DE2408750A1 - Verfahren und anlage zur bestimmung der position eines flugzeugs in bezug auf die landebahn eines flugplatzes - Google Patents

Description

DIPL.-ING. O. R. KRETZSCHMAR

2 HAM BURGl BEIM STROHHAUSE PATENTANWALT RUF O4O/24 67 43

ELEGTRONIQUE - 4609

MARGEL DASSAULT

Paris/ Frankreich

Anwaltsakte: 4609

Verfahren und Anlage zur Bestimmung der Position eines Flugzeugs in bezug auf die Landebahn eines Flugplatzes.

(Für diese Anmeldung wird die Priorität der französischen Anmeldung No. 7306744 vom 26. Februar 1973 in Anspruch genommen.)

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Bestimmung der Position eines Flugzeugs in bezug auf die Landebahn eines Flugplatzes während des Anfluges zur Landung.

In dem Instrumenten-Landesystem, das am häufigsten verwendet wird, umfaßt die Bodenanlage Vorrichtungen zur Aussendung von Hochfrequenz-Energie innerhalb eines weit ausgebreiteten Strahlungsbündels. Reflexionen am Boden, an Gebäuden, Bodenfahrzeugen oder Luftfahrzeugen im Flug bergen die Gefahr, fehlerhafte Anzeigewerte für ein Flugzeug zu liefern, das in der Landung begriffen ist.

Überdies legt ein derartiges System eine Landeanflugachse

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KONTENi DRESDNER BANK, KONTO-NR. 9229371 · POSTSCHECK HAMBURC NR. 193766-203

fest, der alle Luftfahrzeuge zu folgen haben. Dieses System ist also schwer anwendbar bei Flugzeugen mit kurzer Startstrecke oder bei Hubschraubern.

Bei einem anderen, in letzter Zeit vorgeschlagenen System wird Hochfrequenz-Energie in einem oder mehreren eng begrenzten Strahlungsbündeln ausgesendet, die schnell oszillieren und in Abhängigkeit von dem Winkel kodiert sind, den sie mit einer festgelegten Richtung bilden.

Nach einem dritten, ebenfalls in letzter Zeit vorgeschlagenen System erscheint die am Boden ausgesendete Hochfrequenz-Energie für das Flugzeug als von einer Strahlungsquelle kommend, die sehr schnell ihren Standort periodisch nach einer vorbekannten Gesetzmäßigkeit verändert, und die vom Flugzeug mitgeführten Einrichtungen ziehen den Doppler-Effekt zur Bestimmung des Erhöhungswinkels und des Azimutwinkels heran.

Diese Winkelmessungen müssen jedoch durch eine genaue Entfernungsmessung vervollständigt werden.

Bei allen diesen Systemen umfassen die an Bord des Flugzeugs mitzuführenden oder die dort vorgesehenen Geräte zwei Empfänger für die Winkelmessung und einen Sende-Empfänger. Diese Geräte sind verhältnismäßig kompliziert und kostspielig.

Aufgabe dex vorliegenden Erfindung ist es, eine demgegenüber verhältnismäßig einfache Anlage für Positionsbestimmungen hoher Präzision und großer Zuverlässigkeit zu schaffen.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn man am Flugplatz über Uhren von absoluter Genauigkeit verfügen würde, und an Bord des Flugzeugs über eine Uhr derselben Genauigkeit, wobei alle Uhren dieselbe Zeit anzeigen müßten, und wenn Funkimpulse von Sendern am Boden geliefert würden, deren Standort in bezug auf die Landebahn bekannt ist, wobei diese Funkimpulse durch die genannten Uhren am Boden gesteuert würden, so daß sie zu vorher bekannten Zeiten auftreten wurden, diese

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Funkimpulse bei dem Empfang durch das Flugzeug gestatten würden, durch Messung ihrer Laufzeit die Entfernung des Flugzeugs bezo·*· gen auf die verschiedenen Sender, und damit auch die Position des Flugzeugs in bezug auf die Landebahn zu bestimmen.

Unter diesem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung an Bord eines Flugzeugs den Empfang von Funkimpulsen vor, die zu genau bekannten Zeitpunkten von Funkfeuern am Boden ausgesendet werden, wobei sich diese Funkfeuer an Standorten befinden, die topographisch an Bord des Flugzeugs bekannt sind, ferner den Vergleich der Empfangszeitpunkte der genannten Impulse mit dem vom Flugzeug mitgeführten Zeitnormal, um die Entfernung des Flugzeugs von den verschiedenen Funkfeuern, und, folglich, seine Position in bezug auf die Landebahn des Flugplatzes zu bestimmen.

