DE2231991C3 - Bordgerät für eine Entfernungsmeßeinrichtung, insbesondere DME-Teil eines TACAN-Bordgerfits, mit Prüfgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Bordgerät für eine Entfernungsmeßeinrichtung, insbesondere DME-Teil eines TACAN-Bordgeräts, wie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben.

Ein derartiges Bordgerät ist aus der GB-PS 10 49 847 bekannt.

In der Funkortung spielt die Entfernungsmessung zwischen einer beweglichen Station und einer oder mehreren Feststationen eine große Rolle.

Beim DME-System kann die Flugzeugbordstation ihre Entfernung von einem Transponder, dessen geographische Lage bekannt ist, bestimmen. Die Wirkungsweise von DME ist ähnlich wie die Wirkungsweise von Radargeräten. Die Bordstation sendet Impulse, im allgemeinen Impulspaare, aus und ermittelt die Entfernung aus der Zeit, die vergeht, bis die Antwortimpulse eintreffen. Die Antwortimpulse sind ebenfalls Impulspaare. Diese Antwortimpulse werden vom abgefragten Transponder ausgesendet, der von den Abfrageimpulsen, die das Flugzeug aussendet, getriggert wird.

Es ist für den Piloten des Flugzeuges sehr wichtig, daß er sein Bordgerät überprüfen kann. Das Bordgerät und insbesondere die Entfernungsmeßeinrichtung konnte so seither zuverlässig nur geprüft werden, wenn sich das Flugzeug am Boden befand. Mit diesen Meßeinrichtungen konnte zwar die genaue Eichung der Entfernungsmeßeinrichtung erfolgen, eine Überprüfung des Bordgerätes im Flugbetrieb ist auf diese Weise aber nicht « möglich. Ein Gerät, mit dem die Eichung erfolgen kann, ist beispielsweise aus der US-PS 31 72 107 bekannt.

Aus der GB-PS 1049 847 ist bekannt, daß bordseitig ein Prüfgerät vorhanden is·., das das Bordgerät einer Entfernungsmeßeinrichtung automatisch oder durch Steuerung durch den Benutzer prüft. Durch das Prüfgerät wird ein sich in einer bestimmten Entfernung befindendes Ziel simuliert. Eine Simulation der Antwortsignale des Transponders, zu dem die Entfernung gemessen werden soll, erfolgt hier jedoch nicht. Die v> simulierten Signale werden nämlich nicht dem Empfänger des Bordgerätes, sondern den dem Empfänger nachgeschalteten Auswerteschaltungen zugeführt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bordgerät anzugeben, bei dem das Antwortsignal eines Transponders simuliert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Patentanspruch angegebenen Mitteln.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden nicht nur die Auswerteschaltungen, sondern auch die Empfänger überprüf L Dadurch, daß zur Erzeugung des Prüfsignals ein Teil des Senderausgangssignals verwendet wird, kann auch überprüft werden, ob der Sender arbeitet

Die Erfindung wird nun anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Bord-DME-Gerätes mit Prüfeinrichtung,

F i g 2 ein Impulsdiagramm zu F i g. 1, F i g. 3 Einzelheiten der Baugruppe 30 nach F i g. 1.

In F i g. 1 ist mit 1 ein bekanntes DM E-Bordgerät gezeigt dessen Wirkungsweise zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist Nicht zum Stand der Technik in F i g. 1 gehören der Block 28 mit seinen Anschlüssen und der weitere Eingang «im Block 4.

Die Erweiterung des Bordempfängers gemäß der Erfindung enthält das mit 2 bezeichnete Rechteck.

Das Bordgerät 1 enthält eine Sendekette und eine Empfangskette, die mit einer gemeinsamen Sende/Empfangs-Antenne 3 über einen Duplexer 4 verbunden ist

Die Sendekette enthält einen Sender 5, dessen Ausgang mit einem Eingang des Duplexers 4 verbunden ist Auf den Eingang Ei des Senders gelangt die Trägerfrequenz und auf den Eingang El die Modulation. Der Eingang EX ist mit dem Ausgang von Frequenzvervielfacherstufen verbunden, die mit 6 bezeichnet sind. Diese Stufen 6 werden von einer Frequenzaufbereitungsschaltung 7 gespeist Die Schaltungen 5 und 6 ermöglichen es, daß für den Sender 5 eine beispielsweise im Frequenzbereich von 1025 bis 1150 MHz liegende Frequenz gewählt werden kann.

