DE2347150A1 - Mit einem normalen landesystem, dem sogenannten ils, integrierter entfernungsmesser - Google Patents

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NATIONALE DB YAlORISAiEION DE LA HEGHERCHE ANVAR
Neuilly-sur-Seine, Frankreich

Hit einem normalen Landesystem, dem sogenannten ILS, integrierter Entfernungsmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit einem normalen Landesystem, dem sogenannten ILS, welches die Technik der differentiellen Messung benutzt, bei der eine wechselweise Anschaltung und Unterdrückung eines Seitenablagesignals an ein Netz seitlicher Antennen erfolgt, integrierte» Entfernungsmesser, der den Azimutwinkel mißt, unter welchem das sich annähernde Flugzeug von der Gleitwegstation gesehen wird.

Das unter der Bezeichnung ILS (Instrumenten-Landesystem) bekannte System zur Punkleitung von Flugzeugen auf Landebahnen, mit dem die wichtigen Flughäfen der Welt ausgestattet

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sind, weist ein erstes Funkfeuer (£andekurssender=Localizer), das einem !Flugzeug bei Anflug und Landung seinen Standort zur Richtung der Landebahn anzeigt, ein zweites Funkfeuer (Gleitweg = Glide Path), das beim Anflug den Anflugwinkel anzeigt, und zwei oder drei Markierungsfunkfeuer (Markers) auf.

Die beiden ersten Funkfeuer strahlen eine Trägerwelle ab, von denen die des ersten Feuers im Meterwellenbereich und die des zweiten Feuers im Dezimeterwellenbereich liegt. Die beiden Trägerwellen sind mit zwei niederfrequenten Modulationen beaufschlagt, von denen die erste bei 90 Hz und die zweite bei 150 Hz liegt. Die Modulationsgrade sind variabel, und zwar für den "Landekurssender" im Azimut von der einen Seite zur anderen Seite der Ausrichtungslinie der Landebahn und für den "Gleitweg" über und unter der Aus— richtungslinie des Anflugwinkels, Jede dieser Ausrichtungslinien ist durch Gleichheit der beiden Modulationen bestimmt.

In der am meisten verbreiteten Ausführung - der sogenannten "Null-Referenz¹¹ - strahlt jedes dieser Funkfeuer, ausgehend von einer zentralen Antenne, ein Bezugssignal ab, das aus einer mit 90 und 150 Hz mit gleichem Modulationsgrad modulierten Trägerwelle besteht. Ausgehend von einem Hetz seitlicher Antennen, die ein Strahlungsdiagramm abstrahlen, welches zu beiden Seiten der befeuerten Achse symmetrisch verläuft und ein Hullfeld auf dieser Achse bildet, wird außerdem ein Seitenablagesignal ausgesandt, welches aus den Seitenbändern der 90 Hz- und I50 Hz-Modulation besteht. Die Anflug-Ausrichtungslinie läßt sich eomit als der Ort der Raumpunkte definieren, in denen kein Seitensignal empfangen wird.

Es wurde im Hinblick auf die Beseitigung gewisser Nachteile dieses Systems,z.B. Exzentrizitätsfehlers und der durch unerwünschte Abstrahlungen verursachten Interferenzen,

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"bereits vorgeschlagen (französische Patentanmeldung Ur. 112 491 vom 29. Juni 1967), eine Technik mit differentieller Messung zu erstellen, deren Prinzip sich im folgenden kurz abreißen läßt.

Anstelle fortdauernd abgestrahlt zu werden, wird das Seitenablagesignal wechselweise an das Netz der seitlichen Antennen geführt, dann mittels eines sehr niederfrequenten Schalters unterdrückt, derart, daß eine mobile Station in der Nähe der Anflugausrichtung wechselweise mit der Schaltfrequenz ein moduliertes Signal, das repräsentativ für die Seite zur Anflugausrichtungslinie ist, und dann ein Bezugssignal empfängt. Es läßt sich dann eine differentielle Messung durchführen, mit der sich verschiedene Pehlerursachen beseitigen lassen. Ein Fehler davon ist der Exzei.trizitätsfehler,der darin besteht, daß der Empfänger eine seitliche Ablage ungleich Null als Antwort auf ein ILS-Signal, das mit gleichen Modulationsgraden für die 90 Hz- und 150 Hz-Modulation erscheint, anzeigen kann, oder auch darin bestehen kann, daß die Bodenstation ein Bezugssignal abstrahlt, welches verschiedene Modulationsgrade aufweist. Andere Fehler entstehen aufgrund von Interferenzen, welche unerwünschte Abstrahlungen hervorrufen können, die nicht einer Zerhackung mit der Schaltfrequenz unterworfen sind.

