DE2150659A1

DE2150659A1 - Dual radio navigation system

Info

Publication number: DE2150659A1
Application number: DE19712150659
Authority: DE
Inventors: Earp Charles William
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1970-10-13
Filing date: 1971-10-11
Publication date: 1972-04-20
Also published as: AU3391271A; JPS5116273B1; GB1317298A; ES395929A1; FR2110389B1; FR2110389A1

Description

INTERNATIONAL· STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORKINTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Doppler-FunknavigationssystemDoppler radio navigation system

Die Erfindung betrifft ein Doppler -Funknavigationssystem, insbesondere für Instrumentenlandesysteme (ILS), bei dem die Bodenantenne eine Strahlerzeile aufweist, deren Einzelstrahler nacheinander angeschaltet werden, um die Hin- und Herbewegung eines einzigen Strahlers mit konstanter Geschwindigkeit zu simulieren, und bei dem im Bodenempfänger der Azimut bzw. die Elevation mittels der Dopplerfrequenz gemessen wird.The invention relates to a Doppler radio navigation system, in particular For instrument landing systems (ILS), in which the ground antenna has a row of radiators, the individual radiators one after the other can be turned on to simulate the reciprocating motion of a single radiator at constant speed, and the in the ground receiver the azimuth or elevation is measured by means of the Doppler frequency.

Derartige Funknavigationssysteme sind in der DT-OS 1 946 Io8 und der DT-OS 2 oo4 811 beschrieben. Bei diesen Systemen wird die Richtung zum Funkfeuer durch Messung der sich aus der simulierenden Strahlerbewegung ergebenden Dopplerfrequenz bestimmt. Die empfangene Information ist proportional dem Kosinus des Winkels zwischen der Antennenachse und der Richtung zum Ort des Flugzeugs. Zum Verständnis der Erfindung wird darauf hingewiesen, daß die Dopplerfrequenz der ausgesendeten Hochfrequenzschwingung immer der Phasendifferenz (d.h. der elektrischen Weglängendifferenz) der von den beiden Endstrahlern der Strahlerzeile ausgesendeten Schwingungen proportional ist.Such radio navigation systems are in DT-OS 1 946 Io8 and of the DT-OS 2 oo4 811 described. In these systems, the direction to the beacon is determined by measuring the results from the simulating one Radiator movement resulting Doppler frequency determined. The information received is proportional to the cosine of the angle between the antenna axis and the direction to the location of the aircraft. To understand the invention, it is pointed out that that the Doppler frequency of the transmitted high frequency oscillation is always the phase difference (i.e. the electrical path length difference) is proportional to the vibrations emitted by the two end radiators of the radiator row.

7.10.7110/7/71

209817/0861 vo/ff209817/0861 vo / ff

ORIGINAL IN8PECTEDORIGINAL IN8PECTED

-2--2-

C.W. Earp -15oC.W. Earp -15o

Diese bekannten Systeme liefern konische Navigationsinformationen, d.h. die zu messende Phasendifferenz ist auf KegelfLächen konstant. Es ist erwünscht, keine konischen sondern planare Informationen zu erhalten. Außerdem ist anstelle des Sinus des Winkels zwischen der Flugzeugrichtung und der Normalen der Strahlerzeile der Winkel selbst im Bord empfänger von Vorteil.These known systems provide conical navigation information, i.e. the phase difference to be measured is constant on conical surfaces. It is desirable to get planar information rather than conical information. Also, instead of the sine, the angle is between the aircraft direction and the normal of the emitter line the angle itself in the on-board receiver is advantageous.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die bekannten Navigationssysteme durch Koordinatentransformation so zu verbessern, daß eine direkte lineare Navigationsanzeige möglich ist. Dies wird nach W der Erfindung dadurch erreicht, daß vor der Strahlerzeile eine dielektrische Linse angeordnet ist, die so geformt ist, daß die elektrischen Weglängen der Schwingungen der beiden Endstrahler der Strahlerzeile derart verändert werden, daß bei horizontal angeordneter Strahlerzeile der Azimut unabhängig von der Elevation bzw. bei vertikal angeordneter Strahlerzeile die Elevation unabhängig von dem Azimut als Sinus des Winkels im Bordempfänger meßbar ist.It is therefore the object of the invention to improve the known navigation systems by means of coordinate transformation in such a way that a direct linear navigation display is possible. This is achieved according to W of the invention is that a dielectric lens is disposed in front of the emitter line, which is shaped so that the electrical path lengths of the oscillations are modified the two end fire the radiator line such that when the horizontally disposed radiator line of the azimuth independently of the elevation or in the case of a vertically arranged emitter line, the elevation can be measured independently of the azimuth as the sine of the angle in the on-board receiver.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die dielektrische Linse zusätzlich so geformt sein, daß im Bordempfänger der Winkel direkt zur Verfügung steht.According to a further development of the invention, the dielectric lens can also be shaped so that the angle in the on-board receiver is directly available.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß auch bei nichtlinearer Strahleranordnung und nicht konstanter wirksamer Antennenbewegung die mittlere Dopplerfrequenz nach wie vor der Phasendifferenz zwischen den Endstrahlern der Senderzeile proportional ist und daß somit die Navigationsinformation unverändert ist.The invention is based on the knowledge that even with non-linear Radiator arrangement and non-constant effective antenna movement, the mean Doppler frequency remains the phase difference between the end radiators of the transmitter line is proportional and that the navigation information is therefore unchanged.

