DE2459079A1

DE2459079A1 - Flugnavigationshilfesystem

Info

Publication number: DE2459079A1
Application number: DE19742459079
Authority: DE
Inventors: Maurice Chabah; Robert Gendreu
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-12-14
Filing date: 1974-12-13
Publication date: 1975-07-03
Also published as: GB1487257A; NL7416251A; US4103300A; SE7415631L; SU695586A3

Description

75008 PARIS / Prankreich

Unser Zeichen: .T 1706

Plugnavigationshilfesystem

Die Erfindung "betrifft. Plugnavigationshilfesystenie und insbesondere Landehilfesysteme. Sie befaßt sich mit Systemen, die mit elektromagnetischen Weilen arbeiten und gegebenenfalls mit den üblichen Bördinstruraenten zusammenwirken, die dem Piloten dauernd Angaben über die Umgebung und die Plugbahn der Maschine liefern. Im Verlauf der Landephase bestimmen diese Systeme die Position des Plugzeugs in Bezug auf die Landebahn, seine Plugbahn sowie Abweichungen zwischen dieser Plugbahn und einer idealen Plugbahn, so daß sie jederzeit eine Lenkung des Plugzeugs durch einen automatischen Piloten oder von Hand ermöglichen .

Pur die eigentliche Reiseflugphase gibt es Radargeräte, die "meteorologische Radargeräte" genannt werden und informationen über die meteorologische Umgebung liefern.

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Lei/öl

ORIGINAL INSPECTED

Diese Radargeräte verwenden Impulse großer Dauer mit einer geringen Erneuerungshäufigkeit der Informationen, denn der von ihnen beobachtete Raumsektor ist im allgemeinen breit und tief.

Für die Landephase gibt es andere Systeme, die mit kurzen Impulsen arbeiten, damit eine gute Genauigkeit der gemessenen Entfernungen und eine schnelle Folge der Erneuerung der Informationen zur Berücksichtigung der schnellen Ortsveränderung des Flugzeugs erhalten werden.

Diese Systeme werden im angelsächsischen Sprachgebrauch "Independant Landing Monitoring system" genannt oder einfacher mit der Abkürzung "ILM" bezeichnet, die in der folgenden Beschreibung verwendet wird. Sie dürfen jedoch nicht mit dem allgemein üblichen ILS-Blindlandesystera ("Instrument Landing System")verwechselt werden, bei dem das Flugzeug von einer gewissen Anzahl von Sendegeräten abhängig ist, die sieh am Boden befinden, während es selbst nur einen Empfänger und eine Antenne enthält, während das ILM-System von dem ILS-System unabhängig ist und eine Kontrolle der von dem ILS-System gesendeten Informationen ermöglicht.

Damit eine Navigationshilfe während aller Flugphasen erhalten wird, erscheint es notwendig, an Bord des Flugzeugs zwei getrennte üJavigationssysterne zu installieren, nämlich ein meteorologisches System und ein ILM-System, was im allgemeinen im Hinblick auf den geringen verfügbaren Raum und die damit verbundene Überlastung schwierig ist.

Es ist auch möglich, anstelle von. zwei getrennten Systemen ein einziges System zu verwenden, das während der Landephase mit kurzen Impulsen und währendder Reiseflugphase

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mit langen Impulsen arbeiten kann. Diese Lösung ist jedoch aufwendig, denn die Plugzeuge" sind im allgemeinen bereits mit einem meteorologischen Radarsystem ausgestattet, das dann ausgebaut und durch das erwähnte System ersetzt werden muß.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Navigationshilfesystems, das während der eigentlichen Reiseflugphase meteorologische Informationen liefern kann und eine Landehilfe ermöglicht, ohne daß die zuvor erwähnten Nachteile auftreten.

Das Navigationshilfesystem nach der Erfindung enthält am Boden wenigstens eine Antwortbake und an Bord eine meteorologische Sende-Erapfangs-Anoidnung, eine Antenne, eine Anordnung für den mechanischen Antrieb der Antenne, eine zwischen die Antenne und die meteorologische Sende-Empfangs-Anordnung eingefügte Höchstfrequenz-Weichenanordnung, welche die von jeder Bake als Antwort auf die Abfragung durch den meteorologischen Sender wieder ausgesendeten und von der Antenne empfangenen Signale während der Landephase zu einem spezialisierten Empfänger leitet, und eine mit dem spezialisierten Empfänger und mit der mechanischen Antriebsvorrichtung für die Antenne verbundene Verarbeitungsschaltung, die Informationen liefert, die eine Ländehilfe ermöglichen.

Das erfindungsgemäße System kann somit einfach aufgrund der vorhandenen meteorologischen Ausrüstung eingesetzt werden, zu der die für die Erzielung einer Landehilfe notwendigen Ergänzungen hinzugefügt werden. Diese Ergänzungen können leichter an Bord untergebracht werden als ein vollständiges zusätzliches Radarsystem.

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Beim Senden werden die Signale in Form der vom meteorologischen Sender abgegebenen Impulse langer Dauer gesendet, Bei dem üblichen meteorologischen Betrieb ermöglichen diese Impulse keine ausreichend genauen Entfernungsmessungen, da es einerseits schwierig ist, das gewünschte Ziel von den Bodenechos zu unterscheiden und andererseits der meteorologische Empfänger nicht die ganze im Echo enthaltene Information verwertet.

Zur Erzielung der erforderlichen Genauigkeit senden die Bodenbaken die mit der meteorologischen Frequenz empfangenen Signale mit einer anderen Frequenz wieder aus. Der spezialisierte Empfänger arbeitet bei einer Frequenz, die von der Frequenz des meteorologischen Senders verschieden ist, in einem so breiten Frequenzband, daß die ganze in jedem Empfangsimpuls enthaltene Information verwertet wird, und er enthält Anordnungen zur Beseitigung der Signale mit der Betriebsfrequenz des meteorologischen Senders.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Grundschema des Flugnavigationshilfesystems nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Schema des spezialisierten Empfängers mit einem Ausführungsbeispiel der Weichenanordnung,

Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Weichenanordnung,

Fig. 4 ein Beispiel für die Vereinigung des erfindungsgemäßen Systems mit einer Höhenmeßanordnung,

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Pig. 5 eine Variante des Systems von Fig. 4, Pig. 6 ein Schema einer Bake mit zwei Strahlergruppen,

Pig. 7 und 8 Beispiele von Baken mit vier Strahlergruppen,

Pig. 9 eine perspektivische Ansicht der mit zwei Baken ausgestatteten Landebahn,

Pig. 10 eine Ansicht der Landebahn in der Yertikalebene,

Pig. 11 eine Ansicht der Landebahn in der Horizontalebene ,

Pig. 12 eine andere perspektivische Ansicht der mit zwei Baken ausgestatteten Landebahn,

Pig. 13 das allgemeine Schema einer anderen Ausführungsform des spezialisierten Empfängers und

Pig. 14 bis 18 verschiedene· Ausführungsformen der Empfangsund Trennschaltungen für die Bakensignale.

Pig. 1 zeigt ein Grundschema eines Navigationshilfesystems nach der Erfindung.

Es enthält ein meteorologisches Radargerät herkömmlicher Art sowie Bestandteile, die diesem hinzugefügt sind, damit anstelle des oder zusätzlich zu dem meteorologischen Betrieb eine Landehilfe erfolgt.

Das meteorologische Radargerät enthält eine Sende-Empfangs-Anordnung 1, die mit einer Antenne 2 verbunden ist. Die

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Verbindungseinrichtung zwischen der Antenne und der Sende-Empfangsanordnung enthält eine Weichenanordnung 3, die später beschrieben wird. Am Ausgang des meteorologischen Empfängers ist ein meteorologisches Anzeigegerät angeschlossen. Die Antenne 2 ist beweglich und wird durch eine mechanische Antriebsvorrichtung 5 in Bewegung versetzt, die zugleich die Stabilisierung der Antenne um die Längsachse und um die Querachse bewirkt. Zwischen der mechanischen Antriebsvorrichtung 5 und dem meteorologischen Anzeigegerät 4 ist eine Verbindung vorgesehen, damit diesem Gerät die Augenblicksstellung der Antenne mitgeteilt wird.