Es ist außerdem bereits vorgeschlagen (französische Patentanmeldung Kr. 70 21649 vom 12. Juni 1970), die vorstehend erläuterte Technik der differentiellen Messung entsprechend der nachstehenden grundsätzlichen Ausführungen anzuwenden.

Die Messung der differentiellen Ablage, d.h. der durch den Vorgang der differentiellen Messung bestimmten Ablage, wirkt sieh nioht auf das Vorhandensein zweier Modulationsfrequenzen aus. Bei der klassischen Messung der Differenz

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der Modulationsgrade (DDM) läßt sich eine Vergleichsmessung zwischen den aufeinanderfolgend genommenen Werten durch einen gleichen Parameter ersetzen. Beispielsweise läßt sich die Ablage im Verhältnis zur Sollausrichtung dadurch bestimmen, daß die Werte der Modulationsgrade der Modulation von 90 Hz, welche nacheinander zum einen beim Empfang des Bezugssignals und zum anderen beim vollständigen Signal (Bezugssignal + Ablagesignal) erhalten werden, verglichen werden.

Der mit dem ILS integrierte Entfernungsmesser nach der Erfindung bildet eine andere Anwendung der oben erwähnten Technik der differentiollen Messung.

Obwohl die Markierungsfeuer bereits Entfernungsanzeigen zu zwei oder sogar drei charakteristischen Augenblicken bringen, ist das Bedürfnis nach einer forgesetzten Entfernungsinformation während der ILS-Annäherung durch die Geräte bereits seit langer Zeit vorhanden.

Infolgedessen soll durch die Erfindung ein System geschaffen werden, das es gestattet, an Bord eine Entfernungsinformation zu liefern, welche den herkömmlichen Winkelinformationen "überlagert" ist. Dabei soll keine zusätzliche Frequenz hinzugefügt werden. Dieses zusätzliche System soll einfach und wenig aufwendig sein, d.h., es sollen lediglich Modifikationen oder Zusätze miteinbezogen werden, deren Ausmaße an das Ausmaß der Bodendation und der Bordausrüstung angepaßt sind. Ferner soll das System kompatibel sein, d.h. die modifizierte Bodenstation soll ohne negative Auswirkungen der herkömmlichen Bordausrüstungen benutzbar sein,und der an Bord zur Entfernungsmessung notwendige Aufwand beschränkt sich auf das Hinzufügen eines "schwarzen Kastens", der wahlweise dem herkömmlichen Empfänger zugeordnet werden kann,

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ohne das Arbeiten auch nur im geringsten zu stören. Gemäß der Erfindung, die sich auf einen Entfernungsmesser der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß die untere Antenne der Gleitwegstation mit einem zusätzlichen Paar von Seitenantennen vereinigt ist, welche mit Unterbrechung die Seitenbänder entsprechend der Modulation, des Gleitwegsignals bei einer Niederfrequenz, die jedoch im Verhältnis zu den klassischen 90 und 150 Hz ausreichend hoch ist, abstrahlt, z.B. bei 960 Hz, und daß an Bord des Flugzeugs der klassische ILS-Empfänger über seinen B.3?.-Ausgang eine Kette speist, welche die Änderung des Modulationsgrades bei 960 Hz anzeigt.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Figuren anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Pig. 1 zeigt eine schematische Planansicht zur Verdeutlichung der grundsätzlichen Geometriebetrachtungen in bezug auf die Erfindung,

3?ig. 2 zeigt ein Amplituden-Zeit-Diagramm zur Darstellung, wie sich die Überlagerung der "Entfernungs"-Information über das herkömmliche Gleitwegsignal auswirkt,

Pig. 3 zeigt ein Blockschaltbild mit den Modifikationen, die nach der Erfindung an der Bodendation anzubringen sind, und

Pig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der zusätzlichen Anordnung, die nach der Erfindung an Bord anzubringen ist.

Bezüglich Fig. 1 wird erläutert, daß die%ezug auf die Achse der Landebahn abgelegene Position einer Gleitwegstation 1

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dazu "benutzt wird, um die Messung der Entfernung χ des Plugzeugs 3 auf eine Messung des Azimutwinkels θ zurückzuführen, unter welchem die Gleitwegstation 1 das Flugzeug 3 "bei Annäherung sieht.

Voraussetzung für die Gültigkeit einer solchen Messung ist, daß sich das Flugzeug 3 in der Ausrichtung der Achse der Landebahn "befindet.

