DE2150053A1

DE2150053A1 - Interferometer-Navigationssystem zur Raumwinkelbestimmung

Info

Publication number: DE2150053A1
Application number: DE19712150053
Authority: DE
Inventors: Cooper Herbert W
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1971-10-07
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1349289A; JPS549477B1; US3697997A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER 2150053

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

•Düsseldorf, 6. Okt. 1971

39,061
71 106

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Interferometer-Navigationssystem zur
Raumwinkelbestimmung

' Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisches Präzisions-Navigationssystem, das nach dem Interferometerprinzip arbeitet und die Messung der Richtung, in der elektromagnetische Energie eintrifft, in bezug auf die Achse einer Antennenanordnung gestattet.

Ein nach dem Interferometerprinzip arbeitendes Präzisions-Navigationsbodensystem mit einer festen linearen Anordnung aus Trägerund Seitenbandantennen, wobei der Raumwinkel in bezug auf die Lage des Bodensystems einem Mikrowellenträger überlagert wird, wird in der deutschen Patentschrift 1 616 544 beschrieben. Diese Patentschrift erwähnt nicht nur eine Drei-Antennen-Anordnung, sondern auch eine Zwei-Antennen-Anordnung, bei der die Interferenz-Trägerstrahlung von den beiden Antennen ein Bezugs-Trägerstrahlungsdiagramm bildet, das bezüglich einer Linie zentriert ist, die von beiden Antennen den gleichen Abstand aufweist und parallel zu den Mittellinien der beiden Seitenband-Strahlungsdiagramme verläuft.

Auch andere Interferometer-Systeme mit zwei Antennen gehören bereits zum Stand der Technik. Jedoch bringen diese Systeme die

209817/0839

Telefon (O211) 32O8 58 Telegramme Custopat

Phase einer Antenne auf Servobasis auf einen Nullwert,oder aber sie machen von phasenstarren Oszillatoren Gebrauch, die eine Ausgleichsfrequenz für eine der beiden Antennen des Interferometers erzeugen.

Aufgabe vorliegende Erfindung ist die Schaffung eines nach dem Interferometerprinzip arbeitenden Winkelüberlagerungssystems mit einer Zwei-Antennen-Anordnung.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Interferoraeter-Navigationssystem zur Bestimmung des Raumwinkels zwischen der Längsachse eines Fahrzeugs und einer von einer entfernten Quelle elektromagnetischer Energie gebildeten Bezugskurslinie erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des vorderen Bereiches des Fahrzeugs auf einer Linie quer zu der Längsachse des Fahrzeugs eine erste und eine zweite Antenne angeordnet und mit einer Schaltungsanordnung für die Aufnahme eines Teils der von den Antennen von der Quelle empfangenen elektromagnetischen Energie und zur Abgabe eines Ausgangssignals entsprechend einer von der Quelle ausgestrahlten Frequenz sowie mit einem ersten bzw. einem zweiten elektronischen Signalkoppler gekoppelt sind, die ihrerseits mit einem ersten bzw. zweiten Phasenmodulator in Verbindung stehen, die in zueinander entgegengesetzten Phasenrichtungen arbeiten und dabei die zugeführte elektromagnetische Energie unter Bildung oberer und unterer Seitenbänder der einen Frequenz hinsichtlich ihrer Frequenz herauf- bzw. herabsetzen, daß der erste und der zweite Phasenmodulator gemeinsam an eine Modulations-Signalqueile angeschlossen sind, die ein im Verhältnis zu dar einen Frequenz niederfrequentes Modulationssignal liefert und damit für die Frequenzumsetzung sorgt, daß die Ausgänge der Schaltungsanordnung sowie der beiden Phasenmodulatoren ein HF-Kombinationsnetzwerk speisen, das ein der einen Frequenz entsprechendes Eingangssignal mit einer von dem Raumwinkel abhängigen Phasenkomponente der niederfrequenten Modulationsspannung erzeugt und damit einen Detektor beaufschlagt, der ein Ausgangssignal der relativ niedrigen Frequenz mit der Phasenkomponente liefert, das der Differenz in der HF-Pbase der von den beiden Antennen empfange-

