DE2523504C3

DE2523504C3 - DME-Bodenstation

Info

Publication number: DE2523504C3
Application number: DE2523504A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Ing. 8013 Haar Vachenauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-05-27
Filing date: 1975-05-27
Publication date: 1981-07-16
Also published as: DE2523504A1; DE2523504B2; US4090200A

Description

Das Hauptpatent bezieht sich auf eine DME-Bodenstation, bei der die Einfallsrichtung der empfangenen Abfrageimpulse nacb dem Prinzip der Interferometerpeilung gewonnen wird, unter Verwendung einer Vielzahl von Antennen und diesen zugeordneten Empfängern, unter Anwendung der Kombination:

a) eines für sich bekannten interferometrischen Peilverfahrens, bei welchem die von den Antennen empfangenen Trägersignale in den Empfängern einer signalabhängigen Verstärkungsregelung unterworfen werden, und danach zu jedem Signal ein um 90° in der Phase verschobenes, zweites Signal erzeugt wird, wobei von einer Auswerteeinrichtung alle Signale zu einem gemeinsamen Meßzeitpunkt abgefragt werden und an dec Signalpaarcn für jeden Empfangskanal das augenblickliche Signal nach Betrag und Phase und aus den so ermittelten Signalvektoren die Einfallsrichtung des empfangenen Signals berechnet wird,

b) mit einem Verfahren zur signalabhängigen Verstärkungsregelung, bei welchem automatisch mit dem Anstieg der Vorderflanke des jeweiligen Signalimpulses stets bei Erreichen eines festgelegten Schwellenwertes der Pegel um einen festgelegten Betrag vermindert wird, so daß sich eine stufenweise Pegelreduzierung bis in denjenigen Bereich ergibt, in welchem der festgelegte Schwellenwert durch den einlaufenden Signalimpuls nicht mehr erreicht wird.

Bei einer solchen DME-Bodenstation muß in einem geeigneten Augenblick an allen Empfängerausgängen gleichzeitig die Ausgangsinformation gemessen werden, um die augenblicklichen Phasen- und Amplitudenverhältnisse festzuhalten, so daß aufgrund des Verhaltens jedes Einzelempfängers Rückschluß auf die an dem den F.rnpfängecn zugeordneten Antennenvielfach aufgetre· lene Wellenfront getroffen werden kann. Bei der Vermessung von DMF.-Impulsen nach Amplitude und Phase kommt es darauf an, daß die Auswertung der Information auf der Vorderflanke stattfindet, weil dort die Möglichkeit der Störung durch Umwegeausbreitung am geringsten ist. Aufgabe der Erfindung ist es. einen geeigneten Meßzeitpunkt zu ermitteln, der /.. Ii. zwischen dem 50°/o- und 90%-Punkt der Impulsumhül-

lenden des glockenförmigen DME-Impulses liegt.

Gemäß der Erfindung, die sich auf eine DME-Bodenstation der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei jedem einzelnen Empfänger ein individueller Meßzeitpunkt derart ermittelt wird, daß von der stufenweisen Pegelreduzierung abgeleitete Schaltimpulse eine wiedertriggerbare monostabile Kippstufe mit einer bestimmten Haltezeit anstoßen, bei deren Ablauf der individuelle Meßzeitpunkt von jedem Empfänger abgegeben wird, daß die Haltezeit der wiedertriggerbaren monostabilen Kippstufe so gewählt ist, daß ihr Ablauf zeitlich innerhalb eines bestimmten Bereichs vor dem Maximum des zu messenden Signalimpulses erfolgt, daß nach diesem individuellen oder dem für alle Empfänger gemeinsamen Meßzeitpunkt beim jeweiligen Empfänger eine weitere stufenweise Pegelreduzierung gesperrt wird und daß ein hinsichtlich der zeitlichen Eintreffolge ausgewählter individueller Meßzeitpunkt als gemeinsamer Meßzeitpunkt für die gleichzeitige Messung der Empfangsvektoren alier Empfänger herangezogen wird. Der zeitliche Abstand zweier Schaltimpulse des Pulsreduziergliedes, das sich durch automatische Pegeländerung stufenweise so einstellt, daß keine Übersteuerung auftritt, wird dazu ausgenutzt, die wiedertriggerbare monostabile Kippstufe zu steuern. Der zeitliche Abstand zweier Schaltimpulse ist um so kleiner, je weiter die betreffenden Schaltimpulse vom Maximum des zu messenden Funksignalimpulses entfernt sind. Wenn der nächstfolgende Schaltimpuls noch innerhalb jo der Haltezeit der monostabilen Kippstufe liegt, wird diese wieder angestoßen. Liegt dagegen der nächstfolgende Schaltimpuls außerhalb der Haltezeit oder trifft überhaupt kein Schaltimpuls mehr ein, so fällt die monostabile Kippstufe ab. «

