DE2421772C2 - Auswerteeinrichtung für VOR-Navigationsempfänger - Google Patents

Description

wird. .

11. Auswerteeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine über eine Taste (6) bedienbare Halteschaltung (5) im nicht mit Frequenzvervielfachung arbeitenden Empfangszweig vorgesehen ist, durch welche der lin einem bestimmten Zeitpunkt erreichte Winkelwert für einen vorgegebenen Zeitraum konstant gehalten und erst dann wieder neu angezeigt ist.

12. Auswerteeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ablage von einer bestimmten Bezugsrichtung anzeigendes Instrument (19) vorgesehen ist, das mit Hilfe von Impulsen, die aus dem Umlaufsignal (fu) und dem Referenzsignal (fn) abgeleitet und deren Länge der Phasenwinkeldifferenz proportional sind, unter Verwendung einer Integrationsschaltung (17, 18) mit einsteHbarem Widerstand (17) auf Grund der auf den Sollwert eingestellten Anzeigeschaltung (14) eichbar ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Auswerteeinrichtung für VOR-Navigationsempfänger unter Verwendung eines ersten Empfangszweiges, in welchem die als Frequenzmodulation übertragene Referenzphase in demodulierter Form als Referenzsignal vorliegt und eines zweiten Empfangszweiges, in welchem die von der jeweiligen Richtung der Antennencharakteristik abhängige Umlaufphase als amplitudenmoduliertes Umlaufsignal auftritt und aus dem Vergleich der Referenzphase mit der Umlaufphase eine Azimut-Winkelinformation gewonnen wird.

Aus der deutschen Patentschrift 15 91 904 sowie aus der französischen Patentschrift 14 35 126 sind Einrichtungen zur Phasenmessung bekannt, bei denen ein Oszillator vorgesehen ist, dessen Ausgangsimpulse einem Zähler als Zählimpulse zugeführt werden. Die Frequenz dieses Oszillators beträgt ein ganzzahliges Vielfaches von 360, und der Zählvorgang selbst wird mit dem Nulldurchgang eines Phasenbezugssignals gestartet. Der nächstfolgende Nulldurchgang der in der Phase zu messenden Schwingung beendet den Zählvorgang. Der so gewonnene Zählwert ist deshalb dem Phasenwinkel zwischen beiden Schwingungen proportional. Da die bekannten Einrichtungen mit einem eigenen Oszillator arbeiten, welcher die Zählimpulse liefert, gehen Frequenzabweichungen dieses Oszillators direkt in die Meßgenauigkeit ein.

Aus der Zeitschrift »aerokurier« 3/1974, S. 148 und 149, ist ein VOR-Empfänger bekannt, bei dem ein Winkelwert zusammen mit einer weiteren Angabe in Form einer TO- oder FROM-Anzeige dargestellt wird. Der Bedienungsperson stehen somit, bezogen auf eine bestimmte Bodenstation, nicht nur eine, absolute Azimutwinkelinformation (abgeleitet von einer bestimmten Bezugsrichtung) zur Verfügung, sondern zwei

Informationen, die entsprechend verknüpft werden müssen- Dies ist für die Auswertung umständlich, und es besteht die Gefahr, daß bei falscher Verknüpfung auch ein falscher Kurs geflogen wird.

Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf einen Empfänger der eingangs genannten Art bezieht, liegt tfie Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten zu begegnen und einen möglichst einfach aufgebauten VOR-Empfänger mit genauer absoluter Azi-nut-Winfcelanzeige zu schaffen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß in einem der beiden Empfangsjweige das demodulierte Empfangssignal einem Frequenzvervielfacher zugeführt wird, dessen Vervielfachungsfaktor k zu ganzzahligen Vielfachen /jt = 360 · n) oder Teilen (k = 360 : n) von 360 gewählt ist, daß das frequenzvervielfachte Empfangssignal einer Zählkette zugeleitet wird, welche die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Umlaufsignal in eine entsprechende Anzahl von Zählschritten umformt und daß in einer Anzeigeschaltung die so gewonnenen Zählschritte allein als der Winkelwert der Abweichung von einer Bezugsrichtung dargestellt sind.

