DE2162960A1 - Ground antenna for Doppler navigation systems, especially ILS systems - Google Patents
Ground antenna for Doppler navigation systems, especially ILS systemsInfo
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- G01S1/08—Systems for determining direction or position line
- G01S1/38—Systems for determining direction or position line using comparison of [1] the phase of the envelope of the change of frequency, due to Doppler effect, of the signal transmitted by an antenna moving, or appearing to move, in a cyclic path with [2] the phase of a reference signal, the frequency of this reference signal being synchronised with that of the cyclic movement, or apparent cyclic movement, of the antenna
- G01S1/40—Systems for determining direction or position line using comparison of [1] the phase of the envelope of the change of frequency, due to Doppler effect, of the signal transmitted by an antenna moving, or appearing to move, in a cyclic path with [2] the phase of a reference signal, the frequency of this reference signal being synchronised with that of the cyclic movement, or apparent cyclic movement, of the antenna the apparent movement of the antenna being produced by cyclic sequential energisation of fixed antennas
Description
Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul
StuttgartPatent attorney
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart
P.G.Overbury-8P.G. Overbury-8
INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORKINTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK
Bodenantenne für Doppler Navigations-, insbesondere ILS-Systeme.Ground antenna for Doppler navigation systems, especially ILS systems.
Die Erfindung betrifft eine Bodenantenne für Doppler Navigations-, insbesondere ILS-Systeme, mit einer Antennenzeile, deren Einzelstrahler zur Simulierung der Bewegung einer Einzelantenne nacheinander eine Frequenz abstrahlen und mit einer Bezugsantenne, die eine von der Frequenz nur wenig verschiedene Frequenz abstrahlt.The invention relates to a floor antenna for Doppler navigation, in particular ILS systems, with an antenna line, whose individual radiators emit a frequency one after the other to simulate the movement of an individual antenna and with a reference antenna that is one of the frequency emits only a few different frequencies.
In der GB-PS 1 225 190 und in der GB-PS 1 234 52U sind derartige Antennen beschrieben. Man kann mit ihnen die Bewegung einer Einzelantenne in einer Richtung oder in beiden Richtungen simulieren. Die Navigationsinformation wird von diesen Antennen mittels geeigneter Bordempfänger gewonnen, die die Tatsache auswerten, daß die Dopplerfrequenz proportional dem Cosinus des Winkels zwischen Empfänger und Bewegungsrichtung der Strahlungsquelle ist.Such antennas are described in GB-PS 1 225 190 and in GB-PS 1 234 5 2 U. They can be used to simulate the movement of a single antenna in one or both directions. The navigation information is obtained from these antennas by means of suitable on-board receivers which evaluate the fact that the Doppler frequency is proportional to the cosine of the angle between the receiver and the direction of movement of the radiation source.
29. November I97I ./.November 29, 1997I ./.
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F.G.Overbury-8 -«3-.-F.G.Overbury-8 - «3 -.-
Da die Bewegung durch aufeinanderfolgendes Anschalten nebeneinander liegender Einzelstrahler einer solchen Doppler Antennenzeile erfolgt, ist der Abstand zwischen den Einzelstrahlern durch die gerade noch zulässigen Phasensprünge begrenzt, die beim Umschalten von einem Einzelstrahler zum nächsten auftreten. Der zulässige Phasensprung liegt im allgemeinen bei 120 , und wenn ein großer Winkelbereich verlangt ist, dann müssen die Einzelstrahler einer derartigen Antennenzeile einen Abstand von einem Drittel der Wellenlänge haben.Since the movement is achieved by successively switching on individual radiators lying next to one another Doppler antenna line takes place, the distance between the individual radiators is just about permissible Limited phase jumps that occur when switching from one single radiator to the next. The admissible The phase jump is generally around 120, and if a large angular range is required, then the must Individual radiators of such an antenna line have a distance of a third of the wavelength.
