DE2164952A1

DE2164952A1 - Verfahren zum Aussenden von Funksignalen für ein Instrumentenleitstrahlsystem und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2164952A1
Application number: DE19712164952
Authority: DE
Inventors: Donald J. Pleasantville N.Y.; Perper Lloyd J. Tucson Ariz.; Toman (V.StA.)
Original assignee: Tull Aviation Corp
Current assignee: Tull Aviation Corp
Priority date: 1971-01-07
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1972-07-20
Also published as: AU3711971A; AU458279B2; BE777742A; CA997047A; FR2121613B1; GB1330987A; FR2121613A1; US3774214A; CH534884A; SE374822B; AU3751471A; NL7200237A; IT946343B

Description

Pcrfeniomwälle

L-In?. Wilhelm Reichel
iAg: Woitcng ^sichel

6 irrere ":cuii a. M. 1
P 13

6921

TÜLL AVIATION CORPORATION, Armonk, New York, VStA ===s=ssss==sssa=s=ssssss=ssBsasss=3sssssass=s=sa

Verfahren zum Aussenden von Funksignalen für ein Instrumentenleitstrahlsystem und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aussenden von Funksignalen für ein Instrumentenleitstrahlsystem unter Verwendung von Funkträgerfrequenzenergie. Ferner befaßt sich die Erfindung mit einer Funkinstrumenten-Leitstrahlanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

FunkleitStrahlanordnungen werden zum Führen bzw. Lenken von Fahrzeugen benutzt. Die vorliegende Anordnung findet insbesondere zum Landeanflug und zum Landen von Flugzeugen auf Landestreifen Anwendung.

Darüberhinaus kann die beschriebene Anordnung aber auch zum Führen bzw. Lenken von Wasserfahrzeugen und anderen Fahrzeugen Verwendung finden. Die Führung wird stets von einer feststehenden Bodenstation vorgenommen. Die Führungs- bzw. Leitbahn ist eine Bahn, die auf die Bodenstation zuführt oder von ihr wegführt. Die Leitbahn kann also zwei Funktionen ausüben. Da

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jedoch das beschriebene System insbesondere zum Landen von Luftfahrzeugen geeignet, ist, wird im folgenden nur noch darauf Bezug genommen.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Instrumentenanflug- und Landesystem für Flugzeuge zu schaffen, bei dem das Auftreten der sonst üblichen Signalfehler infolge von Reflexionen minimal ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Aussenden von Funksignalen für ein Instrumentenleitstrahlsystem unter Verwendung von Funkträgerfrequenzenergie nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Funkträgerfrequenzenergie in einem Abtaststrahl mit einer vorgegebenen räumlichen Beziehung zu einer vorgeschriebenen Leitebene abgestrahlt wird, zu deren Festlegung Abschnitte des Abtaststrahls in Abständen zu beiden Seiten der Ebene angeordnet sind, daß die Abtastrichtung praktisch senkrecht zur Leitebene verläuft, daß die Funkträgerfrequenzenergie gleichzeitig mit zwei verschiedenen Modulationssignalen moduliert wird, daß das Verhältnis zwischen den Modulationsanteilen der beiden verschiedenen Modulationssignale eine Funktion der Abtastung des Abtaststrahls ist und daß die Änderung dieses Modulationsverhältnisses praktisch symmetrisch zu der Leitebene vorgenommen wird, so daß auf der einen Seite der Ebene das eine Modulationssignal und auf der anderen Seite der Ebene das andere Modulationssignal vorherrscht und daß der Wert des Verhältnisses in der Ebene Eins ist.

Eine Funkinstrumenten-Leitstrahlanordnung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, daß die Antenneneinrichtung einer Sendeanordnung einer Bodenstation derart ausgebildet ist, daß sie einen fächerförmigen Funkleitstrahl aussendet, der unter verschiedenen Winkeln abtastet, um in einer geometrischen Ebene die vorgeschriebene Leitebene zu definieren, wobei die Schmalseite des Abtaststrahls und die Abtastrichtung praktisch senkrecht zur Leit-