Zur Erzielung eines möglichst regelmäßig vor dem Pulsmaximum liegenden Meßzeitpunktes ist es zweckmäßig, die zu messenden Funksignalimpulse in jedem der Empfänger noch zusätzlich an eine oder mehrere wiedertriggeroare monostabile Kippstufen mit gleicher Haltezeit zu geben, deren Ansprechschwellen jedoch unterhalb des Stufenabstandes des Verstärkern bzw. des Dämpfungsgliedes liegen. Dabei werden die Abfallflanken aller monostabilen Kippstufen über Mehrfach-Oder-Gatter verknüpft, so daß aus dir am Gatterausgang erscheinenden Impulsgruppe der jeweils erste Impuls als individuelles Meßzeitpunktsignal der jeweiligen Empfängerstation ermittelt werden kann.

In vorteilhafter Weise erfolgt das erste Anstoßen der wiedertriggerbaren monostabilen Kippstufe jedes einzelnen Empfängers bereits dann, wenn der Momentanwert des empfangenen Funksignalimpulses die Rauschschwelle überschreitet. Durch diese Maßnahme kann auch im untersten Eingangspegelbereich des zu messenden Funksignalimpulses, der keinen Schalt- « sprung erforderlich macht, ein individueller Meßzeitpunkt abgeleitet werden. Wird nur die Rauschschwelle und keine Schaltschwelle überschritten, so liegt der individuelle Meßzeitpunkt um die Haltezeit hinter dem Zeitpunkt des Übersehreitens der Rauschschwelle, «>o

Damit die Ermittlung des gemeinsamen Mcßzcitpunkies möglichst nicht durch ein Signal ausgelöst wird, welches nur einen geringen Abstand vom Rauschsignal oder nur zufälligen Charakter aufweist, werden den individuellen Meß/ei'punkten zugeordnete Signale bis i> zum Überschreiten einer Schwelle aufsummiert, die so eingestellt ist. daß zu ihrer Überschreitung die individuellen Meßzeitpunktsignale einer bestimmten Teilanzahl aller Empfänger erforderlich ist. Erst bei Überschreiten der Schwelle wird ein gemeinsamer Meßzeitpunktimpuls an alle Empfänger zur Vektormessung und eventuell auch zum Sperren der Verstärker bzw, Dämpfungsglieder der Empfänger abgegeben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausschnittschaltbild eines einzelnen Empfängers,

Fig.2 einen Impulsplan für verschiedene Stellen des Blockschaltbildes nach F i g. 1,

Fig.3 das Blockschaltbild für die Ermittlung eines individuellen Meßzeitpunkts,

Fig.4 den Verlauf des zeitlichen Abstandes des individuellen Meßzeitpunktimpulses vom Maximum des zu messenden Funksignalimpulses &ls Funktion des Eingangspegels,

Fig.5 eine gegenüber der Anordnung nach Fig.3 erweiterte Schaltung,

Fig.6 den Verlauf des zeitlichen Abstandes des Meßzeitpunktimpulses vom Maximum des zu messenden Funksignalimpulses als Funktion des Eingangspegels für die Anordnung nach F i g. 5,

F i g. 7 die resultierende zeitliche Schwankung eines individuellen Meßzeitpunktes der Anordnung nach F i g. 5, und

F i g. 8 ein Blockschaltbild zur zentralen Bestimmung eines gemeinsamen Meßzeitpunktes für alle Empfänger.