Die Genauigkeit eines Doppler Navigationssystems wird hauptsächlich durch die Länge der Antennenzeile bestimmt. Soll das System beispielsweise eine Winkelgenauigkeit von 0,01° haben, dann ist eine Länge der Antennenzeile von 120 Wellenlängen notwendig. Zur Realisierung eines Doppler Navigationssystemes mit einer derartigen Genauigkeit und einem großen Winkelbereich würde man daher 360 Einzelstrahler für die Antennenzeile benötigen einschließlich einem dazu passenden Antennenschalter und den Zuleitungskabeln. Eine derart komplizierte Anordnung und mögliche HP-Verluste wurden das sonst einfache System sehr aufwendig machen.The accuracy of a Doppler navigation system is mainly determined by the length of the antenna line. If, for example, the system is to have an angular accuracy of 0.01 °, then the length of the antenna line is 120 wavelengths necessary. To implement a Doppler navigation system with such an accuracy and a large angular range would therefore require 360 individual radiators for the antenna line including a matching antenna switch and the supply cables. Such a complicated arrangement and possible HP losses would make the otherwise simple system very expensive.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine vereinfachte Antennenanordnung für ein Doppler Navigationssystem anzugeben.It is the object of the invention to provide a simplified antenna arrangement for a Doppler navigation system to specify.
Diese Aufgabe wird für Bodenantennen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antennenzeile wesentlich weniger Einzelstrahler enthält als für die vorgesehene Meßgenauigkeit erforderlich sind, und daß anstelle der Bezugsantenne eine zweite An- · tennenzeile vorgesehen ist, deren Einzelstrahler nach-This object is achieved according to the invention for floor antennas of the type mentioned in that the The antenna line contains significantly fewer individual radiators than are required for the intended measurement accuracy, and that instead of the reference antenna, a second row of antennas is provided, the individual radiators of which are
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einander entgegengesetzt zur Schaltrichtung der ersten Antennenzeile angeschaltet werden, wobei während der Anschaltdauer eines Einzelstrahlers der zweiten Antennenzeile alle Einzelstrahler der ersten Antennenzelle angeschaltet werden.opposite to each other to the switching direction of the first antenna row are switched on, with during the Switch-on duration of an individual radiator of the second antenna row, all individual radiators of the first antenna cell are switched on will.
Die Erfindung wird nun anhand der einzigen Figur, die eine waagrechte Antennenzeile zeigt, beispielsweise näher erläutert .The invention will now be explained in more detail, for example, with reference to the single figure which shows a horizontal antenna line .
Einleitend wird kurz das Doppler Navigationssystem beschrieben, für das die Bodenantenne verwendet werden soll. Das Doppler Navigationssystem arbeitet beispielsweise mit einer HP von einem oder mehreren GHz, und da die maximale Dopplerfrequenz in der Größenordnung von einigen KHz liegt, ist es in der Praxis erforderlich, eine Bezugsantenne vorzusehen, die eine zweite HP abstrahlt, die sich nur wenig von der von der Antennenzeile abgestrahlten Frequenz unterscheidet, beispielsweise um 20 KHz. Die Dopplerfrequenz der bewegten Komponente wird dann vom Bordempfänger als Wechsel der Schwebungsfrequenz zwischen bewegter Komponente und Bezugssignal ermittelt. Dieser Wechsel der Schwebungsfrequenz, der die Navigationsinformation enthält, ist auf einen Wechsel der Weglängenunterschiede der beiden Signal-1 aufwege zurückzuführen. Wird eine feste Bezugsantenne wie bei dem betrachteten System verwendet, dann rUhft dieser Wechsel der Laufwegunterschiede nur von der simulierten Bewegung der Antennenzeile her.The Doppler navigation system for which the ground antenna is to be used is briefly described as an introduction. The Doppler navigation system works with us, for example an HP of one or more GHz, and since the maximum Doppler frequency is of the order of a few KHz, In practice, it is necessary to provide a reference antenna that radiates a second HP that is only slightly different differs from the frequency emitted by the antenna line, for example by 20 KHz. The Doppler frequency of the moving component is then sent by the on-board receiver as a change the beat frequency between the moving component and the reference signal is determined. This change in beat frequency, which contains the navigation information is due to a change in the path length differences of the two Signal-1 due to. Becomes a fixed reference antenna as used in the system under consideration, then this one calls Change of the path differences only from the simulated movement of the antenna line.
