DE2618807A1 - Zweiwegentfernungsmesseinrichtung, insbesondere fuer ein mittelstreckennavigationssystem und/oder fuer ein landesystem - Google Patents

Description

Patentanwalt
7 Stuttgart 30
Kurze Str.8

J.S.Legrand-19

INTERNATIONAL STAInTDARD ELECTRIC CORPORATION, HEW YOPK

naohträgllch g»&ndert

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zweiwegentfernungsmeßeinrichtung, insbesondere für ein Mittelstreckennavigationssystem und/oder für ein Landesystem, bei der von einer Abfragestation und einer Antwortstation Abfragesignale und Antwortsignale abgestrahlt bzw. empfangen werden, bei der diese Signale jeweils in einem von vier Bereichen, die den TACAN-Frequenzbereich von 962 bis 1213 MHz gleichmäßig aufteilen, empfangen bzw. abgestrahlt werden und bei der aus der Laufzeit der Signale, die- aus einem oder mehreren Impulsen bestehen, in der Abfragestation die Entfernung zwischen Abfrage- und Antwortstation ermittelt wird.

Das gegenwärtige TACAN/VORTAC/DME-System (nachfolgend nur TACAN genannt) benutzt im Luftfahrzeug einen Sender im Frequenzbereich von 1025-1150 MHz. Der Sender strahlt ein Paar gaußförmiger Abfrageimpulse aus, von denen die Impulse jedes Paares beim X-Modus 12 Mikrosekunden und beim Y-Modus 36 Mikrosekunden Abstand voneinander haben. In herkömmlichen Transnondern werden beim Empfang der Abfrageimnulse Triggerimpulse erzeugt, die dann Antwortimpulse initiieren. Wenn

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22.4.1976

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Abfrageimpulse nach dem X-Modus empfangen werden, bestehen die Antwortimpulse aus einem Paar gaußförmiger Impulse, die 12 Mikrosekunden Abstand voneinander haben. Diese Antwortimpulse werden im Frequenzbereich von 962-1024 MHz oder 1151-1213 MHz gesendet. Wenn Abfrageimrmlse nach dem Y-Modus empfangen werden, besteher die Antwortimpulse aus einem Paar gaußförmiger Impulse, die 30 Mikrosekunden Abstand voneinander haben. Diese Antwortimpulse werden im Frequenzbereich von 1025-1150 MHz gesendet. In jedem Fall beträgt die Differenz zwischen der gesendeten und der empfangenen Frequenz - 63 MHz. Dies gilt für die Luftfahrzeua- und die Bordeinrichtung und stellt eine sehr brauchbare Anordnung dar, weil die gleiche HF-Quelle dann für den Sender und für den Empfängeroszillator verwendet werden kann, da die erste Zwischenfrequenz (ZF) des Empfängers gleich 63 MHz ist.

Mit der oben beschriebenen bekannten Kanalzuordnung ist auch eine Entfernungsmessung zwischen Bordgeräten möglich, wobei gaußförmige Impulspaare abgestrahlt und gaußförmige Einzelimpulse als Antwort empfangen v/erden. Dieses nennt man den Luft/Luft-Modus. Die Gende- und Empfanasfreauenzen liegen im Frequenzbereich von 1025-1150 MHz und die Differenz zwischen der Sende- und Empfangsfrequenz beträgt ebenfalls 63 MIIz. Die vollständigen Angaben können der Vorschrift MlL-STD 291 entnommen werden.

Bei den konventionellen L-Band DME-Systemen (Distance Measuring Equipment), die durch die International Civil Aviation Organization (ICAO) standardisiert sind, bestehen

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die Abfrage- und Antwortsignale aus Paaren von gaußförmiaen Impulsen ir.it Impulslängen von 3,5 ys und Impulsanstiegszeiten in der Größenordnung von 2,5 ys. Die erzielbare Genauigkeit, begrenzt durch die Anstiegszeit, ist kleiner als die bein Mikrowellenlandesystem (MLS) gewünschte. MLS wurde von einem Sonderausschuß der Radio Technology Commission for Aeronautics vorgeschlagen. Jedoch muß aufgepaßt werden, daß nicht irgendein neues Präzisions-DME-Systero im L-Band das dort arbeitende konventionelle NAV/ILS L-Band System stört bzw. von diesem gestört wird.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Präzision's-DME im TACAN-Band mit einer solchen KanalZuordnung anzugeben, daß ein Betrieb unabhängig von oder in Verbindung mit dem bestehenden TÄCAN-Systerr möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 ein bekanntes Kanalscheira des bestehenden TACAN-Systemes;

