DE2338724A1 - Funknavigationsanlage fuer horizontale kursfuehrung von flugzeugen - Google Patents

Description

Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft- und Raumfahrt e.V.

Zusatz zur Patentanmeldung P 12 75 162

Funknavigationsanlage für horizontale Kursführung von Flugzeugen

Die Erfindung betrifft eine Funknavigationsanlage für horizontale Kursführung von Flugzeugen, bei der der Leitstrahl durch die Differenz der Modulationsgrade (DDM) eines mit zwei Frequenzen modulierten, von den Antennen der Anlage abgestrahlten Trägers gegeben ist.

Im Hauptpatent ist eine spezielle Anordnung zur Erzeugung einer gegen Aufstellungseinflüsse besonders unempfindlichen Gleitwegführung beschrieben worden. Hier wurde eine besonders boden- und reflexionsunabhängige vertikale Kursführung durch ein erfindungsgemäß einfaches Antennensystem mit einer erfindungsgemäß speziellen Modulationsaufbereitung der kursbestimmenden Ausstrahlung mit 9o und 15o Hz-Modulation angegeben.

Erfindungsgemäß im fortführenden Sinn, soll nun die Technik der vertikalen Kursführung auch zu einer horizontalen Führung ausgenutzt werden, wodurch sich die im folgenden näher beschriebenen Vorteile ergeben. Sie bestehen darin, daß wegen der noch weiterhin vereinfachten Antennenanlage auf nur 2 Dipole und der im Hauptpatent beschriebenen Modulationsaufbereitung es möglich ist, eine Horizontalführungsanlage zu erstellen, die trotz voller Kompatibilität ihrer Wirkungsweise mit den internationalen ICAO-Bedingungen nicht nur sehr klein und daher wenig kostenaufwendig, sondern auch für

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Meß- und sonstige Zwecke im beweglichen Einsatz benutzt werden kann. Die Vorteile und die technischen Ausführungsformen sollen an je einem Beispiel beschrieben werden.

Im Hauptpatent wurde in Spalte 11, Zeile 15 -22 darauf hingewiesen, daß bei der Installation der dort für den Gleitweg benutzten Antenne diese zunächst in horizontale Lage gebracht wird, um die einzelnen Werte der Phaseneinstellung bequem am Boden vermessen zu können. Was hier nur als Maßnahme für einen rationellen Einstellvorgang gedacht war, wird nun erfindungsgemäß auch für das Prinzip eines Navigationssystems zur Horizontalführung benutzt.

Während bei den heute benutzten Kursführungssystemen nicht durch Einfaches Verdrehen des jeweiligen Antennensystems um 9o die Anlage jeweils zur Vertikal- oder Horizontalführung benutzt werden kann, weil die geforderten Kursbreiten unterschiedlich sind und bei der gegebenen Technik der Modulationsaufbereitung nicht ohne weiteres verstellt werden können, läßt das erfindungsgemäße System dies bei der Anwendung als Horizontalführung ohne weiteres zu. Kern der Erfindung ist das im Unteranspruch 9 bzw, dem entsprechenden Teil der Beschreibung des Hauptpatents erklärte Prinzip, wonach phasenunabhängige Leistungsteiler vorgesehen sind, (L. und L₂ in Fig. 5 des Hauptpatentes) , mit denen unabhängig vom Modulationsgrad der Einzelfrequenzen die Kursbreite beliebig eingestellt werden kann. Zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gedankens sollen im folgenden näher beschrieben werden und zwar zunächst