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ebene verlaufen, daß eine Funksendeeinrichtung eine Einrichtung aufweist, die der Antenneneinrichtung Funkträgerfrequenzenergie zuführt, daß eine Modulationseinrichtung die Funkträgerfrequenzenergie gleichzeitig mit zwei verschiedenen Modulationssignalen moduliert und daß eine Programmeinrichtung synchron mit der Antennenabtastung betrieben wird, um das Verhältnis der Modulationsanteile der beiden verschiedenen Modulationssignale als Funktion der Abtastung des AbtastStrahls zu ändern, wobei die Änderung des Modulationsverhältnisses praktisch symmetrisch zur Leitebene erfolgt, so daß in der auf der einen Seite der Leitebene abgestrahlten Funkträgerfrequenzenergie das eine Moduiationssignal und in der auf der anderen Seite der Leitebene abgestrahlten Funkträgerfrequenzenergie das andere Modulationssignal vorherrscht und in der Leitebene selbst die Modulationssignale gleich sind, wodurch die Lage der Leitebene durch die Funksignale definiert wird. Nach der Erfindung werden die Signale in einem schmalen Abtaststrahl ausgestrahlt, und zwar derart, daß jede Abtaststrahlposition nur einen schmalen Bereich des gesamten Abtastraums überdeckt. Bei allen Abtastpositionen wird der Abtaststrahl direkt von der Antenne in den Leitraum abgestrahlt, so daß eine Reflexion am Boden entfällt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand von Figuren beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt in Form eines Diagramms eine Strahlungscharakteristik eines nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Richtungspositionen erzeugten Abtastleitstrahls .

Die Fig. 2 zeigt in Form eines Diagramms eine weitere bevorzugte Strahlungscharakteristik eines nach der Erfindung in aufeinanderfolgenden Richtungspositionen erzeugten Abtastleitstrahls.

Die Fig. 3 zeigt an Hand eines Blockschaltbilds den Sender und die Antennen einer nach der Erfindung ausgebildeten Abtastleitstrahlanordnung.

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Die Fig. 4 zeigt in Form eines Blockschaltbilds einen für die erfindungsgemäßen Zwecke geeigneten, an Bord eines Fahrzeugs untergebrachten Empfänger.

Das in der Fig. 1 dargestellte Strahlungsdiagramm zeigt mehrere verschiedene Positionen 12, 14, 16, 18 und 20 eines Abtaststrahls, der beispielsweise zur Richtungsführung (Azimut) durch den Ansteuerungssender verwendet werden kann. Die Mittellinie 10 stellt eine Leitebene dar, die praktisch senkrecht zur Oberfläche des zweidimensionalen Diagramms der Fig. 1 verläuft. Die Ausstrahlungsrichtung des Abtaststrahls verläuft bei allen in dem Diagramm der Fig. 1 dargestellten Positionen nach oben. In allen seinen Positionen ist der Strahl fächerförmig, so daß seine Ouerabmessung in einer zur Leitebene 10 parallelen Richtung größer als in einer zur Leitebene senkrechten Richtung ist. Die in der Fig. 1 mit der relativen Signalfeldstärke dargestellten Strahlungscharakteristiken zeigen die Begrenzung der Strahlen in einer Ebene, die auf der durch die Mittellinie 10 gehende Leitebene senkrecht steht. Die Strahlungscharakteristik ist dennoch in diesem schmalen Strahlungsabmessungsbereich von hinreichender Breite, so daß sich die benachbarten Strahlungscharakteristiken überlappen. In jeder dargestellten Strahlungsposition überlappt der dieser Position zugeordnete Strahl bei einer noch beachtlichen Signalfeldstärke mindestens zwei Strahlen von anderen Strahlungspositionen.

Bei der Darstellung nach der Fig. 1 ist an der senkrechten Achse (Ordinate) die relative Signalfeldstärke in Dezibel aufgetragen. Die Höchstfeldstärke ist dabei durch den Wert Null dargestellt, und die geringeren Feldstärken sind durch von Null aus abnehmende Werte angegeben. Längs der Horizontalachse (Abszisse) sind die Winkelabweichungen von der durch die Mittellinie 10 laufenden Leitebene in Grad aufgetragen. Die äußeren Strahlungscharakteristiken 12 und 20 stellen die äußeren Begrenzungspositionen der Abtastung dar.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Strahl in allen seinen Positionen gleichzeitig mit zwei verschiedenen Signalen moduliert, wobei das vorherrschende der beiden Signale das Fahrzeug zu der einen oder der anderen Seite der Leitebene 10 führt. Im allgemeinen betragen die Leitmodulationssignale 90 Hz bzw. 150 Hz. In den Strahlen 12 und 14 herrscht das 90-Hz-Signal vor, während in den Strahlen 18 und 20 das 150-Hz-Signal vorherrschend ist. Wenn sich ein Fahrzeug, beispielsweise ein Luftfahrzeug, in dem Raum befindet, der vorwiegend der Energie der Strahlen 12 oder 14 ausgesetzt ist, überwiegt das 90-Hz-Modulationssignal, so daß das Fahrzeug von diesem vorherrschenden Signal in Richtung der Leitebene 10 gelenkt wird. Wenn sich das Fahrzeug umgekehrt in demjenigen Raum befindet, in dem die Energie der Strahlen 18 und 20 vorherrscht, so daß das 150-Hz-Signal am stärksten ist, wird das Fahrzeug im entgegengesetzten Sinn in Richtung auf die Leitebene 10 geführt. Somit wird die Modulation des Strahls an den verschiedenen Strahlpositionen 12 bis 20 mit verschieden eingestellten Modulationssignalen vorgenommen, deren Veränderung eine Funktion der Abtastposition des Abtaststrahls ist. Diese Einstellung wird derart vorgenommen, daß sich das Verhältnis zwischen den beiden Modulationssignalen als Funktion der Abtastung ändert. In der mittleren Strahlungsposition 16 haben die beiden Leitmodulationssignale von 90 Hz und 150 Hz die gleiche Amplitude, so daß dort das Verhältnis Eins ist. Auf der linken Seite nimmt das Verhältnis der 90-Hz-Modulation mit einer vorgegebenen Funktion der Abtastposition zu. Diese Funktion braucht notwendigerweise keine lineare Funktion zu sein. So beträgt bei der Strahlungsposition 14 das Verhältnis der 90-Hz-Modulation zur 150-Hz-Modulation beispielsweise 3:1. Bei der Strahlungsposition 12 kann hingegen das Verhältnis beispielsweise 25:1 betragen oder noch höher'sein. Auf der gegenüberliegenden Seite der Leitebene 10 kann eine dazu symmetrische Abänderung vorliegen. So kann bei der Strahlungsposition 18 das gleiche Verhältnis 1:3 und bei der Strahlungsposition 20 in entsprechender Weise 1:25 betragen.'