Auf diese Weise entfällt, da allein die absolute Azimut-Winkellage angezeigt wird, die TO- und FROM-Anzeige. Darüber hinaus ist ein eigener Oszillator für die Erzeugung der für die Phasenmessung benötigte Zählimpuls nicht erforderlich, weil diese direkt durch Frequenzvervielfachung aus dem Empfangssignal abgeleitet werden. Der Empfänger kann somit leichter und preiswerter gebaut werde:. Bezug-Hch der Genauigkeit ist ein besonderer Vorteil darin zu sehen, daß empfangsseitig Frequenzschwankungen eines Zählimpuls-Oszillators nicht auftreten können, weil hier kein derartiger Oszillators benötigt wird. Sendeseitig, d. h. bei der VOR-Bodenstation, auftretende Schwankungen der Sendefrequenz gehen bei der Phasenmessung nicht in die Genauigkeit ein, weil sowohl das Umlaufsignal als auch das Referenzsignal starr verbunden sind.

Die Erfindung sowie Weiterbildungen der Erfindung werden an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig.l das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels.

F i g. 2 Einzelheiten zu F i g. 1,

F i g. 3 einen Impuls-Zeitplan,
F i g. 4 den Aufbau eines Analog-Anzeigezusatzes, in Fig.l werden die vom Navigationsempfänger 1 üblicher Bauart gelieferten niederfrequenten Ausgangssignale einem ersten Empfangszweig (Auswertungszweig) zugeführt, welcher ein Tiefpeßfilter 2, einen Begrenzer 3. ein Differenzierglied 4 mit zugehöriger Halteschaltung 5 und eine Taste 6 enthält. Die Ausgangssignale des Differenziergliedes 4 gelangen zu einem Halteregister (»Latchregisten;) 7. Das Tiefpaßfilter 2 filtert das 30-Hz-Umlaufsignal /Ί/der Bodenstation aus. Aus diesen so erhaltenen 30-Hz-Schwingungen wird durch den Begrenzer 3 ein Rechtecksignal gebildet, das durch das Differenzierglied 4 in eine Folge sehr schmaler Nadelimpulse umgewandelt wird. Die Halte- *c schaltung 5 hat die Aufgabe, einen bestimmten Zählwert, welcher den Winkelwert bezogen auf eine Bezugsrichtung darstellt, für eine gewisse Zeit festzuhalten. Dadurch wird die Ablesbarkcit für die Bedienungsperson erleichtert, weil bei Kursschwankungen nicht <>: ständig Änderungen der Winkelwerte auftreten. Für den Fall, daß die Bedienungsperson eine sofortige und laufende Ablesung des jeweiligen Winkelwertes wünscht, kann durch Drücken der Taste b die Halteschaltung 5 für eine bestimmte Zeit abgeschaltet werden, und es erfolgt dann eine fortlaufende Anzeige der jeweiligen Winkelwerte.