Die vorliegende Erfindung sieht einerseits vor, die von den Funkfeuern ausgesendeten Impulse mittels einer Atomuhr zu steuern, mit welcher der Flugplatz ausgestattet ist, und andererseits die vom Flugzeug mitgeführte Uhr von den empfangenen Impulsen ausgehend nachzueichen.

Unter diesen Bedingungen ist eine einzige Uhr von hoher Genauigkeit erforderlich, nämlich die Uhr mit welcher der Flugplatz auszustatten ist.

Die vorliegende Erfindung sieht ebenfalls eine Anordnung von Funkfeuern vor, die die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Flugzeugs unter allen Umständen gewährleistet.

Ergänzend besteht die vorliegende Erfindung aus der Anwendung eines Verfahrens zur Bestimmung der Position eines Flugzeugs in bezug auf eine Landebahn durch aufeinanderfolgende Annäherungen. Erfindungsgemäß empfängt das Flugzeug eine Vielzahl von Informationen von einer Vielzahl von Funkfeuern. Es verarbeitet die genannten Informationen, um daraus die Werte seiner eigenen Koordinaten in einem auf" die Landebahn bezogenen Koordinatensystem zu gewinnen. Sodann empfängt das Flugzeug eine weitere Vielzahl von Informationen von denselben Funkfeuern und gewinnt

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daraus einen noch besser angenäherten Wert für seine Koordinaten, usf., und dies alles geschieht im Zeitraum des Anflugs des Flugzeugs bis zu seiner tatsächlichen Landung.

Nach der vorliegenden Erfindung werden Impulse nacheinander von Punkfeuern ausgesendet, deren Aufstellungsorte am Boden, in bezug auf die Landebahn, an Bord des Flugzeugs bekannt sind, und die in einer Reihenfolge senden, die an Bord des Flugzeugs ebenfalls bekannt ist, dabei werden die Impulse in gleichen Zeitabständen ausgesendet, unter Kontrolle eines Senders, der durch ein Zeitnormal von höchster Genauigkeit, wie einer Atomuhr, gesteuert wird. Die Bordeinrichtung im Flugzeug umfaßt einen Empfänger für die genannten Impulse und Vorrichtungen, um von den empfangenen Impulsen ausgehend mit immer größer werdender Genauigkeit die Koordinaten des Flugzeugs zu bestimmen, die nicht nur Koordinaten für die Position, sondern auch eine Koordinate für die Zeit darstellen, wobei also die Position des Flugzeugs in bezug auf das Ende der Landebahn mit einer Genauigkeit bestimmt wird, die bis zum Erreichen eines extrem hohen Wertes anwächst und somit die Blindlandung entlang . einer dem betreffenden Flugzeug am besten angepaßten Landeanflugsachse gestattet.

Die Anwendung der Kaimanschen Filterungsmethode oder der rekursiven Filterungsmethode macht es möglich, das gesuchte Ergebnis unter den besten Bedingungen für Sicherheit und Schnelligkeit zu erhalten, wobei die Fehlstellen in den empfangenen Informationen nicht die fortwährende Verbesserung der Positionsbestimmung verhindern.

Eine Bodenanlage nach der vorliegenden Erfindung umfaßt also eine einzige Uhr hoher Genauigkeit, nämlich diejenige, über die der Steuersender verfügt. Es sind Funkfeuer vorgesehen , die vom Haupt- oder Steuersender angesteuert werden und die als einfache Übertragungseinrichtungen für die Aussendungen des letzteren dienen. Daher können die Funkfeuer von einfacher Bauweise sein und damit geringe Herstellungskosten aufweisen. Die auf einem Flugplatz vorgesehene Anzahl von Funkfeuern ist

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verhältnismäßig groß, in der Größenordnung von 10 Einheiten, so daß ein eventueller Ausfall eines oder mehrerer Funkfeuer keine Auswirkungen auf die Sicherheit der Landung hat. Die Aufstellung der Funkfeuer am Boden ist derart vorgesehen, daß sie den verschiedenen möglichen Anflugprofilen der Flugzeuge Rechnung trägt.

Zu diesem Zweck sieht die vorliegende Erfindung eine Ausführungsform vor, bei der ein Empfänger am Boden die Aussendungen der Funkfeuer in bezug auf die Aussendungen des Haupt- oder Steuersenders überwacht, um die eventuellen Abweichungen der Funkfeuer berichtigen zu können«,