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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß durch eine beachtliche Überlappung der ausgesandten Strahlungsenergie in jeder der Strahlungspositionen in bezug auf die benachbarten Strahlungspositionen und durch gleichzeitige Modulation mit den Leitsignalen in allen Strahlungspostionen ein verhältnismäßig hoher Belastungsfaktor in der ausgestrahlten Energie für alle Empfängerpositionen vorgesehen wird. Durch diese Kombination ist es möglich, mit einem Dauerstrichempfänger an Bord eines Fahrzeugs die ausgesandten Tastsignale zu empfangen und dabei sämtliche Vorteile der Abtastaussendung und -Übertragung beizubehalten. Man kann daher einen Empfänger verwenden, der auch in der Lage ist, kontinuierliehe Schwingungssignale von anderen Sendern zu empfangen.

Die Trägerenergie kann amplitudenmoduliert werden. Vorzugsweise verwendet man jedoch ein Pulsdauermodulationssignal, bei dem die Dauer von aufeinanderfolgenden Stoßen der Trägerfrequenzenergie längenmäßig moduliert ist, so daß aufeinanderfolgende Stöße bei ihrer gemeinsamen Betrachtung als eine die Modulationssignale tragende Schwingung erkannt werden können. Mit dieser Anordnung wird die Hochfrequenzenergie im Abtaststrahl an den aufeinanderfolgenden Abtast'positionen intermittierend ausgestrahlt. Unter Bezugnahme auf die Fig. läuft ein Abtastvorgang beispielsweise derart ab, daß zunächst in der Strahlungsposition 12 ein Stoß der Trägerfrequenzenergie ausgestrahlt wird und daß anschließend nacheinander in den Strahlungspositionen 14₉ 16, 18 und 20 weitere Trägerfrequenzenergiestoße ausgestrahlt werden. Dieser Vorgang wird dann laufend wiederholt. Die Impulsbreite oder Dauer wird in jeder Strahlungsposition geändert, um die gleichzeitige Modulation durch die Modulationsfrequenzen vorzunehmen. Diese Strahlungscharakteristik kann man durch Abtasten mit einem einzigen räumlich bewegbaren Antennenelement vornehmen. Eine Umschaltabtastung mit getrennten Antennenelementen für jeden der Strahlen 12, 14, 16, 18 und 20 wird jedoch bevorzugt. Dabei wird die Hochfrequenzenergie aufeinanderfolgend und synchron mit der Pulsdauermodulation auf die einzelnen Antennenelemente umgeschaltet. Ein anderes verwendbares Ab_r

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tastverfahren mit entweder Amplitudenmodulation oder Pulslängenmodulation zeichnet sich durch die Verwendung einer einzigen feststehenden Antenne sowie durch Phasenänderungen aus, um die Abtastwirkung elektrisch hervorzurufen. Es gibt zahlreiche Gründe, die bei der Verwirklichung der vorliegenden Erfindung für die Pulslängenmodulation sprechen. So paßt sich die Pulslängenmodulation in natürlicher Weise der oben beschriebenen Umschalttastung an. Da die Trägerenergie für die Abtastumschaltung unterbrochen werden muß, kann man sie im Verlauf derselben Umschaltung durch einfache Modulation der Länge der einzelnen Trägerstöße modulieren. Eine Pulslängenmodulation, insbesondere mit Digitalsynthese, ist von Vorteil, weil dabei die bei der Amplitudenmodulation auftretenden Schwierigkeiten nicht vorkommen, beispielsweise das Aufrechterhalten relativer Amplituden der Signalfrequenzen mit hoher Genauigkeit. Ein weiterer Vorteil der Pulslängenmodulation besteht darin, daß dabei die Schwierigkeit des Signalverlusts in dem Empfänger infolge Begrenzung der Spitzensignale durch die automatische Lautstärkeregelung praktisch vermieden ist.