•m zweiten Empfangszweig (Auswertungszweig), dem das frequenzmodulierte Referenzsignal zugeführt wird, ist ein Hochpaßfilter 8, ein FM-Demodulator 9, eine Frequenzvervielfacherstufe 10, eine Zählkette 11 sowie ein Teiler 12 vorgesehen. Die Zählkette 11 ist mit dem Halteregister (»Latchregister«) 7 verbunden, das den jeweiligen Zählwert zwischenspeichert. Das Hochpaßfilter 8 ist auf 9,96 kHz, den Träger der frequenzmodulierten Referenzschwingung abgestimmt. Am Ausgang des FM-Demodulators 9 liegt somit das Referenzsignal ft vor, welches normgemäß eine Schwingung von 30 Hz darstellt. Dieses, zweckmäßigerweise bereits als Rechteckschwingung vorliegendes Referenzsignal, wird einem Frequenzvervielfacher 10 zugeführt, für dessen Ausgangsfrequenz die Beziehung gilt: fz=kfft. Je nach der gewünschten Genauigkeit der Winkelanzeige ist Jt zu wählen als Ar= 360 π oder k = 360: n, in alien Fällen eine ganze Zahl ist. Nimmt man als einfaches Ausführungsbeispiel /7= 1 an, so ergibt sich k zu 360. Dementsprechend würde der Frequenzvervielfacher 10 die ankommende Referenzfrequenz ft = 360 Hz auf 30-360=10 800 Hz vervielfachen. Das Ausgangssignal, welches das Zählsignal für die Zählkette 11 darstellt, würde somit die Frequenz fz = 10 600 HZ haben. Der Zähler 11 wird so betrieben, daß er für eine volle Schwingung des Referenzsignals ft, beginnend beim Nulldurchgang von Minus nach Plus, bis zu dem Wert k = 360 ■ η oder gegebenenfalls 360 : π zählt, wobei π eine ganze Zahl ist. Für den vorher angenommenen Zahlenwert von n=\ ist /t=360, und die Zählkette 11 zählt somit während einer Schwingung des Referenzsignals ft von 0 bis 359. Der Zählwert 360 ist mit dem Zählwert 0 wieder identisch, d. h., die Zählkette 11 wird nach einem vollen Durchlauf wieder auf den Wert 0 zurückgesetzt. Die Rücksetzung der Zählkette Il erfolgt durch den Teiler 12, welcher auf den Wert 1 : k anspricht. Für das vorliegende Beispiel mit k = 360 geht der Rücksetzimpuls für die Zählkette 11 vom Teiler 12 in dem Moment aus, in dem der Zählwert 360 auf den Zählwert 359 folgen würde. In der Zählkette 11 selbst erscheint der Zählwert 360 jedoch nicht, sondern es erscheint dort wieder der Zählwert 0.

Der Teiler 12 kann zweckmäßigerweise auch weiterhin dazu benutzt werden, den Frequenzvervielfacher 10 durch ein Vergleichs-Trigger-Signal nachzuregeln. Nähere Einzelheiten hierzu sind in der Beschreibung zu F i g. 2 erläutert.

Der Zählerstand der Zählkette 11 wird fortlaufend in das Halteregister 7 eingegeben, für das vorstehend angenommene Beispie! also fortlaufende Zählwerte zwischen 0 und 359. Zu einem bestimmten Zeitpunkt (z. B. beim Nulldurchgang von Minus nach Plus de; Umlaufsignals), weicher von dem Phasenwinkel zwischen dem Referenzsignal ft und dem Umlaufsignal h abhängt, gelangt ein Auftastimpuls vom Ausgang de; Differenziergliedes 4 an den Eingang des Halteregister! 7. Dieser Auftastimpuls hält den in diesem Augenblid erreichten Zählwert der Zählkette 11 fest und gibt ihr an einen Decoder 13 weiter. Dieser Decoder hat di< Aufgabe, die bei binär arbeitender Zählkette 11 ii Binärform vorliegenden Zählwerte in Dezimalzahlei umzuformen, die dann in einer Anzeigeeinrichtung l· dargestellt werden. Für den angenommenen Fall mi k = 360 werden somit in der Anzeigeeinrichtung 1·

ganze Winkelgrade dargestellt, im vorliegenden Beispiel der Azimutwinkelwert 247°, bezogen auf eine Bezugsrichtung.