209817/0839

nen Signale entspricht, und daß mit dem Ausgang des Detektors sowie der Signalquelle ein Phasenkomparator gekoppelt ist, der das verhältnismäßig niederfrequente Modulationssignal mit dem Ausgangssignal des Detektors unter Abgabe eines Ausgangssignals vergleicht, das dem Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs und der Bezugskurslinie entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen;

Fig. 1 schematisch ein Flugzeug beim Anflug auf eine Landebahn, die mit einem eine Kurslinie für Navigationszwecke festlegenden Ansteuerungsfunkfeuer ausgestattet ist;

Fig. 2 eine graphische Darstellung der für die Antennenanordnung der vorliegenden Erfindung in bezug auf das Ansteuerungsfunkfeuer maßgeblichen geometrischen Verhältnisse;

Fig. 3 ein Diagramm des elektromagnetischen Spektrums eines in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eingesetzten Ansteuerungsfunkfeuers, das die Änderung des Spektrums in Abhängigkeit von Kursabweichungen des Flugzeugs erkennen läßt;

Fig. 4A und eine Draufsicht und eine Seitenansicht des vorderen Bereichs eines Flugzeugs, die die Lage der erfindungsgemäß eingesetzten Antennenanordnung veranschaulicht;

Fig. 5 ein Blockschaltbild der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6A, 6B Diagramme, die die relative Phasenlage der von ^Un dem Ansteuerungsfunkfeuer empfangenen Signale ver-

209817/0839

anschaulichen, um das Verständnis der Wirkungsweise der Erfindung zu erleichtern;

Fig. 7 . ein Diagramm, das die Abhängigkeit der Phasenverschiebung von dem Raumwinkel für eine Zwei-Antennenanordnung verdeutlicht, wie sie für die Erfindung Verwendung findet; und

Fig. 8 ein Diagramm, das die Amplitudenempfindlichkeit der empfangenen Signale von dem Raumwinkel für eine in Verbindung mit der Erfindung eingesetzte Zwei-Antennen-Anordnung wiedergibt.

In der Zeichnung, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen

zu
versehen sind, zeigt Fig. 1 als/ortendes Fahrzeug 10 ein Flugzeug beim Anflug auf eine Landebahn 20. Ein elektronischer Empfänger (nicht dargestellt) spricht aufjvorzugsweise im UKW-Bereich liegende elektromagnetische Signale an, die ein Ansteuerungsfunkfeuer 12 austrahlt. Im vorderen Bereich des Fahrzeugs 10 sind auf beiden Seiten zwei Antennen 14 und 16 symmetrisch zu der Längsachse X-X des Fahrzeugs 10 längs einer geraden Grundlinie Y-Y angeordnet, die im wesentlich senkrecht zu der Längsachse X-X des Fahrzeugs verläuft. Erfindungsgemäß soll das Fahrzeug 10 entsprechend einem von dem Funkfeuer 12 ausgestrahlten Signal geleitet und ein Raumwinkel θ bestimmt werden, der beispielsweise dem Winkel entspricht, um den die Längsachse des F_ahrzeugs gegenüber der Längsachse der Landebahn 20 verdreht ist, wobei die Längsachse der Landebahn 20 durch die radiale Mittellinie R definiert ist, die von dem Zentrum des Funkfeuers 12 zu einem Punkt 18 verläuft, der äquidistant zwischen den Antennen 14 und 16 auf der Grundlinie Y-Y im Schnittpunkt derselben mit der Längsachse X-X des Flugzeugs liegt. Durch Bestimmung des Winkels Q kann die erforderliche Ausrichtung des Flugzeugs in bezug auf die Landebahn eingeleitet warien, um so die Einwirkung von Querwinden auf ein Minimum herabzusetzen. Dies erfolgt mit Hilfe eines an Bord des Flugzeugs befindlichen Interferometersystems, das es gestattet, die Richtung, in der die elektromagnetische Energie ein-

209817/(18 3 9

fällt, in bezug auf die Grundlinie der Antennenanordnung durch Erfassung der Differenz in der HF-Phase (Eintreffzeit) des
ausgestrahlten Funkfeuer-SignaIs zu messen, das ναι den beiden Antennen 14 und 16 aufgefangen wird.