F i g. 1 zeigt im Blockschaltbild einen Ausschnitt aus dem ZF-Teil eines Einzelempfängers eines Empfängervielfachs zur vektoriellen Auswertung von DME-Impulsen. Ein von 1 GHz über 63 MHz auf 4 MHz umgesetzter DME-Impuls 1 gelangt in einen Schaltverstärker 2. Dieser reduziert seine Verstärkung in Schritten von 10 dB immer dann, wenn ein Komparator 3 angibt, daß eine bestimmte Schaltschwelle (z. B. 10 dB) überschritten wird. Eine Schaltlogik 4 steuert die entsprechenden Schaltungselemente im Schaltverstärker 2. F i g. 2 zeigt in der ersten Zeile einen DME-Impuls 1. Arn Ausgang des Schaltverstärkers 2 erscheint der in der zweiten Zeile von Fig.2 dargestellte Impuls. Zur Lösung des Problems der Meßzeitpunktermktlung wird der zeitliche Abstand At zweier 10-dB-SchaItimpulse herangezogen (Fi g. 2, Zeile 3). at ist um so kleiner, je weiter die betreffenden Schaltimpulse vom Maximum entfernt sind. Die Schaltimpulse stoßen eine wiedertriggerbare monostabile Kippstufe mit dem Haltebereich t an (Fig.2, Zeile4). Wenn der nächstfolgende Schaltimpuls noch innerhalb der Zeit t liegt, wird die Kippstufe wieder angestoßen. Im Beispiel von Fig.2 hört dieser Zustand nach dem dritten Impuls auf, so dab der A'«Rang der Kippstufe nach der Haltzeit auf Null schaltet. Die Zeitkonstante t der monostabilen Kippstufe wird so gewählt,rlaß das Zurückkippen zwischen dem 50%- und 90%-Punkt, bezogen auf das Maximum des DME-Impulses, erfolgt. Der für den Empfänger individuelle Meßzeitpunkt wird entsprechend F i g. 2, Zeile 5 mit der Zeu f« vor dem DME-Impulsmaximum abgegeben. Die Abfallflanke des Ausgangsimpulses der monostabiien Kippstufe wird als Meßzeitpunk'impuls abgegeben. Jeder Einzelempfänger erzeugt diesen Impuls für sich. Die Schaltung zur Ermittlung des individuellen Meßzeitpunktes, der einer zentralen Baugruppe zur Festlegung eines für alle Empfänger gemeinsamen Meßzeitpunktes zur Verfügung gestellt wird, ist in Fig. I mit 5 bezeichnet.

Ein Schaltungsbeispiel zur Ermittlung des individuel-

len Meßzeitpunktes eines Empfängers zeigt F i g. 3. Der vom Schaltverstärker kommende Impuls überschreitet die Rauschschwelle und stößt eine einem ODER-Gatter 6 nachgeschaltete wiedertriggerbare monostabile Kippstufe 7 an. Ein Rauschschwellenkomparator 8 wurde · eingeführt, um auch im untersten Eingangspegelbereich. der keinen Schaltsprung erforderlich macht, den Meßzeitpunkt ableiten zu können. Dem Rauschschwellenkomparator 8 ist ein Impulsformer 9 nachgeschaltet. Wird nur die Rauschschwelle und keine Schaltschwelle m überschritten, so liegt der Meßzeitpunkt um die Zeit t ( = Haltezeit der monostabilen Kippstufe 7) hinter dem Rauschschwellenpunkt. Steigt der Eingangspegel, so wird auch die .Schaltschwelle (10 dB) überschritten. Das ein- oder mehrmalige Oberschreiten dieser Schalt- ' ■ schwelle wird mit dem Komparator 3 festgestellt, dem ein Impulsformer 10 nachgeschaltet ist. Der vom Impulsformer 10 (monostabile Kippstufe) gelieferte Schaiiimpuis stößt über das Oder-Gaüer 6 die wiedertriggerbare Kippstufe 7 zusätzlich an. Die im :» Differenzierglied 11 differenzierte Abfallflanke des Ausgangsimpiilses der Kippstufe 7 wird als individueller Meßzeitpunktimpuls 12 des Einzelempfängers abgegeben.

