DE2332322A1

DE2332322A1 - Einrichtung zur ueberwachung eines funknavigationshilfssenders

Info

Publication number: DE2332322A1
Application number: DE2332322A
Authority: DE
Inventors: J Roland Coulter; Warren Hundley; Sol N Koblick
Original assignee: Tull Aviation Corp
Current assignee: Tull Aviation Corp
Priority date: 1972-06-27
Filing date: 1973-06-26
Publication date: 1974-01-10
Also published as: AU472627B2; IT989479B; JPS4952994A; BE801429A; SE386745B; AU5724973A; CH560393A5; GB1388239A; FR2191124A1; CA1006250A; NL7308722A; US3818476A

Description

BipL-Ing. Wolfgang Batehd

6 Frankfurt a. M. 1
Parksfeaße 13

7512

TÜLL AVIATION CORPORATION, Armonk, VStA

Einrichtung zur Überwachung eines Funknavigationshilfssenders

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung der von einem Funknavigationshilfssender ausgesendeten Signale.

Funknavigationshilfen, wie sie ZiB. für Flugzeuge für einen Instrumentenlandeanflug verwendet werden, müssen mit einer vorbestimmten Mindestgenauigkeit arbeiten, so daß das die Signale empfangende Flugzeug nicht in eine falsche Bahn geleitet wird. Es ist daher lebenswichtig, die ausgesendeten Funksignale ständig zu überwachen und die Hilfseinrichtung abzuschalten, wenn festgestellt wird, daß vorgeschriebene Genauigkeitsgrenzen überschritten werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte überwachungseinrichtung für einen Funknavigationshilfssender zu schaffen.

Nach der Erfindung enthält eine Einrichtung zur Überwachung eines Funknavigationshilfssenders, der Funksignale in einer Verteilung aussendet, die eine Leitebene im Raum begrenzt,

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mehrere getrennte Überwachungsempfängerantennen, die an verschiedenen Stellen im Raum in bezug auf die Leitebene angeordnet sind und die Signalverteilung an jeder dieser Stellen überwachen. Dabei ist ein getrennter Überwachungsempfängerkanal vorgesehen und mit jeder der Überwachungsempfängerantennen verbunden, um für jede Überwachungsempfängerantenne Abweichungen der empfangenen Signale von Werten, die innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen, getrennt festzustellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 1 stellt ein schematisches Schaltbild einer nach der Erfindung ausgebildeten Sender- und Überwachungseinrichtung dar.

Fig. 2 stellt ein detailliertes schematisches Schaltbild einer Signalbezugswertschaltung und zugehöriger Schaltungen dar, die in der Einrichtung nach Fig. 1 enthalten sind.

Zn Fig. 1 ist die gesamte Sendeeinrichtung, die überwacht wird, links und die Überwachungseinrichtung rechts von der gestrichelten Linie 10 dargestellt. Die Erfindung umfaßt sowohl die Überwachungseinrichtung allein als auch die Kombination aus Sende- und Überwachungseinrichtung.

Die Sendeeinrichtung enthält einen Sender 12, der mit einer Reihe aus acht getrennten Navigationssignalantennenelementen 14 - 28 verbunden ist und diesen Navigationssignale zuführt. Diese Antennenelemente 14 - 28 (die im folgenden auch einfach als Antennen bezeichnet werden) sind nach einem vorbestimmten Schema so angeordnet, daß die von allen Antennenelementen ausgestrahlten Signale eine vorbestimmte Gesamtsignalverteilung ergeben. So erzeugen die an den Enden der

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Reihe angeordneten Antennenelemente 14 und 28 Rand- oder Sicherheitsabstand-Richtstrahlen, wie es scheraatisch durch die teilweise dargestellten Richtstrahlungskurven 30 und 44 veranschaulicht ist. In ähnlicher Weise erzeugt das Strahlungselement 16 einen gebündelten Strahl, dessen Strahlungskurve mit 32 bezeichnet ist, und alle anderen Elemente 18 - 26 erzeugen einen ähnlichen, gleich weit von den anderen entfernten Richtstrahl, dessen Strahlungskurven mit 34 - 42 bezeichnet sind. Die Antennen 14 - 28 (oder Richtstrahler) und die zugehörigen Richtstrahlen 30 - 44 sind symmetrisch zu beiden Seiten einer ira Raum liegenden Leitebene angeordnet, die durch die gestrichelte Linie 46 dargestellt ist. Dies ist die durch den Sender begrenzte Navigationsleitebene oder Kursebene. Die von allen Antennenelementen 14 - 28 abgestrahlton Funksignale haben die gleiche Trägerfrequenz. Die Leitebene 46 wird jedoch durch Bildung verschiedener Verhältnisse von Modulations» frequenztönen mit 90 und 150 Hz in den jeweiligen Riciitstrahlen zu beiden Seiten der Ebene 46 begrenzt bzw, bestimmt. So überwiegt die 150-Hz-Modulation in den Richtstrahlen 36, 34, 32 und 30 und die 90-Hz-Modulation in den Richtstrahlen 38, 40, 42 und 44.

Die Sendeantennenanordnung und die dargestellte Strahlungsverteilung wirken als Landekurssystem. Dieses bildet die vertikale Navigations- oder Leitebene 46, die ein Flugzeug hinsichtlich des Azimuts leitet. Ein ähnliches, jedoch getrenntes System kann für den Sender und die Überwachungseinrichtung zur Festlegung einer Gleitwegneigungs-Leitebene zur Steuerung des Höhenwinkels vorgesehen sein.