Me Bordeinrichtung des Flugzeugs ist auf einen Empfänger für die Impulse der Funkfeuer beschränkt, sowie auf Vorrichtungen zur Verarbeitung der Informationen, die von den Funkfeuern her empfangen werden, wobei die Aufstellungsorte dieser Funkfeuer berücksichtigt werden. Diesbezügliche Angaben sind in der Bordeinrichtung gespeichert, um durch aufeinanderfolgende Näherungsrechnungen die räumlichen und zeitlichen Koordinaten des Flugzeugs in bezug auf den Flugplatz mit dem Steuersender zu bestimmen, wobei die Vorrichtungen zur Verarbeitung dieser Informationen ebenfalls mit den an Bord des Flugzeugs bereits vorhandenen Einrichtungen zur Bestimmung der Flugparameter, wie Geschwindigkeit, Kurs, usw. verbunden sind, um diese letzteren einzubeziehen.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenanlage am Flugplatz eine genaue Uhr aufweist, und daß die Bordeinrichtung im Flugzeug eine Uhr einer geringeren Genauigkeit umfaßt, daß von der Uhr auf dem Flugplatz gesteuerte Impulse von einer Vielzahl von Punkten oder Funkfeuern ausgesendet werden, deren topographische Aufstellungsorte in bezug auf die Landebahn an Bord des Flugzeugs bekannt sind, daß die Aussendungen dieser Funkfeuer nach einer vorbestimmten Reihenfolge und in bestimmten Zeitintervallen erfolgen, und daß die Entfernung zwischen dem Flugzeug und den verschiedenen Funkfeuern an Bord des Flugzeugs durch Vergleich der von den Funkfeuern empfangenen Meßimpulse mit den Impulsen der Uhr der Bordeinrichtung ermittelt wird.

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Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Flugplatz- oder Bodenanlage ab, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Vielzahl von Impulsen aussendenden Funkfeuern umfaßt, die zu vorbestimmten Zeitpunkten arbeiten und die von einem einzigen Steuersender gesteuert werden, der mit einer Atomuhr ausgestattet ist, die somit die Rolle eines Steuerorgans für alle Funkfeuer spielt.

Die vorliegende Erfindung zielt ebenfalls auf eine Ausführungsform ab, nach welcher die Funkfeuer einfache Übertragungseinrichtungen für Informationen sind, die vom Steuersender her empfangen werden und die Angaben bezüglich des Standortes eines jeden Funkfeuers enthalten.

Zu diesem Zweck schlägt die vorliegende Erfindung ein Aufstellungsschema für die Funkfeuer vor, das für alle Flugplätze dasselbe sein könnte, was die Anordnung der Funkfeuer in der Horizontalebene anbetrifft. Ferner sieht die Erfindung vor, daß die Aussendung eines Funkfeuers Informationen enthalten soll, die die Höhe dieses Funkfeuers in bezug auf eine festgelegte Horizontalebene kennzeichnen, die beispielsweise die Ebene der Landebahn ist, und es somit möglich wird, die Besonderheiten in der Gestalt eines Landeplatzterrains mit seiner Umgebung zu berücksichtigen, die sich von einem Flugplatz zum nächsten ändern„

Die erfindu.'-^sgemäße Bordeinrichtung eines Flugzeugs umfaßt also einen Empfänger für die Zeitmeßimpulse, die von den verschiedenen Funkfeuern ausgesendet werden, und Vorrichtungen, um von der Kenntnis der relativen Standorte der genannten Funkfeuer ausgehend, zu denen Angaben an Bord des Flugzeugs gespeichert sind, und die für alle Flugplätze identisch sind, die Anzeige der vom Flugzeug mitgeführten Zeitanzeigevorrichtung derart zu verbessern, daß nach dem Empfang einiger Zeitimpulse von den Funkfeuern die Genauigkeit der Zeitangabe an Bord des Flugzeugs dazu ausreicht, daß in fortlaufender Weise die Position des Flugzeugs in bezug auf die Landebahn bestimmt wird, sowohl in der Höhe, als auch nach den anderen Koordinatenachsen

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und daß Störfaktoren berücksichtigt werden können, die von den verschiedenen Geräten stammen.

Im folgenden wird beispielsweise und anhand der beigefügten Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Flugplatz- oder Bodenanlage in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 ein vereinfachtes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Funkfeuers,

Fig. J ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der von den Funkfeuern ausgesendeten und der vom Flugzeug aufgenommenen Meßimpulse,

Fig. 4- ein Impulsdiagramm zur Veranschaulichung der Aussendungen des Steuersenders der erfindungsgemäßen Bodenanlage,

Fig. 5 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Bordeinrichtung in einem Flugzeug, und

Fig. 6 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Bodenanlage.