Die Frequenzauswahl bzw. -einstellung erfolgt mittels einer Frequenzeinstelleinrichtung 8, die von einem Bediengerät 9 gesteuert wird. Die Einrichtung 8 liefert beispielsweise Binärsignale an einen veränderlichen Frequenzteiler in der Frequenzaufbereitungsschaltung 7.

Der Modulationseingang El des Senders 5 ist mit einem Modulator 10 verbunden. Dieser dient zur Tastung des Senders 5 mit den Abfrageimpulsen. Die Abfrageimpulse werden von einem Kodiergenerator 11 geliefert, dessen Ausgang mit dem Eingang der Stufe 10 verbunden ist.

Die erzeugten Abfrageimpulse sind kodiert beispielsweise zu Impulspaaren zusammengefaßt; jeder Impuls hat eine Länge von 3,5 μβ und der Impulsabstand zwischen den beiden Impulsen eines Paares beträgt \2y&. Die Impulspaarwiederholungsfrequenz beträgt 140 Hz im Suchbetrieb und 28 Hz im Nachlaufbetrieb. Ein derartiges Impulspaar ist mit Ib in Fig.2 bezeichnet

Die Empfangskette des Bordgerätes 1 enthält einen Empfänger 12, der mit dem Ausgang 52 des Duplexers 4 verbunden ist. Der Empfänger 12 arbeitet in bekannter Weise im Frequenzbereich von 962 bis 1213 MHz. Er enthält einen UHF-Verstärker, der mit dem Ausgang 52 des Duplexers 4 verbunden ist Die Empfangsfrequenzeinstellung ist mit dem Bediengerät 9 in nicht gezeigter Weise verbunden. Die ZF-Stufen, die Mischstufe und Detektorstufe des Empfängers sind nicht gezeigt.

Ein Entfernungsmeßgerät 13 ist einerseits mit dem Ausgang 53 der Detektorstufe des Empfängers 12 und andererseits mit dem Ausgang 51 des Senders 5 Ober eine nicht gezeigte Leistungsschwelle verbunden. Das Entfemungsanzeigegerät 13 besteht aus IC Stufen, die zur Messung der Zeit zwischen der Aussendung eines Abfrageimpulspaares und der Ankunft eines Antwortimpulspaares im Empfänger 12 dienen. Zum Meßgerät gehört auch eine nicht gezeigte Anzeigeeinrichtung. Das Meßgerät dient beispielsweise zur Messung von to Entfernungen zwischen 0 und 555 km (300 sm).

Die Prüfeinrichtung 2 enthält eine Steuerstufe 14, die dazu dient, entweder willkürlich oder selbsttätig die Prüfung des Bordgerätes einzuleiten. Handelt es sich um eine selbsttätige Einleitung eines Prüfvorganges, dann erfolgt diese zweckmäßigerweise in bestimmten Zeitabständen.

Die Steuerstufe 14 hat einen ersten Ausgang 54, der mit dem Steuereingang £3 des Pulspaardekoders 15 verbunden ist, sowie einen zweiten Ausgang 55, der mit dem Eingang £4 der Frequenzeinstelleinrichtung 8 verbunden ist Die Steuerschaltung 14 dient somit einmal zur Frequenzeinstellung und andererseits macht sie die Dekodierschaltung 15 wirksam.

Vom Sender 5 wird HF-Spannung am Ausgang 51 abgenommen, im Detektor 28 gleichgerichtet und der Dekodierschaltung 15 zugeführt

Die Dekodierschaltung 15 liefert ein Ausgangssignal zum Eingang einer Zeitschaltung 19, nachdem an ihrem Eingang £5 zwei aufeinanderfolgende Abfrageimpulse jo gelangt waren, deren Abstand dem Sollabstand zweiir Impulse eines Paares entspricht

Zur Erkennung dieses impulsabstandes von 12 με enthält die Dekodierschaltung 15 eine UND-Schaltung 16, deren erster Eingang mit der Steuerschaltung 14 über den Eingang E3, deren zweiter Eingang mit dem Eingang £5 und deren dritter Eingang über eine Zeitschaltung 17 und eine Eichschaltung 18 mit dem Eingang ES verbunden sind. Die Zeitschaltung 17 und die Eichschaltung 18 sind Monoflops.

