DE2401161C3

DE2401161C3 - DF system with azimuth direction finder behind and elevation direction finder next to the runway

Info

Publication number: DE2401161C3
Application number: DE19742401161
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Böhm
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Filing date: 1974-01-10
Publication date: 1976-11-18

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Peilanlage für ein Landesystem, bei dem die Bordstation HF-Signale abstrahlt und die Navigationsdaten am Boden ermittelt und zur Bordstation übertragen werden, bestehend aus einem hinter der Landebahn befindlichen Azimutpeiler und einem neben der Landebahn befindlichen Elevationspeiler. The invention relates to a direction finding system for a landing system in which the on-board station has RF signals radiates and the navigation data is determined on the ground and transmitted to the on-board station, consisting of an azimuth direction finder located behind the runway and an elevation direction finder located next to the runway.

Eine derartige Peilanlage ist aus der DT-OS 20 38 982 bekannt. Bei dieser Anlage sind die Standorte von Azimutpeiler und Elevationspeiler etwa gleich denen von Landekurssender und Gleitwegsender des Instrumentenlandesystems (ILS). Das Flugzeug geht beim Landemanöver in etwa 30 m Hohe vom Anflug zum Ausschweben über. Die Ausschwebestrecke bis zum Aufsetzen beträgt etwa 1200 m. In der Mute dieser Strecke befindet sich der Gleitwegsender, dessen Antenne in Anflugrichtung strahlt Aus diesem Grund ist zwischen Gleitwegsender und Aufsetzpunkt keine Messung der Elevation möglich, die aber für Bhndlandesvsteme unbedingt erforderlich ist Um dies zu ermöglichen, ist es bekannt, einen zweiten Gleitwegsender neben der Landebahn in Höhe des Aufsetzpunktes vorzusehen. Ein derartiger zweiter Gleitwegsender ist aufwendig.Such a direction finding system is known from DT-OS 20 38 982. The locations of this plant are Azimuth direction finder and elevation direction finder roughly the same as those of the landing course transmitter and glide slope transmitter of the instrument landing system (ILS). During the landing maneuver, the aircraft goes about 30 m from the approach to the Float over. The float distance to touchdown is about 1200 m For this reason, the glideslope transmitter is located on the route, the antenna of which radiates in the approach direction Elevation cannot be measured between the glide slope transmitter and the touchdown point, but this is possible for Bhndlandesvsteme is absolutely necessary To make this possible, it is known to have a second glideslope transmitter to be provided next to the runway at the touchdown point. Such a second glideslope transmitter is laborious.

Aufgabetask

Es ist die Aufgabe der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung, eine Peilanlage für ein Landesystem anzugeben, mit der die Entfernung des Flugzeuges vom Aufsetzpunkt, die Höhe des Flugzeuges und die Elevation beim Ausschweben, bezogen auf den Aufsetzpunkt, genau ermittelt werden können.It is the object of the invention specified in the claims, a direction finding system for a Specify the landing system with the distance of the aircraft from the touchdown point, the altitude of the aircraft and the elevation when floating out, based on the touchdown point, can be precisely determined.

Vorteilebenefits

Bei der eifindungsgemäßen Peilanlage ist nur ein Elevationspeiler erforderlich. Im Flugzeug kann ein hochgenauer Funkhöhenmesser im Prinzip entfallen.With the DF system according to the invention, there is only one Elevation direction finder required. In principle, a high-precision radio altimeter can be dispensed with in the aircraft.

Beschreibungdescription

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

Fig. la und Ib eine Draufsicht und eine Seitenansicht einer Landebahn mit Azimut- und Elevationspeiler und ein Flugprofil eines landenden Flugzeugs,La and Ib show a plan view and a side view a runway with azimuth and elevation direction finders and a flight profile of a landing aircraft,

Fig.2a und 2b die geometrischen Beziehungen zwischen den in den Fig. la und Ib dargestellten Objekten,2a and 2b show the geometric relationships between those shown in FIGS. La and Ib Objects,

F i g. 3a bis 3d die schematische Darstellung von vier möglichen Antennenanoranungcn für den Elevationspeiler undF i g. 3a to 3d the schematic representation of four possible antenna arrangements for the elevation direction finder and

F i g. 4 ein Blockschaltbild eines Elevationspeilers.F i g. 4 is a block diagram of an elevation direction finder.

