DE2648101A1 - Bodenstation fuer ein zweiweg- entfernungsmessystem - Google Patents

Bodenstation fuer ein zweiweg- entfernungsmessystem

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Description

STANDARD ELEKTRIK LORENZ
AKTIENGESELLSCHAFT
STUTTGART
2 26A8101
M.Böhm-26
BODENSTATION FÜR EIM
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Bodenstation für ein Z Entfernungsmeßsystem wie im Oberbegriff des Anspruchs angegeben. Im folgenden wird als Reispiel für ein Zweiwegen tfernungsmeßsysteir das DME-Syskem (Distance Measuring Equipment) verwendet.
Eine DME-Bod"nstation ist aus dem Buch von E.Kramar, "Funksysteme für Ortung und Navigation", Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart 1973, Seiten 147 bis 159 bekannt.
Entfernungsmessungen sind sowohl bei der Streckennavigation als auch beim Landen notwendig. Für die Streckennavigation sind die DME-Bodenstationen beispielsweise am aleichen Ort wie eine VOR-Bodenstation installiert. r>urch Winkel- und Entfernungsmessung zu dieser VOR/DME-Bodenstation kann der Pilot seinen Standort in Bezug auf diese Bodenstation messen.
Beim Landen benötigt der Pilot die Fntfernuncr des Flugzeuges zum Aufsetzpunkt. An diesem Punkt kann jedoch
Sm/Scho
20.9.1976
E09317/0338
3 7648101
M.Böhm-28
keine DME-Bodenstation installiert v/erden.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, nine Bodenstation anzuheben,
die es ermöglicht, vom Fluazeuo aus die Entfernunn zum
Aufsetzpunkt genau zu bestimmen.
Lösung
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch angegebenen rütteln.
Vorteil
Durch die genaue Messung der Entfernung vom ^lunzeug zum Aufsetzpunkt wird die Flugzeugführung während des Landens so verbessert, daß die Genauigkeit auch für Landungen nach Kategorie ITI ausreicht.
Beschreibung
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeint
Fig.1 die Anordnung der Teile der neuen Bodenstation beiderseits der Landebahn mit einem Fluazeug
a) auf dem Landekurs
b) seitlich des Landekurses;
Fig.2 ein Blockschaltbild der Bodenstation.
In FicT.1 ist die Landebahn mit 1 und der 7\ufsetzrmnkt mit 2 bezeichnet. Auf der linken Seite der Landebahn ist eine Sende/Empfangseinrichtung 4 (DME-Transponder) angeordnet, die die vom landenden Fluazeuo 3 abgestrahlten
809817/0388
M.Böhm-28
DME-Abfragesignale (Doppelimpulse) empfängt und nach einer bestimmten Zeit DME-Antwortsignale (Doppelimpulse) abstrahlt. Diese Zeit ist bei den bekannten DME-Transpondern konstant 50 \is. Auf der gegenüberlieaenden Seite der Rollbahn ist eine Empfangseinrichtung 5 angeordnet. Diese empfängt ebenfalls die DME-Abfragesignale. Ferner ist ein Peiler 6 vorgesehen, der sich entweder am Ort des DME-Transponders 4 oder der Empfangseinrichtung 5 befindet.
Anhand der Fig.2 wird die Funktionsweise der Bodenstation näher erläutert.
Die DME-Abfragesignale werden von einer Antenne des Transponders 4 empfangen und über einen Zirkulator 29 einem Empfänger 21 zugeführt. Die Ausgangssignale des Empfängers 21 steuern über eine Verzögerungseinrichtung 23 einen Sender 22. Somit wird das Antwortsignal eine durch die Verzögerungseinrichtung 23 bestimmte Zeit nach Empfang des Abfraoesignals abgestrahlt.
Das DME-Abfragesignal wird außerdem von der Antenne der Empfangseinrichtung 5 empfangen und zum Empfänger 5' geleitet. Mit einer Zeitmeßeinrichtung 27 wird die Zeitdifferenz zwischen der Ankunftszeit des Abfragesignals am Transponder 4 und der Ankunftszeit an der Empfangseinrichtung 5 gemessen. Die hierfür notwendige Zeitmeßeinrichtung ist an sich bekannt.
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101
M.Böhm-28
Bei der Messung der Zeitdifferenz ist es wichtig, daß nicht nur der Betrag sondern auch das Vorzeichen bestimmt wird. Dies wird anhand der Fig.1b erläutert. Trifft das Abfragesignal nach einer Laufzeit t4 zuerst am Transponder 4 ein, dann befindet sich das Fluqzeucr links von der Landebahnmitte. Die Laufzeit zur Empfangseinrichtung 5 beträgt t5; zum Aufsetzpunkt würde sie t betragen. Aus der Figur ersieht man, daß die Laufzeit t4 ■ im Vergleich zur Laufzeit t zum ^ufsetzpunkt 2 um At/2 zu kurz ist und somit an Bord eine Entfernung aemessen wird, die um den der Zeit 2· 4^= At (FHn- ure1 Rückweg) entsprechenden Weg zu kurz ist. At ist gerade die gemessene Zeitdifferenz t5-t4 zwischen den Laufzeiten t5 und t4.
Dieser Laufzeitfehler wird eliminiert, indem das Antwortsignal nicht 50 ms nach Empfang des Abfragesignals sondern nach 50 ys + At abgestrahlt wird. An Bord wird ein Antwortsignal empfangen, das in Bezua auf die Laufzeit scheinbar vom Aufsetzpunkt abgestrahlt wird. Befindet sich das Flugzeucf 3 rechts von der Rollbahnmitte, muß die Verzögerungszeit entsprechend verkürzt werden.