Die Zeitkonstante CX der Stufe 17 ist etwas kleiner als der zeitliche Abstand zwischen zwei Abfrageimpulsen, z. B. 11 us, und die Zeitkonslar.te C2 der Stufe 18 unterscheidet sich nicht wesentlich von der Impulslänge, sie beträgt z.B. 2 με. ν,

Am Ausgang der UND-Schaltung 16 tritt ein Impuls auf, wenn gleichzeitig ein ankommender Abfrageimpuls vom Sender 5 über den Detektor 28, ein Ausblendimpuls von der Eichschaltung 18 und ein Signal von der Stufe 14 auftritt Das Signal der Steuerstufe 14 ist beispielsweise eine Sekunde lang.

Die Zeitschaltung 19 hat eine Zeitkonstante, die gleich der Differenz zwischen einer vorgegebenen Zeit entsprechend einer simulierten Entfernung und dem Abstand zweier Impulse eines Impulspaares, d.h. im Beispiel C3=50—12=38 με. Diese Zeitangaben sind Näherungswerte und berücksichtigen die Laufzeiten in anderen Schaltungen nicht

Die Zeitstufe 19, die ebenfalls ein Monoflop ist, ist ausgangsseitig einerseits mit dem einen Eingang einer t>o EXKLUSIV-ODER-Schaltung 20 und andererseits mit dem Eigang eines Monoflops 21 verbunden, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der Schaltung 20 verbunden ist Die Zeitkonstante C4 des Monoflops 21 ist gleich dem Abstand zweier Impulse eines Impulspaa- bs res, so daß am Ausgang der Stufe 20 nacheinander Ausgangssignale von der Stufe 19 und von der Stufe 21 auftreten. Der Impulsabstand ist, wie bereits erwähnt, 12 us. Die Stufen 19,20 und 21 bilden die Triggerschaltung 30.

Der Ausgang der EXKLUSIV-ODER-Schaltung 20 ist mit dem Eingang eines Monoflops 22 verbunden, das als Impulsformer dient und dessen Zeitkonstante C5 gleich der Impulslänge eines Antwortimpulses ist

Damit liefert die Stufe 22 nacheinander zwei Impulse, die simulierte Antwortimpulse genannt werden. Diese gelangen an den Modulationseingang einer Stufe, die einem UHF-Generator 23 nachgeschaltet ist Der Generator 23 ist über den Duplexer 4 induktiv an den Empfänger 12 angeschaltet so daß die simulierten UHF-Antwortimpulse zum Eingang des Empfängers 12 gelangen. Die Stufen 22 und 23 bilden eine Generatorschaltung 29.

Anhand der Impulsdiagramme gemäß Fig.2 wird nun die Wirkungsweise der Prüfeinrichtung in Verbindung mit den F i g. 1 und 3 beschrieben. Es wird angenommen, daß im Ausführungsbeispiel die vorgegebene Entfernung 0 km (0 sm) beträgt, d. h. der zeitliche Abstand zwischen Abfrage- und Antwortimpulspaar beträgt 50 us. Es wird davon ausgegangen, daß das DME-Bordgerät eingeschaltet ist entweder zur Prüfung oder zum Normalbetrieb. In diesem Falle wird die Prüfschaltung 2 mittels der Steuerschaltung 14 in Betrieb gesetzt Die Steuerschaltung 14 gibt eine binäre »1« an den Eingang £3 der Stufe 15 und ein Kanalwahlsignal über den Eingang £4 zur Frequenzeinstelleinrichtung 8. Die daraufhin vom Sender 5 gesendeten Abfrageimpulspaare gelangen über die Stufe 28 zum Eingang £5 der Dekodierschaltung 15, so daß diese arbeiten kann. Zum Zeitpunkt 11 gelangt die binäre »1« zum Eingang £3 der Stufe 15 (2a, F i g. 2) und 12 ist der Zeitpunkt, zu dem der erste Abfrageimpuls //1 eines Paares gesendet wird. Der Impuls IiX hat eine Impulslänge θ 1 und einen Abstand Tl vom zweiten Abfrageimpuls Ii2 (2b in Fig.2 zeigt diese beiden Impulse). Im Ausführungsbeispiel ist θ 1 = 2,5 \is und Tl = 12 us.