Der Frequenzvervielfacher 10 sowie die Zählkette 11 und der Teiler 12 können auch in den Empfangszweig für das Umlaufsignal fu eingeschaltet werden. Dafür wären dann das Differenzierglied 4, die Halteschaltung 5 und die Taste 6 in den Empfangszweig für das Referenzsignal Λ? einzufügen. Besonders vorteilhaft ist die Einschaltung allgemein in demjenigen Zweig, in welchem die Information als Frequenzmodulation vorliegt, weil hier die Störanfälligkeit am geringsten ist. In einem Bandpaßfilter 15 kann in an sich bekannter Weise die Sprache (bzw. Kennungssignale) der Bodenstation ausgefiltert und einem entsprechenden NF-Ausgang zugeführt werden.

In Fig.2 sind Einzelheiten der Elemente 10, 11 und 12 der Fig.l wiedergegeben. Für den getriggerten Frequenzvervielfacher 10 wird beispielsweise ein Schaltkreis mit der Typenbezeichnung RCA CD 4046 AE verwendet. Das Eingangssignal dieses Schaltkreises wird in Form des Referenzsignals Λ? dem Anschluß 14 zugeführt. An dem Anschluß 4 ist das Ausgangssignal in frequenzvervielfachter Form als Signal fz vorhanden (beispielsweise bei λ= 360 mit 10,8 kHz). Die Beschattung der übrigen Klemmen ist hier wie bei den nachfolgenden Zähldekaden in üblicher Weise ausgeführt und deshalb nicht näher beschrieben. Die Zählkette 11 besteht als drei Zähldekaden (beispielsweise Typen SN 7490 N von Texas Instruments). Das Signal fz wird an den Anschluß 14 der ersten Zähldekade geführt. Die Klemme 11 der ersten Zähldekade ist mit der Klemme 14 der nächstfolgenden Zähldekade verbunden, dessen Klemme U wiederum mit der Klemme 1 der dritten Zähldekade in Verbindung steht. Die BCD-Ausgänge 12, 9, 8 und 11 werden dem hier nicht mehr dargestellten Halteregister 7 nach Fig.l zugeführt. In gleicher Weise werden auch die Klemmen 12, 9, 8 und 11 bei der zweiten Zähldekade zum Halteregister 7 geführt. Bei der dritten Zähldekade sind nur die Klemmen 9 und 8 zum Halteregister 7 geleitet. Die erste Zähldekade zählt somit die Einer, die zweite Zähldekade die Zehner und die dritte Zähldekade die Hunderter bei einer Darstellung in vollen Winkelgraden entsprechend A:=360. Der Teiler 12 nach Fig.l wird im wesentlichen durch ein UND-Gatter UGi gebildet. Dieses UND-Gatter hat vier Eingänge, die mit den Klemmen 9 und 8 der zweiten Zähldekade und 9 und 8 der dritten Zähidekade verbunden sind. Dadurch ist sichergestellt, daß nur bei Erreichen des Zählwertes 359 oder allgemein ausgedrückt k— 1, am UND-Gatter UGi ein Ausgangsimpuls auftritt. Dieses Ausgangssignal gelangt zu einem Differenzierglied, bestehend aus dem ohimschen Widerstand R, dem Kondensator C und dem UND-Gatter UG2, von wo aus es den Rücksetzeingängen 2 der beiden Zähldekaden zugeführt wird, welche für die Zehner- und Hunderterstellen zuständig sind. Da die Zähldekade für die Hunderterstufe nicht voll ausgenutzt ist, kann dies'e neben seiner Zählfunktion eine weitere Funktion erfüllen. Hierzu ist der Ausgang des UND-Gatters UGi mit der Klemme 14 dieser Zähldekade verbunden. Der Ausgang 12 der so gebildeten Kippstufe wird an die Klemme 3 des getriggerten Frequenzvervielfachers 10 geführt und bewirkt dort die exakte Nachsteuerung.