In der F i g. 1 a ist in der Draufsicht und in F i g. 1 b in der Seitenansicht das Flugprofil eines Flugzeuges dargestellt, das sich augenblicklich im Punkt F befindet und auf einer Landebahn B landen will. Beim Anflug schwenkt das Flugzeug auf den vorgegebenen Landekurs ein, der im allgemeinen gleich der verlängerten Anfluggrundlinie C ist, die mit der Landebahnachse identsich ist. Das Flugzeug strahlt Hochfrequenzsignale ab, die von einem Elevationspeiler G und von einem Azimutpeiler L empfangen werden. Der Azimutpeiler befindet sich auf der Anfluggrundlinie auf der zum Anflugweg entgegengesetzten Seite der Landebahn. Er ermittelt während Anflug (Fbis D), Ausschweben (D bis A), Aufsetzen (A) und Ausrollen den Azimut #i zwischen der Verbindungsgeraden von Flugzeug Fund Azimutpeiler L und der Anfluggrundlinie C. In FIG. 1 a is in plan view and in FIG. 1 b shows a side view of the flight profile of an aircraft that is currently at point F and wants to land on a runway B. During the approach, the aircraft swings onto the predetermined landing course, which is generally equal to the extended approach base line C , which is identical to the runway axis. The aircraft emits high-frequency signals which are received by an elevation direction finder G and an azimuth direction finder L. The azimuth direction finder is located on the approach baseline on the opposite side of the runway to the approach path. During approach (F to D), float (D to A), touchdown (A) and coasting, it determines the azimuth #i between the straight line connecting the aircraft and azimuth direction finder L and the approach baseline C.

Neben der Landebahn, in der Mitte zwischen dem Punkt D, in dem das Flugzeug mit dem Ausschweben beginnt, und dem Aufsetzpunkt A auf der Landebahn, befindet sich der Elevationspeiler G. Während des Anflugs zielt das Flugzeug unter der gewählten Elevation φ auf den Punkt //der Landebahn, zu dem der Elevationspeiler G querab steht.Next to the runway, in the middle between point D, where the aircraft begins to float out, and touchdown point A on the runway, is the elevation direction finder G. During the approach, the aircraft aims at the point / at the selected elevation φ / the runway to which the elevation direction finder G is abeam.

in Fig. 2b ist vereinfacht angenommen, daß sich der Punkt G in der Ebene der Landebahn befindet, in Wirklichkeit befindet sich die Antennenanordnung desIn Fig. 2b it is assumed in simplified form that the point G is located in the plane of the runway, in reality the antenna arrangement is located

Elevationspeilers jedoch oberhalb dieser Ebene. Etwa bei einer Höhe von 30 m (etwa 600 m vor dem Elevationspeiler) beginnt das Flugzeug mit dem Ausschweben, d h, es verringert die Sinkgeschwindigkeit Es setzt etwa 600 m hinter d«»m Elevationspeiler auf der Landebahn im Punkt A auf.Elevation direction finder, however, above this level. At about 30 m (about 600 m in front of the elevation direction finder) the aircraft begins to float out, ie it reduces the rate of descent. It touches down on the runway at point A about 600 m behind the elevation direction finder.

Der Azimutpeiler und der Elevationspeiler, soweit sie bisher beschrieben wurden, sind bekannt und werden daher nicht genauer erläutertThe azimuth direction finder and the elevation direction finder, as far as they have been described so far, are known and will be therefore not explained in more detail

Um die zur Führung des Flugzeuges auch während ₎₀ des Ausschwebens erforderlichen Größen, nämlich die Entiernung e des Flugzeuges vom Aufsetzpunkt A und die Höhe h über Grund (Fig.2a, 2b), ermitteln zu können, hat der Elevationspeiler G statt einer in Anflugrichtung gerichteten Richtantennenanordnung ,₅ erfindungsgemäß eine der in den F i g. 3a bis 3d gezeigten Antennenanordnungen; diese bestehen jeweils aus einer rundempfangenden Antennenanordnung zur Messung des auf ihren Standort bezogenen Azimuts 02(Fi g. 2a) und mindestens einer den Anflugsektor und die ganze Landebahn erfassenden Antennenzeile zur Messung der planaren Elevation φ und der konischen Elevation φ'. Die verschiedenen Antennenanordnungen werden weiter unten beschrieben.To the information necessary for control of the aircraft _{during) 0} flare sizes, namely the Entiernung e of the aircraft from the touchdown point A and the height h (above ground 2a to be able 2b) identify, has the elevation direction finder G instead of in approach direction Directional directional antenna arrangement, ₅ according to the invention one of the devices shown in FIGS. 3a to 3d shown antenna arrangements; These each consist of an omnidirectional antenna arrangement for measuring the azimuth 02 related to their location (Fig. 2a) and at least one antenna line covering the approach sector and the entire runway for measuring the planar elevation φ and the conical elevation φ '. The various antenna arrangements are described below.

Die geometrischen Beziehungen zwischen den gesuchten Größen und den bekannten Größen sind in den F i g. 2a und 2b dargestellt, wobei F i g. 2a zu F i g. 1 a und F i g. 2b zu F i g. 1 b gehört.The geometric relationships between the quantities sought and the known quantities are shown in the F i g. 2a and 2b, where F i g. 2a to FIG. 1 a and F i g. 2b to FIG. 1 b heard.