Die in der Figur gezeigte Bodenantenne hat wesentlich weniger Einzelstrahler, jedoch die gleiche Genauigkeit wie die eingangs erwähnte Bodenantenne mit einer Länge von 120 Wellenlängen. Es werden dabei anstelle von 360 Einzelstrahlern mit einem Abstand von einem Drittel derThe floor antenna shown in the figure has essential fewer individual radiators, but the same accuracy as the above-mentioned floor antenna with one length of 120 wavelengths. Instead of 360 Single radiators at a distance of a third of the
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Wellenlänge zwischen den Einzelstrahlern j5O Einzelstrahler A (im folgenden erste Antennenzeile genannt) mit einem Abstand Sl von vier Wellenlängen zwischen den Einzelstrahlern verwendet. Diese erste Antennenzeile hat daher eine Länge'von 120 Wellenlängen.Wavelength between the individual emitters j5O individual emitters A (hereinafter referred to as the first antenna row) with a distance Sl of four wavelengths between the individual radiators used. This first antenna line therefore has a length of 120 wavelengths.
Anstelle einer einzelnen feststehenden Bezugsantenne sind zwölf Bezugseinzelstrahler B vorgesehen, die ebenfalls eine Antennenzeile bilden, die im folgenden Bezugsantennenzeile genannt wird. Diese hat einen Abstand S2 von 1/5 der Wellenlänge zwischen nebeneinander liegenden Einzelstrahlern, d.h. die Bezugsantennenzeile hat eine Länge von 4 Wellenlängen.Instead of a single fixed reference antenna, twelve reference individual radiators B are provided, which are also form an antenna line, the reference antenna line in the following is called. This has a distance S2 of 1/5 of the Wavelength between adjacent individual radiators, i.e. the reference antenna line has a length of 4 wavelengths.
Die Länge der Bezugsantennenzeile ist daher gleich dem Abstand zwischen nebeneinander liegenden Einzelstrahlern der ersten Antennenzeile und der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Einzelstrahlern der Bezugsantennenzeile ist gleich dem erforderlichen Wechsel der Weglänge.The length of the reference antenna line is therefore equal to the distance between adjacent individual radiators the first row of antennas and the distance between adjacent ones Individual radiators of the reference antenna line is equal to the required change in path length.
Die Einzelstrahler der ersten Antennenzeile und die Einzelstrahler der Bezugsantennenzeile sind hintereinander auf einem gemeinsamen Träger M angeordnet.The individual radiators of the first antenna row and the individual radiators of the reference antenna row are one behind the other arranged on a common carrier M.
Den erforderlichen Wechsel der Weglänge, der aus 360 Schritten zu je 1/3 der Wellenlänge besteht, erhält man wie folgt:The required change in the path length, which consists of 360 steps of 1/3 of the wavelength, is obtained as follows:
Eine erste Hochfrequenz f, die von einer ersten HF-Quelle Rl kommt, wird nacheinander mittels des Antennenschalters Cl an die Einzelstrahler der ersten Antenne angeschaltet, und zwar mit einer Sehaltgeschwindigkeit, die der erforderlichen Bewegung entspricht*A first radio frequency f generated by a first RF source Rl comes, is switched on one after the other by means of the antenna switch Cl to the individual radiators of the first antenna, and with a holding speed that is required Movement corresponds to *
F.G.Overbury-8 _ -Jg - FGOverbury-8 _ -Jg -
Solange jeder Einzelstrahler der ersten Antennenzelle diese Frequenz abstrahlt, wird eine zweite, von der ersten geringfügig unterschiedliche Bezugshochfrequenz fl, die von einer zweiten HP-Quelle R2 kommt, nacheinander mit einem Antennenschalter C2 an die Einzelstrahler der Bezugsantennenzeile angeschaltet, und zwar mit umgekehrter Schaltrichtung, bezogen auf die Schaltrichtung der ersten Antennenzeile.As long as each individual radiator of the first antenna cell radiates this frequency, a second one, from the first slightly different reference high frequency fl, which comes from a second HP source R2, one after the other with an antenna switch C2 to the individual radiators of the reference antenna line switched on, with the opposite switching direction, based on the switching direction of the first Antenna line.
