DE2302653C3

DE2302653C3 - Double carrier instrument landing system

Info

Publication number: DE2302653C3
Application number: DE19732302653
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing.; Poschadel Werner; 7014 Kornwestheim Hoefgen
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Filing date: 1973-01-19
Publication date: 1977-02-03

Description

4545

Für die Landung nach Instrumentenflugregeln (IFR) wird allgemein das Instrumentenlandesystem (ILS) benutzt, das bodenseitig aus einem Landekurssender für die Führung des Flugzeugs in der Horizontalebene, einem Gleitwegsender für die Führung des Flugzeugs in der Vertikalebene und zwei oder drei Anflugfunkfeuern für die Entfernungsangabe besteht.The Instrument Landing System (ILS) is generally used for landing according to Instrument Flight Rules (IFR), the bottom side from a landing course transmitter for the guidance of the aircraft in the horizontal plane, a glideslope transmitter for guiding the aircraft in the vertical plane and two or three approach beacons for the distance information.

Es sind Einträgeranlagen bekannt, die mit einer Trägerfrequenz arbeiten, und Zweiträgeranlagen, die außer der ersten Trägerfrequenz eine um 9 KHz versetzte zweite Trägerfrequenz abstrahlen. Eine derartige Zweiträgeranlage ist in dem Aufsatz von W. F e y e r und H. V ο ß »Die Landekursanlage LK 2« in der Zeitschrift »Luftfahrttechnik, Raumfahrttechnik«, Heft 4,1963, beschrieben.There are known single-carrier systems that work with a carrier frequency, and two-carrier systems that in addition to the first carrier frequency, emit a second carrier frequency offset by 9 KHz. Such a one The double-carrier system is in the essay by W. F e y e r and H. V o ß "The landing course system LK 2" in the magazine "Luftfahrttechnik, Raumfahrttechnik", issue 4.1963.

Die eine Trägerfrequenz dient bei dieser Anlage zur Abstrahlung eines scharf gebündelten sogenannten Kursdiagrammes; die andere Trägerfrequenz dient zur Abstrahlung eines außerhalb des Kursdiagrammes wirksamen sogenannten Rundumdiagrammes. Bei dieser Anlage können beim Landekurs Empfangsstörungen auftreten, wenn sich bei der Kursstrahlung im Bereich von ±10°, bezogen auf die Anfluggrundlinie, reflektierende Objekte befinden. Beim Gleitweg wird zur Erzeugung der Vertikaldiagramme die Spiegelung am Boden ausgenutzt Deshalb ist ein relativ großes, völlig ebenes Vorgelände in Richtung des anfliegenden Flugzeugs erforderlich. Gebäude, Bewuchs, Neigungen oder Steigungen des Geländes in diesem Bereich führen zu treppenförmigen Verzerrungen des Strahlungsdiugrammes. In this system, one carrier frequency is used to emit a sharply bundled so-called Stock chart; the other carrier frequency is used to emit an outside of the course diagram effective so-called all-round diagram. With this system reception interference can occur on the landing course occur when the heading radiation is in the range of ± 10 °, based on the approach baseline, reflecting Objects are located. In the case of the glide path, the reflection on the Soil exploited This is why there is a relatively large, completely level foreland in the direction of the approaching aircraft necessary. Buildings, vegetation, slopes or slopes of the terrain in this area lead to stair-shaped distortions of the radiation diagram.