Fig.2 ein erstes Kanalschema gemäß der Erfindung; Fig.3 ein zweites Kanalschema gemäß der Erfindung;

Fig.4 ein Blockschaltbild einer Abfrageeinrichtung, wobei das Kanalschema gemäß Fig.2 verwendet wird;

Fig.5 ein Blockschaltbild einer Bodenstation, die entweder auf phasenkodierte oder herkömmliche Abfraaesignale antworten kann;

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Fig.6 ein Blockschaltbild einer Standard TACAN-Einrichtung im Luftfahrzeug, die mit einen Zusatzgerät zuir Empfangen von hochgenauen phasenkodierten Antwortsignalen versehen ist.

In Fig.1 ist ein konventionelles TACAN-Kanalschema dargestellt. Auf X-Modus Abfrageimpulse im Frequenzbereich von 1025-1087 MIIz wird mit Antwortimpulsen im Freauenzbereich von 962-1024 MHz geantwortet. Auf X-Modus Abfrageimpulse im Frequenzbereich von 1088-1150 MHz wird mit Antwortimpulsen im Frequenzbereich von 1151-1213 MHz geantwortet. In jedem Fall beträgt die Frequenzdifferenz 63 MHz.

Auf Y-Modus Abfrageimpulse im Frequenzbereich von 1025-1087 MHz wird mit Antwortimpulsen im Frequenzbereich von 1088-115OMHz geantwortet. Auf Y-Modus Abfrageimpulse im Frequenzbereich von 1088-1150 MHz wird mit Antwortimpulsen im Frequenzbereich von 1025-1087 MHz geantwortet. In'jedem Fall beträgt die Frequenzdifferenz - 63 MHz.

Die Fig.2 und die Tabelle I zeigen das neue Kanalschema für das vorgeschlagene MLS-System.

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Tabelle I

Kanal

126X
126Y

Abstrahlung von Bord (MHz)

962 962

1024 1024 1151 1151

1213 1213

Abstrahlung vom
Boden

1151
1151

1213
1213
962
962

1014
1024

Zwischenfreauenz

189 189

189 189 189 189

189 189

Abfrageimpulse im X- und im Y-Modus im Frequenzbereich von . 962-1024 MHz werden nur Antwortimpulse im Freauenzbereich von 1151-1213 MHz hervorrufen. Abfrageimpulse im X- und im Y-Modus im Frequenzbereich von 1151-1213 MHz werden mit Antwortimpulsen im Frequenzbereich von 962-1024 MHz beantwortet. Bei Anwendung dieses 'neuen Kanalschemas beträgt die Differenz zwischen empfangenem und abgestrahltem Siqnal 189 MHz.

Aus der Fig.2 und der Tabelle I kann entnommen werden, daß beim Luftfahrzeugsender die Kanäle 1 bis 63 im Frequenzbereich von 962-1024 Γ!Hζ und die Kanäle 64 bis 126 im Frequenzbereich von 1151-1213 MHz liegen, so daß 126 HF-Kanäle belegt sind. Wenn zwei Kodes (X und Y) für jede

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Frequenz verwendet werden, sind zusammen 252 Kanäle möglich.

Natürlich müssen sich die abgestrahlten Impulse von den konventionellen TACAN-Impulsen unterscheiden, so daß der Bodenempfänger sie von den Impulsen des X-Modus vom TACAN-Bodenfunkfeuer im gleichen Frequenzband unterscheiden kann. Ein bevorzugt ausgestrahltes Signal, ist ein in einer Phase kodierter Impuls mit einer Dauer von 3,33 bis 5 Mikrosekunden.

Die wesentlichen Elemente einer Abfrageeinrichtung mit dem Kanalschema gemäß Fig.2 sind in Fig.4 dargestellt. Diese Abfrageeinrichtung kann auch als TACAlI-Abfragegerät benutzt werden.