Die Anordnung 14 - 28 und die als Leitstrahlen wirkenden Richtstrahlen 30 - 44 bzw. deren Strahlungsdiagramme sind nur schematisch dargestellt. In Wirklichkeit sind die Strahlen fächerartig radial nach außen und nicht, wie dargestellt, parallel

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£. O ν.» ι. *j c L

ausgerichtet. Die Abstände der Richtstrahlen 30 - 44 in der Zeichenebene entsprechen einem Winkelabstand der Richtstrahlen in dem tatsächlich vorliegenden Strahlungsdiagramm. So ^. können die Winkelabstände benachbarter Richtstrahlen in der mittleren Strahlungsgruppe 32 - 42 3,6° betragen.· Die Randstrahlen 30 und 44 haben eine geringere Maximalenergie und einen größeren Winkel, um ein "Fangsignal" für sich nähernde Flugzeuge zu bilden und die Seitenkeulen der mittleren Richtstrahlen abzudecken. Die Mittellinie jedes dieser Richtstrahlen kann einen ^winkel in der Größenordnung von 24 mit der Leitebene 46 einschließen. Die Antennenelemente 14 - 28 bilden eine Anordnung, die herkömmliche Antennenelemente aufweisen kann, wie Reflektoren, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Bei dem Sender 12 und den zugehörigen Vorrichtungen handelt es sich um eine Einrichtung mit durch Weiterschalten periodisch bewegtem Richtstrahl, bei dem die abgestrahlte Hochfrequenzenergie in schneller Folge von einem Richtstrahl zum andern weitergeschaltet wird. Die Sendeeinrichtung strahlt ein Normfrequenzsignal ab, das in Bordempfängern zur Stabilisierung eines Empfängeroszillators verwendet wird. Für diesen Zweck enthält der Sender 12 einen Normfrequenzoszillator, der ein Normfrequenz-Funksignal über eine Verbindung 48 und einen Frequenzvervielfacher 50 einem getrennten Antennenelement 52 zuführt. Der Frequenzvervielfacher 50 bildet zwar einen Teil des Senders 12, ist jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit und zur Vereinfachung der Erläuterung des Aufbaus und der Wirkungsweise der Überwachungseinrichtung getrennt dargestellt. Das vom Antennenelement 52 abgestrahlte Norrafrequenzsignal dient als Bezugsgröße mit fester Normfrequenz, die im Empfänger des Fahrzeugs, das gelenkt wird, zur Regelung und Stabilisierung des Empfängeroszillators verwendet wird. Das Strahlungsdiagramm der das Normfrequenzsig-

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nal abstrahlenden Antenne 52 ist nicht dargestellt, erfaßt jedoch den gesamten Bereich der Richtstrahlen 30 - 44.

Die Überwachungseinrichtung weist mehrere getrennte Empfängerkanäle auf, von denen jeder Kanal eine Antenne enthält, die vorzugsweise im Bereich der Richtstrahlen 30 - 44 des Senders genau positioniert ist. Wenn angezeigt wird, daß in irgendeinem der Überwachungsempfängerkanäle vorgeschriebene Grenzen wesentlich überschritten werden, dann wird der Sender 12 abgeschaltet, so daß kein Flugzeug durch falsche Navigationsinformationen geleitet wird. Vorzugsweise sind mindestens drei getrennte Überwachungsantennen und Empfängerkanäle vorgesehen, und in dem bevorzugten dargestellten Ausführungsbeispiel sind fünf Kanäle vorgesehen, die jeweils mit Empfängerantennen 54 62 beginnen. Wie in der Zeichnung dargestellt ist, sind diese Antennen in bezug auf die verschiedenen Senderrichtstrahlen 30 - 44 so angeordnet, daß irgendein Ausfall oder schwerwiegender Fehler der bzw. in der abgestrahlten Energie festgestellt wird. Die mittlere Antenne 58 ist in der Mitte der Leitebene 46 angeordnet, die durch das Strahlungsfeld gebil-^" det wird. Wenn daher die vom Sender abgestrahlten Signale fehlerfrei sind, müssen die von der Antenne 58 empfangenen Signale die gleiche Modulationstiefe bzw. den gleichen Modulationsgrad aufgrund der Modulation durch die Modulationssignaltöne von 150 Hz und 90 Hz aufweisen. Die Modulationstiefendifferenz sollte null sein. Den größten Einfluß auf das mittlere Signal haben die von den Senderantennen 20 und 22 abgegebenen Richtstrahlen 36 und 38, die spiegelbildliche Modulationstiefen aufgrund der Modulation durch die Signale von 150 und 90 Hz haben. So weist der Richtstrahl 36 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel eine stärkere 150-Hz-Modulation und eine geringere 90-Hz-Modulation und der Richtstrahl 38 eine stärkere 90-Hz-Modulation und eine geringere 150-Hz-Modulation auf. Wenn entweder das eine oder das andere Sender-

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antennenelement 20 bzw. 22 ausfällt oder nicht die volle Leistung abgibt, wird dies durch die Antenne 58 und den angeschlossenen Empfängerkanal festgestellt.