Es sind lnstrumentenlandesysteme bekannt, die vollständig im Mikrowellenbereich arbeiten. Ein derartiges System ist in der Zeitschrift »Interavia«, Heft 2. 1972, S. 128, beschrieben. Bei diesen Systemen treten praktisch keine Reflexionen mehr auf. Ihre Verwendung ist aber auf Sonderfälle beschränkt, weil Flugzeuge, die nicht die erforderliche Zusatzeinrichtung haben, auf Flugplätzen, die mit einer solchen Landeanlage ausgerüstet sind, nicht fanden können. Das System isi also nicht kompatibel mit den vorhandenen ILS-Anlagen und eignet sich deshalb nicht für die Zivilluftfahrt.Instrument landing systems are known which completely work in the microwave range. Such a system is in the magazine »Interavia«, issue 2. 1972, P. 128. With these systems there are practically no more reflections. Your use is but limited to special cases because aircraft that do not have the required additional equipment on Airfields that are equipped with such a landing facility could not find. So the system is not compatible with the existing ILS systems and is therefore not suitable for civil aviation.

Es ist weiterhin ein Einträger-Instrumenteniandesystem bekannt, das für den Mikrowellenbereich und für den VHF- bzw. UHF-Bereich geeignet ist. Ein derartiges Einträger-Instrumenienlandesystem ist in der CH-PS 5 27 429 beschrieben. Bei diesem Einträger-Instrumentenlandesystem nehmen der Anflugleiistrahlempfänger und der Gleitbahnleitstrahlempfängcr die üblichen, im VHF- bzw. UHF-Bereich liegenden Signale auf. Die Signale werden den Empfängern über Antennen und Schalter zugeführt. Erfolgt eine Umschaltung auf den Mikrowellenbereich, dann werden von einer Mikrowellenantenne die ILS-Mikroweliensignale aufgenommen. Diese Signale werden in einem weiteren (dritten) Empfänger und in einer Auswahleinrichtung in Signale umgewandelt, die in die üblichen Gleitbahnleitstrahl- und Anflugleitstrahlfrequenzbänder (im VHF- bzw. UHF-Bereich) fallen. Damit können diese Signale von dem dritten Empfänger, dem Anflugleitstrahlempfänger und dem Gleitbahnleitstrahlempfänger über die bereits erwähnten Schalter zugeführt werden. Je nach Stellung der Schalter können also herkömmliche, im VHF- bzw. UHF-Bereich liegende ILS-Signale oder Mikrowellen-ILS-Signale empfangen werden.There is also a single-carrier instrumentation system known for the microwave range and for the VHF or UHF range is suitable. One such single-carrier instrument landing system is disclosed in US Pat CH-PS 5 27 429 described. With this single-carrier instrument landing system take the approach signal receiver and the slideway guide beam receiver the usual signals lying in the VHF or UHF range on. The signals are fed to the receivers via antennas and switches. A switchover takes place on the microwave range, then the ILS microwave signals are generated by a microwave antenna recorded. These signals are in a further (third) receiver and in a selection device in Signals converted into the usual glide path and approach beam frequency bands (in the VHF- or UHF range). This enables these signals from the third receiver, the approach beacon receiver and the slipway beacon receiver via the already mentioned switch are supplied. Depending on the position of the switch, conventional, im VHF or UHF range lying ILS signals or microwave ILS signals can be received.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Zweiträger-Instrumentenlandesystem anzugeben, bei dem die von der Bodensration abgestrahlten Signale sowohl von den vorhandenen Bordempfängern als auch von Bordempfängern mit einer Mikrowelleneinrichiung verarbeitet werden können.It is the object of the invention to provide a double-carrier instrument landing system indicate where the signals emitted by the ground ration are from both the existing on-board receivers as well as on-board receivers processed with a microwave device can be.

Die Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved with the means specified in claim 1. Further developments are in the subclaims specified.