Dies ist geometrisch mit Fig. 2 veranschaulicht. Die Ausbreitungslinien vom Zentrum des Funkfeuers 12 zu den Antennen 14 und 16 sind mit R_ bzw. Ry bezeichnet, während die Ausbreitungslinie
von dem Zentrum des Funkfeuers 12 zu dem in der Mitte zwischen den Antennen 14 und 16 liegenden Punkt 18 der bereits erwähnten mittleren Radiallinie R entspricht. Der Abstand der Antennen und 16 von dem mittleren Punkt 18 ist in Fig. 2 mit D/2 bezeichnet, so daß sich folgende Zusammenhänge mathematisch ausdrücken lassen;

- (R sin θ - D/2)² + (R cos Θ)² = R² - R D sin θ + D²/4
R ² - (R sin θ + D/2)² + (R cos Q)² = R² + R D sin θ + D²/4

₁ - R

Γΐ + D sin Q + (P__ )²] i

Lh 2r J ²

Durch binomische Annäherung erhält man:

,R_L & R |~1 + (D/2R) sin θ + 1 (D/2R)² 1

Wenn die Strecke R viel größer als der Abstand D zwischen den
beiden Antennen 14 und 16 ist, so verlaufen die Ausbreitungslinien R__T, R_T sowie die mittlere Radiallinie R im wesentlichen

parallel, und der Ausdruck 1/2(D/2R) kann gegenüber Eins vernachlässigt werden. Wenn die Längsachse X-X des Flugzeugs IO
zu dem Ansteuerungsfunkfeuer 12 zeigt, so ist der Raumwinkel θ = O, und R-. " R ö R. Wenn die Längsachse X-X des Flugzeugs 10 sich zur rechten Seite des Funkfeuers 12 hin bewegt, nimmt
R^ um den Wert (D/2) sin θ ab, während R um den gleichen Wert wächst. Wenn die Längsachse X-X des Flugzeugs 10 sich nach links

209817/0839

bewegt, so treten die umgekehrten Verhältnisse ein.

Mit Fig. 3 ist ein elektromagnetisches Strahlungsspektrura eines Signals wiedergegeben, wie es von dem Funkfeuer 12 ausgesandt wird und das bei seiner Trägerfrequenz f , oberen Seitenband-Frequenzen f + 90 Hz und f + 150 Hz sowie unteren Seitenbando ο

Frequenzen f - 90 Hz und f - 15O Hz eine Spektrallinie aufweist. Diese Seitenband-Frequenzen enthalten die Information bezüglich der Winkellage der Flugzeug-Antennen relativ zu der Längsachse

fc der Landebahn 20. Befindet sich das Flugzeug beispielsweise genau in Kursrichtung, so sind die Amplituden der Seitenbänder f + 90 Hz und f ± 15O Hz im wesentlichen gleich. Befindet sich das Flugzeug dagegen links der Landebahn, so überwiegt das f + 90 Hz-Seitenband, während das f + 150 Hz-Seitenband überwiegt, wenn das Flugzeug sich auf der rechten Seite der Landebahn befindet. Diese Seitenbänder sind für die Erfindung jedoch nicht erforderlich, sondern werden lediglich zur Erklärung erwähnt. In ähnlicher Weise könnte das Trägersignal eines VOR-Systems gefiltert und nur der Träger verwendet werden. Das System nach der Erfindung braucht nur auf die Trägerfrequenz f anzusprechen, da Modulation sowie eine Bezugsphase von dem Empfänger selbst erzeugt werden, wie das nachstehend erläutert wird, ebenso wie