Dennoch kann man auch bei der Umschalttastung die Amplitudenmodulation anwenden. Da die Umschalttastung vorzugsweise mit einer Frequenz vorgenommen wird, die im Vergleich zu deijföignalfrequenzen wesentlich höher ist, ändert sich die Amplitude der Trägereinhüllenden während eines einzigen Impulses (TrägerStoßes) nur unbedeutend. Der Modulationsvorgang ist im wesentlichen ein Abtastvorgang, wobei der amplitudenmodulierte Träger mit einer geeigneten Modulationsschwingung moduliert wird, die mit der Strahlenabtastfrequenz getastet wird. Diese Kombination von Amplitudenmodulation und Pulstastung wird im folgenden Pulsamplitudenmodulation genannt.

In der Fig. 2 ist eine andere Strahlungscharakteristik dargestellt, die grundsätzlich mit derjenigen nach der Fig. 1 übereinstimmt, jedoch bevorzugt mid mit einer Mehrelementan» tsnnenanordnung, wie oben beschrieben, erzeugt \fird«, Die An-

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tennenelemente für die Außenstrahlen 12A und 20A sind etwas anders ausgebildet als die Antennenelemente für die inneren Strahlen 14A, 16A und 18A. Dadurch entstehen Außenstrahlen, die einen geringeren Spitzenenergiewert (von etwa -3 dB in bezug auf den Spitzenenergiewert der Strahlen 14A bis 18A) und eine größere Uberlappungsbreite haben. Diese Charakteristik garantiert einen größeren Einfangbogen, in dem ein sich näherndes Fahrzeug ein Leitsignal zuerst empfängt und dadurch in Richtung der Leitebene 10 geführt wird. Bei den Darstellungen nach den Figuren 1 und 2, insbesondere aber bei der Darstellung nach der Fig. 2, ist ein großer Überlappungsbereich zwischen den einzelnen Strahlungspositionen vorhanden, so daß die Gesamtzeit, während der ein besonderer Empfänger den FührungsSignalen ausgesetzt ist, größer ist. Dadurch nimmt auch die Nutzungsdauer der Signale am Empfänger zu, und die Zuverlässigkeit und Wirksamkeit bei der Übertragung getasteter Strahlungsimformation zu einem kontinuierlich arbeitenden Empfänger werden verbessert.

Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Strahlungsdiagramme sind insbesondere zur Azimutführung geeignet, jedoch kann man die gleichen Strahlungscharkateristiken auch bei der Gleitbahnführung verwenden. Bei der Gleitbahnsteuerung, bei der das Einfangen eines geführten Fahrzeugs leichter vorgenommen werden kann, wird eine 4-Strahlen-Konfiguration bevorzugt, wobei die einzelnen Strahlen etwas schmäler sind und vorzugsweise bei einem Pegel von -3 dB etwa 2° breit sind und die Strahlengipfel vorzugsweise beispielsweise bei 1,3°, 2,7°, 4,1° und 5,5° in bezug auf den Horizont angeordnet sind.

Die Fig. 3 zeigt in Form eines Blockschaltbilds eine nach der Erfindung ausgebildete Senderanordnung einer Bodenstation. Die Anordnung enthält einen Abtaster 22, der an getrennten Ausgangsleitungen 24, 26, 28, 30 und 32 aufeinanderfolgend Schaltsignale abgibt, um die Hochfrequenzenergie nacheinander an die verschiedenen Antennenelemente 24A₁ 26A, 28A, 3OA und 32A zu legen. Die Hochfrequenzenergie wird über einen Verstär-