Die Flugplatz- oder Bodenanlage umfaßt auf dem Terrain der Landebahn und seiner Umgebung eine bestimmte Anzahl von Funkfeuern gemäß einer Anordnung , die für jedes Terrain dieselbe isto Ein Beispiel für diese Anordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Auf beiden Seiten der für die Landung vorgesehenen Bahn P sind, symmetrisch zur Längsmittelachse 11, Funkfeuer 12., 12' angeordnet, die auf einer Geraden 13» quer zu Längsmittelachse 11, aufgestellt sind, wobei sich die Gerade 13 und die Längsmittelachse 11 in einem Punkte O schneiden, der sich einer Entfernung von 1350 m vom Ende 14- der Landebahn P befindet, hierbei haben diese Zahlenangaben keinen einschränkenden Charakter j die Ent-

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fernungen der Funkfeuer 12. und 12', zu beiden Seiten des Punktes O, liegen in der Größenordnung von 500 m. Bin Funkfeuer 15 ist am Ende 14 der Landebahn P vorgesehen. Zu beiden Seiten der Längsmittelachse 11 sind weitere Funkfeuer 16.und 16',

16~ und 16' I6_g und 165- vorgesehen, die entsprechend den

quer verlaufenden Geraden I7^,,17p 17g ausgerichtet sind,

deren Abstände voneinander fortlaufend größer werden. In dem dargestellten Beispiel liegt die Gerade 17. 150 m von dem Funkfeuer 15 entfernt; die Gerade 17p is* ²50 m von der Geraden 17x, entfernt; die Gerade 17* ist 400 m von der Geraden 17₂ entfernt, usw. Diese Entfernungen sind in Fig_o 1 eingetragen. Die Funkfeuer entfernen sich umso mehr von der Längsmittelachse 11, als sie von der Landebahn P entfernt sind. Die Entfernung der Funkfeuer 16. und 16' von der Längsmittelachse 11 beträgt 20 m, die Entfernung der Funkfeuer 16~ und 16^ von der Längsmittelachse 11 beträgt 30 m, usw... Die Entfernung der Funkfeuer 16_g und 165- von der genannten Längsmittelachse 11 beträgt 300 m. Somit sind die Funkfeuer in einem Rechteck von 4 km Länge und 1 km Breite verteilt.

Die Bodenanlage umfaßt einen Steuersender (Fig. 6) E , der mit einer Uhr größter Genauigkeit und Stabilität ausgestattet ist, welche eine Atomuhr ist. Der Steuersender E kann oben auf dem Kontrollturm des Flugplatzes aufgestellt werden. Seine Sendefrequenz liegt beispielsweise bei 1500 MHz.

Jedes Funkfeuer umfaßt eine Empfangsantenne 21 ( siehe Fig. 2), die Aussendungen des vorgenannten Steuersenders E auffängt, und die empfangenen Schwingungen werden über einen Verstärker 22 einer Mischstufe 23 zugeführt. Diese Mischstufe 23 nimmt andererseits die Schwingungen eines Überlagerungsoszillators 24 auf, der bei 200 MHz arbeitet ( diese Zahlenangabe, wie auch die vorhergehenden, hat keinen einschränkenden Charakter), und nach Durchgang durch einen Verstärker 25 wird das Mischprodukt auf einer Frequenz von 1700 MHz durch eine Sendeantenne 26 abgestrahlt. Das Funkfeuer weist ebenfalls, der Mischstufe 23 vorgeschaltet, eine Schaltung 27 zum Vergleich einer dem Funkfeuer zugeordneten Binärzahl mit von deßi Steuersender E ausgesendeten Binärzahlen auf, derart, daß der Kreis 28 nur geschlossen wird

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beim Empfang der zugeordneten Binärzahl.In dem dargestellten Beispiel wird eine Schaltung für vier binäre Zeichenelemente 29 gezeigt, mit welcher das Funkfeuer nach einem vorher vereinbarten Kode ausgestattet wird.

Die Aussendung des Steuersenders E besteht zunächst aus den vier binären Zeichenelementen, die einem ersten Funkfeuer entsprechen, wodurch der Kreis 28 dieses Funkfeuers geschlossen wird. Dann folgt eine Angabe über die Höhe dieses Funkfeuers, die beispielsweise aus zehn binären Zeichenelementen besteht, und schließlich erscheint ein Meßimpuls, der auf genaueste von der Atomuhr gesteuert wird, mit welcher der Steuersender E ausgestattet ist. Die zehn binären Zeichenelemente für die Höhenangabe und der Meßimpuls werden durch die Antenne 26 des Funkfeuers abgestrahlt, die vier binären Zeichenelemente zur Kennzeichnung des Funkfeuers werden jedoch nicht ausgesendet. Durch diesen Teil der ursprünglichen Aussendung sind die Kreise 28 der anderen Funkfeuer nicht geschlossen worden, weil die vier empfangenen binären Zeichenelemente nicht der Digitalzahl entsprochen haben, die in ihrer Schaltung 29 gespeichert ist.

Nachdem ein Funkfeuer in dieser Weise einen Meßimpuls ausgesendet hat, dem eine Angabe der Höhe vorausgegangen war, ist es jetzt ein anderes Funkfeuer, das durch seine eigene digitale Kennziffer, die es vom Steuersender E empfangen hat, in den aktiven Betriebszustand versetzt wird und sodann den folgenden Impuls für die Entfernungsmessung, anschließend an das Signal für die Höhenangabe, ausstrahlt, usw.,.

