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Elektronisches Lande-System Die Erfindung betrifft ein elektronisches
Lande-System für Flugzeuge, das unter Verwendung der innerhalb der Bodenstation
und der an Bord von Flugzeugen befindlichen Geräte wesentlich vereinfacht ist, In
der Luftfahrt besteht das Problem, Flugzeuge bei schlechter Sicht und niedriger
Wolkendecke sicher zur Landung auf einem Flugplatzan diesen heranzuführen. Es sind
dazu verschiedene Verfahren bekannt.
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Das älteste, aber ungenaueste Landeverfahren ist der Anflug mittels
Radiokompass (Langwellenpeiler), bei dem der Flugzeugftihrer zwar die Anflugrichtung
feststellen kann, die Einhaltung des Anfluggleitweges aber bleibt seinem Schätzungsvermögen
ttberlassen (z,B. durch Koppelnavigation mit Uhr und Höhenmesser). Dieses Landeverfahren
erlaubt keine genauen Anflüge.
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Es sind deshalb genauere, aber kompliziertere Landeverfahren eingeführt
worden. Im zivilen Bereich verwendet man das Instrumenten-Lande-System (ILS), das
aus Localizer (LOC) und Glideslope (GS) besteht. Im militärischen Bereich arbeitet
man mit Ground Controlled Approach (GCA oder auch PAR), einem Radarverfahren. Als
Nachteil dieser Landeverfahren ist anzuführen, daß sie sehr umfangreich ausgerüstete
Bodenstationen benötigen, die für Regionalflughäfen, Verkehrelandeplätze oder Sportfluggelände
wegen der dazu notwendigen hohen Investitionskosten nur selten vorhanden sind. Dadurch
können bei schlechtem Wetter nur die wenigen Großflughäfen angeflogen werden, die
über solche sehr umfangreichen Ausrüstungen verfügen.
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GCA (oder auch PAR) ist im allgemeinen nur an Militärflughäfen vorzufinden.
Es erfordert eine sehr hochwertige Radarausrüstung, die einen sehr großen Investitionswert
darstellt.
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An zivilen Flughäfen findet man dagegen das international übliche
ILS-Verfahren. Durch den Betrieb im UKW-Berei¢h werden zur Durchführung dieses Verfahrens
sehr umfangreiche Antennenanlagen benötigt. Ausserdem muß das Gelände im Anflugsektor
zusätzlich in geeigneter Weise vorbereitet werden, um unzulässige Beeinflussungen
der Wellenauebreitung zu verhindern bzw. auszugleichen, die sonst zu einer Deformation
des Glideslope- oder Localizer-Signals führen können. Um dieee Antennenanlagen zu
installieren sind ebenfalls sehr hohe Investitionskosten erforderlich, ganz abgesehen
davon, daß jährlich enorme Kosten für die Wartung derselben entstehen, Das ILS erfordert
zudem eine geeignete Bordausrüstung, welche bei Kleinflugzeugen nicht oder selten
vorhanden ist.
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In neuerer Zeit werden Versuche unternommen, ein Xikrowellen-Landesystem
(MLS) zu schaffen, das im Gigahertzbereich arbeitet, wesentlich kleinere Antennen-Anlagen
erfordert, von der Beeinflussung der Wellenausbreitung durch entsprechende Bodenausbildungen
weitgehend unabhängig ist und den Vorteil geringerer Anlagenkosten bringen soll.
Leider ist dieses System mit dem bisher üblichen Instrumenten-Lande-Systems (ILS)
nicht kompatibel und erfordert eine zusätzliche, kostenaufwendige Bordausrüstung.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Elektronisches-Lande-System zu schaffen,
mit dem sowohl Verkehrsflugzeuge ale auch Sportflugzeuge ohne zusätzliche Bordausrüstung,
nur mit Ublicherweise vorhandenen Bordgeräten, hochgenaue Lande anflüge bei schlechtem
Wetter auch auf Regionalflughäfen und Sportflugplätzen durchführen können. Dabei
soll die Ausrüstung, die zusätzlich erforderlich wird, allein am Boden konzentriert
sein und im kostenmäßigen Aufwand nur Bruchteile der Kosten erfordern, die für eines
der bisher gebräuchlichen Präzisionslandeanflugsysteme (ILS, G0A/PAR) benötigt werden
sind.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung die Mindestausrüstung an Bord eines
Flugzeuges dabei nicht größer wählen zu müssen, als jene, die von der Bundesanstalt
für Flugsicherung bereits in der Vergangenheit vorgeschrieben wurde oder für die
nahe Zukunft bereits endgültig als Vorschrift vorgesehen ist. Für
den
Sportflieger nach Sichtflugregeln (VFR) sind dies ein Punksprechgerät im UKW-Bereich
und ein Transponder (Sekundär-Radar-Antwortgerät) im Gigahertz-Bereich. Für die
Berufsflieger nach Instrumentenflugregeln (IFR) sind dies zwei Funk -sprechgeräte
im UKW-Bereich arbeitend, mindestens ein Langwellenpeiler (ADF), mindestens Jeweils
ein UKW-Navigationsempfänger für VOR und ILS, sowie ebenfalls ein Transponder (Sekundär-Radar-Antwortgerät)
im Gigahertzberetoh.