-3--3-

209817/0861209817/0861

CW. Earp -15o -3-CW. Earp -15o -3-

Die Erfindung hat den Vorteil, daß mit einer einzigen, vor der
Strahlerzeile angeordneten dielektrischen Linse zwei Wirkungen "erzielt werden können. Erstens kann als Planarinformation eine Vielzahl von Ebenen mit jeweils konstanter Information definiert werden, die sich alle in einer gemeinsamen Linie schneiden, welche in einer Ebene senkrecht zur Achse der Strahlerzeile liegt. Zweitens kann mit der Linse erreicht werden, daß im Bordempfänger der Winkel direkt für die Auswertung zur Verfugung steht.The invention has the advantage that with a single, before
Radiator line arranged dielectric lens two effects "can be achieved. Firstly, a plurality of planes with constant information can be defined as planar information, which all intersect in a common line which lies in a plane perpendicular to the axis of the radiator line Lens can be achieved that the angle is directly available for the evaluation in the on-board receiver.

Durch die Korrektur mit einer einzigen , einfachen Linse erhält man genau das gewünschte Ergebnis und nicht eine mehr oder
weniger genaue Annäherung. Dabei spielt die Tatsache, daß die
Linse dieLinearität der Zeile verändert, keine Rolle.By correcting with a single, simple lens, you get exactly the result you want and not one more or
less accurate approximation. The fact that the
Lens changes the linearity of the line, does not matter.

In der nachfolgenden Beschreibung ist anhand einer horizontalen Strahlerzeile, die einen begrenzten Höhenbereich erfaßt, die Messung des Azimuts erläutert. Selbstverständlich kann dieselbe Technik auch bei vertikalen Strahler ζ eilen angewandt werden, die zur Messung der Elevation dienen.In the following description, the measurement is based on a horizontal radiator line that covers a limited height range of the azimuth explained. Of course, the same technique can also be used for vertical radiators that are used for measurement serve for elevation.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to the drawings using an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine horizontalFig. 1 is a plan view of a horizontal

angeordnete Strahlerzeile AB, deren
Strahler 1 nacheinander mit Hochfrequenz gespeist werden, um die Hin- und Herbewegung eines einzigen Strahlers zuarranged radiator line AB, whose
Radiators 1 are fed successively with high frequency to the reciprocating movement of a single radiator

-A--A-

209817/0R61209817 / 0R61

C.W. Earp - 15o -4-C.W. Earp - 15o -4-

simulieren, wobei ON die Mittelsenkrechte auf AB in der horizontalen Ebene und OP die Richtung zum Empfänger ist und der Azimutwinkel O zwischen ON und OP gemessen wird,simulate, where ON is the perpendicular to AB in the horizontal plane and OP is the direction to the receiver and the azimuth angle O is measured between ON and OP will,

Fig. 2 ein bekanntes Doppler-Funkfeuer, bei dem die gemessene Phasendifferenz zwischen A und B proportional sirj.Q, die elektrische Weglängendifferenz Sl der beiden Endstrahler A und B der Strahlerzeile gleich AB. sin θ ist2 shows a known Doppler radio beacon in which the measured phase difference between A and B is proportional to sirj.Q, the electrical path length difference S1 of the two end radiators A and B of the radiator line is equal to AB. sin θ is

und bei einer Wellenlänge^die Phasendifferenzand at a wavelength ^ the phase difference

CC. AEAE

gleich x Jr. iLJX = —-· *** S-£JT «Coin©equal to x Jr. iLJX = —- · *** S- £ JT «Coin ©

Λ ΛΛ Λ

ist, wobei c eine Konstante ist,is, where c is a constant,

Fig. 3 den sinusförmigen Verlauf der Phasendifferenz in Abhängigkeit von O und den gewünschten linearen Verlauf OC der Phasendifferenz bei konstanter Winkeländerung und3 shows the sinusoidal curve of the phase difference as a function of O and the desired linear curve OC of the phase difference constant change in angle and

Fig. 4,Fig. 4,

und 6 die Draufsicht, die Seitenansicht und dieand FIG. 6 shows the plan view, the side view and FIG

Rücketansicht einer elektrischen Linse 2 und ihrer Lage bezüglich der Strahlerzeile AB, mit der man die gewünschte Linearität der Phasendifferenz erhält.Rear view of an electric lens 2 and their position with respect to the radiator line AB, with which one can achieve the desired linearity the phase difference receives.