Das neue System vereinigt die Vorteile der bekannten reinen Mikrowellensysteme und des bekannten Standard-ILS. Die Kursstrahlung isi bodenunabhängig und es treten somit keine Störungen durch Mehrwegausbreitung auf. Der hohe boden- und bordseitige Aufwand für eine Mikrowellenrundumstrahlung ist nicht vorhanden, da das Standard-ILS bereits eine Rundumstrahlung liefert.The new system combines the advantages of the known pure microwave systems and the known Standard ILS. The course radiation is independent of the ground and therefore there is no interference from multipath propagation on. The high cost on the ground and on board for a microwave omnidirectional radiation is not available because the standard ILS already provides all-round radiation.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, for example. It shows

F i g. 1 ein Blockschaltbild einer Landekurssendeanlage, bestehend aus bekanntem Rundumsender und neuem Kurssender,F i g. 1 is a block diagram of a landing course transmission system, consisting of a known all-round transmitter and new course station,

F i g. 2 die Horizontalstrahlungsdiagramme der Anlage nach F i g. 1,F i g. 2 the horizontal radiation diagrams of the system according to FIG. 1,

F i g. 3 ein Blockschaltbild der bordseitigen Zusatzeinrichtung und deren Anschuß an die bekannten ILS-Bordgeräte. F i g. 3 a block diagram of the on-board additional equipment and its connection to the known ILS on-board devices.

Da beim lnstrumentenlandesystem Landekurs- und Gleitwegsendeanlage bis auf die Sendefrequenzen und die Antennenanordnungen weitgehend übereinstimmen, genügt es, die Erfindung nur an Hand der Landekurssendeanlage zu erläutern. Für die Gleitwegsendeanlage g\h die nachstehende Beschreibung entsprechend. Since in the instrument landing system the landing course and glide slope transmission system largely coincide with the exception of the transmission frequencies and the antenna arrangements, it is sufficient to explain the invention only on the basis of the landing course transmission system. For the glide path transmission system g \ h the following description accordingly.

Der bekannte Rundumsender der Landekurssendeanlage mit der zugehörigen Antenne ist auf der linken Seite der F i g. 1 dargestellt. Der Sender enthüll einen Oszillator I für die Erzeugung der Trägerfrequenz im Bereich 108-112MHz. Es sind 110 MHz angenommen. Die Trägerfrequenz wird zwei modulierbaren Senderstufen 2 und 3 zugeführt. In der Senderstufe 2 wird die Trägerfrequenz mit 90 Hz und in der Senderstufe 3 mit 150Hz amplitudenmoduliert. In einer nachfolgenden Brücke 4 werden aus den beiden Spannungen der Senderstufen Summe und Differenz gebildet. Mit den Ausgangsspannungen der Brücke 4 werden über einen Lastverteiler 5 Dipole 6 so gespeist, daß ein gerichtetes Trägerdiagramm und gerichtete Seitenbanddiagramme entstehen, deren Überlagerungen die gewünschte Modulationsrichtcharakteristik ergeben. An Stelle der dargestellten Antenne mit vier Dipolen kann eine stärker gebündelte Antenne mit mehr Dipolen vorhanden sein.The well-known all-round transmitter of the landing course transmitter with the associated antenna is on the left Side of FIG. 1 shown. The transmitter unveils an oscillator I for generating the carrier frequency im 108-112MHz range. 110 MHz are assumed. The carrier frequency is two modulatable transmitter stages 2 and 3 supplied. In the transmitter stage 2 the carrier frequency is 90 Hz and in the transmitter stage 3 it is 150Hz amplitude modulated. In a subsequent bridge 4, the two voltages become the transmitter stages Sum and difference formed. With the output voltages of the bridge 4 are over a Load distributor 5 dipoles 6 fed so that a directional carrier diagram and directional sideband diagrams arise whose superimpositions the desired modulation directional characteristic result. Instead of the antenna shown with four dipoles, a more strongly bundled antenna with more dipoles can be used.

Es wird nun der auf der rechten Seite der F i g. 1 dargestellte neue Kurssender, dessen Sendefrequenz im Mikrowellenbereich liegt, beschrieben. Er übernimmt die Abstrahlung der Kursinformation in einem schmalen Bereich, vorzugsweise etwa ± I bis 2°, um die Anfluggrundlinie. It will now be the one on the right-hand side of FIG. 1 shown new course transmitter whose transmission frequency is in Microwave range is described. He takes over the transmission of the course information in a narrow Range, preferably about ± 1 to 2 °, about the approach baseline.