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die Verwendung als Localizer-Sender für den Instrumentenanflug auf Landeplätze. Die zugrunde liegende Aufgabe besteht dabei darin, mit geringem Aufwand einen Klein-Localizer zu schaffen, bei dem die Kosten auch bei kleinen Landeplätzen in einem vernünftigen Verhältnis zur Leistungsfähigkeit des Platzes stehen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß als Sendeantenne zwei einfache horizontal und ktolinear liegende Dipole I und II verwendet werden, daß jede dieser Dipolantennen I und II neben dem unmodulierten Träger den mit zwei Frequenzen f. und f_ z.B. 9o Hz und 15o Hz modulierten Träger abstrahlt, wobei an den Speisepunkten der Dipole I und II die unmodulierten Träger gleiche Amplitude und Phase besitzen unddie modulierten Träger ebenfalls amplitudengleich sind, daß aber der mit f. modulierte Träger bei Dipol I sowie der mit f₂ modulierte Träger bei Dipol II um den gleichen Phasenwinkel gegen den unmodulierten Träger voreilt, wie der mit f₂ modulierte Träger bei Antenne I sowie der mit f. modulierte Träger bei Antenne II gegen den unmodulierten Träger nacheilt (oder umgekehrt) und daß dieser Phasenwinkel unter Berücksichtigung des Abstandes der beiden Dipolantennen I und II mit einem Phasenschieber wie er in Anspruch 9 von DT PS 12 75 162 beschrieben ist, so eingestellt wird, daß die geforderten Werte für die Kursbreite eingehalten werden.

Für das erfindungsgemäße System aiii Localizer-Sender, insbesondere füi kleine Flugplätze, bei denen nicht einmal die

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Betriebskategorie I gefordert zu werden braucht, sondern wo die Horizontalführung nur als Durchstoßhilfe (IFR-VFR-Wechselverfahren) dienen soll, mag eine auf einem deutschen Verkehrslandeplatz installierte Anlage beschrieben werden. Da die erfindungsgemäße Anlage im Gegensatz zu den großen Anlagen auf Verkehrsflughäfen in der Haupt- wie in der Gegen-Anflugrichtung vollkommen gleiche Abstrahlungsverhältnisse für die Kursbildung aufweist (Main Beam = Back Beam), braucht sie nicht auf der Achse der Piste aufgestellt zu werden, wodurch die unerwünschte Uberfliegung des Localizers beim Anflug auf dem Back Beam vermieden wird. Die Antennenanlage ist einige Meter seitlich der Piste etwa in der Hälfte der Pistenlänge aufgestellt, was für das Durchstoß-Landeverfahren ohne Bedeutung ist. Die Antenne besteht in Abänderung zum Haupt patent aus zwei einfacheni leichten horizontalen Dipolen, die erfindungsgemäß so gespeist werden, daß ein für den Anflug geeigneter übermodulationsfreier Sektorbereich von + 6o°, gesehen vom Aufstellungsort der Antenne,, symmetrisch in den beiden Anflugsektoren, entsteht. Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil der beschriebenen Technik ist, daß die Antennenspeisung nicht von der benutzten Betriebsfrequenz abhängig ist, sodaß bei einer künftigen internationalen Änderung der Betriebsfreguenzen (etwa ab 198o) nur die grundfrequenzerzeugenden Elemente und die Antennen ausgewechselt zu werden brauchen.

Am Beispiel der in der erfolgreichen Erprobung befindlichen Anlage sind ihre Vorteile für die Navigation in Fig. 1 dargestellt. Bei schlechter Sicht fliegt ein Flugzeug ohne die

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erfindungsgemäße Anlage₍wie in Fig. la dargestellt_tunter den Bedingungen des Instrumentenfluges (IFR) zunächst auf der Kursstrecke 1 die benachbarte Funkbodenhilfe 2 an und geht von da auf die Kursstrecke 1' in Richtung Landebahn 4 über. Aus Kompaßkurs, Fluggeschwindigkeit, Flugzeit und Windverhältnissen berechnet der Flugzeugführer (Koppelnavigation) den Punkt 3 für das Einschwenken zum Anflug auf die Landebahn 4 und geht zum Sinkflug über. Nun besteht bis zum Durchstoßen der Wolken zum Sichtkontakt mit dem Erdboden keine Möglichkeit mehr, die Kurslage zur Landung auf der Piste einwandfrei zu halten. Ein Fehlanflug ist unter diesen Bedingungen leicht möglich, weshalb ein neuer Anflug 3¹ notwendig wird, was Zeitverlust bedeutet und die Gefahrenspanne verlängert.