Die steuerbare Verzögerungsleitung 23 kann direkt von der Zeitmeßeinrichtung 27 oder von einem weiter unten beschriebenen Rechner 26 gesteuert werden.
Befindet sich das Flugzeug auf der Verlängerung der Landebahnmitte, dann sind die Laufzeiten t4 und t5 rrleich lang. In diesem Fall beträgt die Verzögerung zwischen Empfang und Abstrahlung 50 (is. Bis zu einer Entfernung
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von ca. 1OOO m erhält man auf diese Weise sehr genaue Messungen, denn der Fehler, der durch den Unterschied zwischen der Entfernung Flugzeug/Aufsetzpunkt und Flugzeug/Transponder verursacht wird, ist vernachlässigbar.
Unterhalb dieser Entfernung nimmt jedoch dieser Fehler stark zu, sodaß die bisher beschriebene Korrektur nicht mehr brauchbar ist und es wird daher für diesen Fall eine andere Art der Korrektur verwendet. Diese andere, unten beschriebene Art wird unabhängig von der Entfernung immer dann wirksam, wenn die Abfragesignale am Transponder 4 und an der Empfangseinrichtung gleichzeitig eintreffen, d.h. wenn sich das Flugzeug auf der Verlängerung der Landebahnmitte (Anfluggrundlinie) befindet. Diese Voraussetzung ist bei Entfernungen, die kleiner als 1000 m sind, erfüllt.
Bei dieser Korrektur des Entfernungswertes peilt der bereits erwähnte Peiler 6 den Einfallswinkel ε der DME-Abfragesignale. Aus dem Einfallswinkel e und dem Abstand a/2 des Peilers 6 vom Aufsetzpunkt 2 wird die Entfernung d (d= | tan f) vom Flugzeug zum Aufsetzpunkt berechnet (Fig.1). Diese Entfernung könnte zu der Bordstation übertragen werden. Da jedoch die Entfernung an Bord nach dem DME-Verfahren gemessen werden soll, muß - wie bei dem ersten Korrekturverfahren die Signallaufzeit Bord-Boden-Bord so verändert werden, daß sie der Entfernung Bord-Aufsetzpunkt-Bord entspricht. Hierzu muß am Boden zusätzlich die Entfernung e Flugzeug-Peiler bekannt sein. Diese Entfernung e
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? 26A8101
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a l/1
ist e=Ä y 1 + tan ε. Daraus ergibt sich, daß das signal von der Bordstation zum__Transponder 4 um die Zeit Δτ = ^— = ~c (VUtan2 e - tan f) zu lange unterwegs ist. Somit muß die Verzögerung im Transponder 4 um 2Δτ(Η1η- und Rückweg) verkürzt werden. Diese Korrektur ist bei kleinen Entfernungen sehr genau, da in diesem Bereich Winkelmeßfehler nur zu kleinen metrischen Fehlern führen. Zur Korrektur braucht nur der Winkel ε gemessen zu werden; a und die Lichtgeschwindigkeit c sind bekannt.
Aus der obigen Gleichung ist zu entnehmen, daß die Entfernungskorrektur zu tan e proportional ist. Für f«90° ist dieser Korrekturwert angenähert null. Für ε·0° ist der Korrekturwert J^.
Zc
Die notwendigen Korrekturwerte für die Transponierverzögerung werden in dem Rechner 26 aus dem Winkel f berechnet. Der Rechner kann so programmiert werden, daß er die Verzögerung nur in bestimmten Schritten ändert; er beginnt beispielsweise erst bei einem Winkel von ε = 80 mit der Korrektur und berechnet nur bei Winkeländerung von mindestens 0,5° einen neuen Korrekturwert.
Der Peiler 6 besteht (Fig.2) beispielsweise aus vier Empfängern 5, 24 mit jeweils einer Antenne 30, 31 und einer den Empfängern nachgeschalteten Auswerteeinrichtung 25. Die Antennen können in einer Linie senkrecht oder parallel zur Landebahnachse angeordnet sein. Es ist möglich, daß die Empfangseinrichtung 5 in den Peiler integriert ist. Der Peiler 6 und seine Funktionsweise
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* 264810
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werden nicht näher erläutert, da beispielsweise ein vom DLS (DLS=DME Based Landing System; beschrieben in dem Artikel von M.Böhm und G.Feuker, "DLS- ein neues Anflug- und Landesystem", Elektrisches Nachrichtenwesen, Band 50, Nr. 1, 1975, Seiten 37 bis 43} bekannter Monopulspeiler verwendet werden kann.
Mit der beschriebenen Bodenstation erhält man während des gesamten Landeanflugs eine sehr genaue Entfernungsmessung zum Aufsetzpunkt. In großen Entfernungen (hier ist der relative Fehler der Laufzeitmessungen sehr klein) wird die Entfernung durch Werte korrigiert, die aus der Zeitdifferenzmessung abgeleitet werden und bei kleinen Entfernungen (hier ist der relative Fehler der Winkelmessung sehr klein) wird die Entfernung durch Werte korrigiert, die aus der Winkelmessung abgeleitet werden.
Fehler, die dadurch verursacht werden, daß sich das Flugzeug während der Messunoen nicht in der Ebene der Landebahn befindet, liegen in der Größenordnung von 1 % und können daher vernachlässigt werden.
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— 9 -L e e r s e i t e