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Weiterhin soll dies neue Landesystem mit einer kleinen, preiswerten
Antennenanlage auskommen, die leicht transportabel ist und keine Geländevorbereitung
benötigt. Die zum Einsatz kommenden Geräte sollen auch von weniger geübten Personen
bedient werden können. Der Investitionswert für die erfindungsgemäße Bodenanlage
darf nur einen Bruchteil der Kosten der heutigen Bodenanlagen betragen. Eine volle
Kompatibilität mit bisherigen Lande systemen muß gewährleistet sein. Das System
soll außerdem stufenweise ausbaufähig sein.
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Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß unter Ausnutzung der
in den meisten Verkehrs-, Sport- und Segelflugzeugen befindlichen Sende- und Empfangegeräte
in der Bodenstation ein. Auswertung der elektronischen Daten erfolgt, die von einem
Transponder eines im Landeanflug befindlichen Flugzeuges erzeugt werden und daß
eine eventuell notwendige Korrektur dieser Daten von der Bodenstation aus dem Piloten
des Flugzeuges durchgegeben wird.
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Gemäß einer Ausbildung nach der Erfindung ist ein Verfahren sur Durchführung
des elektronischen Lande systems dadurch gekennzeichnet, daß das Sendegerät der
Bodenstation bekannte Impulsgruppensignale abstrahlt, die gleichmäßig oder absichtlich
stark schwankend in der Häufigkeit sein können, daß der im Flugzeug befindliche
Transponder ein übliches Signal oder ein Signal mit einem vorhervereinbarten Antwortcode
ausstrahlt, das von einer bekannten richtungsempfindlichen Empfangsanlage aufgenommen
wird, daß die in der richtungsempfindlichen Empfangsanlage verarbeiteten Daten auf
ein Sichtgerät gegeben werden und daß den Piloten im Flugzeug Anweisungen durchgegeben
werden wie dieser in geeigneter Weise seinen Flugweg korrigieren kann.
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Eine andere Ausbildung nach der Erfindung besteht darin, daß die Anweisungen
zur Korrektur des Flugweges über Sprechfunk gegeben werden.
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Eine andere Ausbildung nach der Erfindung sieht vor, daß die Summe
aller ia der Bodenstation erhaltenen Informationen einen Rechner zugeführt werden,
von dem eine künstliche Localizer-und/oder Giideslop.-Information erzeugt wird,
die in Richtung des Flugzeuges ausgestrahlt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung nach der Erfindung wird eine küüstliohe
Information über einen Marker erzeugt und die se erhaltenen Signale in Richtung
des landenden Flugzeuges ausgestrahlt.
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Die Erfindung weist gegenüber den bekannten Lande-Systemen oder Verfahren
erhebliche Vorteile auf. Das Lande-System bzw. -Verfahren kommt mit den üblichen,
von der Bundesanstalt für Flugsicherung vorgeschriebenen Geräten, die bereits im
Einsatz sind, aus und vermeidet dadurch hohe Investitionen sowohl für die Bedenstationen,
als auch für die Bordausrüstung von Verkehrs-, Sport- und Segelflugzeugen. Bs ist
nicht auf eine bestimmte Gattung von Flugzeugen beschränkt, sondern über einen weiten
Ber@ich ohne zusätzliche Aufwendungen in der kleinsten Ausbaustufe anwendbar. Es
bietet ein Maximum von Sicherheit beim Lande-Anflug auch für kleinere Flugseuge,
die nicht mit einer aufwenigen Bordausrüstung bestückt sind. Die dabei verwendeten
Signale entsprechen den Vorschriften der Bundesanstalt für Flugsicherung und den
internationalen Vorschriften,der ICAO. Das System ist stufenweise ausbaubar, d.h.
erweiterbar vom Einfachsystem nach Stufe 1 bis zum kompletten ILS-Anflug. Die Geräte
erfordern nicht mehr an Aufbau, als bisher schon vorhanden ist; sie sind einfach
zu bedienen und benötigen nur geringen Wartungsaufwand. Durch verschiedene Zusätze
bzw. Stufen, kann die Zuverlässigkeit dieses elektronischen Landesysteme noch gesteigert
werden, ohne dabei den Aufwand an Investitionen treiben zu müssen, wie er beispielsweise
bei bekannten Verfahren notwendig wäre.