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ker 34 zugeführt und über Binärschalter 42, 44, 46 und 48 an die Antennenelemente angeschaltet. Die Binärschalter werden über direkte Verbindungen vom Abtaster 22 und über Verbindungen durch ODER-Glieder 36, 38 und 40 gesteuert. Jedes der Schaltsignale an den Ausgangsleitungen 24 bis 32 steuert die Schaltfolge zu den zugeordneten Antennenelementen 24A bis 32A. Wenn daher an der Ausgangsleitung 32 ein Signal auftritt, dann steuert dieses den Binärschalter 42, um dem Antennenelement 32A die Hochfrequenz zuzuführen. Wenn an irgendeiner der Ausgangsleitungen '24 bis 30 des Abtasters 22 ein Ausgangssignal auftritt, dann entsteht am Ausgang des ODER-Glieds 36 ebenfalls ein Ausgangssignal, das die Hochfrequenz vom Verstärker 34 über den Binärschalter 42 dem Binärschalter 44 zuführt. Wenn an der Ausgangsleitung 24 oder 26 ein Schaltsignal anliegt, tritt am Ausgang des ODER-Glieds 40 ein Ausgangssignal auf, das die Hochfrequenz über den Bi-, närschalter 44 dem Binärschalter 46 zuführt. Je nachdem, ob das Schaltsignal an der Leitung 24 oder an der Leitung 26 auftritt, wird die Hochfrequenz über den Binärschalter 46 entweder dem Antennenelement 24A oder dem Antennenelement 26A zugeführt. Wenn an den Ausgangsleitungen 28 oder 30 ein Schaltsignal anliegt, schaltet das Ausgangssignal an dem ODER-Glied 38.die Hochfrequenz über den Binärschalter 44 zum Binärschalter 48 durch. In Abhängigkeit davon, ob das Schaltsignal an der Ausgangsleitung 28 oder 30 anliegt, gelangt die Hochfrequenz über den Binärschalter 48 entweder zum Antennenelement 28A oder 3ÖA.

Die beiden Modulationsfrequenzen, die vorzugsweise 150 Hz und 90 Hz betragen, werden von Oszillatoren oder Tongeneratoren 50 und 52 erzeugt. Die Tongeneratoren liefern die Modulationsfrequenzen an eine Programmeinheit 54. Der Programmeinheit 54.werden auch die Abtastsignale des Abtasters 22 zugeführt. Die Programmeinheit 54 gibt daher an einer Leitung 54A ein programmiertes Ausgangssignal ab, das aus aufeinanderfolgenden ModulationsSignalen besteht, die von dem Abtaster 22 synchronisiert sind, um für jedes der Antennenelemente 24A bis 32A das richtige momentane Modulationsver-

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hältnis bereitzustellen. Diese Signale an der Leitung 54A werden in einem Kombinator 56 mit Signalen eines Stationsidentifiziersignalgenerators 58 vereinigt. Diese vereinigten Modulationssignale werden einem Modulator 60 zugeführt, um eine hochfrequente Trägerschwingung zu modulieren, die dann an den Eingang des Verstärkers 34 gelegt wird. Die hochfrequente Trägerschwingung wird dem Modulator 60 über einen Mischer 64 und ein Filter 66 von einem Normalfrequenzgenerator 62 zugeführt. Die Hochfrequenzschwingung des Normalfrequenzgenerators 62 wird um eine feste Frequenz von einem Signal versetzt, das von einem Frequenzversetzungsgenerator erzeugt und in dem Mischer 64 mit dem Normalfrequenzsignal gemischt wird. Das Filter 66 ist derart ausgelegt, daß es eine vorgegebene versetzte Hochfrequenz selektiert. Die nicht modulierte Normalfrequenzschwingung wird direkt, also ohne Versetzung,über eine Leitung 70 dem Hochfrequenzverstärker 34 zugeführt. Dadurch wird ein festes Frequenznormal geschaffen, das gleichzeitig mit den Informationssignalen ausgestrahlt und von dem Empfänger erkannt wird, um in demEmpfanger die Detektoroszillatoren zu steuern und die Empfangsschaltung zu stabilisieren.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das im C-Band des Mikrowellenfrequenzbereichs Leitsignale ausstrahlt, beträgt die Identifiziergeneratorfrequenz 1020 Hz, die Normalfrequenz 5000,2 MHz und die Signalversetzungsfrequenz 0,3 KHz, so daß der Hochfrequenzträger eine Frequenz von 5005»0 MHz aufweist. Die Versetzungsfrequenz ist derart gewählt, daß verschiedenen Bodenstationen besondere Kanäle zugeordnet sind.

Damit der Dauerstrichempfänger die Abtast Schwingungssignale wirksam empfangen und demodulieren kann, sollte die Abtastgeschwindigkeit vorzugsweise mindestens das Zweifache der höchsten Signalfrequenz betragen. Daraus ergibt sich.bei dem obigen Beispiel eine Abtastfrequenz von mindestens 2040 Hz.

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Ein besonderes Merkmal der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besteht darin, daß die Kursbreite sehr einfach dadurch verändert werden kann, daß die Programmeinheit 54 auf ein anderes Modulationsprogramm umgeschaltet wird. Der Ausdruck Kursbreite bezieht sich auf einen Bereich in der Nachbarschaft der Leitebene 10 (Figuren 1 und 2), in dem die Leitsignale normalerweise einen Pegel haben, der das Leitanzeigegerät nicht in die Sättigung treibt. Wenn sich das geführte oder geleitete Fahrzeug außerhalb des Bereichs der Kursbreite aufhält, befindet sich das Kursanzeigegerät in einem gesättigten Zustand mit vollem Skalenausschlag und fordert eine Steuerung nach links oder nach rechts.