Der spezialisierte Empfänger 6, der die Landehilfeinformationen empfängt, ist einerseits mit der Weichenanordnung 3 und andererseits mit der Antenne 2 verbunden. Die von dem meteorologischen Sender beispielsweise mit der Frequenz F₀ ausgesendeten Impulse werden nämlich durch Bodenbaken 10 reflektiert, aber mit einer anderen Frequenz JFq + AF. Die von der Antenne 2 aufgefangenen Signale enthalten je nach der Beschaffenheit der Antenne 2 ein gewöhnliches Empfangssignal oder Summensignal Σ und ein oder zwei Winkelmeßsignale, die in ihrer Gesamtheit mit Δ bezeichnet werden, wenn es sich um eine Monopuls-Antenne handelt. Das Signal Σ gelangt über die Weichenanordnung 3 zu dem spezialisierten Empfänger 6. Ein Synchronisiersignal S, das einem Bruchteil des Sendeimpulses entspricht, wird gleichfalls von der Weiehenanordnung zu dem Empfänger übertragen, damit Entfernungsmessungen durch Messung der Zeitintervalle zwischen den Signalen S und Σ möglich sind.

Im Verlauf der Reiseflugphase entsprechen die Signale Σ den Echos, die von wolkenartigen Hindernissen stammten oder vom Boden kommen, und sie werden direkt dem meteorologischen Empfänger zugeführt. Diese Signale haben dann die gleiche Frequenz F_Q wie bei der Sendung.

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Im Verlauf der Landephase hat die Weichenanordnung die Aufgabe, die von den Baken stammenden Empfangssignale der Frequenz P₀ + Δί¹ zum Empfänger 6 zu leiten· Das bzw. die Winkelmeßsignale Δ, die für den meteorologischen Empfänger uninteressant sind, werden direkt dem Empfänger 6 zugeleitet, der in der folgenden Beschreibung zur Vereinfachung der Erläuterung ILM-Empfanger genannt wird.

Der Empfänger 6 liefert Videosignale, die von einer Verarbeitungsanordnung 7 verwertet werden, die auch mit der mechanischen Antriebsvorrichtung 5 verbunden ist, welche ihr die Stellung der Antenne.in jedem Zeitpunkt mitteilt, sowie mit einem Anzeigegerät 8, das dem Piloten die ausgearbeiteten Informationen darstellt; sie ist ferner gegebenenfalls mit einer Beschleunigungsmeßanordnung 9 verbunden, deren Aufgabe demnächst genauer angegeben wird.

Bei dem beschriebenen System ist also der meteorologische Empfänger dem meteorologischen Radarsystem und dem ILM-System gemeinsam. Die Antenne und die mechanische Antriebsvorrichtung für die Antenne sind diesen Systemen gleichfalls gemeinsam. Die Antenne wird jedoch gegebenenfalls geändert oder gegen eine andere Antenne ausgetauscht, damit ein oder zwei Winkelmeßsignale erzeugt werden. Während der Landephase strahlen die Sendesignale die semi-aktiven Baken an, mit denen die Landebahn ausgestattet ist. Die Empfangssignale werden dann von dem spezialisierten Empfänger 6 und der Verarbeitungsschaltung 7 verarbeitet.

Es besteht dann ein Problem: Die Beschaffenheit der Sendesignale ist vorgegeben, da die Kenngrößen des meteorologischen Systems von vornherein festgelegt sind (beispielsweise durch die ARINC-Normen). Die Dauer der Impulse ist lang (5 bis 6 MikrοSekunden), was bei einem Empfänger, der

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in normaler Weise an die Dauer dieser Impulse angepaßt wäre, zu einem mittleren Entfernungsfehler in der Größenordnung von 80 Metern führen würde und Entfernungsmessungen unter 800 Meter verbieten würde. Die Antenne tastet den Raum mit einer geringen Abtastgeschwindigkeit (60° pro Sekunde) in einem ausgedehnten Winkelbereich (+ 90 ) ab, was eine geringe Häufigkeit der Informationserneuerung ergibt (ein Antennendurchgang etwa alle 4 Sekunden). Schließlich ist die Eolgefrequenz der Impulse klein (200 Hz), was teilweise durch die geringe Abtastgeschwindigkeit kompensiert wird: Während des Durchgangs des Antennenbündels durch ein Ziel empfängt die Antenne etwa 10 Impulse.

Diese Kenngrößen sind unzureichend, um eine brauchbare Landehilfe zu erzielen, für die es erforderlich ist, daß eine gute Entfernungsgenauigkeit bis zu einer sehr kleinen Entfernung und eine große Häufigkeit der Informationserneuerung erzielt werden.

Mit dem nachstehend beschriebenen System ist es möglich, ausreichende Informationen für eine landehilfe zu erhalten, obgleich die Dauer und die Polgefrequenz der Impulse sowie die Abtastgeschwindigkeit der Antenne gegenüber dem meteorologischen System unverändert bleiben.

Die Entfernungsgenauigkeit wird dadurch erhalten, daß die Messungen nicht mit den ganzen Impulsen, sondern mit den Vorderflanken der Impulse durchgeführt werden. Der IIM-Empfänger 6 enthält daher Empfangsschaltungen, deren Bandbreite 10 bis 20mal größer als diejenige des meteorologischen Empfängers ist, damit die Impulsflanken klar ausgemacht werden können. Die Entfernung wird dadurch gemessen, daß das Zeitintervall.zwischen der ansteigenden Planke des Sendeimpulses und der ansteigenden

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zuvor beschriebenen Verfahren geliefert wird. Bas Landen könnte dann nicht vollkommen unabhängig von dem IIS-System erfolgen, das dem Piloten den Gleitwinkel zur Landebahn anzeigen müßte· Diese gemischte Lösung ist natürlich im Anwendungsbereich der Erfindung eingeschlossen.

Pig. 2 zeigt in näheren Einzelheiten das Schema des spezialisierten ILM-Empfängers sowie ein Ausführungsbeispiel der Weichenanordnung 3. -

Es wird angenommen, daß die Antenne 2 eine Monopuls-Antenne ist, bei welcher der Summenkanal Σ für die Sendung und für den meteorologischen Empfang verwendet wird. Zwei Differenzausgänge liefern Winkelablagesignale AS und AG',- die dem Empfänger 6 zugeführt werden. Die Signale AS und AGf werden von den gleichen Schaltungen des Empfängers mit Hilfe von zwei Umschaltern getrennt verarbeitet. Der eine Umschalter C. liegt vor dem Empfänger, und der andere Umschalter C« ist dem Empfänger nachgeschaltet, wodurch eine Zeitmultiplexierung vorgenommen wird. Der Umschalter C, ist vorzugsweise nahe bei der Antenne angeordnet, damit nur eine einzige Höchstfrequenzverbindung zwischen der Antenne und dem Empfänger besteht.

Die Weichenanordnung 3 enthält im wesentlichen einen Zirkulator (RichtungsgabeU 31. Die von dem meteorologischen Sender mit der Frequenz F_Q gesendeten Signale werden direkt zur Antenne 2 übertragen. Beim Empfang werden die von den Baken 10 kommenden Signale mit der Frequenz F_Q + Ai¹ (soweit die Signaielbetroffen sind) zum ILM-Empfanger 6 übertragen, dessen erste Eingangsschaltung ein Mikrowellenfilter 21 ist, dessen Durchlaßbereich die Mittenfrequenz F_Q +AP hat. Die meteorologischen Signale mit der Frequenz P₀ werden von dem Filter

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reflektiert und zum Zirkulator 31 !zurückgeschickt, der sie zu dem meteorologischen Empfänger überträgt. Die Verbindung zwischen dem Zirkulator 31 und dem Filter 21 des Empfängers ist natürlich so "bemessen, daß diese Reflexion der meteorologischen Signale möglichst wenig Verluste verursacht.

Eine Kopplungsanordnung 32 ermöglicht die Abnahme eines Bruchteils der Energie der Sendeimpulse. Diese Signale werden in den Demodulationsschaltungen des Empfängers verwendet, und sie ermöglichen die Berechnung der Entfernungen der Baken in der Verarbeitungsschaltung 7. Die Berechnung der Entfernung als Punktion der Hin- und Rücklaufzeit der Impulse ist dem Fachmann allgemein bekannt.