Durch die erfindungsgemäße einfache Funknavigationsanlage wird, wie in Fig. Ib gezeichnet, ein exakter Anflug des Landeplatzes ermöglicht. Es wird in der Anflugrichtung der Anflugsektor 5 festgelegt, der nach der im Hauptpatent beschriebenen Hodulationstechnik eingestellt wird. Da das Antennendiagramm symmetrisch zur Landebahnmitte ist, kann ein Anflug auch von der Gegenseite über den Anflugsektor 5' erfolgen, wenn dies wegen der Windverhältnisse gewünscht wird. Der Aufwand des erfindungsgemäßen Klein-Locallzers steht in einem vernünftigen Kostenverhältnis zur Leistungsfähigkeit eines Verkehrslandeplatzes und gibt die Möglichkeit, ihn unter IFR-Verhältnissen anzufliegen.

Als weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gedankens soll die Kursführung von Flugzeugen bei Vermessungsflügen mit

standortunabhängiger Genauigkeit der Anzeige der Kursablage beschrieben werden. Hier liegt also die Aufgabe zugrunde, die Kursbreite so zu ändern, daß dem Piloten während des Fluges eine in ihrer Genauigkeit von der Entfernung zum Sender unabhängige Ablageanzeige angeboten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit einem Phasenschieber, wie er in Anspruch 9 von DT PS 12 75 162 beschrieben ist, die Kursbreite in Abhängigkeit von der Flugzeugentfernung nachgeregelt wird. Hierzu folgende Erläuterungen:

Bei Vermessungsaufgaben besteht oft die Forderung, daß das Flugzeug möglichst genau entlang einer vorgegebenen geraden Kurslinie fliegen soll. Der Kompaßkurs ist dazu in vielen Fällen zu ungenau. Eine Kursüberwachung und -führung mit Radargeräten ist umständlich und aufwendig und gibt vor allem dem Piloten auch keine direkte Anzeige für seine Kurssteuerung. Die bekannten Funkhilfen für die Kursführung wie z.B. VOR, geben dem Piloten eine in ihrer Genauigkeit von der Entfernung zur Funkstation abhängige Ablageinformation. Auch sind diese Anlagen für einen Standortwechsel ungeeignet, weil zu aufwendig. Die erfindungsgemäße Anlage ist dagegen wegen des geringen Geräteaufwandes für einen mobilen Einsatz hervorragend geeignet. Durch Änderung der Kursschärfe läßt sich außerdem erfindungsgemäß erreichen, daß dem Piloten eine von der Entfernung unabhängige Ablageanzeige angeboten wird, Dies setzt voraus, was in der Vermessungspraxis leicht möglich ist, daß die Entfernung des Flugzeuges vom Kurssender gemessen _t oder daß vom

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Piloten mit Sprechfunk zum Boden eine Standortanzeige übermittelt wird. Am Boden wird dann, entsprechend dieser Entfernung, erfindungsgemäß die Kursschärfe leicht und einfach nachgeregelt. Dies geschieht durch Einstellen der Phasenlage zwischen der mit 9o Hz modulierten und der mit 15o Hz modulierten Trägerwelle. Im Hauptpatent wurden in der dortigen Fig. 5 die Spannungsvektoren für einen Phasenunterschied von 9o°, zwischen dem mit 9o Hz und dem mit 15o Hz modulierten Anteil, wie er üblicherweise in den Gleitweganlagen verwendet wird, mit eingezeichnet. Die phasenunabhängigen Leistungsteiler L. und L₂ ermöglichen es, die Kursbreite durch Änderung der relativen Phase zwischen der mit 9o Hz und der mit 15o Hz modulierten Welle zu verändern.