Uach der Erfindung ist zur Messung des Azimutwinkels θ ein elementarer Landekurssender (Localizer) vorgesehen, wobei noch mit einer unteren Antenne des klassischen Gleitwegs mit "Null-Referenz" ein Paar seitlicher Antennen vereinigt ist. Als Ursprung der Azimutwinkel wählt man die Parallele 4 zur Iandebahnach.se 2, und zwar die Stelle, auf welcher die Gleitwegstation 1 liegt, damit die genauesten Winkelmessungen in großer Entfernung von der Aufsetzstelle durchgeführt werden können und die Umwandlung Winkel/Entfernung am feinsten ist.

Der elementare Landekurssender läßt wachsende Modulationsgrade ansteigenden Azimutwinkeln von O Grad (Flugzeug im Unendlichen) bis zu einem Maximalwert von etwa 30 Grad (Flugzeug am Anfang der Piste)entsprechen. Dieser Maximalwert wird in keinem Fall 90 Grad übersteigen, da euerseits das von der Gleitwegstation abgestrahlte Signal aleatorisch hinter der Station ist und sehr von der Traverse gestört wird und andererseits die Bordantenne gleichermaßen ausgerichtet und im hinteren Abschnitt häufig mehr oder weniger "blind" ist. Der integrierte Entfernungsmesser nach der Erfindung läßt sich also weder in der Umgebung noch beim Ausrollen verwenden.

Die Benutzung des vorstehend beschriebenen Prinzips der Erfindung stößt auf mehrere Schwierigkeiten. Erstens: die

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herkömmliche Messung der Lage, welche auf dem Vergleich der zwei Modulationsgrade der Modulationen von 90 Hz und 150 Hz beruht, muß, sofern man diesen Modulationen eine zusätzliche Entfernungsinformation aufprägt, nicht in jedem Pail den Wert der DDM (Differenz der Modulationsgrade) modifizieren. Der elementare Ladekurssender kann also nicht in der herkömmlichen Weise arbeiten, wenigstens nicht auf einer sich von der Frequenz des Gleitwegs unterscheidenden Frequenz. Es wird somit die Verwendung eines zusätzlichen Empfängers benötigt. Dies stellt jedoch einen lästigen Zwang dar, auf dessen Entledigung die Erfindung abzielt. Zweitens ist das durch die Gleitwegstation abgestrahlte Signal bereits mit einem starken Modulationsgrad - etwa nahe 75% über der Anflugausrichtungslinie - durch die herkömmlichen Signale mit 90 und 150 Hz moduliert. Die Einführung der Entfernungsinformation muß also nicht ein empfindliches Anwachsen des Modulationsgrades zur Folge haben.

Die oben erwähnte Technik der differentiellen Messung gestattet es, diese Schwierigkeiten ohne weiteres aus dem Weg zu räumen. Die Bestimmung der Seitenablage im Verhältnis zur Bezugsachse beruht gemäß dieser Technik nicht mehr auf der Relativmessung zweier Modulationsgrade, sondern auf dem Vergleich aufeinanderfolgend genommener Werte aufgrund eines gleichen Modulationsgrades eines Intervalles eines von einem anderen Zyklus unterschiedlichen Zyklus.

Nach der Erfindung wird beliebig eine Modulationsfrequenz im Durchlaßband des BF-Verstärkers gewöhnlicher Empfänger gewählt und für die Entfernungsmessung miteinbezogen. Bei der ersten Analyse wählt' man eine Frequenz, welche leicht vom Modulator der Bodenstation zu erzeugen ist und genügend hoch liegt, um die sieh aus der Unterbrechung ergebenden Seitenbänder aufnehmen zu können, ohne daß sich Filterprobleme ergeben. Diese Frequenz soll auch eindeutig verschiedene

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Kombinationen zwischen den Harmonischen von 90 und 150 Hz zulassen. Beispielsweise beträgt diese Frequenz 960 Hz.

Die Gleitwegfrequenz kann auch die zusätzliche Entfernungsinformation tragen, was jedoch die erste Schwierigkeit nicht ausräumt.