" die Ableitung der ausgestrahlten Trägerfrequenz ohne die Notwendigkeit einer mittleren Antenne in der Ebene der beiden Seitenband-Antennen. Das ausgestrahlte Signal wird von den beiden, durch den Abstand D voneinander getrennten Antennen 14 und 16 empfangen. Da die Antennen 14 und 16 in den gleichen Abständen D/2 symmetrisch zu der Längsachse des Flugzeugs angeordnet sind, wirkt der mittlere Punkt 18 als mittig zwischen den beiden Antennen 14 und 16 befindliche "Phantom-Antenne", Diese Phantom-Antenne kann als das Element zur Gewinnung oder Ableitung des ausgestrahlten Trägersignals f angesehen werden.

Die in Verbindung mit der Erfindung einzusetzenden Antennen liegen auf oder nahe der Außenfläche des Flugzeugs 10 in dessen vorderem Bereich beiderseits des Flugzeugbugs, wie das mit Fig. 4A bzw. 4B

209817/0839

gezeigt ist. Herkömmliche Flugzeuge sind normalerweise mit einem Radargerät ausgestattet, das unmittelbar am Bug des Flugzeugs 10 angebracht und durch eine Radarkuppel 22 abgedeckt ist. Die Antennen befinden sich dabei etwa in einem mit einer gestrichelten Linie angedeuteten Gebiet 24, wobei sie voneinander einen Abstand D (Fig. 4A) zwischen 1,50 und 2,40 m (5 - 8 Fuß) haben können. Dieser Abstand liegt normalerweise in der Größenordnung einer Wellenlänge der Trägerfrequenz f , wird jedoch in erster Linie durch die Abmessungen des Flugzeugs bestimmt. Daraus ergibt sich, daß ein Antennenaufbau entsprechend Fig. 4A und 4B den Einsatz in Verbindung mit einem am Boden aufgestellten Funkfeuer gestattet, das eine Trägerfrequenz f von etwa 0,1 GHz hat. Dieser Hinweis soll jedoch nur zur allgemeinen Erklärung dienen, denn gewünschtenfalls können ebenso andere Trägerfrequenzbänder Anwendung finden, wobei dann zu berücksichtigen ist, daß die Wellenlänge einen Einfluß auf den Abstand der Antennen sowie deren Unterbringung in dem Flugzeug hat.

Bisher wurden die allgemeinen Anforderungen an ein an Bord eines Fahr- bzw. Flugzeugs untergebrachtes Interferometersystems, das in Verbindung mit einem entfernt aufgestellten Funkfeuer arbeite^ sowie die Aufgabe des Interferometersystems betrachtet, ein Ausgangssignal zu liefern, das repräsentativ für einen Raumwinkel θ zwischen der Längsachse X-X des Fahr- bzw. Flugzeugs und einer mittleren Radiallinie R durch das Zentrum des Funkfeuers ist.

Mit Fig. 5 ist scheraatisch ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsfona der Erfindung wiedergegeben. Antennen 14 und 16 sprechen auf das abgestrahlte Signal f = f _q + (f _Q ± 90 Hz)

+ (f + 15Ο Hz) des Funkfeuers 12 an. Ein Teil der von den Ano — +)

tennen 14 und 16 ist mittels übertragungsleitungen 28 bzw. 30 an eine Schaltungsanordnung 26 angekoppelt, die ein Mikrowellenelement wie eine Hybridverbindung oder ein magisches T enthalten kann. Die Schaltungsanordnung 26 bewirkt eine Vereinigung der Energie f +Δ0 und f -Δ0, worin /$> 0 eine HF-Verschiebung in

Abhängigkeit von dem differentiellen Abstand der beiden Antennen +) empfangenen Energie