An Bord des Flugzeuges ist die Reihenfolge der Aussendungen der Funkfeuer bekannt.

Die Periodendauer des Aussendungszyklus beträgt zum Beispiel 0,1 s. Wenn ein kurzer Zeitraum für das Ausbleiben der Aussendung während der Ingangsetzung abgerechnet wird, liegt der Zeitraum zwischen den Aussendungen zweier aufeinanderfolgender Funkfeuer in der Größenordnung von 5 nis. Wenn die Dauer des Landungsvorgangs 20 s beträgt, verfügt das Flugzeug über 3000 Meßimpulse.

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Nach der vorliegenden Erfindung ist für den Fall, daß die Aufstellung eines Funkfeuers an dem vorgeschriebenen Ort Schwierigkeiten bietet, eine Ausführungsform vorgesehen, bei welcher das Funkfeuer Informationen aussendet, die seine Abweichung in der x- und y-Achse, bezogen auf den vorgeschriebenen Ort, angeben.

Die Bordeinrichtung im Flugzeug umfaßt einen einfachen Empfänger für die Aussendungen von den Funkfeuern, die Informationen über die Höhe, die Meßimpulse und schließlich Informationen über die Abweichungen eines Funkfeuers in bezug auf den vorgeschriebenen Standort einschließen.

Das im Anflugluftraum erscheinende Flugzeug kennt seine Position jedoch nur in ungenauer Weise, wobei der Fehler in der Größenordnung von mehreren hundert Metern bei der Entfernung und mehreren zehn Metern bei der Höhe liegen kann_o Und mit derselben Ungenauigkeit ist die Position des Flugzeugs in bezug auf jedes Funkfeuer bekannt.

Das Flugzeug verfügt über eine Uhr, deren Genauigkeit weit unter derjenigen der Atomuhr des Steuersenders B der Bodenanlage liegt. Im Speicher in der Bordeinrichtung des Flugzeugs befinden sich die Koordinaten X.,Y. eines jeden Funkfeuers, diese Koordinaten sind für alle Flugplätze dieselben, mit Ausnahme etwaiger Abweichungen bei gewissen Funkfeuern mit Rücksichtnahme auf Schwierigkeiten bei der Aufstellung.

Wenn man einen Zeitpunkt t = O der Atomuhr und der Meßimpulse betrachtet, die nacheinander von den Funkfeuern geliefert werden und gleiche zeitliche Abstände voneinander haben (Fig. 3) > empfängt das Flugzeug einen von dem ersten Funkfeuer kommenden Impuls 1, und wenn die Uhr des Flugzeugs dieselbe Zeit angabe wie die Atomuhr, läge sie im richtigen Zeitmaßstab des Flugzeugs, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Koordinaten des Funkfeuers , einschließlich seiner Höhe, an Bord des Flugzeugs bekannt sind, und sie läge genau unter dem Impuls im Zeitmaßstab der Atomuhr. Da die Zeit an Bord des Flugzeuges aber tatsächlich von der Zeit des Funkfeuers verschieden ist,

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wird der Impuls vom Funkfeuer, wie bei 1' gekennzeichnet, im Zeitmaßstab des Flugzeugs empfangen. An Bord des Flugzeugs sind Mittel vorgesehen, um die Zeitachse oder den Zeitmaßstab derart zu verschieben, daß der Impuls 1¹ mit dem Impuls 1 zusammentrifft, oder sich diesem Impuls nähert. Unter diesen Umständen, wenn der Impuls 2 vom zweiten Funkfeuer eintrifft, kann der Abstand, der sich auf dem Zeitmaßstab des Flugzeugs ergibt, als weniger fehlerbehaftet angesehen werden in bezug auf den Impuls 2, als für den Fehler, den der Impuls 1' in Beziehung zu dem Impuls 1 aufwies.

In Wirklichkeit wendet man ein Rekursions-Filterungsverfahren an, das die von Kalman definierte Behandlung der Daten heranzieht und gestattet, im Fall aufeinanderfolgender Informationen, die sich auf eine Vielzahl von Daten beziehen, die bestgeeignete Verarbeitung der Daten durchzuführen, um fortschreitend die Fehler zu verringern. Da man in einem Augenblick nur ein Funkfeuer empfängt, wird die Gewinnmatrix bei jedem Schritt des Filterungsvorganges auf eine skalare Größe reduziert. Damit wird das Rechenverfahren verhältnismäßig einfach.