Die Zeichnung zeigt auch noch eine gemeinsame HP-Quelle RJ, von der - wie durch die gestrichelten Linien angedeutetsowohl die beiden Frequenzen für die Antennenzeilen als auch die Taktfrequenzen für die Steuergeräte Pl und P2 für die beiden Antennenschalter gewonnen werden können.The drawing also shows a common HP source RJ, both of which - as indicated by the dashed lines the two frequencies for the antenna rows and the clock frequencies for the control units Pl and P2 for the two antenna switches can be obtained.
Bezeichnet man aufeinanderfolgende Einzelstrahler der ersten Antennenzeile in der Schaltrichtung mit Al, A2, AJ, usw., und die aufeinanderfolgenden Einzelstrahler der Bezugsantennenzeile in der Richtung^ in der diese angeschaltet werden, mit Bl, B2, BJ usw., dann ergibt sich für einen vollständigen Durchlauf der Antennenanordnung folgende Schaltfolge:If one designates successive individual radiators of the first antenna row in the switching direction with Al, A2, AJ, etc., and the successive individual radiators of the reference antenna line in the direction ^ in which they are switched on are, with B1, B2, BJ, etc., then results for a complete pass through the antenna arrangement following switching sequence:
Al,Bl; A1,B2; Al,BJj A1,B12;Al, Bl; A1, B2; Al, BJj A1, B12;
A2jBlj .A2,B2j A2,BJj —— A2,B12; : I I A2jBlj .A2, B2j A2, BJj -— A2, B12; : II
AJO,Blj A3O,B2; AJO,B3;— AJO,B12.AJO, Blj A3O, B2; AJO, B3; - AJO, B12.
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F.G.Overbury-8. ' -«6 - ■F.G. Overbury-8. '- «6 - ■
Soll die Antennenbewegung auch in der anderen Richtung simuliert werden, dann erfolgt die Anschaltung in umgekehrter Reihenfolge. Bei der Simulation nur einer Bewegungsrichtung wird die Schaltfolge wiederholt. Wie in den angeführten britischen Patentschriften erwähnt, kann die Bezugsfrequenz kleiner oder größer'als f sein bei einer Simulation der Bewegung in einer Richtung, oder sie kann bei einer Bewegung der Simulation in beiden Richtungen in der einen Richtung kleiner als f und bei einer Bewegung in der anderen Richtung größer als f sein.Should the antenna move in the other direction as well are simulated, the connection takes place in reverse order. When simulating only one direction of movement the switching sequence is repeated. As noted in the cited British patents, the reference frequency be smaller or larger than f at simulating movement in one direction, or it can simulate movement in both directions be less than f in one direction and greater than f when moving in the other direction.
Die beschriebene Schaltfolge enthält ebenfalls 3βθ Schritte, wobei die Schritte mit 1/3 der Wellenlänge sich aus der entgegengesetzten Schaltrichtung der Einzelstrahler der Bezugsantennenzeile ergeben.The switching sequence described also contains 3βθ Steps, whereby the steps with 1/3 of the wavelength result from the opposite switching direction of the individual radiators the reference antenna line.
Man erreicht auf diese Weise, daß die Anzahl der Einzelschritte gleich dem Produkt der Anzahl der Einzelstrahler der Bezugsantennenzeile und der ersten Antennenzeile ist. Im Ausführungsbeispiel gibt es insgesamt 42' Einzelstrahler, im Gegensatz zu J56l Einzelstrahlern beim Stand der Technik.What is achieved in this way is that the number of individual steps is equal to the product of the number of individual emitters the reference antenna row and the first antenna row. In the exemplary embodiment there is a total of 42 'individual radiators, in contrast to J56l single emitters in the prior art.
Durch andere Wahl des Abstandes der Einzelstrahler der ersten Antennenzeile und der Bezugsantennenzeile lassen sich in Verbindung mit geeigneten Schaltgeschwindigkeiten andere Schaltfolgen angeben, so daß auch andere Antennenbewegungen simuliert werden können.Let another choice of the distance between the individual radiators of the first antenna row and the reference antenna row In connection with suitable switching speeds, other switching sequences can be specified, so that other antenna movements are also possible can be simulated.
3 Patentansprüche 1 Bl. Zeichnungen3 claims 1 sheet of drawings
20983 0/057920983 0/0579
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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Family
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