In ähnlicher Weise ist die Überwachungsantenne 54 unter einem Winkel - dargestellt durch die gestrichelte Linie 64 - angeordnet, der dem Schnittpunkt zwischen den Richtstrahlen 30 und 32 entspricht. Die Bedeutung dieses Schnittpunkts besteht darin, daß die Energiebeiträge der beiden Richtstrahlen 30 und 32 unter diesem Winkel gleich sind. Wenn daher eine wesentliche Änderung in der Sendeleistung der Antennenelemente 14 oder 16 auftritt, wird diese Änderung sofort von der Antenne 54 und dem angeschlossenen Empfängerkanal festgestellt. In ähnlicher Weise überwacht die Antenne 56 das Gleichgewicht (bzw. die Ausgewogenheit oder Symmetrie) zwischen den Richtstrahlen 34 und 36, die Antenne 60 das Gleichgewicht zwischen den Richtstrahlen 38 und 40 sowie die Antenne 32 das Gleichgewicht zwischen den Richtstrahlen 42 und 44. Wenn daher die Überwachungsantennen unter Winkeln gleicher Strahlungsenergie zwischen den getrennten ausgestrahlten Richtstrahlen angeordnet sind, lassen sich auf diese Weise alle Richtstrahlkomponenten der Strahlungsverteilung genau überwachen.

Der an die Antenne 54 angeschlossene Empfängerkanal enthält ein Eingangsbandfilter 64A, einen Mischer 66A, eine Verstärker- und Demodulatorschaltung 7OA, einen Überwachungseinrichtungs-Integritätsprüfschalter 72A, eine Schaltung 74A mit einem Verstärker veränderbarer Verstärkung und einem Filter, einen Synchrodetektor 76A, eine Signalspannungsbezugswertvergleichsschaltung 8OA, eine digitale Persistenzschaltung 82A, die feststellt, ob ein Fehler (das Überschreiten eines Grenzwertes) solange andauert, daß er als gefährlich angesehen werden kann, und eine Verbindung 84A zu einem Abschaltkreis 86. Der Abschaltkreis 86 ist allen Überwachung-s ■

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Empfängerkanälen gemeinsam und ist über eine Betätigungsverbindung 88 mit dem Sender 12 verbunden, um den Sender 12 abzuschalten, wenn ein persistenter (andauernder) Fehler in Form einer Grenzwertüberschreitung durch irgendeinen der Überwachungsempfängerkanäle festgestellt wird.

Die getrennten Empfängerkanäle, die jeweils mit den übrigen Überwachungsantennenelementen 56, 58, 60 und 62 verbunden sind, sind im wesentlichen die gleichen wie die Empfängerkanalbauteile 64A - 82A, die der Überwachungsantenne 54 zugeordnet sind. Die Bauelemente in den anderen Kanälen haben daher die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit verschiedenen Buchstabenindizes. Die Indexbuchstaben B, C, D und E werden für die Empfängerkanalbauelemente verwendet, die jeweils den Überwachungsantennenbauelementen 56, 58, 60 unc. 62 zugeordnet sind. Um die Übersichtlichkeit der Zeichnung η .cht zu beeinträchtigen, sind die Bezugszeichen jedoch für iie meisten Empfängerkanalbauelemente weggelassen, mit Ausnahme bei den Empfängerkanälen, die den Antennen 54 und 62 zugeordnet sind und jeweils die Indexbuchstaben A und E aufweisen.

Der Überwachungsempfängerkanal, der der ersten Antenne 54 zugeordnet ist, wird nun im einzelnen beschrieben. Diese Beschreibung gilt gleichermaßen für alle Empfängerkanäle und deren Bauteile. Das Filter 64A kann als Eingangsfilter bezeichnet werden und ist ein Bandpaßfilter und dient zur Unterdrückung von außerhalb des Durchlaßbereiches liegenden Störsignalen, die von der Antenne 54 aufgefangen werden können. Der Mischer 66A dient zur Umsetzung der empfangenen Signale in eine niedrigere Zwischenfrequenz nach dem Überlagerungsbzw. Heterodynprinzip. Für diesen Zweck wird dem Mischer 66Δ über eine Verbindung 67A eine Überlagerungsfrequenz zugeführt, die aus dem Sender 12 abgeleitet wird. Die Normfrequenz des Senders 12 wird über eine Verbindung 48 einem Fre-

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quenzvervielfacher und Verstärker 90 und dann einem Verteiler 92 zugeführt. Von dort gelangt das Normfrequenzsignal über die Verbindungen 67A bis 67E zu den Mischern der Empfängerkanäle. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Vervielfachungsfaktor der Vervielfacher 50 und 90 genau der gleiche, so daß die dem Mischer 66A vom Verteiler 92 zugeführte Überlagerungsfrequenz und die Frequenz des vom Senderantennenelement 52 ausgestrahlten Normfrequenzsignals genau gleich sind. Die Frequenz des Normfrequenzsignals liegt sehr dicht bei der Frequenz des Grundträgersignals, das für die Navigations-Richtstrahlen 30 verwendet wird. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Frequenzunterschied zwischen den beiden Frequenzen im Bereich von etwa 1 bis 5 MHz. Dementsprechend setzt der Mischer 66A die Signale auf eine Zwischenfrequenz um, die dem Frequenzunterschied im Bereich von 1 bis 5 MHz entspricht. Diese Maßnahme der Verwendung der vom Antennenelement 52 abgestrahlten Normfrequenz als Überlagerungsfrequenz, die von den Signalen in den Empfängerkanälen subtrahiert wird, beseitigt völlig das Problem einer Störung durch Normfrequenzsignale, die von den jeweiligen Überwachungsempfängerantennen 54 - 62 empfangen werden. Diese Signale erscheinen mit der gleichen Frequenz im Mischer 66A wie die über den Verteiler 92 empfangenen Signale. Die Normfrequenzsignale von den Empfängerantennen werden daher aus den Ausgangssignalen der Mischer auf die gleiche Weise und durch die gleichen Mittel wie die Überlagerungsfrequenzsignale des Verteilers 92 auf dem normalen Weg der Demodulation und Filterung beseitigt. Die Normfrequenzsignale müssen deshalb beseitigt werden, weil sie andernfalls den Überwachungsempfängern als zusätzliche Navigationssignale erscheinen.