Im Dreieck LHG sind alle Größen bekannt, nämlich die Strecke LH, die sich aus der Entfernung ei des Azimutpeilers L vom Aufsetzpunkt A und der Entfernung α des Punktes H zum Aufsetzpunkt A zusammensetzt der Abstand d\ des Elevationspeilers G von der Anfluggrundlinie C, die Strecke LG, die gleich der Entfernung ώ des Azimutpeilers L vom Elevations- ,5 peiler G ist und damit auch der Winkel bei L. der mit γ bezeichnet ist und der Winkel bei G, der mit η bezeichnet ist Der Landekurspeiler ermittelt den Azimut 0i. Zur Berechnung werden weiter folgende Hilfsgrößen benötigt: f, der horizontale Abstand zwischen Anfluggrundlinie C und Flugzeug F, e2, die Entfernung zwischen dem Punkt H und dem Schnittpunkt von / mit der Anfluggrundlinie C; b, die horizontale Entfernung zwischen Aufsetzpunkt A und Flugzeug F; a, die horizontale Entfernung zwischen Elevationspeiler G und Flugzeug F. In the triangle LHG all variables are known, namely the distance LH, which is composed of the distance ei of the azimuth direction finder L from the touchdown point A and the distance α of the point H to the touchdown point A , the distance d \ of the elevation direction finder G from the approach base line C, the distance LG, which is equal to the distance ώ of the azimuth direction finder L from the elevation direction, 5 direction finder G and thus also the angle at L. which is denoted by γ and the angle at G, which is denoted by η . The landing direction finder determines the azimuth 0i. The following auxiliary quantities are also required for the calculation: f, the horizontal distance between the approach baseline C and aircraft F, e2, the distance between point H and the intersection of / with the approach baseline C; b, the horizontal distance between touchdown point A and aircraft F; a, the horizontal distance between the elevation direction finder G and aircraft F.

Mit Hilff; der GleichungWith help; the equation

Damit errechnet sich die zweite gesuchte Größe, die wahre Entfernung edes Flugzeugs Fvom Aufsetzpunkt A ausThis is how the second quantity sought is calculated, the true distance of each aircraft F from the touchdown point A.

= Vb²+ h². = Vb ² + h ² .

Zusätzlich oder an Stelle der Entfernung e kann die auf den Aufsetzpunkt A bezogene Elevation ψ" des Flugzeuges F berechnet werden:In addition to or instead of the distance e, the elevation ψ "of the aircraft F related to the touchdown point A can be calculated:

,," = arc tg ~_h . ,, " = arc tg ~ _h .

Die Gleichungen für die gesuchten Größen lassen sich auch mit di ableiten.The equations for the quantities we are looking for can also be derived using di .

Fig.3 zeigt vier verschiedene Antennenanordnungen für den Elevationspeiler. Die erste und die zwehe Möglichkeit ist eine vertikale Zeile 1, die die konische Elevation φ' mißt und die durch ein Zeilenkreuz 2, 3 (Fig. 3a) oder durch eine horizontale Kreisgruppe 4 ( Fig.3b) ergänzt wird, mit denen sich der Winkel #2 messen und die konische Elevation φ' in die planare Elevation φ umwandeln läßt. Statt dessen kann man auch das horizontale Zeilenkreuz 2, 3 oder die Kreisgruppe 4 auf vier Stützen (5 bis 8) stellen, von denen zwei, nämlich die Stützen 6 und 6, als vertikale Zeilen mit richtempfangenden Schlitzstrahlern ausgebildet sind. Dabei wird die Zeile 6 zur Messung in Anflugrichtung und die Zeile 5 zur Messung in Landebahnrichtung benutzt. Die Antennen aller übrigen Zeilen und der Krdsgruppe sind rundempfangend.3 shows four different antenna arrangements for the elevation direction finder. The first and the second possibility is a vertical line 1, which measures the conical elevation φ ' and which is supplemented by a line cross 2, 3 (Fig. 3a) or by a horizontal circle group 4 (Fig. 3b), with which the Measure angle # 2 and convert the conical elevation φ ' into the planar elevation φ. Instead, you can also place the horizontal line cross 2, 3 or the circle group 4 on four supports (5 to 8), two of which, namely the supports 6 and 6, are designed as vertical lines with directional slot radiators. Line 6 is used for measurement in the approach direction and line 5 for measurement in the runway direction. The antennas of all other lines and the group of cables are omnidirectional.