Die Bestimmung des Winkelwertes der Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal Λ? und dem Umlaufsignal fu ist unabhängig davon, ob die ankommende Frequenz fu und Λ beide genau 30 Hz habei oder beide von diesem Wert abweichen, sofern nur di< relative Phase zwischen den beiden Schwingunget gleich bleibt. Dies soll nachfolgend an Hand eine:

Zahlenbeispiels erläutert werden. Beträgt die Phasendif ferenz zwischen fu und /"« genau 180° und ist di< Umlauffrequenz fu und die Referenzfrequenz genai gleich 30 Hz, so beträgt die Zählfrequenz bei den angenommenen Beispiel (mit k=360) 10 800 Hz. Nimm

ίο man beispielsweise an, daß /«und /cnur 16 Hz betragen der Phasenwinkel zwischen beiden dagegen nach wi< vor 180° ist, so wird die vervielfachte Frequen; fz—5 760 Hz sein. Die Phasenwinkelanzeige ändert siel aber nicht, weil für die Phasendifferenz von 180° auch if diesem Fall im Moment der Austastung der Zählwer 180 erreicht ist und dieser deshalb über das Halteregi ster 7 der Anzeige 14 zugeführt wird.

Die dargestellte Auswerteeinrichtung genügt ir vielen Fällen für kleinere Flugzeuge, um die übliche Navigation durchzuführen. In manchen Fällen ist e; jedoch erwünscht (z. B. um eine Luftstraßennavigatior durchzuführen), eine bestimmte Azimutrichtung fortlau fend einzuhalten. In solchen Fällen kann die dargestellt« Schaltungsanordnung in einfacher Weise ergänz werden, was in Fig.l durch die Anschlüsse A und Ban Ausgang des FM-Demodulators 9 bzw. des Begrenzen 3 angedeutet ist und an Hand von Fig.3 und Fig.< erläutert wird.

In Fig.3 sind die Ausgangsimpulse, welche an dei Klemme A auftreten, in Zeile a) dargestellt, also da; Referenzsignal ft. In Zeile b) ist das Umlaufsignal /b welches an der Klemme B auftritt, dargestellt. Die Phasendifferenz zwischen den beiden Folgen vor Rechteckimpulsen ist durch den Abstand der Impulse genauer gesagt durch den Abstand der Anstiegsflanken wiedergegeben. Die die Phasendifferenz enthaltend« Information zwischen dem Referenzsignal Λ und derr Umlaufsignal fu wird in ein Rechtecksignal umgewan delt, welches in F i g. 3 in Zeile c) dargestellt ist. Diese; Rechtecksignal gibt mit seiner Impulslänge die Größe der Phasendifferenz wieder.

Zur Erzeugung dieser Impulse nach Zeile c) kann eine Schaltung verwendet werden, wie sie in Fig.A dargestellt ist. Dort ist eine flankengesteuerte Addi tionsschaltung unter Verwendung von UND-Gatterr dargestellt. Das Ausgangssignal der Additionsschaltung wird der Basis eines Transistors 16 zugeführt, desser Kollektor mit einem einstellbaren Widerstand 1) verbunden ist. Dieser Widerstand 17 bildet der Ladewiderstand für einen Kondensator 18. Je nachdem wie lang" der Transistor 16 leitfähig ist (d. h„ wie lan{ die Impulse nach Zeile c) dauern) und welche Stellunf der veränderbare Widerstand 17 einnimmt, ergibt sicr eine größere oder kleinere Aufladung des Kondensator:

18 (Integrationsschaltung)! Auf einem Anzeigegerät Ii sind je nach der gewünschten Größe der möglicher Abweichung von einem Richtkurs ein Nullwert unc entsprechende ± Abweichungen aufgetragen. Irr vorliegenden Beispiel sind Winkelabweichungen vor ±10° dargestellt. Will nun ein Pilot auf einei bestimmten Luftstraße navigieren, beispielsweise untei dem Winkel 270°, so wird er die Flugrichtung seine: Flugzeuges so lange ändern, bis auf der Anzeigeeinrich tung 14 nach Fig.l genau der Wert 270° angezeig

wird. In diesem Augenblick treten bestimmte Recheck spannungen nach Zeile c) in Fig.3 auf, und durcl Betätigung des Einstellknopfes am veränderbarer Widerstand 17 kann das Anzeigeinstrument 19 se

abgeglichen werden, daß für diesen speziellen Spannungswert der Zeiger am Instrument 19 genau auf den Wert Null zeigt. Treten nun im Verlauf des weiteren Fluges Abweichungen von der Flugrichtung 270° auf, so wird das Instrument 19 diese Abweichungen analog direkt darstellen, und eine ständige genaue Ziffernablesung bei der Anzeigeeinrichtung 14 ist nicht mehr notwendig.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche: 2421 772