Die Einrichtung überwacht die vom Antennenelement 52 abgestrahlten Normfrequenzsignale nicht unmittelbar. Wenn jedoch

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im Sender 12 ein Fehler dahingehend auftritt, daß er keine niederfrequenten Signale über die Verbindung 48 abgibt, aus denen die Normfrequenzsignale abgeleitet werden, dann wird auch den Mischern 66A - 66Ekeine Überlagerungsfrequenz über die Schaltungen 90 und 92 zugeführt, so daß alle Überwachungskanäle einen Signalausfall anzeigen. Wenn ein Fehler in der Sendeeinrichtung zwischen der Normfrequenzverbindung 48 und dem Antennenelement 52 auftritt, so daß keine Normfrequenzsignale abgestrahlt werden, bilden die Bordempfänger keine Navigationssignale, so daß dem Benutzer auch keine falschen Informationen vermittelt werden.

Die vom Mischer 66A abgegebenen Zwischenfrequenzsignale werden in der Verstärker- und Demodulatorschaltung 7OA gefiltert und verstärkt. Die Schaltung 7OA enthält auch einen Demodulator. Das demodulierte Signal wird dann über den Überwachungseinrichtungs-Integritätsprüfschalter 72A der Schaltung 74A zugeführt, die einen Verstärker mit veränderbarer Verstärkung und ein Filter aufweist. Die Verstärkung des in dieser Schaltung 74A enthaltenen Verstärkers ist einstellbar.

Das verstärkte Signal wird von der Schaltung 74A über eine Verbindung 95 einer Codeüberwachungsschaltung 96 zugeführt, die feststellt, ob ein Stationsidentifizierungscode, der vom^ Sender 12 zusammen mit den Navigationssignalen ausgesendet wird, vorhanden, richtig und genau ist. Das in der Schaltung 74A enthaltene Filter ist ein Tiefpaßfilter mit einer oberen Grenzfrequenz von etwa 300 Hz. Wie bereits erwähnt wurde, handelt es sich bei dem Sender 12 vorzugsweise um einen Sender, dessen Richtstrahl durch periodisches Weiterschalten abgelenkt wird, und die Ablenkfrequenz kann in der Größenordnung von 600 Hz liegen. Das Filter in der Schaltung 74A verhindert daher die Übertragung von Signalen mit Ablenkfrequenz. Die resultierenden Signale werden dem Synchrodemodulator 76A zuge-

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-.10 -

führt. Der Demodulator enthält Festkörper-Schaltglieder, wie Feldeffekttransistoren, die für sehr kurze Zeitspannen, die mit den positiven und negativen Spannungspitzen des jeweiligen 90- und 150-Hz-Signals, ein und ausgeschaltet werden. Diese Schaltsignale werden über Verbindungen 98 und 100, Verzögerungsglieder 102 und 104 sowie Verbindungen 106 und 108 vom Sender 12 geliefert, Diese 90-und 150-IIz-Signale sind die Grundmodulationssignale, die im Sender 12 auftreten. Die Verzögerungsglieder 102 und 104 dienen zur Kompensation der in den einzelnen Empfängerkanälen, hauptsächlich der Filter, wie des in der Schaltung 74A enthaltenen Filters, bewirkten Verzögerungen.

Dieses Verfahren der Demodulation der 90- und 150-Hz-Signale erspart kostspielige schmalbandige Bandpaßfiltervorrichtungen für die jeweiligen 90- und 150-Hz-Signale und vermeidet die in diesen Vorrichtungen auftretenden Signalfehler. Durch Feststellung bzw. Demodulation der positiven Schwingungen eines Signals, z.B. des 150-Hz-Signals, und durch gleichzeitige Feststellung bzw. Demodulation der negativen Schwingungen des anderen Signals,z.B. des 90-Hz-Signals, können die beiden Signale ferner am Ausgang der Schaltung 76A überlagert werden, um unmittelbar ein gleichbleibendes Signal (Gleichstromsignal) zu bilden, das ein Maß für die Modulationstiefendifferenz (abgekürzt MTD) ist. Dieses MTD-Signal wird in einer Signalspannungsbezugswertvergleichsschaltung 8OA verglichen, um festzustellen, ob die Differenz in der Tiefe des Modulationssignals innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegt, deren Einhaltung den richtigen Betrieb desjenigen Teils des Senders gewährleistet, der durch diesen speziellen Empfängerkanal überwacht wird. Die Spannungsbezugswertsignale die den oberen und unteren Spannungsgrenzwert für den Spannungsvergleich in der Spannungsvergleichsschaltung 8OA darstellen, werden über Verbindungen 99 und -101 von einer Sigr

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bezugswertschaltung 103 geliefert. Die Signalbezugswertschaltung 103 bildet die Spannungsbezugswertgrenzspannungen in Abhängigkeit von der Stärke des Trägersignals im mittleren Kanal, die über eine Verbindung 105 zum mittleren Kanal festgestellt wird.

Wenn die Spannungsvergleichsschaltung 8OA das überschreiten eines Grenzwertes feststellt., führt sie der digitalen Persistenzschaltung 82A ein Ausgangssignal zu. Wenn die Grenzwertüberschreitung während einer Zeit andauert, die lang genug ist, um einen schwerwiegenden Navigationsfehler bei einem gelenkten Flugzeug zu bewirken, dann liefert die digitale Persistenzschaltung ein Signal über eine Verbindung 84A an den Abschaltkreis 86, der die Abschaltung des Senders 12 über die Verbindung 88 veranlaßt.