Der Empfänger 6 enthält zwei gleiche Empfangsζweige, nämlich einen für die Summensignale Σ und den anderen für die Winkelablagesignale Δ. Der Empfänger ist während der Sendung der Impulse dadurch geschützt, daß die Empfangsfrequenz um einen Betrag AF von der Sendefrequenz verschieden ist. Dadurch ist es auch möglich, die vom Boden stammenden Signale (welche die gleiche Frequenz wie die Sendesignale haben) zu unterdrücken.

Dieser Schutz ermöglicht die Durchführung der Messungen -bei kleinen Entfernungen, da die Echosignale vor dem Ende des Sendeimpulses empfangen werden können. Die beiden Empfangszweige haben ferner eine große Bandbreite, damit die Entfernungsmessungen mit den Vorderflanken der Impulse möglich sind.

Der Empfangszweig für die Differenzsignale Δ enthält hintereinander ein Mikrowellenfilter 11, zwei synchronisierte Umschalter 12 und 15 für die Übertragung der

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Ausgangesignaie des Filters entweder über ein Mikrowellen-Dampf ungsglied 13 oder direkt über eine Verbindung 14 zu einer Misohstufe 16, dann einen Breitbandverstärker 17 und ein schmalbandiges Filter 18. Der Empfangszweig für die Summensignale Σ enthält außer dem Filter 21 gegebenenfalls einen Umschalter 22, ein Dämpfungsglied 23, eine direkte Verbindung 24, einen weiteren Umschalter 25, eine Mischstufe 26, einen Breitbandverstärker 27 und ein schmalbandiges Filter 28.

Den beiden Mischstufen 16 und 26 wird das Signal eines Überlagerungsoszillators 46 zugeführt.

Die Ausgangssignale des Verstärkers 27 sind Zwisohenfrequenz-Suminensignale Σ. Die Form der empfangenen Impulse.ist über den breitbandigen Empfangszweig aufrechterhalten worden. Diese Signale werden über einen Umschalter C, und einen Verstärker 20 mit veränderlichem Verstärkungsfaktor zu einem Detektor 29 übertragen, der das Video-Summensignal Σ zu der Verarbeitungssehaltung 7 liefert. Das Signal S am Ausgang des Kopplers 32 wird in den später beschriebenen Schaltungen der automatischen Frequenzregelschleife auf die Zwischenfrequenz umgesetzt, dann in dem Detektor 40 demoduliert und gleichfalls zu der Verarbeitungsschaltung 7 übertragen. Das Zeitintervall zwischen den ansteigenden Flanken der Signale S und Σ ermöglicht die Bestimmung der Entfernung der Baken.

Durch den Umschalter C-, ist es möglich, an die Verarbeitungsschaltung 7 entweder Rechteckimpulse anzulegen, die am Ausgang des Breitbandverstärkers 27 abgenommen werden, oder Dreieckimpulse, die am Ausgang des schmalbandigen angepaßten Filters 28 abgenommen werden. Am Ausgang dieses Filters ist der Rauschabstand besser. Im ersten Fall

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ist die Entfernungsmessung genauer (Fehler kleiner als 10 ta), und der Umschalter C^ wird in die entsprechende Stellung gebracht, sobald die Entfernung zwischen dem Flugzeug und der Landebahn einen bestimmten Wert unterschreitet (beispielsweise 10 km). Im zweiten Fall, d.h. in der anderen Stellung des Umschalters CU, ist die Entfernungsmessung weniger genau (Fehler von 50 bis 100 m), aber für den Piloten ausreichend, wenn sich das Flugzeug in großer Entfernung von der Landebahn befindet. Das Umschalten des Umschalters CU kann automatisch erfolgen und von der in der Yerarbeitungsschaltung 7 enthaltenen Entfernungsmeßschaltung gesteuert werden (was in der Zeichnung nicht dargestellt ist).

Die von den Summen- und Differenzzweigen gelieferten Zwischenfrequenzsignale (Ausgangssignale der Filter 18 und 28) werden einer Winkelablagebestimmungsschaltung 19 zugeführt, auf die der Umschalter C₂ folgt, der die Höhenwinke !informationen AS von den Seitenwinkelinformationen Δ & trennt und diese Informationen an die Yerarbeitungsschaltung 7 anlegt. Die Schaltung 19 ist insbesondere aus den französischen Patentschriften 2 032 und 1 422 950 bekannt.

Wenn die Dämpfungsglieder 13 und 23 notwendig sind, wird eine Steuerschaltung 41 für die Umschalter 12, 15» 22 .und 25 vorgesehen. Diese Steuerschaltung empfängt das Ausgangssignal des Detektors 40, damit die Ausgangssignale der Mikrowellenfilter 11 und 21 während der Dauer des Sendeimpulses über die Dämpfungsglieder 13 und 23 und nach dem Ende dieses Impulses über die direkten Verbindungen 14 und 24 zu den Mischstufen 16 und 26 übertragen werden. Die Dämpfungsglieder 13 und 23 ergeben einen zusätzlichen Schutz der Empfangsschaltungen während der Dauer des Sendeimpulses, wenn die Filterung

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durch die Filter 11 und 21 für sich allein unzureichend ist. Diese Dämpfungsglieder dämpfen auch die von den Baken kommenden Nutzsignale, was jedoch praktisch kein Nachteil ist, da in diesem Fall die Entfernung der Baken klein ist und die Empfangssignale einen hohen Pegel haben. Der Empfänger ist im übrigen in jedem Empfangsweg mit Verstärkerschaltungen mit veränderlicher Verstärkung versehen, von denen nur der Verstärker 20 im Summenkanal dargestellt ist. Die Verstärkung ,dieses Verstärkers, die beispielsweise durch die Schaltung 41 gesteuert wird, steigt vom Beginn der Aussendung des Impulses zeitlich exponentiell an, so daß die empfangenen Echosignale stets eine von der Entfernung unabhängige Amplitude haben. Damit während der Dauer des Impulses der von den Dämpfungsgliedern 13 und 23 verursachte Verstärkungsverlust kompensiert wird, erfolgt eine Erhöhung des Verstärkungsfaktors von gleichem Wert in den Verstärkern mit veränderlichem Verstärkungsfaktor, die durch die Schaltung41 gesteuert wird.

Der Überlagerungsoszillator 46 liegt in einer automatischen Frequenzregelschleife herkömmlicher Art, die zwischen ihrem Frequenzsteuereingang und ihrem Ausgang hintereinander einen Frequenzsdiskriminator 45» einen schmalbandigen Verstärker 44 und eine Mischstufe 43 enthält. Das über den Koppler 32 abgenommene Sendesignal der Frequenz F_Q wird in dem Frequenzumsetzer 42, dessen Ausgang mit der Mischstufe 43 verbunden ist, auf die Frequenz F_Q + AF umgesetzt. Die Wirkungsweise einer solchen Regelschleife' ist dem Fachmann allgemein bekannt. Das.für den Detektor 40 und dann für die Schaltung 7 bestimmte Signal S wird am Ausgang des Verstärkers 44 abgenommen.

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Der Frequenzumsetzer 42 ist von gleicher Art wie die Frequenzumsetzer, mit denen die Bodenbaken ausgestattet sind, und er dient zur Frequenznachregelung des Oszillators 46.

In bestimmten Flughafen werden den Flugzeugen mehrere Landebahnen angeboten. Damit in diesem Fall jede Verwechslung vermieden wird, weisen die jeder Landebahn zugeordneten Baken eine FrequenzverSchiebung AF auf, die von Landebahn zu Landebahn verschieden ist. Der ILM-Empfänger ist dann mit ebensovielen Frequenzurasetzerschaltungen 42 ausgestattet, wie mögliche Landebahnen vorhanden sind; alle diese Frequenzumsetzerschaltungen sind in die automatische Frequenzregelschaltung in an sich bekannter Weise eingefügt, beispielsweise mit Hilfe von Umschaltern.

Fig. 3 zeigt eine andere Art der Weichenanordnung 3. Sie enthält einen Umschalter 33 > eine Sende-Empfangsweiche oder einen Zirkulator 34 und einen Koppler 35. Bei meteorologischem Betrieb stellt der Umschalter die gestrichelt dargestellten Verbindungen her. Ss ist zu erkennen, daß damit die Sende-Empfangsanordnung 1 direkt mit der Antenne 2 verbunden ist, während der Empfänger abgetrennt ist. Beim Landebetrieb werden die in vollen Linien dargestellten Verbindungen hergestellt. Die vom Sender ausgesendeten Signale werden über die Sende-Empfangsweiche 34 zur Antenne übertragen. Die von der Antenne mit der Frequenz Fq + AF aufgefangenen Signale gehen über die Sende-Empfangsweiche 34 zum Empfänger Der Koppler 35 liefert bei der Sendung die Signale S für den Empfänger 6.