-5--5-

209817/0861209817/0861

C.W. Earp -15o -5-C.W. Earp -15o -5-

Die Linse 2 bewirkt eine Phasendifferenz zwischen AB in der zu AB senkrechten Richtung APo (oder BPo). In der Richtung AP (und BQ) bewirkt die Linse eine Kompensation, so daß die (im Fernfeld) gemessene Phasendifferenz zwischen A und B proportional zu O ist. Beim Anwachsen von O weicht die Differenz der elektrischen Weglängen der Schwingungen von A und B wegen der unterschiedlichen Weglängen durch das elektrische Material der Linse 2 ab. Durch geeignete Formgebung des dielektrischen Materials kann eine genaue Kompensation über einen großen Bereich von O erreicht werden.The lens 2 causes a phase difference between AB in the direction APo (or BPo) perpendicular to AB. In the direction of AP (and BQ) causes the lens to compensate so that the (im Far field) measured phase difference between A and B is proportional to O. As O increases, the difference disappears the electrical path lengths of the oscillations of A and B because of the different path lengths through the electrical material the lens 2. By suitably shaping the dielectric material, an exact compensation can be achieved over a large area can be reached by O.

Eine Kompensation in der vertikalen Ebene derart, daß sich eine planare Information ergibt, wird durch eine geeignete Form der Linse 2 in der vertikalen Ebene erreicht (Fig. 5). Die gemessene Phasendifferenz zwischen den Endstrahlern A und B ist dann für den gleichen Azimutwinkel O unabhängigvon den Elevationswinkeln oderCompensation in the vertical plane in such a way that planar information is obtained is provided by a suitable form of the Lens 2 reached in the vertical plane (Fig. 5). The measured phase difference between the end radiators A and B is then for the same azimuth angle O regardless of the elevation angles or

Durch eine geeignete Form der Linse in der horizontalen und in der vertikalen Ebene kann erreicht werden, daß sich in einem begrenzten Bereich der Elevation von O bis z.B. 3o die elektrischen Weglängendifferenzen von A und B (in der Richtung P bzw. Q)zu einem Punkt im Fernfeld um einen Betrag unterscheiden, der unabhängig von der Elevation, aber proportional zum Azimut ist.By a suitable shape of the lens in the horizontal and in of the vertical plane, the electrical Differentiate path length differences from A and B (in the direction P or Q) to a point in the far field by an amount that is independent on the elevation but proportional to the azimuth.

-6--6-

209817/ΠΒ61209817 / ΠΒ61

Wenn der Azimut nicht für eine lineare Anzeige korrigiert werden soll, dann ist die Unterseite der Linse eben und nicht konvex, wie die gestrichelte Linie in Fig. 4 zeigt.If the azimuth is not to be corrected for a linear display, then the bottom of the lens will be flat and not convex, as shown by the dashed line in FIG. 4.

Die Strahler der Strahlerzeile müssen nicht unbedingt in einer Geraden angeordnet sein. Wenn die Linse eine solche Form hat, daß die elektrischen Weglängen in der Richtung der Zeilennormalen bei einer geraden Strahlerzeile unterschiedlich sind, dann kann die Strahl er zeile gekrümmt werden, um wieder gleiche Weglängen zu erhalten. Dies kann dann erwünscht sein, wenn eine schmale Keule in Richtung der Anfluglinie abgestrahlt werden soll.The emitters of the emitter row do not necessarily have to be arranged in a straight line. If the lens is such Has the form that the electrical path lengths in the direction of the line normal are different for a straight radiator line then the beam can be curved in a row in order to obtain the same path lengths again. This can then be desired when a narrow club is to be emitted in the direction of the approach line.

Patentansprüche
r 1 Bl. ZeichnungenClaims
r 1 sheet of drawings

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209817/0861209817/0861

Claims

C.W. Earp -15ο -7-

Claims

{ 1.) Doppler radio navigation system, especially for instrument landing systems, in which the ground antenna has a line of radiators, the individual radiators of which are switched on one after the other to simulate the back and forth movement of a single radiator at constant speed . The elevation is measured by means of the Doppler frequency, characterized in that a dielectric lens (2) is arranged in front of the radiator line, which lens is shaped so that the electrical path lengths of the oscillations of the two end radiators of the radiator line are changed in such a way that when horizontally arranged Emitter line the azimuth can be measured independently of the elevation or, in the case of a vertically arranged emitter line, the elevation can be measured independently of the azimuth as the sine of the angle in the on-board receiver.

2. Navigation system according to claim 1, characterized in that the dielectric lens is also shaped so that the angle is applied directly in the on-board receiver (Fig. 4 - dashed line).

3. Navigation system according to claim 1 or 2, characterized in that the dielectric lens is arranged as in Figs. 4, 5 and 6 and has the shape shown therein.

-8--8th-

209817 / ΠΒ61

C.W. Earp -15o -8-

4. Navigation system according to claim 1, characterized in that the radiator line is curved.

2098 17 / npG