Es wird angenommen, daß das MLS-System im Kanal 1X arbeitet. Eine Steuereinheit 1 stellt einen Synthesizer 2 auf 962 MHz, einen Vorwähler 6 auf 1151 MHz, einen TACAN/MLS Schalter 8 in die MLS Position und einen Kodegenerator 4 auf den X-Kode. Ein Abfrage-Trigger von der Entfernungsschaltung, der zum Kodegenerator 4 gelangt, initiiert die Erzeugung eines Kodes, der anschließend an einen Phasenmodulator 10 gelegt wird, dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal des Synthesizers 2 moduliert. Der Kode wird auch über einen Modulator an einen Sender 12 gelegt. Der Sender 12 wird dann i"it einem Impuls, der eine Anstiegszeit von etwa 0,1 Mikrosekunde hat, aufgetastet. Ein phasenkodierter Impuls wird dann über einen Sende/Empfanger-Schalter 14 von einer Antenne 16 abgestrahlt.

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Der abgestrahlte phasenkodierte Impuls kann von einen¹ Empfänger eines Bodenfunkfeuers gemäß Fig.5 empfangen werden. Der Bodenempfänger enthält einen Mischoszillator 2O, dessen Frequenz auf 1151 MIIz eingestellt ist, und einen MLS Vorwähler 22, der auf 962 MHz abgestimmt .ist (siehe Tabelle I).

Das empfangene Signal gelangt über einen Sende/Empfangsschalter 24 und den Vorwähler 22 auf einen Mischer 26, in dem es mit dem Ausgangssignal des Mischoszillators gemischt wird. Es resultiert die Zwischenfrequenz von 189 MHz wie es die Tabelle I zeigt. Das Ausgangssignal des Mischers 26 wird dann verstärkt, verarbeitet und ausgewertet um einen "Ankunftszeitimpuls"(TOA) zu erhalten. Dieser Impuls wird dann benutzt, um einen Sendetrigger auszulösen, der einen schnell ansteigenden phasenkodierten Antwortimpuls initiiert, der über einen Pulser 28, einen Kodegenerator 62, einen Phasenmodulator 30 und einen Sender 32 abgestrahlt wird (dieses ist näher in der Parallelanmeldung P 26 13 542.2 erläutert).

Wenn die Bodenstation nach Fig.5 im normalen TACAN-Betrieb arbeiten soll, dann werden die empfangenen TACAN-Abfrageimpulse über eine Antenne 34 und den SKnde/Empfangsschalter 24 in den TACAN Empfangsweg gegeben, der aus einem Vorwähler 36, einem Mischer 38 und einer Zwischenfrequenzstufe 40 besteht. Wie später beschrieben wird, wird dieser Weg benutzt, wenn eine konventionelle Abfrageeinrichtung mit einem Zusatzgerät gemäß Fig.6 versehen ist.

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Zurück zur Fig.4, in der über die Antenne 16 der phasenkodierte Antwortimpuls empfangen wurde und über den Sende/ Empfangsschalter 14 an den Vorwähler 6 gelangte, nie Ausgangssignale des Vorwählers 6 und des Synthesizers, die vorher auf 1151 MHz bzw. 962 MHz eingestellt wurden, werden in einem Mischer 18 gemischt. Wenn der Schalter 8 wie gezeigt in der MLS Position ist, gelanot das Mischsignal über ein Filter 42 in einen Mischer 44, wo es mit dem Signal von 252 MHz eines Mischoszillators 46 gemischt wird, um die standardisierte Zwischenfrequenz von 63 MHz zu erzeugen, die auf die Verarbeitungsstufe der Abfrageeinheit gelangt.

Es sei angemerkt, daß die Einführung dieser Signale in das in Fig.2 dargestellte Frequenzband keine Störung der Empfänger der TACAN Bodenanläge hervorruft, da diese Empfänger keine der von dem neuen Signal beanspruchten Frequenzen überwachen.