209817/0839

von der am Boden befindlichen Strahlungsquelle darstellt, und liefert beispielsweise ein Ausgangesignal f , das gleich der von dem entfernten Funkfeuer 12 abgestrahlten Trägerfrequenz ist. Die Schaltungsanordnung 26 wirkt dann als Phanton-Antenne für die Trägerfrequenz, was wichtig ist, um im Hinblick auf den Raumwinkel θ eine Richtung festlegen zu können, wie das weiter unten gezeigt wird. Die gewonnene Trägerfrequenz f beaufschlagt über eine Übertragungsleitung 34 ein Kombinationsnetzwerk 44. Ein zweiter Anteil der Signalenergie f + Z±>0 wird von der Übertragungsleitung 28 aus mittels eines Kopplers 36 an einen Phasenmodulator 38 angekoppelt. In gleicher Weise wird ein zweiter Teil der Signalenergie f - Z^.0 von der Übertragungsleitung 30 an einen zweiten Phasenmodulator 40 angekoppelt.

Ein Audiofrequenzsignal f einer Audio-Modulations-Signalquelle 42 ist gemeinsam an die beiden Phasenmodulatoren 38 und 40 angekoppelt. Diese Phasenmodulatoren sind praktisch Frequenzumsetzer oder Phasenschieber gleicher Bauart und beispielsweise als digital abgestufte Ferrit- oder Dioden-Phasenmodulatoren der Serrodyn-Bauart oder einer anderen geeigneten Bauart ausgebildet, wie das dem einschlägigen Fachmann geläufig ist. Das den Phasenmodulator 38 beaufschlagende Audiosignal f wandelt die Frequenz des Signals f + A0 in eine um den Wert f höhere Frequenz um, so daß die Ausgangsfrequenz f +£±0 + f erhalten wird. Andererseits ist das Audiosignal f an den Phasenmodulator 40 so angein

koppelt, daß die Energie der Antenne 16 mit der Frequenz f -A0 un den Wert f verringert wird, so daß der Phasenmodulator 40 eir Ausgangesignal mit der Frequenz f -^0 - f_ra abgibt.

Diese beiden Signale werden einem Kombinationsnetzwerk 44 über Übertragungsleitungen 48 und 50 zugeführt. Durch die Beaufschlagung der Signale f +Z±0 und f -/\,0 mit der Audiosignalfrequenz werden in dem Empfänger selbst ein oberes und ein unteres Seitenband erzeugt. Der Unterschied in der Weglänge von dem Funkfeuer zu den Antennen 14 und 16 des Flugzeugs lo , der zu einer Mikrowellen- oder HF-Phasenverschiebung/S₁₁ 0 führt, wird automatisch in eine Verschiebung der Audiophase umgesetzt, so daß das

20 9 817/0839

Kombinationsnetzwerk 44 eine resultierende Ausgangsspannung der Trägerfrequenz f_Q abgibt, die - je nach der Lage der Antennen 14 und 16 relativ zu dem entfernt ^angeordneten Funkfeuer 12 der Fig. 1 - bezüglich der Audiophase gegenüber dem modulierenden Signal f voreilt oder aber nacheilt. Dieses Signal wird als ^fo* ί ^fm ί Δ 0 bezeichnet, so daß beispielsweise, wenn die Antenne 14 sich näher als die Antenne 16 an dem Funkfeuer 12 befindet, ein Ausgangssignal f · + f + Z\0 von dem Kombinat ionsnstzwerk 44 abgegeben wird, während das Kombinationsnetzwerk ein Ausgangssignal f · ± f - Δ0 abgibt, wenn sich die Seitenband-Antenne 16 näher als die Antenne 14 an dem Funkfeuer 12 befindet. Ein von dem Ausgangssignal des Kombinationsnetzwerkes 44 gespeister demodulierender Detektor 52 siebt die Trägerkomponente aus und liefert ein Audiosignal f ' + /\ 0 veränderlicher Phase, das bei Speisung eines Phasenkomparators 54, der gleichzeitig von dem Audio-Modulationssignal f beaufschlagt wird, ein Aus-