Weiterhin ist es durch einfache Abänderung des Modulationsprogramms möglich, den Winkel der Leitebene einzustellen. Dies ist von besonderem Interesse, wenn die Leitstrahlanordnung zur Gleitbahnsteuerung eines Flugzeugs verwendet wird, da für verschiedene Flugzeugarten verschiedene Gleitwinkel erwünscht sind.

Der Identifiziersignalgenerator 58 erzeugt ein Signal, das die besondere Bodenstation oder den Flughafen identifiziert. Zu diesem Zweck erzeugt der Identifiziersignalgenerator Morsecodesignale, die mit einer Geschwindigkeit von sieben Wörtern pro Minute bei einer Tonfrequenz von 1020 Hz in Übereinstimmung mit den ICAO-Normen ausgestrahlt werden.

Es folgt ein Modulationsprogramm der Programmeinheit 54, das eine Kursbreite von plus oder minus 3°.bei dem Strahlungsdiagramm nach der Fig. 2 vorsieht. In der folgenden Tabelle wird eine 50#ige Modulation vorausgesetzt, und der Modulationsindex für die betreffenden Modulationsfrequenzen ist in bezug auf den Beitrag jeder Modulationssignalfrequenz zu der Gesamtmodulation angegeben:

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	Tabelle I	150-Hz-
	90-Hz-	Modulations-
Strahlungs	Modulations-	index
identifizierung	index	0,1
12A	0,4	0,1
14A	0,4	0,25
16A	0,25	0,4
18A	0,1	0,4
2OA	0,1

Die Empfangsanordnung, die im vorliegenden Fall verwendet werden kann, ist in der Fig. 4 dargestellt, Sie enthält einen ILS-Landekursempfanger 110 und einen ILS-Gleitbahnempfanger 114. Die AusgangsSignaIe dieser beiden Empfänger speisen ein ILS-Anzeigegerät 112. Der Landekursempfänger 110 arbeitet mit den üblichen VHF-Landekursfrequenzen in einem Band von 108 bis 112 MHz. Kontinuierliche VHF-Landekursschwingungssignale können über einen schematisch dargestellten Schalter 120 von einer Landekursantenne 116 empfangen werden. Der Gleitbahnempfänger 114 empfängt Signale in dem üblichen Gleitbahnfrequenzband von 328,6 bis 335,4 MHz. Kontinuierliche .VHF-Gleitbahnschwingungssignale können über einen schematisch dargestellten Schalter 122, der zusammen mit dem Schalter 120 umgeschaltet wird, von einer Gleitbahnantenne 118 empfangen werden.

Ein Mikrowellenempfänger und Umformer 124 empfängt über eine Mikrowellenantenne 126 die Mikrowellenleitsignale. Dies sind die von der in der Fig. 3 dargestellten Sendeanordnung ausgestrahlten Abtastschwingungssignale. Die Mikrowellensignale enthalten Signale, die in der herkömmlichen ILS-Form vorliegen, und werden in dem Empfänger-Umformer 124 umgeformt und in einem Umsetzer 128 in Signale umgesetzt, die in die üblichen VHF-GIeitbahn- und VHF-Landekursfrequenzbänder fallen. Auf diese Weise können diese Signale über die Verbindungsleitungen 121 und 132 und über die Schalter

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120 und 122 direkt dem Landekursempfänger 110 und dem Gleitbahnempfänger 114 zugeführt werden. Signale innerhalb des gleichen Mikrowellenfrequenzbandes können von dem Empfänger-Umformer 124 ebenfalls empfangen sowie umgeformt werden und über die Verbindungsleitung 125 einem anderen Navigationshilfsgerät 131 zugeführt werden. \

Die in der Fig. 3 dargestellte Sendeanordnung zeigt einen einzigen Funktionssender, der beispielsweise in der Lage ist, die Landekursfunktion zu liefern. Es können weitere ähnliche Sender vorgesehen sein, die andere Leitfunktionen liefern, beispielsweise die Gleitbahnfunktion. Die in der Fig. 4 dargestellte Empfangsanordnung ist in der Lage, sowohl Landekurssignale als auch Gleitbahnsignale zu empfangen, die von getrennten Sendern mit einem der Fig. 3 entsprechenden Aufbau ausgestrahlt werden. Der Einfachheit halber können die getrennten Sender zu einer Sendeanlage räumlich zusammengefaßt werden. Ein weiterer Identifiziersignalgenerator 58 und eine weitere Leitung 70 für die Ausstrahlung der Normalfrequenz braucht bei den anderen Leitfunktionssendern nicht vorgesehen zu sein.