Falls die Anordnung mit einem Zirkulator anstelle der Sende-Empfangsweiche 34 ausgestattet ist, v/erden die

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Empfangssignale mit der Frequenz F_Q vom Eingangsfilter des Empfängers 6 zu dem meteorologischen Empfänger wie im Fall von Fig. 2 reflektiert. Der meteorologische Empfänger kann dann also auch während der Lahdephase arbeiten.

Die Verarbeitungsschaltung 7 (Fig· 1 und 2) empfängt vom Empfänger 6 die Video-Winkelablagesignale AS und Δ Grund die Videosignale Σ und S für die Entfernungsmessungen. Er empfängt auch die Seitenwinkelraeßwerte für jede Bake, die von der mechanischen Antriebsvorrichtung 5 geliefert werden, und gegebenenfalls die Informationen, die von einer Beschleunigungsmeßzentrale 9 stammen.

Die Verarbeitungsanordnung 7 bildet dann aufgrund der ihr zugeführten Signale eine bestimmte Anzahl von Informationen, die im Verlauf der Landung verwertbar sind:

- Die Winkelablage zwischen der Flugbahn des Flugzeugs Und der vertikalen Symmetrieebene der Landebahn;

- die Winkelablage in Bezug auf die theoretische Gleitbahnachse (oder "ILS-Achse'9 in der vertikalen Symmetrieebene der Landebahn;

- den Winkel zwischen dem Kurs des Flugzeugs und der Achse der Landebahn;

- die Entfernung zu dem theoretischen Aufsetzpunkt des Fahrwerks;

- die Entfernung zu dem Ende der Landebahn;

- die kartesischen Koordinaten des Flugzeugs in Bezug auf ein mit der Landebahn verbundenes Koordinatensystem;

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- den Geschwindigkeitsvektor in Bezug auf den Boden nach Größe und Richtung;

- gegebenenfalls die Informationen, die für die synthetische Darstellung der Landebahn und des zukünftigen Aufsetzpunktes notwendig sind.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Schaltungen, welche die Verarbeitungsanordnung 7 und das Anzeigegerät 8 bilden, sind in der PR-PS 2 085 354 und in der PR-PS . 2 124 085 beschrieben.

Die Beschleunigungsmeßeinrichtung ist in der PR-PS 2 126 beschrieben.

Während das System von Pig. 1 ein Navigationshilfesystem nach der Erfindung in seiner ausgefeiltesten Porm darstellt, können andere Systeme gleicher Art aufgrund der Verbindung eines meteorologischen Radargeräts mit einem spezialisierten Empfänger entworfen werden. Diese Systeme können als primäres Landehilfesystem verwendet werden, oder als Redundanzsystem in Verbindung mit einer anderen Anordnung, beispielsweise einem ILS-Systera.

Neben dem Grundsystera, das die Entfernungsmessungen und die Winkelmessungen durchführt und von einer Beschleunigungsmeßanordnung Gebrauch macht, können andere Anordnungen vorgesehen werden, entweder aufgrund der zuvor beschriebenen Elemente oder durch Vereinigung dieser Elemente mit anderen Navigationssystemen (ILS, Punkhöhentnesser, Barometer usw.).

Pig. 4 zeigt ein Beispiel für die Vereinigung eines Systems nach der Erfindung mit einer Höhenmeßanordnung.

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Die Schaltungen des meteorologischen Radargeräts sind denjenigen von Pig. 1 gleich. Die Antenne 2 ist eine gewöhnliche meteorologische Antenne, die keine Angaben über die Winkelablagen liefert. Der ILM-Empfanger 6 enthält dann nur einen einzigen Empfangszweig, nämlich den Summenzweig Σ parallel zu dem Zweig für die Demodulation des Synchronisationssignals S für die Entfernungsmessung.

Die Seitenwinkelinformationen werden direkt durch die mechanische Antriebsvorrichtung 5 gegeben. Die Höhenwinke !informationen werden dadurch erhalten, daß die Entfernungsmessungen mit den Höhenmessungen kombiniert werden, die von den an Bord befindlichen Navigationsgeräten geliefert werden, die in ihrer Gesamtheit bei 50 dargestellt sind. Bei großer Entfernung wird die Höhe beispielsweise durch eine barometrische Einrichtung geliefert, während in der Nähe der Landebahn eine genauere Höhenmessung von einem Bord-Punkhöhenmesser geliefert wird. Der Viert des Höhenwinkels wird dann in der Yerarbeitungsschaltung 7 durch Bildung des Quotients aus der Höhe und der Entfernung erhalten.

Die Anzeigevorrichtung 8 kann von gleicher Art wie im Pail von Pig. 1 sein.

Mit diesem System können die gleichen Informationen wie mit dem System von Pig. 1 erhalten werden. Da diese In-.formationen unabhängig von einem IIS-System erhalten werden, bildet es ein ILM-Systera.

Pig. 5 zeigt eine teilweise Abänderung des zuvor beschriebenen Systems. Der meteorologische Teil und der Empfänger 6 sind nicht dargestellt, da sie gegenüber

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dem vorhergehenden Pall unverändert sind. In diesem Pail empfängt die Verarmeitungssehaltung 7 die Signale vom Empfänger 6 für die Bestimmung der Entfernungen. Sie empfängt die Seitenwinkel von der mechanischen Antriebsvorrichtung 5 der Antenne. Die Höhenwinkel werden aufgrund der Informationen erhalten, die von einem ILS-System geliefert werden, wenn ein solches an Bord vorhanden ist.

Das IIS-System (oder irgendein gleichwertiges System) liefert eine Winkelinformation δ, die den Winkelabstand zwischen der theoretischen Gleitbahnachse und der Projektion der durch das Plugzeug und den theoretischen landepunkt gehenden Geraden auf die diese Achse enthaltende vertikale Ebene darstellt. Da der Winkel zwischen der theoretischen ILS-Achse und der Horizontalen vonvornherein bekannt ist, ebenso wie die Entfernung des Plugzeugs vom theoretischen Landepunkt (die aufgrund der Messungen der Entfernungen der Baken erhalten worden ist), leitet man daraus die Höhe des Plugzeugs und dann die Höhenwinkel der verschiedenen Baken ab. Die weitere Verarbeitung ist da.nn mit derjenigen des vorhergehenden Palles (Pig. 4) identisch. Das System ist jedoch vom ILS-System abhängig. Es kann dennoch die Ablagen des Plugzeugs in Bezug auf die vertikale Symmetrieebene der Landebahn bestimmen und dadurch die vom ILS-System bestimmten Werte kontrollieren. Die Beschleunigungsmeßeinrichtung 9 ermöglicht eine Glättung der erhaltenen Ergebnisse.

Das System von Pig. 5 kann auch unabhängig vom ILS-System verwendet werden. In diesem Pail versucht das Plugzeug der idealen Plugbahn mit Hilfe des ILS-Systems zu folgen. Das erfindungsgemäße System ermöglicht die Bestimmung der Ablage des Plugzeugs von der vertikalen Symmetrieebene

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der Landebahn. Die synthetische Darstellung der Landebahn ist ebenfalls möglich, wenn angenommen wird, daß das Plugzeug der vom ILS-System bestimmten Gleitbahn folgt. Unabhängig vom ILS-System kann das erfindungsgemäße System auch noch die genauen Werte der Stillstandsentfernung, der Entfernung des Endes der Landebahn usw. bestimmen.

Die verschiedenen bisher beschriebenen Versionen können ohne die Hilfe der Beschleunigungsmeßeinrichtung verwendet· werden, insbesondere in dem Fall, daß das Flugzeug durch automatische Steuerung so geregelt wird, daß es der theoretischen ILS-Flugbahn folgt. Die vom System gewonnenen Informationen sind nur im Augenblick der Messung gültig.