gangssignal 0 liefert, das eine Funktion des Raumwinkels O ist und in jeder gewünschten Form in dem Flugzeug wiedergegeben werden kann. Durch eine Heraufsetzung der Frequenz der von einer der beiden Antennen empfangenen Energie und Herabsetzung der Frequenz der von der anderen Antenne empfangenen Energie und anschließendes Mischen dieser beiden Signale mit einem unmodulierten bzw. in seiner Frequenz nicht veränderten Mischsignal der von den beiden Antennen empfangenen, als Träger wirkenden Energie wird es somit möglich, die Audiomodulation mit der Phasenverschiebung zu beaufschlagen bzw. zu codieren. Dieses amplitudenmodulierte resultierende Mischsignal kann dann decodiert bzw. gleichgerichtet werden. Die Richtungsinformation wird durch Vergleich der in diesem Signal enthaltenen Phasenverschiebung mit dem Bezugssignal erhalten, das zur Erzielung der Frequenzumsetzung verwendet wird.

In Verbindung mit der Beschreibung des elektronischen Blockschaltbildes der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wobei die Schaltungsanordnung 26 als "Phantom-Antenne¹¹ zur Erzeugung der Trägerfrequenz f dient, können die Fig. 6A-C zum Verständnis der Wirkungsweise des Systems für die Lieferung der Richtungsinformation beitragen. Es sei angenommen, daß ein sinusförmiges

209817/0839

Phasenmodulationssignal f den Phasenmodulatoren 38 und 40 mit

feststehender Audiofrequenz mittels der Signalquelle 42 zugeführt wird. Wenn dann das Funkfeuer 12 unmittelbar im Verhältnis zu der Längsachse X-X des Flugzeugs 10 der Fig. 1 ausgerichtet ist, so ergibt sich für die Seitenbänder gegenüber dem Träger eine Augenblickslage, wie sie mit dem Vektordiagramm der Fig. GA veranschaulicht ist. Wenn die Längsachse X-X des Flugzeugs 10 zur rechten Seite des Funkfeuers 12 verschoben wird, so ändert sich jeder Signalweg wie oben beschrieben um den Wert D/2 sin Q, und es tritt der entsprechende, in Fig. 6B gezeigte Phasenverschiebungswinkel 0 auf, wobei 0 = (1Y D/ Λ, ) sin θ & (TfO/ Λ- )θ.

Die Fig. 6A und 6B zeigen Diagramme für denselben Zeitpunkt, jedoch unterschiedliche räumliche Winkellagen. Beide Vektoren f +Δ0 und f -Δ.0 geben eine Amplitudenmodulation derselben Größe wieder, jedoch eilt die Phase des resultierenden gleichgerichteten Modulationssignals f ' gegenüber dem Bessugsphasensignal f vor, wie das mit Fig. 6C gezeigt ist. Für einen links liegenden Punkt der Achse X-X des Flugzeugs lO gelten gleiche Verhältnisse, jedoch würde die Modulationsphase des Signals f · gegenüber dem Bezugsphasensignal f nacheilen. Somit besteht für einen bestimmten Raumbereich ein fester Prozentsatz an Amplitudenmodulation, jedoch W ist die Phasenlage der Modulation allein eine Funktion der Winkellage des Flugzeugs gegenüber dem Funkfeuer. Mit anderen Worten, die spezielle Wahl der Antennengeometrie und der übertragenen Frequenzen bringt es mit sich, daß eine bestimmte Mikrowellen-Phasenverschiebung infolge einer kleineren Bahnlängenänderung unmittelbar in eine identische Phasenverschiebung bei einer in dem Flugzeug zugeführten Audiomodulationsfrequenz umgesetzt werden kann.Durch Beaufschlagung der empfangenen Signale f + Δ.0 und f - Δ0 mit der von der Signalquelle 42 gelieferten Bezugsmodulationsphase zusätzlich zu der abgeleiteten Trägerfrequenz f kann der an Bord des Flugzeugs befindliche Empfänger (vgl. Fig. 5) das ausgestrahlte Signal erfassen, die Lage der tatsächlichen Moduiationsphase gegenüber der Bezugsphase messen und damit den Winkel θ £ 0K/1T D berechnen.