Mit der oben ausgeführten {Technik der differentiellen Messung ist außerdem aber das Vorliegen der zusätzlichen Modulation unterbrechend. Der Modulationsgrad der Trägerwelle wird durch den Spitzenwert des Signals festgelegt, welches sich aus der Summe der verschiedenen Bestandteile Bi¹ ergibt. Setzt man den Verlauf der Summe 90 + 150 Hz (variabel in Abhängigkeit von der Lage des Flugzeugs) in Rechnung, so ist es nach der Erfindung möglich, eine zusätzliche, etwa erreichende Modulation einzuführen, jedoch nur mit Unterbrechung, ohne eine Vergrößerung des Spitzenwerts des Summen· signals und damit des Modulationsgrades nach sich zu ziehen. Dies ist eindeutig aus dem Diagramm in Fig. 2 ersichtlich. Die Zeit ist als Abszisse und die Amplitude als Ordinate aufgetragen. Der differentielle Zyklus ist mit der Dauer 5 dargestellt. Die Dauer 5 des differentiellen Zyklus wird' zweckmäßig zu 1/60 Sekunde oder einem Vielfachen dieses Werts festgelegt. Es wird mithin ein Multiplexverfahren mit den herkömmlichen Bestandteilen 90 und 150 Hz zum einen und zum anderen den 960 Hz, die im Rhythmus des differentiellen Zyklus unterbrochen werden, erstellt. Dadurch wird mit demselben Schritt die zweite Schwierigkeit aus dem Weg geräumt.

An Bord wird die winkelmäßige Seitenablage in bezug auf die Referenzachse durch Messung des Modulationsgrades bei 960 Hz oder genauer durch Messung der Änderung des Modulationsgrades bei 960 Hz in einem Intervall des differentiellen Zyklus zum nächsten erhalten.

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Die Zweideutigkeit hinsichtlich der Seitenalilagenrichtung in bezug zur Referenzachse ergibt keinerlei Nachteil.

Der elementare Landekurssender (Localizer) bringt außerdem Vorteile der differentiellen Messung mit sich, nämlich die Eliminierung von Exzentritätsfehlern und einen gewissen Schutz gegen unerwünschte Strahlungen.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, sind die durch den Entfernungsmesser gelieferten Informationen bei einer Messung gültig, bei welcher das Flugzeug auf die Landebahnachse ausgerichtet ist. Die Entfernungsinformation ist an Bord verfügbar bis zu einem Punkt M, der vor der Aufsetzstelle liegt (vgl. Pig. 1). Dieser Punkt M liegt vorzugsweise nicht sehr weit hinter dem Anfang der Landebahn, so daß der Bedeckungsabschnitt des elementaren Landekurssenders und infolgedessen, die Gefahr einer gestörten Ausbreitung begrenzt wird. In erster Annäherung soll der Entfernungsmesser nach der Erfindung in der Lage sein, Azimutwinkel zu messen, die im Bereich zwischen 0 und etwa 20° liegen.

In Fig. 3 ist ein Blockschaltbild dargestellt, welches die Modifikationen zeigt, die die Erfindung für die Bodenstation mit sich bringt. Diese mit "Null-Referenz¹¹ arbeitende Bodenstation 11 mit ihrer unteren Antenne 12, ihrem Sender 13 und ihrem Generator 14 für die Seitenbänder 90/150 Hz ist bekannt und braucht nicht weiter beschrieben zu werden. Nach der Erfindung umrahmen zwei seitliche Antennen 21 mit einem Abstand von etwa einer Wellenlänge (A) die untere Antenne 12. Sie weisen vorzugsweise" eine größere Richtwirkung als die untere Antenne 12 auf und sind am besten als Sucher ausgebildet, so daß eine optimale Änderung des Modulationsgrades bei 960 Hz als Funktion des Azimuts genauso wie eine Verminderung störender Reflexionen

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erreicht wird. Die genannten Modifikationen nach der Erfindung umfassen erstens eine Voranhebung eines kleinen Bruchteiles der vom Sender gelieferten Trägerwellenenergie mittels eines Leistungsteilers 22, zweitens die Erzeugung von Seitenbändern bei 960 Hz mit Hilfe einer statischen Anordnung 23, welche ohne Schwierigkeiten ein Signal mit einer rechteckförmigen Umhüllenden liefern und somit in einer sehr vereinfachten Form ausgebildet sein kann, drittens die Inbetriebsetzung eines statischen Schalters 24, welcher die Seitenbänder bei 960 Hz wechselweise dem Paar der seitlichen Antennen 21 und einer Last 25 im Rhythmus des differentiellen Zyklus zuleitet. Dieser Schalter 24 wird in der Anordnung 26 vom Motor des Generators 14 der Seitenbänder 90 und 150 Hz über eine elektronische Anordnung in Gestalt des Blocks 27 gesteuert. Viertens umfassen die Modifikationen nach der Erfindung die Errichtung einer Überwachungsvorrichtung (nicht dargestellt) von der Funktion eines Entfernungsmessers, welche einen zusätzlichen FeIddetektor aufweisen kann, welcher z.B. in Richtung zum Landebahnanfang eingelassen ist.