Da die Häufigkeit der Erneuerung der Informationen gering ist, kann das System zwischen zwei Messungen blind sein. Die gewünschten Informationen können jedoch durch Extrapolation der vorhergehenden Messungen rekonstruiert werden, wenn angenommen wird, daß die Änderungen der Meßwerte als Funktion der Zeit einer linearen Punktion oder einer anderen Punktion folgen. Die Durchführung einer solchen Extrapolation ist beispielsweise durch eine Integriervorrichtung in Verbindung mit einem Speicher möglich.

Eine andere Weise zur Erzielung der Winkelablageinformation ohne Verwendung einer Monopulsantenne besteht darin, daß Bodenbaken besonderer Art verwendet werden. Anstatt die meteorologischen Impulse mit einer einzigen Frequenz wieder auszusenden, werden diese Impulse mit zwei oder vier verschiedenen Frequenzen und in unterschiedlichen Strahlungsdiagrammen ausgesendet. Durch Vergleich der Amplituden der Erapfangssignale ist es dann möglich, die Position des Plugzeugs in Bezug auf eine bestimmte Bezugsachse oder eine bestimmte Bezugsebene festzustellen. 509827/0 5 91

Die Bodenbaken enthalten somit Einrichtungen zur Wiederaussendung der empfangenen Impulse in wenigstens zwei von der meteorologischen Frequenz verschiedenen Frequenzen und in jeweils zugeordneten Strahlungsdiagrammen, deren Richtungen maximaler Strahlung gegeneinander so versetzt sind, daß wenigstens eine Ebene im Raum definiert wird, "bei der an jedem Punkt die Amplitudengleichheit der auf zwei verschiedenen Frequenzen wieder ausgesendeten Signale realisiert ist, wobei die Amplitude eines der Signale auf der einen Seite der Ebene und die' Amplitude des anderen Signals auf der anderen Seite der Ebene überwiegt, und der an Bord des Flugzeugs befindliche spezialisierte Empfänger enthält Einrichtungen zum Vergleich der Amplituden der von den Baken kommenden Empfangssignale.

Die an Bord durchgeführten Winkelmessungen werden somit in Bezug auf die Baken gemacht und hängen nicht mehr von dem Typ der auf dem Flugzeug installierten Antenne ab. Jede Bake definiert wenigstens eine Bezugsebene, und das Flugzeug bestimmt seine Ablage von dieser Bezugsebene dadurch, daß es zu der Bake Impulse der meteorologischen Frequenz aussendet und die von der Bake wieder ausgesendeten Signale empfängt und vergleicht.

Das System erfüllt somit wiederum den Zweck, daß es Landehilfeinformationen bei der Annäherung an einen Flughafen liefert. Im Fall der soeben erwähnten Variante sind die gewünschten Informationen Winkelinformationen, welche die Höhenwinkel-und Seitenwinkelablagen der Ist-Flugbahn des Flugzeugs gegenüber der idealen Flugbahn ausdrücken. Diese ideale Flugbahn ist eine gerade Linie, die in der die Achse der Landebahn enthaltenden vertikalen Ebene liegt, zu dem sogenannten "Aufsetzpunkt" auf der Landebahn führt und einen bestimmten Winkel mit der Ebene der Landebahn einschließt.
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Weitere Informationen, wie die Entfernungen des Flugzeugs von den Baken, ermöglichen in Yerbindung mit diesen Winkelwerten die Ableitung der Position des Flugzeugs bei jedem empfangenen Impuls.

Die Bezugselemente für diese Winkelraessungen werden durch die Bodenbaken gegeben. Es sind zwei solche Baken vorhanden, die im allgemeinen gleich sind. Fig. 6 zeigt eine dieser Baken.

Die Bake, besteht aus einem Parabolreflektor 101, in dessen Brennfläche eine Gruppe von Elementarstrahlern 102 bis 107 angeordnet sind, die bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel Dipole sind. Jeder Dipol ist mit einem Frequenzumsetzer oder Modulator 112 bis 117 verbunden. Wenn die Bake ein Signal von einem an Bord eines Flugzeugs befindlichen Sender empfängt, erzeugt die Modulation Seitenbänder zu beiden Seiten der Trägerfrequenz der empfangenen Signale. Ton dem spezialisierten Empfänger wird ausschließlich eines dieser Seitenbänder empfangen.

Die Elementarstrahler der Baken und die zugeordneten Frequenzumsetzer sind in zwei Gruppen G. und G₂ aufgeteilt, die zueinander in Bezug auf eine der Hauptstrahlungsebenen der Bake symmetrisch sind. Die erste Gruppe G^ (Dipole 102, 1.03, 104, Frequenzumsetzer 112, 113, 114) sind mit einem Oszillator 110 verbunden. Die zweite Gruppe G₂ (Dipole 105, 106, 107, Frequenzumsetzer 115, 116, 117) sind mit einem Oszillator 120 verbunden. Die Oszillatoren arbeiten bei verschiedenen Frequenzen, so daß die von der Bake wieder ausgesendeten Signale nicht die gleiche .Frequenz haben, je nachdem, ob sie von der ersten oder von der zweiten Gruppe kommen. Das Strahlungsdiagramm D₁ der einen Gruppe hat eine andere

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Orientierung als das Strahlungsdiagramm Dp der anderen Gruppe. Am Schnitt dieser beiden Strahlungsdiagramme haben die Signale gleiche Amplitude. Dieser Schnitt definiert die Bezugsebene P der Bake, die in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist. Ein Plugzeug, das sich in der Bezugsebene befindet, nimmt die von den Baken wieder ausgesendeten Signale mit der gleichen Amplitude wahr. Sobald sich das Flugzeug von dieser Bezugsebene entfernt, trifft die Gleichheit der wieder ausgesendeten Signale nicht mehr zu. Das Überwiegen eines dieser Signale über das andere Signal zeigt dem Piloten an, auf welcher Seite der Bezugsebene sich das Plugzeug befindet. Die Amplitudendifferenz oder das Amplitudenverhältnis der vom spezialisierten Empfänger des Plugzeugs empfangenen Signale zeigt die Winkelablage zwischen der Verbindungsgeraden zwischen der Bake und dem Plugzeug und der Projektion dieser Geraden auf die Bezugsstrahlungsebene der Bake an.

Aufgrund des gleichen Prinzips sind auch Baken vorstellbar, die nicht eine sondern mehrere Bezugsebenen erzeugen.

Pig. 7 zeigt ein Beispiel für eine Bake, bei der mehrere Strahlergruppen G₁, G2, G,, G. so angeordnet sind, daß vier Strahlungsdiagramme D₁, D₂, D₅, D. erzeugt werden, deren Überschneidungen drei Bezugsebenen P₁, P₂? P* definieren. Diese Ebenen gehen durch eine Rotation auseinander hervor. Den Strahlergruppen ist natürlich eine entsprechende Anzahl von Oszillatoren mit verschiedenen Prequenzen zugeordnet, die zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt sind. Beim Empfang ermöglicht der Amplitudenvergleich der jeweils paarweise zusammengefaßten Empfangssignale die Bestimmung von drei Winkelwerten, von denen jeder eine Ablage in Bezug auf eine der zuvor definierten Bezugsebenen darstellt.

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Pig. 8 zeigt einen anderen Bakentyp, bei dem' vor dem Reflektor 101 vier Gruppen von Strahlern und Frequenzumsetzern G-.j, "Gp» ^v &Λ angeordnet sind, denen vier (nicht dargestellte) Oszillatoren zugeordnet sind. Die vier Gruppen sind zu beiden Seiten der beiden Hauptsymmetrieebenen P.J und Pp der Antenne angeordnet. Diese beiden Ebenen stehen senkrecht zueinander, und sie schneiden sich in der Symmetrieachse der Antenne. Diese Ebenen teilen den Raum in vier Quadranten, von denen jeder eines der vier Strahlungsdiagramme D., Dp, D„ bzw. D^ enthält. An jedem Punkt der Symmetrieachse sind die Amplituden der vier von der Bake wieder ausgesendeten Signale gleich. Wenn eine der Symmetrieebenen horizontal und die andere vertikal ist, kann der Amplitudenvergleich der an Bord des Flugzeugs empfangenen Signale direkt eine Angabe des Höhenwinkels und des Seitenwinkels der Richtung geben, in der sich das Flugzeug befindet. Diese Symmetrieebenen bilden die Bezugsebenen der Bake.