Die Werte für die Fluggeschwindigkeit, den Kurs und die Trimmlage., die von einer Sonde oder einer Trägheitsnavigationsanlage geliefert werden, mit der das Flugzeug ausgestattet ist, ergeben eine Angabe über die Ortsveränderung des Flugzeugs zwischen den Empfangszeitpunkten zweier nacheinander sendender Funkfeuer.

Grundsätzlich können die zu bestimmenden Unbekannten X,Y,Z,T nach dem Empfang der Impulse von vier Funkfeuern ermittelt werden. Jedoch macht die Genauigkeit der Entfernungsmessung eine größere Anzahl von Meßvorgängen wünschenswert, insbesondere um Extrapolationsfehler zu berichtigen, die aber gering sind, aufgrund der Tatsache, daß die von den vier Funkfeuern empfangenen Informationen in weniger als 0,1 s verarbeitet werden, und die Zufallsfehler bei der Entfernungsmessung durch das Prinzip des Filterungsverfahrens an sich "geglättet" werden.

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Das Impulsdiagramm nach Fig. 4· bezieht sich auf die Aussendung des Steuersenders E. Die Binärzahl a_x stellt in kodierter Form das Funkfeuer B-, (Fig. 6 ) dar. Wird diese Binärzahl a-, von dem genannten Funkfeuer B₅, empfangen, so wird ein Schalter geschlossen, der von der Vergleichsstufe 27 (Fig. 2) des Funkfeuers B^, gesteuert wird. Die Schalter der anderen Funkfeuer bleiben offen. Lediglich das Funkfeuer B-, ist also übertragungsbereit für die restliche Meldung. Diese Meldung eine digitale Angabe der Höhe des Funkfeuers B^, die mit b, bezeichnet ist. Diese Information wird durch die Sendeantenne 26 des Funkfeuers B auf 1700 MHz ausgestrahlt.

Der auf die vorgenannte Frequenz abgestimmte Empfänger der Bordeinrichtung empfängt die genannte Information, und diese letztere wird über einen Kreis 51 ( Fig. 5 ) einem elektronischen Rechner 52 zugeführt. Diesem Rechner 52 werden außerdem über einen Eingang 53 Koordinatenwerte zugeführt, die aus einer Einheit 55 kommen, die an ihrem Eingang 60 die Koordinaten X₃., Y₅, aufnimmt, die in einer Speichervorrichtung 54- für die Koordinaten X.,Y. der Funkfeuer enthalten sind, wobei der Eingang 4-9 der Einheit 55 ^an ein Gerät 56 angeschlossen ist, das die geschätzte Position des Flugzeugs mit einer anfänglichen Annäherung in der Größenordnung von 500 m liefert«,

Die geschätzten Werte der Koordinaten X-,, Y^, Z, des Funkfeuers B, werden nun über den Eingang 53 dem Rechner 52 zugeleitet. Eine Berichtigung der Höhe wird über den Eingang 51 geliefert, um die Höhe des Funkfeuers B-, zu berücksichtigen.

Der Meßimpuls wird dem Rechner 52 über den Eingangskreis 57 zugeführt und mit einem Impuls verglichen, der von der Uhr 58 stammt, die das Flugzeug mitführt. Dieser letztere Impuls wird dem Rechner 52 über einen Kreis 59 zugeleitet.

Wenn A den Statusvektor darstellt, dessen Koordinaten X,Y,Z und die Zeit T sind, wenn R die Meßgröße, d.h. im vorliegenden Fall die Zeit der Aufschaltung des Meßimpulses durch den Kreis 57 ist und von der Entfernung des Flugzeugs von dem Funkfeuer B^ abhängt, wenn R der geschätzte Wert ist, d.h. im vorliegen-

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den Fall der Impuls, der dem Rechner 52 zugeführt wird, über den Kreis 59, so ergibt das Kalmänsche Theorem:

A= A + K [r - R_e7

Der neue Wert A des Statusvektors A wird in der zweiten Phase durch den Empfang der zweiten Funkmeß-Aussendung an Bord des Flugzeugs verbessert, diese Aussendung ist im vorliegenden Beispiel diejenige, die von dem Funkfeuer Bg ausgeht, das seinen aktiven Betrieb nach dem Empfang der digitalen Aussendung a_Q aufnimmt, die vom Steuersender E ausgesendet wird, wie Fig. 4-zeigt.

Die erste Information, die von dem genannten Funkfeuer Bg ausgesendet wird, ist die Meldung bg, die die Höhe des Funkfeuers Bg anzeigt» Diese Meldung wird dem Rechner 52 über den Kreis 51 zugeführt. Der Meßimpuls Co wird anschließend dem Eingang 57 zugeführt. In dieser zweiten Phase werden die Koordinaten, die dem Standort des Funkfeuers Bg entsprechen, über den Eingang zugeleitet, diese Koordinaten stammen aus dem Rechengang. In der Einheit 55 werden Koordinaten Xg, Yg dem Eingang 60 zugeführt und weiterverarbeitet, um der Verbesserung Rechnung zu tragen, die in der vorhergehenden Phase erzielt worden ist, und dies geschieht über die Verbindung zwischen dem Rechner und der Einheit 55» diese Verbindung ist durch den Kreis 61 schematisch dargestellt.