Das Funkfeuer nach Fig.5 kann dann mit vorhandenen TACAN-Einrichtungen zusammenarbeiten, wenn die vorhandenen TACAN-Einrichtungen um den Zusatz nach Fig.6 ergänzt sind. Ist in der Bodenstation (Fig.5) die TACAN-Empfangseinheit vorhanden (wie oben beschrieben), dann können bekannte TACAN-Einrichtungen von den neuen MLS-DME-Funkfeuern Entfernungsinformationen erhalten.

Für die Anordnung mit einem derartigen Zusatzgerät zeigt Fig.3 und die Tabelle II das Kanalschema.

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Tabelle II

Kanal Abstrahlung von Bord (MHz)

Abstrahlung vom Boden

Zwischenfrequenz

63X
63Y
64X
64Y

126X
126Y

1025 1025

1087 1087 1088 1088

1150 1150 1024

1151 1151

1213 1213 962 962

1024 126

126 126

126 126 126 126

126

Abfrageimpulse im X- und im Y-Modus liegen im Frequenzbereich von 1025-1150 MHz» Abfragen im Frequenzbereich von 1024-1087 MHz werden jetzt jedoch, wie in Fig.2, mit Antwortimpulsen im Frequenzbereich von 1151-1213 MHz beantwortet. Abfraaen im Frequenzbereich von 1088-1150 worden mit Antwortimpulsen im Frequenzbereich von 962-1024 MHz beantwortet.

Fig»6 zeigt ein Blockschaltbild einer konventionellen TACAN Bordeinrichtung mit einem Zusatzgerät, die bspw. im MLS Kanal Ix arbeitet. Eine Steuereinheit 50 wird in die Stellung MLS Kanal 1X gebracht, was eine Sendefrenuenz von 1025 HHz und eine Empfangsfrequenz von 962 MHz in Übereinstimmung mit dem standardisierten TACAN Kanalschema zur Folge hat.

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Der Schalter 52 sei in MLS Stellung, dann gelangt ein konventioneller TACAN Abfrageimpuls über einen Begrenzer 54 auf einen Detektor 56, dessen Ausgangssignal einen Monoflop 58 in die EILi-Steilung triggert. Dies veranlaßt sofort den Schalter 52 in die TACAIJ-S te llung zu gehen. Dadurch kann das Standard TACAN Abfrageimnulsnaar mit Ausnahme des allerersten Teils des ersten Impulses des bekannten TACAN-Abfragesignals direkt zum Strahler 6O gelangen und abgestrahlt werden. Das Monoflop 58 hat eine Schaltdauer von etwa 39 Mikrosekunden, sodaß eine X- oder eine Y-Modus Abfrage ausgestrahlt werden kann. Geht das Monoflop 58 nach 39 Mikrosekunden in seine Ausstellung zurück, so gelangt der Schalter wieder in die MLS Stellung.

Wie schon beschrieben v/erden die 1o25 MHz Abfragesignale von der Bodenstation gemäß Fig.5 empfangen. Das ankommende Signal wird von der Antenne 34 aufgenommen, passiert den Sende/Empfangs-Schalter 24 und den Vorwähler 36, der auf 1025 MHz abgestimmt ist, und gelangt zum TACAN-Mischer 38. Entsprechend der Tabelle II ist der Mischoszillator 20 auf 1151 MHz eingestellt. Daraus folgt eine Zwischenfrequenz von 126 MHz.

Die dem Mischer 38 nachgeschalteten Geräte sind die einer konventionellen TACAN Einrichtung. Sie enthalten Imnulspaar Dekoder, Kanalausscheidungsschaltkreise, Totzeitschaltungen usw. Das Ausgangssignal dieser Schaltkreise ist ein Impuls, der die Ankunftszeit ausdrückt und der nach einer Verarbeitung ein phasenkodiertes Antwortsignal auf der Freauenz 1151 MHz initiiert. Dies wird über den Kodeaenerator 62, den Pulser 28,

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den Phasenmodulator 30 und den Sender 32 ausgeführt. Es sei angemerkt, daß das Antwortsignal mit der Antwort identisch ist, die aufgrund einer Abfrage über den oben beschriebenen MLS Weg erfolgt. Ein Vorrang für MLS Abfragen kann leicht durch eine Prioritätsänderung erreicht werden.