Die Baken werden auf dem Flughafen in der Nähe der Landebahn verwendet. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Verwendung dieser Baken.

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht der Landebahn RW, die mit zwei Baken B₁ und Bp ausgestattet ist. Jede dieser Baken definiert eine Bezugsebene oder Symmetrieebene P₁ bzw. Pp. Die Schnittlinien zwischen diesen Ebenen und der Bodenfläche sind Geraden, die senkrecht zur Achse der Landebahn liegen. Die Bake B-, liegt an der Seite der Landebahn in einem Abstand a von der Achse der Landebahn, und ihre Projektion auf diese Achse hat einen Abstand d von dem Aufsetzpunkt B_Q. Die Bate B₂ liegt auf der Achse der Landebahn in einem Abstand e vom Ende der Landebahn. Die Bezugsebenen P₁ und P₂ der beiden Baken B₁ und B₂ sind

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gegen die Ebene der Landebahn um den gleichen Winkel θ geneigt, der auch der von einem HS-System definierte theoretische Gleitwinkel ist. Die theoretische Gleitbahnachse ist bei Aq-Bq dargestellt; sie bildet einen Winkel θ mit der Achse der Landebahn.

Die beiden Baken B.. und Bp sind genau gleich. Sie werden dennoch von dem Empfänger an Bord des Plugzeugs getrennt festgestellt, denn sie befinden sich in verschiedenen Entfernungen von diesem. Der Bordempfänger enthält Pil— tereinrichtungen, die es ermöglichen, die von jeder Elementarstrahlergruppe wieder ausgesendeten Signale zu trennen und die Amplituden dieser Signale zu vergleichen, wodurch es möglich ist, daraus die Winkelstellungen des Plugzeugs in Bezug auf die Bezugsebene der Baken abzuleiten. Mit diesen-Informationen ist es dann möglich, die Winkelinforraationen der Position des Plugzeugs in der vertikalen Ebene zu rekonstruieren.

Aufgrund der erhaltenen Winkelraeßwerte und der Entfernungsmessungen, die von der auf den Empfänger folgenden Verarbeitungsschaltung durchgeführt werden, erhält man den Winkelwert δ für die Ablage zwischen der idealen Plugbahn und der Istflugbahn des Plugzeugs.

Pig. 10 zeigt diese verschiedenen Meßwerte, projiziert in die die Achse der Landebahn enthaltende vertikale Ebene; dies erlaubt das Verständnis der Berechnungen, die in an sich bekannter Weise in der Verarbeitungsanordnung durchgeführt werden.

In der in einer dicken Linie dargestellten Ebene der Landebahn erscheinen der Aufsetzpunkt Bq und die Baken B-. und Bp. Die vom Punkt B_Q ausgehende Achse Aq-Bq stellt die ideale Gleitachse dar. Die von den Punkten B^ und Bp

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ausgehenden Achsen P₁ und P₂, die parallel zu der idealen Gleitachse Aq-Bq liegen, stellen die Schnittlinien der Strahlungsbezugsebenen der Baken mit der Zeichenebene dar. Vom Flugzeug A aus mißt das Landehilfesystem die Entfernungen R₁ und R₂ zwischen dem Flugzeug und den Baken B₁ bzw. B₂ sowie die Winkel O₁ und a₂ zwischen der Position des Flugzeugs und den Bezugsebenen der einen bzw. der anderen Bake.

Der Wert der Winkelabweichung δ zwischen den Geraden A- und Ar₁-Br₁ ist:

δ =

(R₁ - d)(R₂-R₁) R₂ -

Die Berechnung von δ wird von der Verarbeitungsanordnung durchgeführt und dem Piloten auf einem Meßgerät oder einer Anordnung zur synthetischen Darstellung der Landebahn angezeigt. Die Schaltungen, die in der Verarbeitungsanordnung zur Durchführung dieser Operation notwendig sind, sind weniger zahlreich als im Fall eines Systems, das die Winkelraessungen mit Hilfe einer Antenne vom "Monopuls"-Typ durchführt.

In der horizontalen Ebene werden die Winkelwerte durch Ausnutzung der Strahlschwenkung der Antenne gemessen.

Sie können jedoch auch durch Ausnutzung der Bodenbaken gemessen werden, von denen jede zwei Syraraetrieebenen hat,

Die im Neigungswinkel der Gleitbahn geneigte Symmetrieebene ermöglicht die Messung der Winkelabweichung δ, und die vertikale Symraetrieebene ermöglicht die Messung der Winkelabweichung γ in Bezug auf die Achse der Landebahn. Es werden Baken mit zwei Bezugsebenen verwendet.

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Pig. 11 zeigt in der Ebene der landebahn die beiden Baken B₁ und B₂, die wie im Pail von Pig. 9 angeordnet sind. Die Bezugsebenen P₁ und Pp der beiden Baken sind vertikal und parallel zu der die Achse der landebahn enthaltenden Vertikalebene gerichtet. Das Plugzeug A mißt die Entfernungen B... und Rp äer Baken B.. bzw. Bp und die Winkelabweichungen Y₁ bzw. γ₂ von den jeweiligen Symmetrieebenen.

Der Winkel γ hat dann folgenden Wert:

R₁ Cy₁ - Y₂) - a

Y =

R₂ - R₁

Die Bake B₂ liegt nahe bei der Anflugbake eines HS-Systems, falls es vorhanden ist. Der Wert von Yp ist dann praktisch mit der vom HS-System gelieferten Winkelabweichung γ identisch. Die Anwendung der zuvor erwähnten Rechnung liefert also ein zusätzliches Kontrollmittel, das eine dem System innewohnende Redundanz bildet. Wenn jedoch außerdem der Ort der Bake B₁ mit dem Ort der HS-GIeitbahnbake zusammenfällt, d.h. auf der Höhe des Punktes Bq liegt, gibt die mit Hilfe dieser Bake bestimmte Winkelanzeige direkt die Winkelabweichung δ in Bezug auf die theoretische Gleitbahnachse.

In Pig. 12 wird diese Eigenschaft ausgenutzt: Die Baken B₁ und B₂ liegen sehr nahe bei den Baken des HS-Systems. Die Bake B₂ liegt auf der Achse der landebahn. Diese Bake hat nur eine Bezugsebene P₂, wie diejenige von Pig. 6. Die Bezugsebene ist vertikal. Die Messung der Winkelablage an Bord des Plugzeugs ergibt unmittelbar die Winkelabweichung γ. Die auf der Höhe des Aufsetzpunktes Bq liegende Bake B₁ hat ebenfalls nur eine einzige Bezugsebene P₁. Diese Ebene ist um einen Winkel O in Bezug auf die Ebene der landebahn geneigt. Die im Plugzeug

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gemessenen Winkelablagen stimmen mit dem Winkel überein, den ein ILS-System ergeben würde.

Der Bordempfänger des Flugzeugs unterscheidet sich etwas von der zuvor beschriebenen Version. Er muß nämlich einerseits Entfernungsmessungen ermöglichen, und andererseits Messungen der Amplituden der Erapfangssignale, die auf den verschiedenen Frequenzen von den Baken gesendet werden.

Da die Monopuls-Antenne nicht mehr notwendig ist, genügt ein einziger Empfangskanal. Die Schaltungen für die Erzeugung des den genauen Zeitpunkt der Sendung für die Durchführung der Entfernungsmessungen definierenden Synchronisiersignals bleiben unverändert. Fur der eigentliche Empfangsteil· ändert sich, weil er den Amplitudenvergleich der Signale ermöglichen muß, die von den Baken mit verschiedenen Frequenzen wieder ausgesendet werden.

Fig. 13 zeigt das allgemeine Schema eines spezialisierten Empfängers für diesen Fall, der den anderen Bestandteilen des Uavigationshilfesystems zugeordnet ist.

Die meteorologische Sende—Empfangs-Anordnung 1 ist mit der Antenne 2 über die Kopplungsanordnung 3 gekoppelt, die beim Empfang, die von den Baken kommenden Signale zu dem spezialisierten Empfänger 6 richtet. Dieser empfängt zwei Signale, die von der Weichenanordnung stammen: ein vom Zirkulator 31 abgegebenes Empfangssignal und ein vom Koppler 32 im Zeitpunkt der Sendung geliefertes Synchronisiersignal.

