beiden Strahlungsquellen ausgesandten Wellen um eine konstante, kleine Frequenz unterscheiden und je ein jeder Empfangsarttenne (13, 14) zugeordneter Empfänger (11, 12) öje Schwebungsfrequenz der beiden »0 empfangenen hochfrequenten Wellen bildet, daß der gegenseitige Abstand der Strahlungsquellen (1, 3 bis 6)1 der Feststation bzw. der der Empfangsantennen (13, 14) der Mobilstation periodisch mit konstanter Geschwindigkeit verändert as wird und daß eine Einrichtung (15) aus den sich durch die Elewegung der Strahlungsquellen bzw. der Empfangsantennen zueinander ändernden Schwebungsfrequenzen die Differenzfrequenz bildet und alü Maß für die Entfernung Feststation—Mobil station die Periodendauer der Differenzfrequenx auswertet.

2. System nach Anspruch 1, '''adurch gekennzeichnet, daß bei nicht verändertem Abstand der Empfangsantennen (13, 14) die erste Strahlungsquelle (1) eier Feststation feststeht und daß die zweite Strahlungsquelle dadurch beweglich wird, daß die Einzelstrahler eines aus einer Mehrzahl von Einzelstrahlern (3 bis 6) bestehenden linearen Antennensystems nacheinander und in periodischer Folge erregt werden.

3. System: nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Einzelstrahler (3 bis 6) deran: erfolgt, daß eine einseitig gerichtete Bewegung der zweiten Strahlungsquelle simuliert wird.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung der Einzelstrahler (3 bis 6) des linearen Ajjtennensystems derart erfolgt, daß eine zweiseitig gerichtete Bewegung der zweiten Strahlungsquelle simuliert wird, und daß jeweils bei Umkehrung der Bewegungsrichtung (Halbperiode der Abtastung) die erste Hochfrequenz für die Speisung der ersten, feststehenden Strahlungsquelle (1) zwischen zwei um die konstante kleine Frequenz oberhalb und unterhalb von der zweiten Hochfrequenz für die Speisung des Antennensystems liegenden Frequenzwerten umgeschaltet wird.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils bei Umkehrung der Bewegungsrichtung (Halbperiode der Abtastung) die beiden Hochfrequenzen vertauscht werden.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Abstand der Strahlungsquellen (1, 3) bei der Feststation die eine (13) der Empfangsantennen feststeht und daß die zweite Empfangsantenne dadurch beweglich wird, daß die Einzel antennen einejι ausι einer Mehrzahl von Einzelantennen (I'M bis UN) u» gleichem Abstand bestehenden linearen Antennensystems nacheinander und in zyklischer Folge mit dem entsprechenden Empfänger verbunden * werden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine einseitig gerichtete Bewegung der zweiten Empfangsantenne simuliert wirü.

8. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweiseitig gerichtete. Bewegung der zweiten Empfangsantenne simuliert wird.

9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstantem Abstand der Strahlungsquellen (1, 3) bei der Feststation beide Empfangsantennen dadurch beweglich werden, daß die Einzelantennen zweier aus einer Mehrzahl von Einzelantennen (13 A bis 13 N, 14 A bis 14N) in gleichem Abstand bestehender linearer Antennensysteme nacheinander und in zyklischer Folge mit dem zugehörigen Empfänger verbunden werden, derart, daß eine gegenläufige, einseitig gerichtete Bewegung jeweils einer einzelnen Empfangsantenne in den beiden linearen Antennensystemen simuliert wird.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Strahlungsquellen der Feststation als auch die Empfangsantennen der Mobilstation in einer Horizontalebene aufgebaut sind.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Strahlungsquellen der Feststation als auch die Empfangsantennen der Mobilstation in einer Vertikalebene aufgebaut sind.