Die SignalbezugswertSchaltung 103 erfaßt in Abhängigkeit von der Amplitude des über die Mittelkanalantenne 58 und die Verbindung 105 empfangenen Trägers die demodulierte Gleichspannungshüllkurve, die aus dem Trägersignal abgeleitet wird. Dieses Verfahren der Ableitung von Signalbezugswerten hat den besonderen Vorteil, daß die Überwachungseinrichtung normale Änderungen des Funkfrequenzausgangswertes des Senders aufgrund von Betriebszustandsänderungen, wie der Änderung der Betriebstemperatur, ausgleicht. Diese Änderungen der Ausgangsleistung beeinflussen den Sender gleichermaßen derart, daß die Sendeleistung aller Sendeantennenelemente in Abhängigkeit von Betriebszustandsänderungen verringert oder erhöht wird. Diese Änderung der Sendeleistung bewirkt nicht nur eine Änderung des Trägersignals, sondern auch eine proportionale Änderung der Trägermodulation. Die vom Synchrodemodulator 76A festgestellten Modulationstiefensignale werden daher nicht gegenüber Änderungen der Sendeleistung korrigiert. Durch Einstellung der Grenzwertbezugsspannungen auf die Tiefe von Modulationssignalen, die auf der Stärke des Trägersignals basieren,

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wird praktisch ein Leistungskorrekturwert zugesetzt. Die Modulationstiefe wird daher in absolutem Sinne, unabhängig von Änderungen der abgegebenen Leistung überprüft. Dies gestattet eine Präzisionsüberwachung der Modulationstiefe (einschließlich der Modulationstiefendifferenz) durch Einstellung enger Grenzen für die Spannungsbezugswertvergleichsschaltungen, wie die Schaltung 8OA,

Während bei diesem Signalbezugswertvergleich nur die HF-Trägersignalstärke im einen Kanal der Überwachungseinrichtung berücksichtigt wird, stellt sie dennoch eine Sicherheitseinrichtung dar, weil für den Fall, daß dieser Kanal der Überwachungseinrichtung ausfallen sollte, oder das Ausgangssignal erheblich verzerrt werden sollte, die resultierenden scheinbaren Signalbezugswert spannungen, die der Vergleichsschaltung von der Schaltung 102 für die einzelnen Kanäle, z.B. 8OA - 8OE, zugeführt werden, dennoch eine Grenzwertüberschreitung anzeigen und den Sender abschalten. Ferner bedeutet die Verwendung eines Signalbezugswertes, der aus dem Träger nur eines Überwech^ngskanals zur Einstellung der Spannungsgrenzwerte für die Messung der Modulationstiefe der Signale eines zweiten Überwachungskanals abgeleitet wird, einen wesentlichen Vorteil insofern, als die Gesamtstärke der Signale im zweiten Überwachungskanal zusammen mit der Modulationstiefe überprüft wird. Dies bedeutet, daß die im zweiten Kanal übertragene Leistung mit der im ersten Kanal übertragenen Leistung verglichen wird. Dies ist besonders wichtig bei der Überwachung von Sendeeinrichtungen mit durch periodische Weiterschaltung abgelenkten Richtstrahlen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, da es eine zuverlässige Anzeige für irgendeinen völligen Ausfall oder eine erhebliche Dämpfung des von einer durch jeden der beiden Überwachungsempfängerkanäle überwachten Richtstrahlstelle ausgesendeten Signals bildet.

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Wenn die Gesamtleistung des Senders auf einen Wert abfällt, der zu niedrig ist, wird dieser Zustand über eine Verbindung 107 von der Signalbezugswertschaltung 103 zu einer Niedrigleistungsfeststellschaltung 109 festgestellt. In der Schaltung 109 erfolgt ein Spannungsvergleich mit einer Normspannung, die einem Anschluß 110 zugeführt wird. Wenn der Niedrigleistungszustand festgestellt wird, gibt die Niedrigleistungsfeststellschaltung 109 ein entsprechendes Signal an eine digitale Persistenzschaltung 112 ab. Wenn dieser Grenzwertüberschreitungszustand länger als die Zeit andauert, auf die die Persistenzschaltung 112 eingestellt ist, dann liefert sie ein Abschaltsignal an den Abschaltkreis 86, das die Abschaltung des Senders 12 bewirkt.

Die Schalter 72A - 72E können zur Überprüfung der Unversehrtheit (Integrität) der Überwachungskanäle durch Einschalten von Signalen in jeden Kanal verwendet werden, die das Überschreiten von Grenzwerten simulierende Signale darstellen, um sicherzugehen, daß diese Grenzwertüberschreitungsanzeigesignale die Überwachungseinrichtung tatsächlich zur Anzeige eines Fehlers veranlassen.

Fig. 2 zeigt die Signalbezugswertschaltung 103 und die Niedrigleistungsfeststellsehaltung 109 ausführlicher. Die Schaltung 103 enthält zwei Rechenverstärker 114 und 116, die hintereinander geschaltet sind. Der Verstärker 116 hat eine veränderbare Rückführung zur Verstärkungsänderung über ein Potentiometer 118, um die gewünschte Bezugswertgleichspannung für gewöhnliche oder normale Betriebszustände der Einrichtung an der Ausgangsleitung 107 einzustellen. Der normale Wert dieser Spannung kann beispielsweise bei -5 Volt liegen.