Claims (8)

  1. M.Böhm-28
  2. Patentanspruch
  3. Bodenstation für ein Zweiv/egentfermincrsmeßsystem mit einer Empfangseinrichtung, von der bordseitig abgestrahlte .
  4. Abfragesignale empfangen werden um! einer Sendeeinrichtung, von der nach einer Verzögerungszeifc nach dem Empfangszeitpunkt Antwortsignale abgestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangseinrichtung (4) neben der Landebahn (1) in Höhe des Aufsetzpunktes (2) angeordnet ist, daß auf der gegenüberliegenden Seite der Landebahn eine Empfangseinrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Abstünde (~) der beiden Einrichtungen (4, 5) von dem Aufsetzpunkt (2) gleich sind, daß am Ort der Sende/Empfangseinrichtung (4) oder der EmpfangseinrichtuncT (5) zusätzlich ein Peiler (6) , der den Einfallswinkel ( f) des Abfraaesignals peilt, vorgesehen ist, daß in einer Zeitmeßeinrichtung (27) die zeitliche Verschiebung (At) des von der Empfangseinrichtung (5) empfangenen ^bfracresignals gegenüber dem von der Sende/Empfangseinrichtuna
  5. (4) empfangenen Abfragesignal gemessen wird, daß aus dem Einfallswinkel ( c) die Differenz (Ad=J ( '/T+tan^ der Entfernungen zwischen Flugzeug (3) und Sende/Eirpfangseinrichtung (4) bzw.
  6. Flugzeug (3) und Aufsetzpunkt (2) berechnet wird und daß die Verzögerungszeit zwischen dem Empfang des Abfragesignals und dor Abstrahluna des Antwortsignals zunächst aufgrund der gemessenen zeitlichen Verschiebung (At) und anschließend, wenn die Laufzeiten des Abfragesignals von der Bordstation (3) zu der Sende/Empfangseinrichtung (4) bzw. Empfanaseinrichtuna
  7. (5) gleich groß sind, aufgrund der berechneten Entfernungsdifferenz (Ad) so gesteuert wird, daß die Abstrahlung des Antwortsignals hinsichtlich der Laufzeit einer ?bstrahlung vom Aufsetzpunkt (?) entspricht.
  8. 8 m 9 1 7 / 0 ? 8 8
DE2648101A 1976-10-23 1976-10-23 Bodenstation für ein Zweiweg- Entfernungsmeßsystem Expired DE2648101C2 (de)

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DE2648101A DE2648101C2 (de) 1976-10-23 1976-10-23 Bodenstation für ein Zweiweg- Entfernungsmeßsystem
GB43682/77A GB1545996A (en) 1976-10-23 1977-10-20 Distance measuring system
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DE2648101A1 true DE2648101A1 (de) 1978-04-27
DE2648101C2 DE2648101C2 (de) 1986-04-17

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