Daraus ergibt sich eine erneute Verbesserung in den Werten X,Y,Z,T des Statusvektors A, usw...

Nach dem Empfang der Aussendung des vierten Funkfeuers ist die Position des Flugzeugs in bezug auf die Landebahn P schon mit guter Näherung bekannt, und man kann annehmen, daß die Uhr an Bord des Flugzeugs genau mit der Uhr des Steuersenders E synchronisiert ist.

Die Genauigkeit der Positionsbestimmung wird beim Empfang der folgenden Funkfeuer verbessert.

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Dank ihrer Vielzahl von Funkfeuern bleibt die erfindungsgemäße Bodenanlage betriebsklar, selbst bei zeitweiligem Ausfall des Empfangs eines Funkfeuers, beispielsweise aufgrund einer Störung, die dieses Funkfeuer erfahren hat.

Der Eingang des Rechners 52 ist vorgesehen für die Eingabe von Informationen, die sich auf die Fluggeschwindigkeit und den Kurs des Flugzeugs beziehen, die von der Vorrichtung 63 geliefert werden.

Die erfindungsgemäße Bodenanlage kann eine Anzahl von Funkfeuern umfassen, die niedriger als die hier vorgesehene Anzahl von Funkfeuern ist, für den Fall, daß die Aufstellung eines oder mehrerer Funkfeuer unmöglich infolge der speziellen Lage des Flugplatzes ist. In einem solchen Fall läßt der Rechner 52 lediglich einen Schritt bei dem Rekursions-Rechenverfahren aus.

Die durch die erfindungsgemäße Anlage erzielte Genauigkeit der Positionsbestimmung auf der Anflugachse liegt bei 1 m .

Man sieht eine Genauigkeit der Höhenbestimmung im Bereich von 1 m am Anfang der Landebahn, d.h. 300 m vor dem Aufsetzpunkt, vor, und 3000 m vor dem Anfang der Landebahn ergibt sich eine Genauigkeit von 3 bis 4- m, wobei die Anfia^iöhe herkömmlicher Flugzeuge bei ungefähr 150 m liegt.

Die Anwendung des Rekursions-Filterungsverfahrens gestattet, die Laufzeit ei.-as jeden einzelnen Funkfeuers zu berücksichtigen.

Die Aussendungen des Steuersenders E werden aufeinanderfolgend von den verschiedenen Funkfeuern Β.,Β-.... B^₁- nach einer vorbestimmten Reihenfolge empfangen, die für alle Flugplätze dieselbe ist, wobei die Funkfeuer identisch in bezug' auf die Landebahn eines jeden Flugplatzes aufgestellt sind. Jedes Funkfeuer B.,B₂,usw. sendet die Höhenangabe und den Meßimpuls aus, den es vom Steuersender E empfängt. Diese Aussendung des Steuersenders E wird gleichzeitig von einem Empfänger R ( Fig. 6) empfangen, der ebenfalls die von den Funkfeuern B ,^2,USW. gesendeten Signale aufnimmt und daher die Schwankungen der Laufzeit feststellen kann, die bei einem Funkfeuer auftreten können.

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Der Empfänger R sendet zum Steuersender E ein Steuersignal über die Leitung 70, die schematisch in Fig. 6 dargestellt ist, damit der Steuersender E seine Aussendungen ändert, um die Schwankungen der Laufzeit zu berücksichtigen.

- Patentansprüche -

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Claims (13)

-It 2 HAMBURG 1 BEIM STROHHAUSE 34 RUF 0*0/246743 AnwallTsaTffeT"' zfouy PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Flugzeugs in bezug auf die Landebahn eines Flugplatzes während des Anfluges zu_F Landung, dadurch g ekennz eichnet, daß die Bodenanlage am Flugplatz eine genaue Uhr aufweist, und daß die Bordeinrichtung im Flugzeug eine Uhr (58) einer geringeren Genauigkeit umfaßt, daß von der Uhr auf dem Flugplatz gesteuerte Meßimpulse von einer Vielzahl von Punkten oder Funkfeuern (B^-B₁-) ausgesendet werden, deren topographische Aufstellungsorte in bezug auf die Landebahn (P) an Bord des Flugzeugs bekannt sind, daß die Aussendungen dieser Funkfeuer (B.-B S) nach einer vorbestimmten Reihenfolge und in bestimmten Zeitintervallen erfolgen, und daß die Entfernung zwischen dem Flugzeug und den verschiedenen Funkfeuern an Bord des Flugzeugs durch Vergleich der von den Funkfeuern empfangenen Meßimpulse mit den Impulsen der Uhr (58) der. Bordeinrichtung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendungen der Funkfeuer (Β,-B.j-) von einem einzigen Steuersender (E) gesteuert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an Bord des Flugzeugs empfangenen Meßimpulse dazu verwendet werden, die Uhr (58) der Bordeinrichtung abzugleichen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Kalmänsche Filterungsmethode mit Rekursion dazu verwendet wird, bei Jedem Empfang der Meßimpulse die geschätzten Werte der Koordinaten X,Y,Z, und T