Das Synchronisiersignal wird in einer Schaltung 300 verarbeitet, die nachstehend "Synchronisierschaltung" genannt wird. Diese Schaltung enthält, wie in Fig. 2

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dargestellt ist, eine Frequenzumsetzerschaltung 42, die den in den Baken vorgesehenen Frequenzumsetzerschaltungen gleich ist, einen Überlagerungsoszillator 46, der für die Frequenzumsetzung der Empfangssignale erforderlich ist, eine automatische Frequenzregelschleife 43, 44, 45 zur ITachregelung der Frequenz des Überlagerungsoszillators und schließlich einen Detektor 40, der das Videofrequenzsynchronisiersignal S zu der Yerarbeitungsschaltung 7 liefert, in der es zur Durchführung der Entfernungsmessungen verwendet wird. Die vom Zirkulator 31 gelieferten Erapfangssignale werden an die Empfangsschaltung 200 angelegt. Diese Schaltung ist breitbandig, denn sie empfängt Signale mit verschiedenen Frequenzen, die von den Baken zurückkommen. Sie enthält Filtereinrichtungen zur Trennung der von den verschiedenen Baken wieder ausgesendeten Signale. Diese Trennung kann bei der Höchstfrequenz oder bei der Zwischenfrequenz erfolgen. Die Signale werden anschließend getrennt deraoduliert, und die Schaltung 200 liefert zwei Signale S₁ und S₂ (oder vier Signale, wenn die Baken die Signale mit vier verschiedenen Frequenzen wieder aussenden). Diese Signale werden einem Komparator 400 zugeführt, der ein Signal Δ liefert, das von der Differenz der Amplituden der Signale S₁ und S₂ abhängt. Der Komparator ist beispielsweise ein Differenzverstärker. Gegebenenfalls ist eine Addierschaltung 500 vorgesehen, welche die beiden Signale S₁ und S₂ empfängt und ein Signal !liefert, das zur Bestimmung des Empfangszeitpunkts der Bakensignale dient. Die Messung der Entfernungen erfolgt mit den Vorderflanken oder den Hinterflanken der Sende- oder Empfangsimpulse. Die Schaltung 500 muß dann eine ausreichend große Bandbreite haben, um diese Vorder- oder Hinterflanken aufrechtzuerhalten. Die Signale Σ und Δ werden dann der Verarbeitungsschaltung 7 zugeführt. Da die Bodenbaken in verschiedenen Entfernungen vom Flugzeug

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liegen, werden die zugehörigen Signale nicht gleichzeitig empfangen. Die Verarbeitungsschaltang 7 erkennt und trennt somit die Entfernungs- und Winkelinformationen für jede Bake.

In den Figuren 14 und 15 sind zwei Beispiele für die Empfangsschaltung 200 gezeigt, bei denen die Trennung der Bakensignale bei der Höchstfrequenz erfolgt. Sie enthalten beide eine Frequenzweiche (Diplexer) 201, welche die von der Antenne aufgefangenen und von der Schaltung 3 abgezweigten Signale empfängt und zwei verschiedene Signale liefert, von denen das eine die Frequenz F₀ + AF.J und das andere die Frequenz F_Q +AF₂ hat, wobei Fq die Sendefrequenz des meteorologischen Radargeräts ist und AF₁ und AFp die in den Baken vorgenommenen Frequenzumsetzungen darstellen.

Die Ausgangesignale der Frequenzweiche 201 werden zwei Mischstufen 202 und 203 zugeführt, die außerdem das Signal des in der Synchronisierschaltung 300 vorhandenen Überlagerungsoszillator^ empfangen und entsprechende Zwischenfrequenzsignale abgeben. Diese Signale werden dann von zwei Vorverstärkern 204 bzw. 205 verstärkt. Der anschließende Empfangsteil ist in den Figuren 14 und 15 verschieden. Bei der Anordnung von Fig. bleiben die Signale bis zum Ausgang der Schaltung 200 getrennt. Sie gehen nacheinander durch logarithmische Verstärker 206 bzw. 207 und durch Detektoren 208 bzw. hindurch, worauf sie zu dem Komparator 400 und der Addier· schaltung 500 (Fig. 13) übertragen werden.

Bei der Anordnung von Fig. 15 wird eines der Empfangssignale in einer Verzögerungsleitung 210 verzögert, deren Ausgang zusammen mit dem Ausgang des Vorverstärkers 205 mit einem logarithmischen Verstärker 211 verbunden ist, auf den e£gggffiYfö|tf folgt.

Im Fall von Fig. 14 bleiben die Signale simultan und sie werden in getrennten Schaltungen verarbeitet, während sie im Fall von Fig. 15 zeitlich getrennt und in den gleichen Schaltungen verarbeitet werden. Im letzten Fall erfolgt der Vergleich der Amplituden der Signale direkt in der Verarbeitungsschaltung 7 nach digitaler Codierung, ohne daß sie über den Komparator 400 und die Addierschaltung 500 gehen, die entfallen.

In Fig. 16 und 17 sind Empfangsschaltungen dargestellt, bei denen die Trennung der Signale bei der Zwischenfrequenz erfolgt.

Sie enthalten beide hintereinander ein Bandfilter 220, das die meteorologische Frequenz beseitigt (d.h. die Signale mit der meteorologischen Frequenz reflektiert) und nur die Bakensignale mit den Frequenzen F₀ + AF.« und Fq +AFg überträgt, wodurch die Bodenechos beseitigt, werden, eine Mischstufe 221, die außerdem das Signal des Überlagerungsoszillators in der Synchronisierschaltung 300 empfängt, einen breitband igen Vorverstärker und eine Frequenzweiche 223, welche die Zwischenfrequenztrennung der beiden Signale jeder Bake bewirkt. Der sich anschließende Erapfangsteil ist den Fällen von Fig. 14 bzw. 15 analog. Im Fall von Fig. 16 bleiben die Signale getrennt, und sie gehen nacheinander durch gleiche logarithmische Verstärker 224 bzw. 225 zu Detektoren 226 bzw. 227. Sie werden anschließend von dem Komparator verglichen bzw. von der Addierschaltung 500 addiert und dann zu der Verarbeitungsschaltung übertragen.

Im Fall von Fig. 17 wird eines der Bakensignale direkt zu einem logarithmischen Verstärker 229 übertragen, und das andere über eine Verzögerungsleitung 228. Die beiden zeitlich gegeneinander versetzten Signale werden anschließend einem einzigen Detektor 230 zugeführt und dann an die Verarbeitungsschaltung 7 angelegt. 509827/0591

In Fig. 18 ist ein letztes Ausführungsbeispiel· der Empfangsschaltung 200 dargestellt, bei dem die Trennung der Bakensignale möglichst nahe bei der Verarbeitungsschaltung erfolgt, damit die Bakensignale zur Verringerung der Winkelmeßfehler den gleichen V/eg zurücklegen.

Diese Schaltung enthält, wie in den vorhergehenden Fällen, hintereinander ein Bandfilter 220, eine Mischstufe 221 und einen breitbandigen Vorverstärker 222. Dann werden die Signale einem Begrenzerverstärker 231 zugeführt und durch eine Frequenzweiche 223 getrennt. Die getrennten Signale werden an Detektoren 226 und 227 angelegt, deren Ausgangssignale von den Schaltungen 400 und 500 verglichen bzw. addiert werden, bevor sie der Verarbeitungsschaltung 7 zugeführt werden.

Bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 14 bis 18 müssen die Schaltungen aureichend breite Durchlaßbänder haben, damit die für die Entfernungsmessungen notwendigen ansteigenden oder abfallenden Flanken übertragen werden. Dagegen ist für die Winkelmessungen nur die Amplitude der Signale bei der anschließenden Verarbeitung von Bedeutung, so daß eine schmälere Bandbreite ausreichen würde. Aus diesem Grund ist es möglich, bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen z.B. vor der Frequenzweiche eine Abzweigung vorzusehen, um die Empfangssignale nur für die Entfernungsmessungen zu breitbandigen Schaltungen zu übertragen. Die übrigen Schaltungen der Anordnung 200 müßten dann nicht unbedingt breitbandig sein.

Die Erfindung eignet sich für die Flugnavigation.