1. Auswerteeinrichtung für VOR-Navigationsempfänger unter Verwendung eines ersten Empfangszweiges, in welchem die als Frequenzmodula- S lion übertragene Referenzphase in demodulierter Form als Referenzsignal vorliegt und eines zweiten Empfangszweiges, in welchem die von der jeweiligen Richtung der Antennencharakteristik abhängige Umlaufphase als amplitudenmoduliertes Umlaufsignal auftritt und aus dem Vergleich der Referenzphase mit der Umlaufphase eine Azimut-Winkelinformation gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der beiden Empfangszweige das demodulierte Empfangssignal einem Frequenzvervielfacher (10) zugeführt wird, dessen Vervielfachungsfaktor k zu ganzzahligen Vielfachen (k = 360 · n) oder Teilen (k = 360 : n) von 360 gewählt ist, daß das frequenzvervielfachte Empfangssignal einer Zählkette (11) zugeleitet wird, welche die Phasendifferenz zwischen dem Referenzsignal und dem Umlaufsignal in eine entsprechende Anzahl von Zählschritten umformt und daß in einer Anzeigeschaltung (14) die so gewonnenen Zählschritte allein als der Winkelwert der Abweichung von einer Bezugsrichtung dargestellt sind.

2. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählkette (11) für eine Schwingung des ihr zugeordneten Empfangssignals bis k zählt, derart, daß nach dem Zählschritt k-\ als nächstes der Zählwert auf Null zurückgesetzt wird.

3. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an die Zählkette (11) ein Teiler (12) angeschlossen ist, dessen Teilerverhältnis gleich k gewählt isi und daß dieser Teiler die Rücksetzung der Zählkette (11) auf Null durchführt.

4. Auswerteeinrichtung aach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Teiler als ein UND-Gatter (UGi) mit mehreren Eingängen ausgebildet ist, die an entsprechende Ausgänge der Zählkette (11) derart angeschlossen sind, daß alle Eingänge des UND Gatters (UGi)nur dann belegt sind, wenn der Zähl wert k-1 erreicht wird und daß der so am Ausgang des UND-Gatters (UGi) entstehende Ausgangsimpuls zur Rücksetzung der Zählkette (11) auf den Zählwert Null dient.

5. Auswerteeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählkette (11) binär, vorzugsweise im BCD-Code arbeitet.

6. Auswerteeinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Teiler (12) gelieferte Rücksetzimpuls zugleich auch dem Frequenzvervielfacher (10) zugeführt ist und diesen nachregelt. SS

7. Auswerteeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Umlaufsignal fu und das Referenzsignal fn bzw. das f requenzvervielfachte Signal in Rechteckimpulse umgewandelt sind.

8. Auswerteeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ohne Frequenzvervielfachung arbeitenden Empfangszweig ein Differenzierglied (4) zur Erzeugung von Nadelimpulsen vorgesehen ist.

9. Auswerteeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zählwert der Zählkette (11), beginnend mit einem Nulldurchgang, fortlaufend in ein Halteregister (7) eingelesen und von dort beim entsprechenden Nulldurchgang des nicht vervielfachten Empfangssignals zur Anzeigeschaltung (14) ausgelesen wird.

10. Auswerteeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzvervielfachung in demjenigen Empfangszweig vorgenommen ist, in welchem die Information mittels Frequenzmodulation übertragen