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Claims

Patentansprüche

(1./ Verfahren zum Aussenden von Funksignalen für ein Instrumentenleitstrahlsystem unter Verwendung von Funkträgerfrequenzenergie ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Funkträgerfrequenzenergie in einem Abtaststrahl (24A bis 32A, Fig. 3; 12A bis 2OA, Fig. 2) mit einer vorgegebenen räumlichen Beziehung zu einer vorgeschriebenen Leitebene (10, Fig. 2) abgestrahlt wird, zu deren Festlegung Abschnitte des Abtaststrahls in Abständen zu beiden Seiten der Ebene angeordnet sind, daß die Abtastrichtung praktisch senkrecht zur Leitebene verläuft, daß die Funkträgerfrequenzenergie gleichzeitig mit zwei verschiedenen Modulationssignalen moduliert wird, daß das Verhältnis zwischen den Modulationsanteilen der beiden verschiedenen Modulationssignalen eine Funktion der Abtastposition des Abtaststrahls ist und daß die Änderung dieses Modulationsverhältnisses praktisch symmetrisch zu der Leitebene vorgenommen wird, so daß auf der einen Seite der Ebene das eine Modulationssignal und auf der anderen Seite der Leitebene das andere Modulationssignal vorherrscht und der Wert des Verhältnisses in der Leitebene selbst Eins ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz des Abtaststrahls mindestens das Zweifache der höchsten Frequenz der Modulationssignale ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtaststrahl fächerförmig (Fig. 2) ist und quer zur Richtung der Energieausbreitung seine Schmalseite aufweist, daß die Schmalseite des Abtaststrahls praktisch senkrecht auf der Leitebene (10) steht und daß die Schmalseite hinreichend groß ist, so daß die Strahlungscharakteristik (14A) des Abtaststrahls in einer der Abtastrichtungen die Strahlungscharakt eri at ik (16A, 18A) des Abtaststrahls in anderen Abtastrichtungen überlappt.

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4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkträgerfrequenzenergie in dem Abtaststrahl intermittierend ausgestrahlt wird und daß die Modulation (60, Fig. 3) der Funkträgerfrequenzenergie dadurch vorgenommen wird, daß die Länge jeder intermittierenden Ausstrahlungsperiode individuell gesteuert wird, um auf der Funkträgerfrequenzenergie ein pulslängenmoduliertes Signal zu erzeugen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkträgerfrequenzenergie in dem Abtaststrahl intermittierend abgestrahlt wird und die Modulation (60, Fig. 3) der Funkträgerfrequenzenergie dadurch vorgenommen wird, daß während jeder intermittierenden Ausstrahlungsperiode die Amplitude der Funkträgerfrequenzenergie individuell gesteuert wird, um auf der Funkträgerfrequenzenergie ein pulsamplitudenmoduliertes Signal zu erzeugen.
6. Funkinstrumenten-Leitstrahlanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruchi,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Antenneneinrichtung (24A, 32A, Fig. 3) einer Sendeanordnung einer Bodenstation derart ausgebildet ist, daß sie einen fächerförmigen Funkleitstrahl aussendet, der unter verschiedenen Winkeln abtastet, um in einer geometrischen Ebene eine vorgeschriebene Leitebene zu definieren, wobei die Schmalseite des Abtaststrahls und die Abtastrichtung praktisch senkrecht zur Leitebene verlaufen, daß eine Funksendeeinrichtung eine Einrichtung (60 bis 68, 34, 42 bis 48) aufweist, die der Antenneneinrichtung die Funkträgerfrequenzenergie zuführt, daß eine Modulations einrichtung (50 bis 60) die Funkträgerfrequenzenergie mit zwei verschiedenen Modulationssignalen gleichzeitig moduliert und daß eine Programmeinrichtung (54) ■ synchron mit der Antennenabtastung betrieben wird, um das Verhältnis der fodulationsanteile der beiden verschiedenen

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Modulationssignale als Funktion der Abtastung des Abtaststrahls zu ändern, wobei die Änderung dieses Modulationsverhältnisses praktisch symmetrisch zur Leitebene erfolgt, so daß in der auf der einen Seite der Leitebene abgestrahlten Funkträgerfrequenzenergie das eine Modulationssignal und in der auf der anderen Seite der Leitebene abgestrahlten Funkträgerfrequenzenergie das andere Modulationssignal vorherrscht und in der Leitebene selbst die Modulationssignale gleich sind, wodurch die Lage der Leitebene durch die Funksignale definiert wird.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet , daß die Programmeinrichtung (54) mit verschiedenen wählbaren Programmen betreibbar ist, die eine Änderung des Modulationsverhältnisses vorsehen, um in bezug auf verschiedene gewählte Leitebenen Symmetrie zu erhalten und wählbare Winkel für die Leitebenen vorzusehen.
8. Anordnung nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifizierung eines besonderen Sendeortes ein gesonderter Identifiziersignalgenerator (58) vorgesehen ist, der derart angeschaltet ist, daß die von ihm erzeugten Signale gleichzeitig mit den bereits erwähnten Modulationssignalen die Funkträgerfrequenzenergie modulieren.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Normalfrequenzgenerator (62) vorgesehen ist, dessen Frequenz in einer festen Beziehung zur Frequenz der Funkträgerfrequenzenergie steht, und daß die Funksendeeinrichtung die Normalfrequenz zusammen mit der modulierten Funkträgerfrequenzenergie ausstrahlt, um den Empfänger an Bord eines Fahrzeugs mit der modulierten Funkträgerfrequenz zu synchronisieren.