Die phasenkodierten Antworten von dem Bodenfunkfeuer v/erden im Bordgerät (Fig. 6) von der Antenne 60 aufgenommen und über einen Vorwähler 64 an den Mischer 66 gegeben, der mit dem Mischoszillator iriit der Frequenz von 1025 MHz in Verbindung steht (mit dem Sende-und Empfangsoszillator der TACAN-Einrichtung). Das Ausgangssignal des Mischers ist ein 125 J-IKz Signal, das in einer ZF-Stufe 68 verstärkt wird, die mit einem phasenkodierten Impulskorrelator, bspw. einem Bauelement für akustische Oberflächenwellen (SAW) 70, verbunden ist.

Der Ausgang des Bauelementes für akustische Oberflächfenwellen 70 ist mit einem Kodierer 72 verbunden, der ein Paar Videoimpulse erzeugt, die in diesem Falle 12 Mikrosekunden Abstand voneinander haben. Natürlich wird das Bauelement für die akustischen Oberflächenwellen 70 und oder Kodierer 72 durch die Auswahl des X- oder Y-Modus in der TACAN-Einrichtung beeinflußt. Der Ausgancr des Kodierers 72 ist mit einem "Ein-7*us-Modulator" 74 verbunden, an den auch der Ausgang eines Mischers 76 geführt ist, dessen hauptsächliche Ausgangsfrequenzen 1025 - 63 MHz sind.

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Das Ausgangssignal des Mischers 76 hat eine Frequenz von 962 HHz und korrespondiert mit dem Eingangssignal auf das die TACAN-Einrichtung abgestimmt ist. naher ist am Ausgang des Modulators 74 ein Impulspaar der Frequenz 962 MIIz vorhanden, das über einen Zirkulator 78, den Begrenzer 54, den Schalter 52 auf die TACAN-Einrichtung 80 gelangt, wo es wie eine normale TACAN Antwort behandelt wird.

Ein Generator 82 für statistische Fnllimnulse ist ir Zusatzgerät vorgesehen, um für die automatische Verstärkungsregelung der TACAN Einrichtung eine ausreichende Zahl von Impulspaare zu erzeugen.

Das beschriebene Zusatzgerät erfordert eine ausreichende Streustrahlung des Mischoszillators an den Antennenanschlüssen der TACAN Einrichtung. Wenn diese besteht, wird sie im Verstärker 84 verstärkt und als Oszillatorfrequenz für die Mischer 66 und 76 benutzt. Ist keine ausreichende Strahlung vorhanden, dann kann die Oszillatorfrequenz direkt über ein Koaxialkabel von der TACAN Einrichtung bezogen werden oder ein separater Mischoszillator

erzeugt sie.

Weil zwei Impulskodierungen für jede Abfragefrequenz und zwei verschiedene Impulskodierungen für jede Antwortfrequenz verwendet werden, erhält man 252 MLS Kanäle für die neuen MLS Bordeinrichtungen, die auch TACAN verarbeiten können. Die Kanäle können auch von den bestehenden TACAN-Einrichtungen mit einem Zusatzgerät gemäß Fig.6 benutzt werden.

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Claims (2)

1. J.L.Legrand-19

   Ansprüche

   /1 ,' Zweiwegentfernungsmeßeinrichtung, insbesondere für ein Mittelstreckennavigationssystem und/oder für ein Landesystem, bei der von einer Abfragestation und einer Äntwortstation Abfragesignale und Antwortsignale abgestrahlt bzw. empfangen werden, bei der diese Signale jeweils in einem von vier Bereichen, die den TACAN-Frequenzbereich von 962 bis 1213 MHz gleichmäßig aufteilen, empfangen bzw. abgestrahlt werden und bei der aus der Laufzeit der Signale, die aus einem oder mehreren Impulsen bestehen, in der Abfragestation die Entfernung zwischen Abfrage- und Antwortstation ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzdifferenz zwischen Abfrage- und Antwortsignal 126 MHz oder 189 MHz ist.
2. 2. Zweiwegentfernungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Impulse von Abfrage- und/oder Antwortsignal aus mehreren Impulsteilen besteht, wobei mindestens zwei dieser Teile eine unterschiedliche Phase haben.

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