209817/083Π

Da 0 für einen bestimmten Punkt im Raum nur über den Bereich ± fT rad gemessen werden kann, kann bei der D/2 ^- -Bestimmung von θ Zweideutigkeit auftreten, wenn D/2 Λ. größer als 1 ist. Für die vorliegende Erfindung ist D/2 λ. jedoch kleiner als 1, so daß kein«? Zweideutigkeit auftritt.

Das Prinzip der Erfindung ist ähnlich dem in dem VOR-System (very high frequency omnirange system), bei dem das Bodensystem ein .unplitudenmoduliertes Strahlungsdiagramm aussendet und die Phase des Modulationssignals auf Norden als Null-Bezug bezogen wird. Jedoch sind bedeutende Unterschiede vorhanden. Bei der Erfindung handelt es sich um ein empfangendes System. Ferner werden bei dem VOR-Systera beide Seitenbänder jeder der Seitenbandantennen eingeprägt, und es wird die Orthogonalität der Antennensysteme im Raum zusammen mit einer 9O°-Phasenverschiebung der HF-Energie verwendet, um ein HF-Strahlungsdiagramm mit einer Audio-Modulationsfrequenz zu drehen. In einem solchen System herrscht notwendigerweise ein Verhältnis von 1 : 1 zwischen dem HF-Phasenwinkel und dem Raumphasenwinkel. Das einzigartige, besondere Merkmal der Erfindung besteht darin, daß durch Modulation eines Teils der Energie einer von den beiden Antennen empfangenen einzigen Spektrallinie mit einer Audio-Frequenz-Bezugsphase und Bildung eines Trägers durch Mischung der Energiekomponenten eine solche 1 ; 1 -Beschränkung nicht mehr gilt und die HF-Phasenverschiebung je Grad Raumwinkel, nur noch durch die Begrenzungen aufgrund der Fahrzeugausbildung bestimmt, beliebig erhöht werden kann.

Die Eigenschaften eines Systems nach der Erfindung sind mit den Diagrammen der Fig. 7 und 8 veranschaulicht. Beispielsweise zeigt Fig. 7 die HF-Phasenverschiebung zwischen der empfangenen Energie einer etwa entsprechend Fig. 4A und 4B ausgebildeten Zwei-Antennen-Anordnung gegenüber der Phasencharakteristik eines herkömmlichen VOR-Systems. So liefert ein VOR-System für einen Raumwinkel von 10° eine HF-Phasenverschiebung in der Größenordnung von 10°, während eine Antennenanordnung mit einem Abstand in der Größenordnung von einer Wellenlänge (etwa 3 m) eine Phasenverschiebung von annähernd 30° ergibt, woraus ersichtlich ist, daß die Empfindlich-

209817/0839

keit für eine Zwei-Antennenanordnung mit einem Abstand in der Größenordnung von einer Wellenlänge erhöht wird.

Fig. 8 zeigt andererseits ein Diagramm der berechneten Antennen-Strahlungsdiagramme einer Zwei-Antennen-Anordnung für verschiedene Abstände D zwischen den Antennen, wobei die Schattenwirkung der beiderseits des Bugs des Flugzeugs angeordneten Antennen unberücksichtigt bleibt. Die Trägerspannung für den Zwei-Antennen-Aufbau nach Fig. 4A und Fig. 4B ändert sich mit der Änderung des Aufbaus des Systems gegenüber dem Raumwinkel Θ. Wie das Diagramm der Fig. 8 zeigt, fällt der Wert für Abstände von 2,40 m oder mehr bei einem Raumwinkel θ von 30° unzulässig stark ab, und für einen Abstand von 2,70 m sinkt das Niveau der Trägerspannung sogar auf Null.