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Mittels einer stark und unregelmäßig schwankenden Abfragehäufigkeit
der Bodenstation lassen sich unerwünschte Flugzeugantworten - verursacht von fremden
Bodenstationen oder Störungen - mit Sicherheit erkennen und ausschließen. Auf Grund
der Kodiermöglichkeit der Flugzeugantwott kann ein bestimmter eingestellter Cade
von den Antworten aller fremden Flugzeuge unterschieden werden.
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Die Erfindung wird anhand von Beispielen beschrieben. In der Zeichnung
zeigt Fig. 1 eine; Prinzipdarstellung des Verkehrs zwischen einer Bodenstation und
einem Flugzeug, das sich im Landeanflug befindet, ausgelöst durch Abfrageimpulse
der Bodenstation, Fig.2 ein Blockschaltbild, aus dem das Zusammenarbeiten der. einzelnen
Geräte zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hervorgeht, Fig.3 eine
Anordnung zur Ausblendung falscher, d.h4 unerwünschter $Antwortsignale, die von
fremden Störsendern verursacht werden können, Fig.4 eine Darstellung der stufenweisen
Ausbaubarkeit der erfindungsgenäßen Anordnung, insbesondere für Flugzeuee der Berufsluftfahrt,
und Fig.5 eine Anordnung zur Verbesserung der Genauigkeit der durch die Signal-Laufzeitmessung
gewonnenen Entrernungsangebe mittels eines Kontrollpunktes in bekannter Entfernung.
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In Fig.1 ist ein Flugzeug 1 dargestellt, das sich im Landeanflug auf
eins Piste 6 befindet. Das Flugzeug 1 steht mit der Sende-und Empfangsanlage einer
Bodenstation 2 über deren Sendegerät 3 im Dezimaterwellenbereich (1030 MHz), seinem
eigenen Antwortgerät 4 (Transponder, 1090 MHz) und einer richtungswinkelempfindlichen
Empfangsanlaga 5 bzw. 5' (Homing, 1090 MHz) in Funkverbindung.
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Das Sendegerät 3 gibt Impulsgruppen-Signale ab, deren Impulsformen
den internationalen Vorschriften über Transponder-Bodensignale sprechenent-(z.B.
mit oder ohne Sideslopeimpuls, Modes 1, 2, 3, A, B, C usw.).
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Die Häufigktlt der Impulsgruppen pro Zeiteinheit kann entweder gleichmäßig
sein oder aber absichtlich unregelmäßig und stark schwankend. Im letzten Pall ergibt
sich die Möglichkeit, unerwünschte Antworten des Transponders 4 auf Grund irgendwelcher
Störsignale, die von fremden Sendern kommen, als solche im Empfangsgerät 5 bzw.
5' der Bodenstation 2 zu erkennen und auszuschalten. Und zwar zu erkennen auf Grund
des Umstandes, daß das
unregelmäßige Bild der ausgesandten Impulszüge
nach einer gewissen Zeit@erschi@@ung, durch den Hin- und Rücklauf auf dem Sende-
Empfangswege bedingt, als genau identisches Bild in den zurückkehrenden Impulszügen
des Empfangssignales sich wiederspiegeln muß.
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Richtigt Exptangasignale- können zusätzlich dadurch hervorgehoben
werden, daß am Transponder 4 des Flugzeuges 1 ein vereinbarter Antwortcode eingestellt
wird.
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Eine Ausführung der Sendeantenne 7 als Richtantenne erlaubt es, nur
(die oder) das iL Anflug befindliche Flugzeug zu bestreichen.
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Die Antennenanordnung 8 der richtungsempfindlichen Empfangs an lage
5 oder 5' (im folgenden Homing genannt) kann jeweils aus zwei oder mehr Einselantennen
bestehen.
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Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild, aus dem das Zusammenarbeiten der
einzelnen Geräte zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hervorgeht.
In der Bodenstation 2 wird ein Sender 3 für 1030 MHz von einem Impulsfolgegenerator
9 impulsmoduliert.
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Die ausgesandten Impulszüge erreichen den Transponder 4 an Bord des
Flugzeuges 1. Dort werden die Signale in bekannter Weise über eine weiche 10 dem
Empfänger 1? zugeführt. Anschließens gelangen sie über die Kodierung 12 nach einer
gewissen Verzögerung (13) zum Sender 14, und lösen dort Antwortimpulsea aus.