F i g. 4 zeigt ein Blockschaltbild des Elevationspeilers G, bei der die Antennenanordnung nach F i g. 3 3a) verwendet ist. Die von der Flugzeugbordstation ausgesendeten HF-Signale werden von den Antennen der Zeilen 1,2 und 3 empfangen und gelangen je auf ein Empfängervielfach 9,10 und 11, von denen jedes so viel Empfänger hat wie die Zeile Antennen. In nachgeschalteten Phasenmessern 12, 13 und 14 werden einzeln die Phasen jedes Signals ermittelt und der Mittelwert gebildet, so daß an den Ausgängen Phasenwerte ß\, ß2 und /h auftreten. Die Phasenwerte gelangen nach Analog/Digital-Wandlung auf einen schnellen Digitalrechner 15, in dem in einem ersten Schritt mit Hilfe der GleichungenF i g. 4 shows a block diagram of the elevation direction finder G, in which the antenna arrangement according to FIG. 3 3a) is used. The RF signals transmitted by the aircraft on-board station are received by the antennas in lines 1, 2 and 3 and each reach a receiver multiple 9, 10 and 11, each of which has as many receivers as the line of antennas. In downstream phase meters 12, 13 and 14, the phases of each signal are determined individually and the mean value is formed, so that phase values β 1, β 2 and / h occur at the outputs. After analog / digital conversion, the phase values are transferred to a high-speed digital computer 15, in which, in a first step, with the aid of the equations

¹ COs(r>] + I)₁ ' ¹ COs (r>] + I) ₁ '

errechnet sich die erste gesuchte Größe, die Höhe h aus:the first size you are looking for is calculated, the height h from:

tgv' =tgv '=

h = a ■ tgf/'. h = a ■ tgf / '.

Mit Hilfe dieser Größe folgt
^h With the help of this quantity follows
^H

f> / = —— f> / = ——

X * X *

(3)(3)

weiter istis further

/ = (c, 4- e₂ + t\,) tg Λ,.
b = ffiT'ieTTl-if: / = (c, 4- e ₂ + t \,) tg Λ ,.
b = ffiT'ieTTl-if:

/*2/ * 2

die Winkel φ, φ' und 02 ermittelt werden. Dem Rechner wird außerdem der vom Azimutpeiler gemessene Azimut 0i zugeführt Damit kann der Rechner in einem zweiten Schritt mit Hilfe der Gleichungen (1) bis (7) die gesuchten Größen Λ und eund eventuell φ" berechnen. Mit den errechneten Größen wird ein Sender 16the angles φ, φ ' and 02 are determined. The azimuth 0i measured by the azimuth direction finder is also fed to the computer. In a second step, the computer can use equations (1) to (7) to calculate the variables Λ and e and possibly φ "

,4, 65 moduliert, dessen HF-Signale von einer Antenne 19 abgestrahlt werden. Die Signale werden von der Bordstation empfangen, ausgewertet und weiterverar-, 4, 65, whose RF signals are modulated by an antenna 19 be emitted. The signals are received, evaluated and processed by the on-board station.

(5) beitet.(5) is working.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. DF system for a landing system in which * the on-board station emits HF signals and the navigation data is determined on the ground and transmitted to the on-board station, consisting of an azimuth direction finder located behind the runway and an elevation direction finder located next to the runway, characterized in that the elevation direction finder (G) is equipped with an antenna arrangement receiving in the three coordinate directions, with which, in addition to the planar elevation (φ), the conical elevation (φ ¹ ) and the azimuth (# 2) related to the location of the elevation direction finder are measured, and that from the measured values (φ, φ ', fo), the geometric values of the triangle created by the locations of the azimuth direction finder (LX of the elevation direction finder (G) and the intersection (H) of the perpendiculars on the runway through the elevation direction finder and the runway is determined, and the azimuth (# 1) determined with the azimuth direction finder, the altitude (h) azs of the aircraft and the distance (e) of the aircraft from the elevation tzpunkt (A) and / or the elevation (φ ") of the aircraft related to the touchdown point can be determined.

2. DF system according to claim 1, characterized in that the antenna arrangement consists of one horizontal line cross (2, 3), in the middle of which another line (t) vertically upwards is arranged, with all antennas being omnidirectional.

3. DF system according to claim 1, characterized in that the antenna arrangement consists of one horizontal antenna circle (4), in the middle of which a line (1) is arranged vertically upwards with all antennas being omnidirectional.

4. DF system according to claim J, characterized in that the antenna arrangement consists of one horizontal line cross (2,3) with omnidirectional antennas, each at one end another row (5, 6) with directional antennas is arranged vertically downwards.

5. DF system according to claim 1, characterized in that the antenna arrangement consists of one horizontal antenna circle (4) with round receiving antennas and two vertically downwards arranged and on the circle offset by 90 ° lines (5, 6) with directional antennas consists.

6. DF system according to one of the preceding claims, characterized in that the of signals received by all antennas simultaneously by phase or by phase and amplitude be evaluated.