Die Erfindung stellt somit eine Einrichtung zur Verfügung, um ein an Bord des Fahrzeugs befindliches Interferometersystem mit Phaseninformation zu beaufschlagen, so daß die Erfassung der Richtung möglich ist, in der elektromagnetische Energie in bezug auf die Achse der Empfangsantennenanordnung einfällt, indem die Phasendifferenz, die in dem von den beiden Antennen empfangenen HF-Signal enthalten ist, in eine Phasendifferenz einer Bezugsphase einer Audio-Modulationsfrequenz, die das von dem Empfänger empfangene Signal moduliert, umgewandelt und die relativ kleine Mikrowellen-Phasenverschiebung infolge einer kleineren Weglängenänderung automatisch direkt in eine identische Phasenverschiebung " bei der verhältnismäßig niedrigen Modulationsfrequenz umgesetzt wird, die dann in herkömmlicher Weise gemessen werden kann.

Patentansprüche;

209817/0839

Claims

- 13 Patentansprüche;

(l.Jlnterferometer-Navigationssystem zur Bestimmung des Raumwinkels zwischen der Längsachse eines Fahrzeugs und einer von einer entfernten Quelle elektromagnetischer Energie gebildeten Bezugskur si in ie, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des vorderen Bereichs des Fahrzeugs auf einer Linie (Y-Y) quer zu der Längsachse (X-X) des Fahrzeugs eine erste und eine zweite Antenne (14, 16) angeordnet und mit einer Schaltungsanordnung (26) für die Aufnahme eines Teils der von den Antennen (14,16) von der Quelle empfangenen elektromagnetischen Energie und zur Abgabe eines Ausgangssignals entsprechend einer von der Quelle ausgestrahlten Frequenz sowie mit einem ersten bzw. einem zweiten elektronischen Signalkoppler (36, 38) gekoppel1/sind, die ihrerseits mit einem ersten bzw. zweiten Phasenmodulator (38,40) in Verbindung stehen, die in zueinander entgegengesetzten Phasenrichtungen arbeiten und dabei die zugeführte elektromagnetische Energie unter Bildung oberer und unterer Seitenbänder der einen Frequenz hinsichtlich ihrer Frequenz herauf- bzw. herabsetzen, daß der erste und der zweite Phasenmodulator gemeinsam an eine Modulations-Signalquelle (42) angeschlossen sind, die ein im Verhältnis zu der einen Frequenz niederfrequentes Modulationssignal liefert und damit für die Frequenzumsetzung sorgt, daß die Ausgänge der Schaltungsanordnung (26) sowie der beiden Phasenmodulatoren (38,40) ein HF-Kombinationsnetzwerk (44) speisen, das ein der einen Frequenz entsprechendes Ausgangssignal mit einer von dem Raumwinkel abhängigen Phasenkomponente der niederfrequenten Modulationsspannung erzeugt und damit einen Detektor (52) beaufschlagt, der ein Ausgangssignal der relativ niedrigen Frequenz mit der Phasenkomponente liefert, das der Differenz in der HF-Phase der von den beiden Antennen (14,16) empfangenen Signale entspricht, und daß mit dem Ausgang des Detektors (52) sowie der Signalquelle (42) ein Phasenkomparator (54) gekoppelt ist, der das verhältnismäßig niederfrequente Moduationssignal mit dem Ausgangssignal des Detektors (52) unter Abgabe eines

209817/0839

Ausgangssignals vergleicht, das dem Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs und der Bezugskurslinie entspricht.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Antenne (14, 16) voneinander einen vorgegebenen Abstand in der Größenordnung einer Wellenlänge der von der Quelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung haben.
3. System nach Anspruch 1 oder 2_f dadurch gekennzeichnet, daß die * eine Frequenz der Trägerfrequenz der Quelle entspricht und die Modulations-Signalquelle (42) ein Video- oder ein Audio-Frequenzsignal erzeugt.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (52) als HF-Demodulationsgleichrichter ausgebildet ist«,
5. System nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenmodulatoren (38, 40) jeweils Serrodyn-Modulatoren sind.
6. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (26) eine Magisches

W T-HF-Komponente aufweist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Signalkoppler (36, 38) HF-Koppler sind.
8. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (26) eine HF-Hybridverbindungs-Komponente aufweist.
9. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Antenne (14, 16) an der Außenseite des Fahrzeugs angebracht sind,

KN/sb

209817/0839