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Claims

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Patentansprüche

1* Flugnavigationshilfesystera, bei dem an Bord eine mit Impulsen arbeitende meteorologische Sende-Empfangs-Anordnung, die mit einer Antenne verbunden ist, sowie eine mechanische Antriebsvorrichtung für die Antenne vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden wenigstens eine Antwortbake (10) vorgesehen ist, welche die von dem meteorologischen Sender (1) ausgesendeten Signale empfängt und diese Signale mit wenigstens einer anderen Frequenz wieder aussendet, daß an Bord zwischen die Antenne und die meteorologische Sende~Empfangs-Anordnung (1) eine Höchstfrequenz-Weichenanordnung (3) eingefügt ist, welche die von jeder Bake als Antwort auf die Abfragung durch den meteorologischen Sender (!) wieder ausgesendeten und von der Antenne (2) empfangenen Signale während der Landephase zu einem spezialisierten Empfänger (6) leitet, und daß mit dem spezialisierten Empfänger (6) und mit der mechanischen Antriebsvorrichtung (5) für die Antenne eine Verarbeitungsschaltung (7) verbunden ist, um Informationen zu liefern, die eine Landehilfe ermöglichen.

2» System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezialisierte Empfänger (6) Empfangsschaltungen enthält, deren Bandbreite ausreichend groß ist, um die Flanken der empfangenen Impulse aufrechtzuerhalten, und daß die Verarbeitungsschaltung (7) Einrichtungen zur Messung des Zeitintervalls zwischen der Vorderflanke jedes Sendeirapulses und der Vorderflanke des entsprechenden, von jeder Bake kommenden Empfangsimpulses enthält.

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3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spezialisierte Empfänger Unterdrückungseinrichtungen (11, 21; Pig, 2) für Signale mit der Betriebsfrequenz der meteorologischen Sende-Empfangs-Anordnung enthält.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichenanordnung (3) eine Richtungsgabel (31; Pig. 2) enthält.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichenanordnung (3) einen Umschalter (33; Pig. 3) mit zwei Stellungen enthält, welcher die meteorologische Sende-Empfangs-Anordnung (1) in seiner ersten Stellung direkt und in seiner zweiten Stellung über eine Sende-Empfangs-Weiche (34) mit der Antenne (2) verbindet, und daß ein Ausgang der Sende-Empfangs-Weiche mit dem spezialisierten Empfänger (6) verbunden ist.

6. System nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Terzweigungseinrichtung (3) eine Kopplungseinrichtung (32) für die Übertragung eines Bruchteils der Energie der Sendeimpulse zu dem spezialisierten Empfänger (6) enthält.

7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antenne (2) Anordnungen zur Messung von Winkelablagen (AS, AG) zugeordnet sind, daß der spezialisierte Empfänger (6) wenigstens einen Empfangsweg enthält, der direkt mit den Winkelablagemeßanordnungen verbunden ist, und daß der Empfangsweg Piltereinrichtungen (18, 28; Pig. 2) enthält, die an die Breite der Empfangsimpulse angepaßt sind.

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8. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß •jede Bodenbake (10) Einrichtungen enthält zur Wiederaussendung der empfangenen Signale auf wenigsten zwei verschiedenen Frequenzen und jeweils mit Richtdiagrammen (D1, D2; Fig. 6), deren Richtungen maximaler Strahlung gegeneinander derart versetzt sind, daß wenigstens eine Raumebene (P) definiert wird, bei der an jedem Punkt die Araplitudengleichheit der mit zwei verschiedenen Frequenzen wieder ausgesendeten Signale realisiert ist, und daß der spezialisierte Bordempfanger Einrichtungen zur Trennung und zum Amplitudenvergleich der von jeder Bake kommenden Empfangssignale enthält.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der spezialisierte Empfänger eine Frequenzweiche (201; Fig. 14) zur Trennung der von jeder Bake wieder ausgesendeten Signale enthält, daß jedes dieser Signale anschließend einem Mischer (202, 203), einem Vorverstärker (204, 205), einem logarithmischen Verstärker (206, 207) und einem Detektor (208, 209) zugeführt wird, und daß die Ausgangssignale der Detektoren an eine Amplitudenvergleichsschaltung (400) angelegt werden, die ein Signal liefert, das von dem Winkelabstand zwischen dem Flugzeug und der Bezugsebene der betreffenden Bake abhängig ist.

10. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der spezialisierte Empfänger eine Frequenzweiche (201; Fig.15) zur Trennung der von jeder Bake wieder ausgesendeten Signale enthält, daß jedes dieser Signale anschließend einem Mischer (202, 203) und einem Vorverstärker (204, 205) zugeführt wird, und daß die Ausgangssignale der Vorverstärker einerseits direkt und andererseits über eine Verzögerungsleitung (210) nacheinander einem logarithmischen Verstärker (211) und einem Detektor (212) zugeführt werden.

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11. System nach Anspruch 8, dadurch, gekennzeichnet, daß der spezialisierte Empfänger Filtereinrichtungen (220; Fig. 16 bis 18) zur Unterdrückung der Signale mit der Frequenz des meteorologischen Senders, Frequenzumsetzereinrichtungai(221, 300), Zwischenfreq_uenzfiltereinrichtungen (223) zur Trennung der Signale jeder Bake, Verstärkereinrichtungen für die Signale (224» 225, Pig. 16; 229, Pig. 17; 231, Pig. 18) Detektoreinrichtungen (226, 227) und eine Anordnung (400) zum Vergleich der Amplituden der Signale enthält.

12. System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß jede Bake einen Reflektor (101; Pig. 6), eine Anzahl von Strahlern (102 bis 107), die in der Brennebene des Reflektors angeordnet und in wenigstens zwei geometrisch' gegeneinander versetzte Gruppen unterteilt sind, eine Anzahl von Frequenzurasetzerschaltungen (112 bis 117), die jeweils mit den Strahlern gekoppelt sind, und wenigstens zwei verschiedene Frequenzen erzeugende Oszillatoren (110, 120) enthält, und daß jeder Oszillator mit allen Prequenzumsetzerschaltungen verbunden ist, die mit den Strahlern der gleichen Gruppe gekoppelt sind.

13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Baken verwendet werden, von denen jede zwei Gruppen von Strahlern erhält, die symmetrisch zueinander zu beiden Seiten einer Bezugsebene angeordnet sind, daß eine der Baken auf der Achse der Landebahn an deren Ende angeordnet ist, daß eine weitere Bake auf der einen Seite der Landebahn angeordnet ist und daß die Bezugsebenen der Baken parallel zu der theoretischen Gleitbahnebene für die betreffende Landebahn sind.

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14. System nach Ansprach 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Baken verwendet werden, von denen jede vier Gruppen von Strahlern enthält, die symmetrisch zu beiden Seiten von zwei zueinander senkrechten Bezugsebenen angeordnet sind, daß eine der Baken auf der Achse der Landebahn angeordnet ist, daß die andere Bake auf der einen Seite der Landebahn angeordnet ist, und daß" eine der Bezugsebenen jeder Bake parallel zu der vertikalen Ebene liegt, welche die Achse der Landebahn enthält, während die andere Bezugsebene parallel zu der theoretischen Gleitbahnebene für die betreffende Landebahn ist.

15. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Baken verwendet werden, von denen jede zwei Gruppen von Strahlern enthält, die symmetrisch zu beiden Seiten einer Bezugsebene angeordnet sind, daß eine der Baken auf der Achse der Landebahn jenseits deren Ende angeordnet ist, wobei ihre Bezugsebene mit der die Achse der Landebahn enthaltenden vertikalen Ebene zusammenfällt, und daß eine weitere Bake auf der Seite der Landebahn angeordnet ist, wobei ihre Bezugsebene parallel zu der Gleitbahnebene für die betreffende Landebahn ist.

16. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsanordnung (7) mit einer Höhenmeßan— Ordnung (50; Fig. 4) verbunden ist und Einrichtungen zur Berechnung der Höhenwinkel aufgrund der Entfernungs- und Höheninformationen enthält.

17. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Yerarbeitungsanordnung (7) mit einem ILS-Navigationssystem (51; Fig. 5) verbunden ist und Einrichtungen zur Berechnung von Höhenwinkeln und Höhen aufgrund der von dem ILS-System gelieferten Informationen und der Entfernungsinformationen enthält.

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