Von einem Oszillator 7 wird eine bei Zweiträgersystemen erforderliche, um 9 kHz gegenüber der Frequenz des Oszillators 1 versetzte Frequenz von 110 MHz + 9 kHz erzeugt und in einem Aufwärtsmischer 8 mit der Frequenz eines Oszillators 9. die 5000 MHz beträgt, gemischt. Die so erzeugte Frequenz wird über einen CW-Verstärkei 10 zwei Modulatoren 11 und 12 mit PIN-Dioden zugeführt, die die Frequenz von 5110MHz -i- 9 kHz mit 90 und 150 Hz amplitudenmodulieren An oscillator 7 is required in two-carrier systems, around 9 kHz with respect to the frequency of the oscillator 1 offset frequency of 110 MHz + 9 kHz generated and in an up-converter 8 with the frequency of an oscillator 9. which is 5000 MHz, mixed. The frequency thus generated is fed via a CW amplifier 10, two modulators 11 and 12 with PIN diodes, the frequency from 5110MHz -i- 9 kHz amplitude modulate with 90 and 150 Hz

Die beiden modulierten Spannungen werden einer Brücke 13 (3-dB-Hybrid) zugeführt, an deren beiden Ausgängen Summe und Differenz der Spannungen zur Verfugung stehen. Summen- und Differenzspannung werden einem Lastverteiler 14 zugeführt, an den zwei Antennen 15 angeschlossen sind. Sind die Antennen, wie dargestellt, Hornstrahler, so kann der Lastverteiler 14 ebenfalls eine Ringbrücke sein.The two modulated voltages are fed to a bridge 13 (3 dB hybrid), to both of them Outputs sum and difference of the voltages are available. Total and differential voltage are fed to a load distributor 14 to which two antennas 15 are connected. Are the antennas As shown, horn antenna, the load distributor 14 can also be a ring bridge.

Für Rundumsender und Kurssender sind gemeinsame 90 Hz- und 150-Hz-Modulationsspannungsgeneratoren vorhanden, die in F i g. 1 nicht dargestellt sind.90 Hz and 150 Hz modulation voltage generators are common for all-round transmitters and course transmitters present, which in F i g. 1 are not shown.

Der Frequenzabstand von 9 kHz, zwischen den beiden VHF-Oszillatoren 1 und 7, der für die Ausnutzung des Capture-Effektes im Bordempfänger notwendig ist, wird durch einen Frequenz-Monitor 16 dauernd überwacht. The frequency spacing of 9 kHz, between the two VHF oscillators 1 and 7, is necessary for the utilization the capture effect in the on-board receiver is necessary, is continuously monitored by a frequency monitor 16.

In F i g. 2 ist die sich mit den beschriebenen Senderund Antennenanordnungen ergebende Verteilung der Feldstärke Ein der Horizontalebene sowie die zugehörige Modulationscharakteristik beiderseits der Anfluggrundlinie G abhängig vom Azimuth Θ dargestellt.In Fig. 2 shows the distribution of the field strength Ein of the horizontal plane resulting from the described transmitter and antenna arrangements as well as the associated modulation characteristics on both sides of the approach baseline G as a function of the azimuth Θ.

Besonders günstig ist es, wenn man den für die Aufwärtsmischung ohnehin erforderlichen Oszillator 9 (F i g. 1) zusätzlich ausnützt und dessen Ausgangssignal nach Leistungsverstärkung in einem CW-Verstärker 17 über einen weiteren Hornstrahler 18 abstrahlt. Die Abstrahlung kann aber auch über die Hornstrahler 15 erfolgen. Dieses Signal wird an Bord zum Abwärismischen der Mikrowellenfrequenz verwendet.It is particularly favorable if the oscillator 9, which is required anyway for the upward mixing, is used (Fig. 1) and uses its output signal after power amplification in a CW amplifier 17 radiates via a further horn radiator 18. The radiation can, however, also take place via the horn radiators 15. This signal is used on board to heat-mix the microwave frequency.