Die Leistungswertsignalspannung an der Verbindung 107 wird einem Spannungsteilerpotentiometer 134 zugeführt, um eine

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Leistungswertfehlergrenzwertspannung als ein festes Inkrement des Leistungswertsignals zu bilden. Diese Fehlergrenzwertspannung kann in der Größenordnung von 20 % der Leistungswertsignalspannung an der Verbindung 107 liegen. Die vom Potentiometer 134 abgegebene Fehlergrenzwertspannung wird in einem Umkehrverstärker 136 invertiert, und der invertierte Wert am Ausgang des Verstärkers 136 wird über einen Widerstand 138 zur Leistungswertsignalspannung vom Anschluß 107A, die über einen Widerstand 140 zugeführt wird, am Eingang eines Verstärkers 142 addiert. Diese Addition des Umkehrwertes der Fehlergrenzwertspannung zur Leistungswertsignalspannung stellt praktisch eine Subtraktion der Fehlergrenzwertspannung von der Leistungswertsignalspannung dar. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 142 am Anschluß 101 stellt daher den niedrigen Wert der Bezugsspannung dar, der um den Betrag der Fehlergrenzwertspannung unter der Leistungswertsignalspannung liegt. Unter typischen Betriebsbedingungen kann dieser untere Grenzwert in der Größenordnung von 4 Volt Gleichspannung liegen.

Die vom Potentiometer 134 abgegebene Fehlerbegrenzungsspannung wird auch am Widerstand 144 zur Leistungswertsignalspannung am Widerstand 146 im Rechenverstärker 148 addiert, um den oberen Signalbezugswert am Anschluß 99 zu bilden. Diese Spannung kann in der Größenordnung von 6 Volt liegen. Einer der wesentlichen Vorteile dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die Leistungswertfehlerbegrenzungsspannung auf einfache Weise am Potentiometer 134 einstellbar ist und diese Einstellung eine symmetrische Erweiterung oder Einengung der Spannungsgrenzen oberhalb und unterhalb der am Anschluß 107 abnehmbaren Leistungswertsignalspannung bewirkt.

Der Spannungswert an der Verbindung 107, der den Wert der Leistung des vom dritten Kanal empfangenen Trägers darstellt, wird über die Verbindung 107 auch der Niederleistungsfeststell-

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schaltung 109 zugeführt, in der er dem einen der Eingänge eines Differenzverstärkers 122 zugeführt wird. Dem anderen Eingang des Differenzverstärkers 122 wird eine Normbezugswertspannung über einen Anschluß 110 aus einer Bezugsspannungsschaltung zugeführt, die einen Rechenverstärker 124 und eine Z-Diode 126 zur Bildung einer genauen Bezugsspannung enthält. Die Z-Diode 126 wird aus einer nicht dargestellten Spannungsquelle mit einer ungeregelten positiven Gleichspannungsquelle über einen Anschluß 128 gespeist. Der genaue Wert der von der Bezugsschaltung über den Anschluß 110 abgegebenen Bezugsspannung ist ein Bruchteil der Zenerspannung der Zener-Diode 126, der durch Beeinflussung der Gesamtverstärkung des Rechenverstärkers 124 mit Hilfe eines am Ausgang dieses Rechenverstärkers 124 liegenden Rückführpotentiometers 130 einstellbar ist.

Der Rechenverstärker 122 in der Niederleistung.sfeststellschaltung 109 ist mit einer weiteren Z-Diode 132 verbünde: , die einen Schwellwert der Differenzspannung bestimmt, der überschritten werden muß, damit der Persistenzschaltung 112 eine Ausgangsspannung zugeführt wird, die das Vorliegen einer niedrigen Leistung anzeigt. Durch Verstellung des Potentiometers 130 läßt sich die Spannung am Anschluß 110 einstellen. Auf diese Weise wird der Betrag des Leistungswertsignals auf der Verbindung 107 festgelegt, bei dem die Vergleichsschaltung 122 das Vorliegen einer niedrigen Leistung feststellt.

Das Grundleistungswertsignal auf der Verbindung 107 steht auch den übrigen Teilen der Einrichtung über eine Abzweigleitung 107B zur Verfügung.

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Claims

Patentansprüche

Einrichtung zur Überwachung eines Funknavigationshilfssenders, der Funksignale in einer Verteilung aussendet, die eine Leitebene im Raum begrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinrichtung mehrere getrennte Uberwachungsempfängerantennen (54 - 62), die an verschiedenen Stellen im Raum in bezug auf die Leitebene (46) angeordnet sind und die Signalverteilung an jeder dieser Stellen überwachen, und eine der Anzahl der Uberwachungsempfängerantennen entsprechende Anzahl von Uberwachungsempfängerkanälen (64A, 82A - 64E, 82E) aufweist, und daß ein getrennter Überwachungsempfängerkanal mit jeder der Uberwachungsempfängerantennen verbunden ist und für jede Überwachungsempfängerantenne Abweichungen der empfangenen Signale von Werten, die innerhalb vorbestimmter Grenzen liegen, getrennt feststellt.
2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadur ch gekennzeichnet, daß mindestens drei getrennte Uberwachungsempfängerantennen (56, 58, 60) an verschiedenen Stellen im Raum in solchen Abständen von den Navigationshilfssenderantennen (14, 16 - 26, 28) angeordnet sind, die zum Empfang der ausgesendeten Funksignale und zur Überprüfung der gesamten Verteilung (30, 32 - 42, 44) der Funksignale ausreichen, die von Fahrzeugempfängern als Leitsignale empfangen werden sollen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß die Abweichungen der empfangenen Signale in Form von Spannungen gemessen werden und die Einrichtung eine Signalbezugswertschaltung (103, Fig. 1) zur Bildung von Bezugswertspannungen, die die vorbestimmten Gren-