In den Fig. 2a,b und c sind diese Verhältnisse anschaulich als Vektorbild dargestellt. In Fig. 2a besitzt der mit 9o Hz modulierte Spannungsvektor Vg (wie im Hauptpatent) einen Phasenunterschied von 9o° gegen den mit 15o Hz modulierten Spannungsvektor V-cq. Es wird nun V_g und V "₅ mit zum unmodulierten Träger V symmetrischer Phasenlage sowohl von Antenne I wie von Antenne II abgestrahlt. Die den Antennen zugeordneten Spannungen werden durch einen zusätzlichen hochgestellten Index I und II unterschieden. Symmetrische Phasenlage zu V soll dabei heissen, daß V_gQ und V₁₅₀ um den gleichen Phasenwinkel gegen V nacheilt, wie Vr und V_ gegen V voreilt oder umgekehrt. Auf Kurs besteht Gleichphasigkeit der von beiden Antennen abgestrahlten unmodulierten 'i'rägerspannungen V und V , bei Kursablage dagegen ein Phasenunterschied, der sich unterschiedlich auf die

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Differenz der prozentualen Modulationsgrade auswirkt, je nachdem wie groß der Phasenunterschied zwischen V„ und V₅ ist. Die Differenz der prozentualen Modulationsgrade ist dabei

DDM= I (V₉* + ν™ ) - ( Vj₅₀ + V«_o Il S

In Fig. 2b ist der Fall dargestellt, daß V₉ und V₅ einen Phasenwinkel einschließen, der kleiner ist als 9o , und zwar für die gleiche Kursablage wie in Fig. 2a. Man erkennt, daß die Kursschärfe, d.h. der prozentuale Modulationsgrad DDM kleiner ist als bei Fig. 2a. Schließlich sind in Fig. 2c die Verhältnisse dargestellt wie sie sich ergeben, wenn der Phasenwinkel zwischen V_g und V₅ größer ist als 9o°, wodurch sich eine erhöhte Kursschärfe d.h. größeres DDM ergibt. (Da auf Kurs, d.h. bei Gleichphasigkeit von V und V nach den ICAO Richtlinien ein Modulationsgrad von 2o % je Modulationsfrequenz einzuhalten ist, sind die Amplituden der einzelnen Spannungsvektoren V, V_ , V._ in den Teilbildern a, b und c von Fig. 2 nicht unbedingt gleich).

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Claims (2)

1. Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt f. Luft- und Raumfahrt e.V.

   Patentansprüche

   /l)jFunknavigationsanlage für horizontale Kursführung von Flugzeugen, bei der der Leitstrahl durch die Differenz der Modulationsgrade (DDM) eines mit zwei Frequenzen modulierten, von den Antennen der Anlage abgestrahlten Trägers gegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Sendeantenne zwei einfache horizontal und kolinear liegende Dipole (I und II) verwendet werden, daß jede dieser Dipolantennen (I und II) neben dem unmodulierten Träger den mit zwei Frequenzen (f. und f₂ z.B. 9o Hz und 15o Hz) modulierten Träger abstrahlt, wobei an den Speisepunkten der Dipole (I und II) die unmodulierten Träger gleiche Amplitude und Phase besitzen und die modulierten Träger ebenfalls amplitudengleich sind,daß aber der mit f. modulierte Träger bei Dipol I sowie der mit f, modulierte Träger bei Dipol II um den gleichen Phasenwinkel gegen den unmodulierten Träger voreilt, wie der mit f₂ modulierte Träger bei Antenne I sowie der mit fj modulierte Träger bei Antenne II gegen den unmodulierten Träger nacheilt (oder umgekehrt), und daß dieser Phasenwinkel unter • Berücksichtigung des Abstandes der beiden Dipolantennen (I und II) mit einem Phasenschieber wie er in Anspruch 9 von DT PS 12 75 162 beschrieben ist, so eingestellt wird, daß die geforderten Werte für die Kursbreite eingehalten werden.

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2. 2) Funknavigationsanlage nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, daß die Kursbreite bei Vermessungsflügen mit einem Phasenschieber wie er in Anspruch 9 von DT PS 12. 75 162 beschrieben ist in Abhängigkeit von der Flugzeugentfernung so nachgeregelt wird, daß an Bord die Ablageanzeige entfernungsunabhängig ist.

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