Dieser wird dazu benutzt, um das Schalten weiterer :< Dämpfungsschritte im Schaltverstärker zu verhindern und um die Auswertung im Empfänger auszulösen.

Fig. 4 zeigt den Verlauf des /eitlichen Abslandes t\, des individuellen Meßzeitpunktes vom Maximum des DME-Impulses als Funktion des Eingangspegels ρ (dB), e Bei einem Eingangspegel von p=-90dB wird die Rauschschwelle gerade überschritten. Mit wachsendem Pegel ρ wird der zeitliche Abstand t\_t größer, weil die Schwelle, bezogen auf das Maximum, früher überschritten w ird. Diese Tendenz bleibt so lange erhalten, bis der < ■ erste Schaltimpuls auftritt und in den Haltebcreich ι der Kippstufe 7 fällt. Dies hat zur Folge, daß sich die Impulsbreite der Kippstufe 7 verdoppelt und der zeitliche Abstand t\i zum Maximum sich entsprechend verringert. Dadurch entsteht der gezeichnete Sägezahn- -■ verlauf mit der Schwankung JrI.

ΠίΛίρς tnriinaarlitTP V^rhaltpn dp*, intiivliinpllpn

Meßzeilpunktes (Digitalisierungsfehler) kann durch eine Erweiterung der Schaltung nach F i g. 3 reduziert werden. ⁴"

Das Blockschaltbild nach F ι g. 5 zeigt eine Anordnung, bei der zur Bildung des resultierenden individuellen Meßzeitpunktes eines Empfängers die einfache Schaltung nach F i g. 3 durch zwei weitere Kanäle erweitert ist. Neben der Rauschschwelle (Rauschschwel- -' lenkomparator 8? nnd der Schaltschwelle (Schaltschw ellenkomparator 3 mit Impulsformer 10) sind zwei zusätzliche Schwellen eingeführt. Die eine dieser zusätzlichen Schwellen liegt um etwa 3 dB und die andere Schw eile um etwa 6 dB unter der Schaltschwelle ν (!OdB). Durch Kornparatoren 13 und 14 für diese Schwellen werden über Impulsformer 15 bzw·. 16 zwei wiedennggerbare monostabile Kippstufen 17 bzw. 18 angestoßer,. Diese haben prinzipiell die gleiche Funktion wie die über das Oder-Gatter 6 angesteuerte <■< Kippstufe 7 und erzeugen zusätzliche, gegeneinander versetzte Sägezahnkurven. so daß sich das in Fig. 6 dargestellte Bild ergibt. Dabei fällt die durchgezogene Sägezahnkur\e am Ausgang des Differenzicrglieds 11. die gepunktsirichelte Sägezahnkurve am Differenzier- >■■'■ elied 19 und die gestrichelte Sägezahnkurve am Differenzierglied 20 an. [edes der Differenzierglieder 11, 19 und 20 differenzier: jeweils die Abfallflanke der davor liegenden monostabilen Kippstufe 7 bzw. 17 bzw. 18.

Die Abfallflanken der monostabilen Kippstufen werden entsprechend Fig. 5 über ein Dreifach-Oder-Gatter 21 verknüpft. Am Gatterausgang erscheint eine Impulsgruppe. Aus dieser Gruppe soll der jeweils erste Impuls ermittelt werden. Dies geschieht durch eine monostabile Kippstufe 22. Die in einem Differenzierglied 23 ermittelte Anstiegsflanke des Ausgangsimpulses gibt den Zeitpunkt des jeweils ersten Impulses an. Dieser Zeitpunkt wird als resultierender individueller Meßzeitpunkt 24 pro Einzel-Empfänger ausgegeben. Die monostabile Kippstufe 22 reagiert auf den frühest eintreffenden Impuls, d. h. die Vorderflanke des Ausgangsinipulses durchläuft zuerst die durchgezogene Kurve. Bei p-— 8OdB erfolgt der Übergang auf die Punkt-Strich-Kurve. Bei p= — 76 dB übernimmt die gestrichelte Kurve und bei p=-73dB wird die

VC WICUCI VT Il

Das Ergebnis ist in F i g. 7 dargestellt. Der zeitliche .Schwankungsbereich Δτι des Meßzeitpunktes in Bezug auf das Maximum des DME-Impulses ist damit gegenüber der Anordnung nach F i g. 3 deutlich reduziert worden.