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des Flugzeugs zu einer besseren Genauigkeit zu bringen in einem Koordinatensystem, das mit der Landebahn (P) verknüpft ist.

5« Verfahren nach Anspruch 1-4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussendung eines Funkfeuers eine Information über die Höhe des Funkfeuers umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1-5» dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsweise der Funkfeuer ( B.-B.c-) überwacht und gesteuert wird von einem Empfänger (R) aus , der gleichzeitig die Aussendung des Steuersenders (E) und die Aussendungen der Funkfeuer (B.-B. j-) empfängt.

7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß sie am Flugplatz eine Vielzahl von Funkfeuern (B.-B S) mit bekannten Aufstellungsorten in bezug auf die Landebahn (P) umfaßt, daß die Anlage einen Steuersender (E) aufweist, um die Aussendungen der Funkfeuer (B.-B.,-) nach einer vorbestimmten Reihenfolge zu steuern, daß die Aussendungen der Funkfeuer (B.-B.f-) einen Meßimpuls umfassen, der durch eine Uhr -hoher Genauigkeit kontrolliert wird, die der Steuersender (E) enthält, daß an Bord des Flugzeugs ein Empfänger für die Aussendimg en der Funkfeuer (B.-B.n)» sowie eine Uhr (58) und Mittel (52,55>56)> um diese Uhr (53) an Bord des Flugzeugs ausgehend von den empfangenen Meßimpulsen fortschreitend auf die Uhr des Steuersenders (E) einzustellen.

8» Anlage nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein jedes Funkfeuer (B.-B.S) die Aussendung überträgt, die es vom Steuersender (E) empfangen hat.

9. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenanlage neben dem durch eine Atomuhr gesteuerten Steuersender (E) und den Funkfeuern (B.-B ) zur Übertragung der Aussendungen des Steuersenders (E) einen Empfänger (R) umfaßt, der die direkt vom Steuersender (E)

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empfangenen Aussendungen mit den von den Funkfeuern (B.-B ^) empfangenen Aussendungen vergleicht, und daß Mittel vorgesehen sind, um zeitliche Veränderungen der Aussendungen des Steuersenders (E) durchzuführen, um eine Schwankung in der Laufzeit eines oder mehrerer Funkfeuer zu berücksichtigen.

10. Funkfeuer, das Bestandteil einer Anlage nach Anspruch 7-9 ist, dadurch gekennz eichnet, daß es einen überlagerungsoszillator (24) umfaßt, damit die Sendefrequenz verschieden von der Frequenz der Sendung wird, die es vom Steuersender (E) empfängt.

11. Funkfeuer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Schalter (28), sowie Mittel ( 27,29) zur Schließung desselben aufweist, und daß der Schalter (28) geschlossen wird, sobald das Funkfeuer eine Aussendung aufnimmt, die einer digitalen Zahl gleich ist, die sich im Speicher des Funkfeuers befindet.

12. Bordeinrichtung zur Bestimmung der Position eines Flugzeuges in bezug auf eine Landebahn, wobei die Bordeinrichtung Bestandteil einer Anlage nach Anspruch 7-9 ist, dadurch g ekennz eichnet, daB sie eine Vorrichtung zum Empfang der Aussendungen der Funkfeuer (B.-B.,-) umfaßt, einschließlich Meßimpuls, daß eine Uhr (58) und Mittel (52,55»56) vorgesehen sind, um fortschreitend die Uhr (58) an Bord des Flugzeugs auf die Uhr des Steuersenders (E) einzustellen mittels Vergleich der Empfangszeit für Signale von den Funkfeuern'mit einem geschätzten Wert aus dem vorhergegangenen Empfang.

13. Bordeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß sie eine Speichervorrichtung aufweist in der alle Koordinaten der Funkfeuer (B.-B ^) eines Flugplatzes gespeichert sind.

Bordeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß sie eine Vorrichtung aufweist, die auf

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eine Angabe der Höhe ansprechen, die in einer Aussendung enthalten ist, die von einem Funkfeuer empfangen worden ist.

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