Der erste Sendeimpuls IiX gelangt nach seiner Gleichrichtung einerseits zum Monoflop 17 und andererseits zum Eingang der UND-Schaltung 16, der direkt mit £4 verbunden ist. //1 hat keine Wirkung auf die UND-Schaltung 16, da deren dritter Eingang eine binäre »0« aufweist.

Der Monoflop 17, der im Ruhezustand eine binäre > >1« abgibt, wird von der Vorderflanke des Impulses IiX getriggert und liefert dann eine binäre »0« an seinem Ausgang, wie in 2c, F i g. 2 gezeigt ist Die Standzeit des Monoflops beträgt Cl = Il us. Infolgedessen tritt an seinem Ausgang 11 us nach rl wieder eine binäre »1« auf.

Der zweite Abfrageimpuls Ii 2 des gleichen Impulspaares tritt zum Zeitpunkt r3 auf, d.h. 12 us nach (2. Der Impuls Ii 2 triggert wieder die Stufe 17 11 us lang. Nach der Zeit Ci gelangt auf die Eichschaltung 18 ein Ausblendeimpuls als binäre »1«; die Vorderflanke des Ausblendeimpulses triggert die Stufe 18. Dieser hat eine Standzeit von C2 = 2us und sein Ausgangssignal ist eine binäre »1« (2d, Fig.2). Diese binäre »1« gelangt zum zugeordneten Eingang der UND-Schaltung 16 während der Zeit die zwischen f2+Cl = f2f 11 \is undi2+Cl + C2=i2+13usliegt.

Der zweite Impuls //2, ebenfalls eine binäre »1«, gelangt gleichzeitig zur Zeit ί2+7Ί = ί2+12μ5 zum zugeordneten Eingang der UND-Schaltung 16, deren dritter Eingang seit der Zeit 11 eine binäre »1« aufweist. Infolgedessen liefert die Schaltung 16 einen Impuls Ip X,

eine binäre »1«, während der Zeit zwischen ί3=«2+12μ5 und 12 = Ci + C2= /2+13 μβ. Das Ausgangssignal der Schaltung 16 ist mit 2c in F i g. 2 bezeichnet. Der Impuls Ip 1 gelangt zum Eingang der Triggerschaltung 19 und triggert diese mit seiner Vordcrflanke. Diese Schaltung hat, wie erwähnt, eine Zeitkoiisiante C 3 = 38 μ*. Vor der Triggerung liefert die Stufe 19 als Ausgangssignal eine binäre »1« und nach der Triggerung eine binäre »0«, wie in 2f, F i g. 2 gezeigt ist. Hierdurch wird das Monoflop 21 und die Stufe 20 nicht betätigt. Die Stufe 20 kann somit die Stufe 22 nicht mit einem negativen Impuls ansteuern. Der Zustand des Systems bleibt somit unverändert. Zur Zeit r3 + C1 liefert die Stufe 17 wieder eine binäre »1«, wodurch die Stufe 18 für die Dauer der Zeit C2 umschaltet Der auf diese Weise erhaltene Impuls hat keine Wirkung auf die Schaltung 16, deren Eingang E5 eine binäre »0« führt. Die Impulswiederholungsperiode ist in jedem Falle groß gegen Π und Cl.

Zur Zeit f4=<3 + C3=f2+5(^s liefert die Zeitstufe 19 eine binäre »1«.