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Die Antwortimpulse des Transponders 4 erreichen die Antennen 8 der
richtungsempfindlichen Empfangsanlagen 5 und 5 ' (Homing genannt) der Bodenstation
2. Von diesen Homing-Geräten werden der horizontale und der vertikale Einfallwinkel
des Antwortsignals erkannt. Die relative Lage des Flugzeuge 1 bezüglich dem gewünschten
vertikalen (5) und horizontalen (5') Anflugwinkel (Gleitwinkel und Anflugweg) lässt
sich somit auf einen Sichtgerät 15 darstellen.
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Der Beobachter 16 des Sichtgerätes 15 gibt über Sprechfunk 17 an den
Piloten des Flugzeuges 1 Anweisungen durch, wie dieser seinen Flugweg in geeigneter
Weise korrigieren kann.
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Fig. 3 zeigt einen zweckmässigen Zusatz. Durch eine Antennenweichs
18 wird das Antwortsignal zusätzlich einem Prüfgerät 19 zugeführt. Dort werden abgestrahlte
und empfangene Impulsfolgen auf Identität geprüft. Zusätzlich wird der Antwortcode
der
empfangenen Impulse auf Richtigkeit geprüft. Durch beide Maßnahmen
werden falsche bzw. unerwünschte Antwortsignale erkannt und für deren Dauer die
Hominggeräte 5/5' über eine Sperrleitung 20 stillgelegt. Dadurch erreichen nur richtige
Signale das Sichtgerät 15.
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Fig. 4 zeigt den stufenweisen Ausbau der Anordnung durch Hinzufügen
eines Rechners 21 und durch Einführung zusätzlicher Informationen, nämlich ausser
vertikalem und horizontalem Anflugwinkel, auch noch Anfluggeschwindigkeit und Entfernung
des Flugzeuges 1 von der Bodenstation 2.
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Die Entfernung Bodenstation 2 - Flugzeug 1 wird aus der Gesamtlaufzeit
von Sende- und Antwortsignal festgestellt. Die interne Verzögerung des Transponders
4 wird dabei in Abzug gebracht und gegebenenfalls durch eine Anordnung nach Fig.
5, wie noch beschrieben wird, überprüft. ZumLaufzeitdetektor 22 gelangt über die
Weiche 18 das Signal zu einem Auswertegerät 23 für Entfernung und einem Auswertegerät
24 für Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit wird bestimmt aus der Veränderung der
Entfernung pro Zeiteinheit.
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Diese Informationen werden am Sichtgerät 15 zusätzlich dargestellt.
Die Summe aller Informationen wird ausserdem einem Analog- oder Digitalrechner 21
zugeführt. Dadurch wird in Stufe 2 vom Rechner 21 ein Signal als künstliche Localizerinformation
erzeugt und dem Flugzeug 1 über einen Localizer-Frequenzkanal 25 zugesandt. Im Flugzeug
1 wird dieses Signal vom standardmässigen Localizer-Empfänger 26 empfangen und am
standardmässigen ILS-Anzeigegerät 27 dargestellt.
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Dadurch wird in Stufe 3 in gleicher Weise eine künstliche Glideslopelnformation
über einen Sender 28 übermittelt und im Flugzeug 1 über einen Empfänger 29 im standardmässigen
ILS-Anzeigegerät 27 angezeigt.
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Dadurch wird in Stufe 4 in gleicher weise eine künstliche Information
über Voreinflugzeichen (Marker) übermittelt und zwar entweder a) durch Abstrahlung
eines Signals auf der Marker-Frequenz 75 MHz (Sender 30) und Empfang im standardmässigen
Harker-Empfänger 31 sowie Wiedergabe über akustische
(Tensignale
verschiedener Tonhöhe, Wandler 32) und standardmäßige optische Mittel (drei farbige
Lampen, !K, OM, MM), oder b) durch Ubermittlung über einen Funksprechkanal in nicht
standardmäßiger Weise, nach Empfang (34) mit Wiedergabe über akustische Mittel (Wandler
32, Tonsignale verschiedener Tonhöhe) ohne standardmäßige Lampenanzeige.
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Fig. 5 schließlich zeigt eine Möglichkeit, die Laufzeitinformation
von der Unsicherheit der inneren Transponderverzögerungszeit zu befreien und somit
die Entfernungsmessung zu überwachen und zu korrigieren.
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In geeigneter Entfernung c von der Bodenstation 2 steht im Anflugweg
ein zusätzliches Homing-Gerät 35 (siehe auch Fig. 4).
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Dieses stellt den Uberflug des Flugzeuges 1 an der Stelle d (Checkpoint)
fest. Das so erhaltene Uberflugsignal wird als in den Laufzeitdetektor 22 nach Fig.
4 eingespeist (z.B. über Leitung 36) und dient dort der Korrektur des Entfernungssignales.
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5 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnungen mit 5 Fig.