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10. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an Bord des zu führenden Fahrzeugs eine Empfangseinrichtung (Fig. 4) vorgesehen ist, die die von der Sendeeinrichtung der Bodenstation ausgesandten Signale empfängt, um es dem Fahrzeugführer zu ermöglichen, der von der Sendeeinrichtung definierten Leitbahn zu folgen, und daß die Empfangseinrichtung einen Empfänger aufweist, der normalerweise derart betrieben wird, daß er kontinuierliche Schwingungseignale empfängt.
11. Anordnung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger derart betreibbar ist, daß er die VHF-Instrumentenlandesystem-Leitsignale (bei 116, 118) in dem üblichen ILS-Systemformat von üblichen ILS-Sendern empfängt, daß die Funkträgerfrequenzenergie des Bodenstationssenders im Mikrowellenfrequenzband liegt, und daß die Empfangseinrichtung eine Mikrowellenempfänger- und Umformereinrichtung (124) aufweist, die die Abtastleitsignale des Senders empfängt und diese Signale in VHF-Signale umformt, so daß sie von dem VHF-DauerStrichempfänger verarbeitet werden können.,
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, · dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung mehrere getrennte Antennenelemente (24A bis 32A, Fig. 3) mit verschiedenen Richtungswinkeln enthält und daß die Einrichtung (42 bis 48), die die Funkträgerfrequenzenergie der Antenneneinrichtung zuführt, derart betrieben wird, daß die Funkträgerfrequenzenergie den getrennten Antennenelementen aufeinanderfolgend in Form von einzelnen Hochfrequenzenergiestößen zugeführt wird, so daß durch die aufeinanderfolgende Abstrahlung von den einzelnen Antennenelementen ein Abtaststrahl gebildet wird.

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13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Modulation der Funkträgerfrequenzenergie dienende Modulationseinrichtung (50 bis 60) zusammen mit der Einrichtung (42 bis 48) zur Zufuhr der Funkträgerfrequenzenergie zu der Antenneneinrichtung synchron betrieben wird und daß die Modulationseinrichtung die Länge jedes Trägerfrequenzenergiestoßes in der Folge von Stößen, die den getrennten Antennenelementen zugeführt werden, moduliert» um dadurch pulslängenmodullerte Signale vorzusehen.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzei chnet, daß die zur Modulation der Funkträgerfrequenzenergie dienen«- de Modulationseinrichtung (50 bis 60) zusammen mit der ΕΛΛ-richtung (42 bis 48) zum Zuführen der Funkträgerfrequenz>-energie zu der Antenneneinrichtung synchron betrieben wird und daß die Modulationseinrichtung die Amplitude jedes 3UrS-gerfrequenzenergiestoßes in der Folge von Stößen, die den getrennten Antennenelementen zugeführt verden, Moduliert, um dadurch pulsamplitudenmodulierte Signale vorzusehen.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Antennenelemente (24A bis 32A, Fig. 3) der Antenneneinrichtung .in ungleichmäßigen Abständen voneinander angeordnet und körperlich derart ausgebildet sind, · daß getrennte Strehlen ausgesendet werden, die verschiedene Komplementcharakteristiken aufweisen, so daß eine AbtaststräoLungscharakteristik (Fig. 2) mit einem hohen Auflösungsgrad im mittleren Abschnitt (14A, 16A, 18A) entsteht, wodurch die vorgeschriebene Leitbahn (10) gebildet wird, und daß an den Randabschnitten der Abtaststrahlungscharakteristik Veitwinkelstrahlen (12A, 20A) mit geringer Auflösung vorgesehen sind. .---··

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16. Anordnung nach Anspruch 15»
dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenelemente (24A bis 32A, Fig. 3) derart ausgelegt sind, daß sie nahe bei der vorgeschriebenen Leitbahn (10) mehrere dicht beieinanderliegende schmale Strahlen (14A, 16A, 18A, Fig. 3) und an den Rändern der Abtaststrahlungscharakteristik in einem verhältnismäßig größeren Abstand breitere Strahlen (12A, 20A) alt einer geringeren maximalen Strahlungsleistung erzeugen.

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