Dieses Signal gelangt zum Eingang £6 der ODER-Schaltung 20. Diese Schaltung 20 ist in Einzelheiten in Fig.3 gezeigt. Sie enthält eine Umkehrstufe 24 und zwei NAN D-Schaltungen 25 und 26. Die binäre »1« von der Stufe 19 gelangt einerseits zum Eingang £6 der Stufe 20 und andererseits zum Eingang des Monoflops 21. Vor der Triggerung trat am Ausgang des Monoflops 21 eine binäre »0« auf, wie 2g, F i g. 2, zeigt Zur Zeit 14 schaltet sie in den quasistabilen Zustand um und liefert für die Dauer der Zeit C4=12μs an ihrem Ausgang eine binäre »1«. Vorher hat jedoch eine binäre »1« eine binäre »0« am Ausgang der NAND-Schaltung bewirkt, deren beide Eingänge für eine kurze Zeit eine binäre »1« aufweisen. Diese binäre »0« wird in der Umkehrstufe 24 invertiert und die binäre »1« triggert den Monoflop 22 für die Dauer von C5 = 3,5μs. Damit liefert der Monoflop 22 einen positiven Impuls Ir 1, der vom ersten Abfrageimpuls Ip 1 einen Abstand von 50 μβ hat. Diese Zeit entspricht einer Entfernung von 0 km (0 sm). Der Impuls /rl gelangt zum Modulationseingang des

UHF-Generators 23.

Der auf diese Weise erhaltene simulierte Antwortimpuls Is 1 gelangt dann über den Duplexer 4 und den Empfänger 12 zur Meßeinrichtung 13.

Nach einer kurzen Übergangsperiode, die kleiner als 3,5 μϊ ist und die keinen Einfluß auf die Stufe 22 hat, tritt am Eingang El der NAND-Schaltung 26 eine binäre »1« auf, während am anderen Eingang der Schaltung 26 eine binäre »0« auftritt. Die NAND-Schaltung 26 liefert eine binäre »0«, die in der Umkehrstufe 24 invertiert wird. Das Ausgangssignal von 24 hat keine Wirkung auf die Stufe 22.

Zur Zeit 15 = 14 + C 5 = 14+3,5 μβ schaltet die Stufe 22 in ihren stabilen Zustand zurück und liefert eine binäre »0«, wodurch der Modulationseingang von 23 gesperrt und somit der simulierte Antwortimpuls Is 1 beendet wird.

Die Umkehrstufe 27 liefert eine binäre »1« an die NAND-Schaltung 26, die eine binäre »0« abgibt Die NAND-Schaltung 25 liefert eine binäre »1« und der Monoflop 22 bleibt in seinem stabilen Zustand.

Zum Zeitpunkt f6=f4 + C4=*4-l-12^ schaltet der Monoflop 21 um und liefert eine binäre »0« an den Eingang El von 26. Diese Schaltung 26 liefert darauf eine binäre »1« und demzufolge die Schaltung 25 eine binäre »0«. Das Monoflop 22 wird für eine seiner Zeitkonstanten entsprechende Zeit umgeschaltet Ein zweiter Antwortimpuls Ir2, der von Ir 1 einen Abstand von CA= 12 μβ hat, wird vom Monoflop 22 abgegeben.

Der zweite simulierte Antwortimpuls Is 2 gelangt zur Meßeinrichtung 13, Fig. 1. Die Meßeinrichtung 13 hat den Zeitpunkt festgehalten, zu dem die beiden Abfrageimpulse //1 und Ii 2 aufgetreten sind und liefert nun aufgrund der beiden Antwortimpulse Is 1 und Is 2 die Entfernung vom simulierten Transponder. Die Entfernung, die auf dem Anzeigeinstrument abgelesen wird, muß gleich der simulierten Entfernung sein, die im Beispiel 0 km (Osm) ist Auf diese Weise läßt sich feststellen, ob die Entfernungsmeßeinrichtung richtig arbeitet

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Bordgerät für eine Entfernungsmeßeinrichtung, insbesondere DME-Teil eines TACAN-Bordgerätes, von dem Impulspaare abgestrahlt werden und das mit Transpondern zusammenarbeitet, das einen Sender, einen Empfänger, eine Frequenzeinstelleinrichtung, einen Duplexer, eine Antenne und ein durch eine Steuerstufe manuell oder automatisch betätigbares Prüfgerät, durch das für die Signalauswertung ein sich in einer bestimmten Entfernung befindliches Ziel simuliert wird, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Senderausgangssignals dem Prüfgerät (2) zugeführt wird, daß das Ausgangssignal des Prüfgeräts (2), das einem Transponderantwortsignal aus einer gegebenen Entfernung entspricht, dem Empfänger über den Dupiexer (4) zugeführt wird und daß durch die Steuerstufe (14) im Bordgerät die Senderprüf- und die zugehörige Empfängerprüffrequenz eingestellt werden.