In F i g. 3 sind oben die bekannten ILS-Bordgeräte 31 und 34 für Landekurs und Gleitweg dargestellt. Die VHF-Bordantenne ist mit 30 und die UHF-Bordantenne mit 33 bezeichnet. 32a und 32b sind die zugehörigen Teile des Kreuzzeigerinstruments.In Fig. 3, the known ILS on-board devices 31 and 34 for landing course and glide slope are shown above. The VHF on-board antenna is labeled 30 and the UHF on-board antenna is labeled 33. 32a and 32b are the associated parts of the cross-pointer instrument.

Ir. Fig.3 ist unten die zusätzliche Einrichtung zum Empfang und Umsetzen der Mikrowellenstrahlung dargestellt. Eine Hornantenne 39 empfängt drei verschiedene Frequenzen, nämlich: die Oszillatorfrequenz von 5000MHz, die vom Hornstrahler 18 (Fig. 1) abgestrahlt wird, die Kursstrahlung der Landekursanlage von 5110 MHz +9 kHz, die von den Hornstrahlern 15 abgestrahlt wird und gegebenenfalls die Kursstrahlung der Gleitweganlage von 5330 MHz + 8 kHz. Die Frequenzen werden einem Mischer 40 zugeführt, der eine Tunnel- oder eine Punktkontakidiode enthält und an dessen Ausgang die in VHF- und UHF-Lage umgesetzten Kurssignale auftreten. Diese Signale werden einerseits über einen Tiefpaß 36 einer Brücke 35, an deren anderem Eingang die VHF-Antenne 30 angeschlossen ist, zugeführt. Der Ausgang der Brücke 35 ist mit dem Eingang des Landekursbordgeräts 31 verbunden. Andererseits werden die Ausgangssignale des Mischers 40 über einen Hochpaß 37 einer Brücke 38, an deren anderem Eingang die UHF-Antenne 33 angeschlossen ist, zugeführt. Der Ausgang des Kopplers 38 ist mit dem Eingang des Gleitwegbordgerätes 34 verbunden.
Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung muß beachtet werden, ob die Sendeanlagen am Boden und/oder die Bordempfänger die neuen Einrichtungen enthalten. Es gibt drei Fälle:Ir. 3 the additional device for receiving and converting the microwave radiation is shown below. A horn antenna 39 receives three different frequencies, namely: the oscillator frequency of 5000 MHz, which is emitted by the horn antenna 18 (Fig. 1), the heading radiation of the landing course system of 5110 MHz +9 kHz, which is radiated by the horn antenna 15 and, if necessary, the heading radiation of the Glide path system of 5330 MHz + 8 kHz. The frequencies are fed to a mixer 40 which contains a tunnel or a point contact diode and at the output of which the course signals converted into VHF and UHF occur. On the one hand, these signals are fed via a low-pass filter 36 to a bridge 35, to the other input of which the VHF antenna 30 is connected. The output of the bridge 35 is connected to the input of the on-board lander device 31. On the other hand, the output signals of the mixer 40 are fed via a high-pass filter 37 to a bridge 38, to the other input of which the UHF antenna 33 is connected. The output of the coupler 38 is connected to the input of the glide path on-board device 34.
To explain the mode of operation of the invention, it must be noted whether the transmission systems on the ground and / or the on-board receivers contain the new devices. There are three cases:

a) Ein mit der neuen Zusatzeinrichtung ausgerüstetes Flugzeug will auf einem Flugplatz landen, der mit einer bekannten ILS-Anlage ausgerüstet ist. Dann ist die Zusatzeinrichtung unwirksam. Alle Signale werden von der VHF- und UHF-Antenne empfangen. Beim Anflug befindet sich das Flugzeug im allgemeinem zuerst im Bereich der Rundumstrahlung. Sobald das Flugzeug in den Bereich der Kursstrahlung kommt, bewirkt die hohe Feldstärke dieser Strahlung, daß die Rundumstrahlung, die einen Frequenzabstand von nur 9 kHz hat, unterdrückt wird, so daß die Kursstrahlung allein wirksam ist (sogenannter Capture-Effekt). Dies ist möglich, da die Empfänger eine Bandbreite von etwa 20 kHz haben.a) An aircraft equipped with the new additional equipment wants to land on an airfield that has a well-known ILS system is equipped. Then the additional device is ineffective. All signals are received by the VHF and UHF antenna. When approaching, the aircraft is in generally first in the area of all-round radiation. Once the aircraft is in the area of the Course radiation comes, the high field strength of this radiation causes the all-round radiation that has a frequency spacing of only 9 kHz, is suppressed, so that the course radiation alone is effective is (so-called capture effect). This is possible because the recipients have a bandwidth of have about 20 kHz.

b) Ein Flugzeug ohne Zusatzeinrichtung will auf einem Flugplatz landen, der mit der neuen ILS-Anlage ausgerüstet ist. In diesem Fall werten die Empfänger im Fern- und Nahbereich die Rundumstrahlung aus. Eine einwandfreie Landung ist möglich, da die Rundumstrahlung die Eigenschaften von Standard-Einträgeranlagen hat.b) An aircraft without additional equipment wants to land on an airfield with the new ILS system is equipped. In this case, the receivers evaluate the all-round radiation in the far and near range out. A flawless landing is possible because of the all-round radiation the properties of standard single-carrier systems.

c) Ein Flugzeug mit Zusatzeinrichtung will auf einem Flugplatz landen, der mit der neuen ILS-Anlage ausgerüstet ist. In diesem Fall tritt der Capture-Effekt wie beim Anflug mit einem bekannten Zweiträger-1LS-System auf. Infolge der hohen Qualität c) An aircraft with additional equipment wants to land on an airfield with the new ILS system is equipped. In this case, the capture effect occurs as with the approach with a known double-carrier 1LS system. As a result of the high quality

<>5 der von Reflexionen nicht beeinflußten Kursstrahlungen ist eine Landung bis zu Kategorie III nach ICAO möglich.<> 5 of the course radiations not influenced by reflections A landing up to Category III according to ICAO is possible.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Double-carrier instrument landing system, consisting of a landing course transmitter and a glide slope transmitter, which each generate an all-round and a course radiation diagram, with the carrier frequency for the all-round radiation of the landing course transmitter is in the range of 108 to 1! 2 MHz and the carrier frequency for the omnidirectional radiation of the glideslope transmission system in the range from 328 to 336 MHz, and lLS; Bprdin receiver. in which the Deviations from the Fiugsqllagen Comparison of the degrees of modulation of a 90 Hz and a 150 Hz oscillation can be determined thereby characterized da3 the carrier frequency for at least one of the two course radiations is in the microwave range and e.g. for the Landing course 5HOMHz + 9 KHz and / or for the glide slope 5330 MHz + 8 KHz that on board an additional antenna (39) for this carrier frequency and a device (40) for converting into the frequency range of the carrier frequency is provided for the associated omnidirectional radiation, and that the reduced course radiation carrier frequency e.g. 110 MHz + 9KHz and / or 330MHz + 8 KHz, together with the omnidirectional radiation carrier frequency e.g. 110 MHz and / or 330MHz, the ILS receiver (31,34) is supplied.

2. Instrumentenladesv star, characterized in that that the oscillator frequency, e.g. B. 5000 MHz, for the on-board frequency conversion of the received Microwave radiation is generated and radiated on the ground and on board by the additional antenna (39) is received.

3. Instrument landing system according to claim 2, characterized in that the oscillator frequency is emitted by the antennas (15) for the course radiation.

4. instrument landing system according to claim 2, characterized in that the oscillator frequency is emitted by a separate antenna (18).