Bei einem Empfängervielfach (z. B. 32 Empfänger) liefert jeder Empfänger einen gesonderten Meßzeitpunkt. Diese treffen nicht gleichzeitig ein, weil an den F.mpfä: <,ern unterschiedliche Pegel ankommen.

Die an die einzelnen Empfänger angeschlossenen Auswerter liefern nur dann brauchbare Meßergebnisse der Amplitude um! Phase, wenii in allen Auswertern genau zum gleichen Zeitpunkt gemessen wird. Daraus folgt, daß aus den Daten der Einzelempfänger ein resultierender Meßzeitpunktimpuls abgeleitet werden muß. der dann an die Auswerter in allen Empfängern gegeben wird. Dort wird er dazu benützt, um den Befehl zum Abtasten des anliegenden Spannungswertes zu liefern. In F i g. 8 ist eine Vielzahl von mit Antennen 25 ausgestatteten Empfängern 26 vorgesehen, die jeweils einen Auswerter 27 aufweisen. Die individuellen Meßzeitpunktimpulse 28 der Einzelempfänger 26 laufen in eine Inteerntionsschaltune 29. die in einer zentralen Baugruppe untergebracht ist. Die Integration erfolgt /. B. durch Ladung eines Kondensators. Bei Überschreiten einer bestimmten Schwelle 30. was durch einen Komparator 31 festgestellt wird, entsteht der »zentrale Meßzeitpunktimpuls« 32. der in einem Impulsformer 33 noch eine einheitliche Ausgestaltung erfährt. Diese Schwelle 30 wird so eingestellt, daß die individuellen Meßzeitpunktimpulse 28 von z. B. zehn Empfängern 26 notwendig sind, um sie zu überschreiten. Dabei ν erden die zehn ersten Meßzeitpunktimpulse 28 wirksam. Liefern weniger als zehn Empfänger 26 Meßzeitpunktimpulse 28. so kann angenommen werden, daß kein empfangswürdiges Signal vorliegt. Die in den Auswertern 27 zum gemeinsamen Meßzeitpunkt gemessenen Amplituden- und Phasenwerte des einlaufenden Funk-Mgnalimpulses werden an den Ausgängen 34 zur Datenaufbereitung weitergegeben.

Da aufgrund unterschiedlicher Pegel der zeitliche Abstand r_M zum Maximum des DME-Impulses statistisch verteilt ist. wird der zeitliche Schwankungsbereich Δτ2 (Fig. 7) weiter reduziert. Der Schwerpunkt dieses Bereiches liegt dann bei einer Gruppe von z. B. 32 Empfängern im oberen Drittel (Atj in F i g. 7).

Der zentrale gemeinsame Meßzeitpunkt könnte auch dadurch gebildet werden, daß alle Einzelmeßzeitpunktimpulse über ein Vieifach-Oder-Gatter verknüpft

werden, so daß der frühest erscheinende Impuls als zentraler Meßzeitpunkt abgegeben wird. Obwohl der .Schwankungsbereich dadurch noch weiter eingeengt wäre, ist diese Lösung nicht so zweckmäßig, weil dann der zentrale Meßzeitpunkt zu sehr von Zufälligkeiten einzelner Empfänger abhängig wäre, die durch Rauschen Li Jingt sein können.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U DM E-Bodenstation, bei der die Einfallsrichtung der empfangenen Abfrageimpulse nach dem Prinzip der Interferometerpeilung gewonnen wird, unter Verwendung einer Vielzahl von Antennen und diesen zugeordneten Empfängern, unter Anwendung der Kombination:

a) eines für sich bekannten interferometrischen Peilverfahrens, bei welchem die von den Antennen empfangenen Trägersignale in den Empfängern einer signalabhängigen Verstärkungsregelung unterworfen werden, und danach zu jedem Signal ein um 90° in der Phase verschobenes, zweites Signa! erzeugt wird, wobei von einer Auswerteeinrichtung alle Signale zu einem gemeinsamen Meßzeitpunkt abgefr^gi werden und an den Signalpaaren für jeden Empfangskanal das augenblickliche Signal nach Betrag und Phase und aus den so ermittelten Signalvektoren die Einfallsrichtung des empfangenen Signals berechnet wird,

b) mit einem Verfahren zur signalabhängigen Verstärkungsregelung, bei welchem automatisch mit dem Anstieg der Vorderflanke des jeweiligen Signalimpulses stets bei Erreichen eines festgelegten Schwellenwertes der Pegel um einen festgelegten Betrag vermindert wird, _J0 so daß sich eine stufenweise Pegelreduzierung bis in denjenigen Bereich ergibt, in welchem der festgelegte Schwellenwert durch den einlaufenden Signalimpuls nicht mehr erreicht wird,

nach Patent 24 53 904, «

dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem einzelnen Empfänger ein individueller Meßzeitpunkt derart ermittelt wird, daß von der stufenweisen Pegelreduzierung abgeleitete Schaltimpulse eine wiedertriggerbare monostabile Kippstufe (7) mit ⁴" einer bestimmten Haltezeit anstoßen, bei deren Ablauf der individuelle Meßzeitpunkt von jedem Empfänger abgegeben wird, daß die Haltezeit der wiedertriggerbaren monostabilen Kippstufe (7) so gewählt ist, daß ihr Ablauf zeitlich innerhalb eines bestimmten Bereichs vor dem Maximum des zu messenden Signalimpulses erfolgt, daß nach diesem individuellen oder dem für alte Empfänger gemeinsamen Meßzeitpunkt beim jeweiligen Empfänger eine weitere stufenweise Pegelreduzierung gesperrt >o wird und daß ein hinsichtlich der zeillichen Eintreffolge ausgewählter individueller Meßzeitpunkt als gemeinsamer Meßzeilpunkt für die gleichzeitige Messung der Empfangsvektoren aller Empfänger herangezogen wird. >'->
2. DME-Bodenstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den individuellen Meßzeitpunkten zugeordnete Signale bis zum Überschreiten einer Schwelle aufsummiert werden, die so eingestellt ist. daß zu ihrer Übcfsehfeilüng die individual- *" len Meßzeitpunktsignale einer bestimmten Teilanzahl iillcr Empfänger erforderlich ist. und daß bei Überschreiten der Schwelle ein gemeinsamer Meßzeitpunktimpuls an alle Empfänger /ur Vektormessung und eventucil auch /um Sperren der "' Pegelredu/icrung in den Empfängern abgegeben wird.
3. DM H-Bodenstation nach Anspruch I oder 2.

dadurch gekennzeichnet, daß das erste Anstoßen der wiedertriggerbaren monostabilen Kippstufe (7) jedes einzelnen Empfängers bereits dann erfolgt, wenn der Momentanwert des empfangenen Funksignalimpulses die Rauschschwelle überschreitet
4. DME-Bodenstation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messenden Funksignalimpulse in jed<^ der Empfangsstationen noch zusätzlich eine oder mehrere wiedertriggerbare monostabile Kippstufen (17, 18) mit gleicher Haltezeit ansteuern, deren Ansprechschwellen jedoch unterhalb des Stufenabstandes des Pegelreduaiergliedes liegen, daß die Abfallflanken aller monostabilen Kippstufen (17,18) über ein Mehrfach-Oder-Gatter (21) verknüpft werden und daß aus der am Gatterausgang erscheinenden Impulsgruppe der jeweils erste Impuls als individuelles Meßzeitpunktsignal des jeweiligen Empfängers ermittelt wird.