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zen der von den getrennten Überwachungsempfängerkanälen empfangenen Signale darstellen, enthält, und daß die Signalbezugswertschaltung so (an 105) angeschlossen ist, daß sie ein Signal aus einem der Überwachungsempfängerkanäle (58 - 82C) empfängt, das der Stärke des Trägersignals proportional ist, und derart betreibbar ist, daß sie diesem Trägersignal proportionale Bezugswertspannungen erzeugt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalbezugswertschaltung (103) eine mit dem einen (58 - 82C) der Überwachungsempfängerkanäle (über 105) verbundene Verstärkungsvorrichtung aufweist und diese Verstärkungsvorrichtung derart betreibbar ist, daß sie die demodulierte Trägerhüllkurve zur Bildung einer der Trägerhüllkurve proportionalen Gleichspannung als Leistungswertsignal verstärkt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Spannungsteilervorrichtung, der das Leistungswertsignal zufühfbar und die derart betreibbar ist, daß sie einen Bruchteil des Leistungswertsignals als Leistungswertfehlergrenzwertspannung auswählt, eine diese Leistungswertfehlergrenzwertspannung zu dem Leistungswertsignal addierende Vorrichtung zur Bildung einer Summenspannung, die zur Bildung einer oberen Signalbezugswertspannung dient, und eine Vorrichtung zum Subtrahieren der Leistungswertfehlergrenzwertspannung von dem Leistungswertsignal zur Bildung einer Differenzspannung, die eine untere Signalbezugswertspannung darstellt, enthält.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungstθilervorrichtung derart einstellbar ist, daß eine Einstellung des Verhältnisses der Leistungswertfehlergrenzwertspannung zum Leistungswertsignal

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und dadurch die oberen und unteren Signalbezugswertspannungen symmetrisch um den Spannungswert des Leistungswertsignals herum einstellbar sind, so daß sich breitere und schmalere Bereiche zwischen der oberen und der unteren Signalbezugswertspannung ergeben.
7. überwachungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, gekennzeichnet durch eine geeichte Normgleichspannungsquelle und eine Vorrichtung zum Vergleichen des Leistungswertsignals mit dem Ausgangssignal der Normgleichspannungsquelle zur Feststellung des Vorhandenseins eines niedrigen Leistungswertes in dem an die Signalbezugswertschaltung angeschlossenen Überwachungsempfängerkanal.
8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Abschaltvorrichtung (86, Fig. 1) an alle Überwachungsempfängerkanäle (an 84A - 84E) angeschlossen und in Abhängigkeit von einer Abweichung des Signals, das aus einem der Kanäle abgegeben wird, von Werten, die innerhalb der vorbestimmten Grenzen liegen, derart betreibbar ist, daß der Sender abgeschaltet wird.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine getrennte Persistenzschaltungsanordnung (82A - 82E) jeden Überwachungsempfängerkanal mit der gemeinsamen Abschaltvorrichtung (86) verbindet und jede Persistenzschaltungsanordnung derart betreibbar ist, daß sie die übertragung eines Abweichungssignals vom zugehörigen Kanal zur Abschaltvorrichtung erst dann veranlaßt, wenn das Abweichungssignal während einer Zeit andauert, die hinreichend lang ist, um als Anzeichen einer schwerwiegenden andauernden Störung im Gegensatz zu einem vorübergehenden ungefährlichen Zustand gewertet werden zu können.

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10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Persistenzschaltungsanordnung (82A 82E) einen digitalen Zähler, der derart betreibbar ist, daß er ein Abschaltsignal (über 84A - 84E) an die Abschaltvorrichtung (86) nach Erreichen eines vorbestimmten Zählwertes abgibt, wobei der Zählvorgang des Zählers aufgrund eines Abweichungssignals aus dem zugehörigen Kanal (über 8OA - 80E) auslösbar ist und solange fortgesetzt wird, wie das Abweichungs signal andauert,und eine alle digitalen Zähler periodisch zurücksetzende Vorrichtung enthält.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücksetzvorrichtung einen getrennten digitalen Bezugszähler enthält, der derart betreibbar ist, daß er ständig einen Zählzyklus wiederholt und jedesmal ein Rücksetzsignal an alle anderen digitalen Zähler abgibt, wenn sein Zählerstand einen vorbestimmten Zählwert erreicht hat, wobei die Dauer eines vollständigen Betriebszyklus des Bezugszählers länger als die einzelnen Betriebsperioden der digitalen Zähler von der Bücksetzung bis zur Erreichung des vorbestimmten Zählwertes bei fortgesetzter Zählung ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1- 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Funknavigationshilfssenders (12) nacheinander auf einzelne Antennenelemente (16 - 26), die in einer Reihe angeordnet sind, schaltbar ist, so daß die Signalverteilung durch eine Folge räumlich und zeitlich aufeinanderfolgend eingeschalteter Richtstrahlen gebildet wird, daß die Richtstrahlen durch zwei verschiedene Navigationstonsignale moduliert sind, das Gemisch der Navigationstonsignale auf den Richtstrahlen verschiedener Senderantennenelemente verschieden ist und daß die verschiedenen Stellen (Positionen) der Uberwachungsempfängerantennen (54 - 62) solche Stellen umfassen, die winkelmäßig zwischen