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild dargestellt, das die nach der Erfindung an Bord anzubringende Zusatzanordnung zeigt.Der klassische ILS-Empfänger 31 weist die klassischen Ausgänge 32 (I Gleitwegabweichung) und 33 (I Landekurssenderabweichung) auf und liefert über einen Ausgang 34 das entsprechend der Darstellung in Fig. 2 zusammengesetzte Signal, welches aus seiner Schaltungskette BF heraustritt. Nach der Erfindung wird das 960 Hz-Signal, welches mit 60 Hz unterbrochen wird, in der Schaltung 41 gefiltert, dann werden die 60 Hz im Detektor 42 erfaßt. Daraufhin wird die für den Azimut bedeutende Amplitude in einer Meßvorrichtung 43 gemessen und durch eine Entfernungs-Anzeigevorrichtung 44 unter Berücksichtigung der Gültigkeitsschaltung 45 angezeigt. Der Abweichstrom 33 des Empfängers

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für den Landekurssender (-Localizer) wird benutzt, um die
Entfernungsinformation nur gültig zu machen, wenn sich
das Flugzeug im Innern einer Bahn befindet, die beispielsweise mindestens 20 nk auf der einen Seite und auf der
anderen Seite der Landebahnausrichtungslinie beträgt.

Die Erfindung gestattet mit geringen Kosten die Ausbildung eines mit einem ILS-System integrierten Entfernungsmesser, der auf derselben Frequenz arbeitet wie die Gleitwegstation und kompatibel mit den augenblicklich in Dienst stehenden
Ausrüstungen ist. Der integrierte Entfernungsmesser ist
geeignet, sowohl bei Annäherung des Flugzeugs als auch in
nächster Nähe der Aufsetzstelle genauso genaue Anzeigen zu liefern. Die Güte der Entfernungsmessung beruht selbstverständlich zum großen Teil auf einer guten Führung der
Landebahnausrichtungslinie.

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Claims (4)

1. 234715Q

   Paten tansprüche

   M. j Mit einem normalen Landesystem, dem sogenannten ILS, welches die Technik der differentiellen Messung benutzt, bei der eine wechselweise Anschaltung und Unterdrückung eines Seitenablagesignals an ein Netz seitlicher Antennen erfolgt, integrierter Entfernungsmesser, der den Azimutwinkel mißt, unter welchem das sich annähernde Flugzeug von der Gleitwegstation gesehen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Antenne der Gleitwegstation mit einem zusätzlichen Paar von Seitenantennen vereinigt ist, welche mit Unterbrechung die Seitenbänder entsprechend der Modulation des Gleitwegsignals bei einer Niederfrequenz,die jedoch im Verhältnis zu den klassischen 90 und 150 Hz ausreichend hoch ist, abstrahlt, z.B. bei 960 Hz, und daß an Bord des Plugzeugs der klassische ILS-Empfanger über seinen B.Έ.-Ausgang eine Kette speist, welche die Änderung des Modulationsgrades bei 960 Hz anzeigt.
2. 2. Entfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden seitlichen Antennen einen Abstand von etwa einer Wellenlänge (X) aufweisen und die erwähnte untere Antenne entsprechend einer Senkrechten zur Achse der Landebahn einrahmen sowie vorzugsweise eine stärkere Richtwirkung aufweisen als die untere Antenne.
3. 3. Entfernungsmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitwegstation einen Leistungsteiler aufweist, der einen kleinen Bruchteil der durch den klassischen Sender gelieferten Trägerwellenenergie voranhebt, daß die Gleitwegstation einen Seitenbandsender für die 960 Hz, einen statischen Schalter, der von Seiten

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   des Generators der klassischen Seitenbänder der 90 und 150 Hz gesteuert wird und seinerseits die Speisung der beiden genannten seitlichen Antennen steuert, und eine Überwachungsvorrichtung mit Entfernungsmesserfunktion aufweist.
4. 4. Entfernungsmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Kette an Bord des Flugzeugs ein 960 Hz-Filter, einen 60 Hz-Detektor (oder Teilervielfache von 60 Hz), eine Meßeinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung aufweist, welche die Amplitude der Änderung des Modulationsgrades bei 960 Hz im Rhythmus der Unterbrechung gegenüber einer Azimutskala und/oder einer Entfernungsskala darstellt, welche nur unter Aufruf durch den Abweichstrom des Empfängers für den landekurssender (Localizer) nutzbar ist.

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