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benachbarten Senderantennenelementen (14 - 28) so auseinanderliegen, daß sich jede der Überwachungsempfängerantennen an einer Stelle befindet, an der sie hauptsächlich auf die beiden benachbarten Richtstrahlen von den benachbarten Senderantennenelementen anspricht und Änderungen in der Symmetrie (Gleichheit) der von den jeweils benachbarten Richtstrahlen zur Signalverteilung beigetragenen Signale feststellt.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß der Funknavigationshilfssender (12) eine Vorrichtung (50, 52) zur Aussendung einer genormten Funkfrequenz enthält, die im gleichen Frequenzband wie die Sendesignalträgerfrequenz liegt und eine vorbestimmte Differenz gegenüber der Trägerfrequenz aufweist, daß vom Funknavigationshilfssender (12) eine Verbindung (48, 90, 92, 97A 67E) zur Übertragung der genormten Funkfrequenz zu den Überwachungsempfängerkanälen führt, und daß jeder der Überwachungsempfängerkanäle einen Mischer (66A - 66E) aufweist, der so geschaltet ist, daß er die genormte Funkfrequenz empfängt und so betreibbar ist, daß er das modulierte Trägerfrequenzsignal in dem Empfängerkanal in ein Differenzfrequenzsignal umsetzt, dessen Frequenz gleich der Frequenzdifferenz zwischen der Trägerfrequenz und der genormten Frequenz ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 13, da d u r c h gekennzeichnet, daß die Funknavigationshilfssignale (30, 32 - 42, 44), die vom zu überwachenden Funkna-· vigationshilfssender (12) ausgesendet werden, um die Leitebene im Raum zu bilden, Trägersignale umfassen, die mit verschiedenen vorbestimmten Gemischen zweier Navigationstonsignale an verschiedenen Stellen in bezug auf die Leitebene moduliert sind, und daß jeder der Überwachungsempfängerkanäle (54 - 82A, 62 - 82E) derart betreibbar ist, daß er feststellt,

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ob das richtige Gemisch von Modulationstonsignalen in den durch die dem Empfängerkanal zugeordnete Antenne empfangenen Signalen vorliegt.
15. Einrichtung nach Anspruch 14,dadurch gekennze i chnet, daß die Empfängerüberwachungskanäle getrennte torgesteuerte Demodulator-Sehaltglieder (76A - 76E), die jeweils das Vorhandensein der getrennten Modulationstonsignale darstellen, und Verbindungen (106, 102, 98, 108, 104, 100) vom Sender (12) zu den Demodulator-Schaltgliedern (76A - 76E) zur Übertragung der jeweiligen Modulationstonsignale vom Sender zu den Schaltgliedern aufweisen, und daß die torgesteuerten Schaltglieder derart betreibbar sind, daß sie synchron mit den einzelnen Zyklen der Tonsignale, die sie vom Sender empfangen, auftastbar und sperrbar sind, um die Modulationstiefe jedes Tonsignals in den vom zugehörigen Überwachungskanal empfangenen Trägersignalen durch Demodulation festzustellen.
16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltglieder (76A - 76E) Vorrichtungen zur Umkehr der Phasenlage der (über 98, 100) vom Sender (12) empfangenen Tonschaltsignale für einen der einem der Schaltglieder zugeführten Töne für jeden Kanal enthalten, so daß die Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals eines der Schaltglieder entgegengesetzte Polarität zur Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals des anderen Schaltgliedes der Schaltglieder für eine Subtraktion von diesem aufweist, und Vorrichtungen (8OA - 80E) zum Feststellen der Differenz der Gleichspannungskomponenten der festgestellten Tiefe der Modulationssignale zur unmittelbaren Bildung eines Modulationstief endifferenzsignals enthalten.
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, dadurch gekennzeichnet, daß der Funknavigationshilfs-

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sender (12) Vorrichtungen zur Bildung eines Identifizierungscodesignals in Form eines vorbestimmten Signaltons enthält, der den Funknavigationshilfsträgersignalen in Form eines unterbrochenen Morse-Codes aufmoduliert wird, an dem die Station identifizierbar ist, von der die Signale ausgesendet werden, daß die Einrichtung eine Identifizierungscodeüberv/achungsvorrichtung (96) mit einem Identifizierungscodegenerator, der derart betreibbar ist, daß er Morse-Codesignale erzeugt, die den Identifizierungs-Morse-Codesignalen entsprechen, die von der Identifizierungscodesignaltonraodulation übertragen werden, und eine Vorrichtung (74A, 95, 96) enthält, die mit einem der Überwachungsempfängerkanäle verbunden ist und das Vorhandensein einer Identifizierungscodetonmodulation feststellt und die ermittelten Morsecode-Identif izierungssignale, die vom Sender eintreffen, mit den Identifizierungscodesignalen des Identifizierungscodegenerators vergleichen, und die Richtigkeit der vom Sender gesendeten Identifizierungscodesignale bestätigen.

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Figurenbeschriftung

12 TRANSMITTER *» SENDER

66A ... 66E MIXER - MISCHER

96 CODE MONITOR = CODEÜBERWACHUNGSVORRICHTUNG 103 SIGNAL REFERENCE LEVEL - SIGNALBEZUGSWERTSCHALTUNG 82 A ... 82E DIGITAL PERSISTENCE CIRCUIT - DIGITALE PERSISTENZ-

SCHALTUNG

86 SHUTDOWN - ABSCHALTKREIS

112 DIGITAL PERSISTENCE CIRCUIT - DIGITALE PERSISTENZSCHALTUNG

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