DE2648101C2 - Bodenstation für ein Zweiweg- Entfernungsmeßsystem - Google Patents

Bodenstation für ein Zweiweg- Entfernungsmeßsystem

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Description

der Entfernungen zwischen Flugzeug (3) und Sende/ Empfangseinrichtung (4) bzw. Flugzeug (3) und Aufsetzpunkt (2) berechnet wird und daß die Verzögerungszeit zwischen dem Emafang des Abfragesignals und der Abstrahlung aes Antwortsignals zunächst aufgrund der gemessenen zeitlichen Verschiebung {/It) und anschließend, wenn die Laufzeiten des Abfragesignals von der Bordstation im Flugzeug (3) zu der Sende/Empfangseinrichtung (4) bzw. Empfangseinrichtung (5) gleich groß sind, aufgrund der berechneten Entfernungsdifferenz (Ad) so gesteuert wird, daß die Abstrahlung des Antwortsignals hinsichtlich der Laufzeit einer Abstrahlung vom Aufsetzpunkt (2) entspricht.
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Bodenstation für ein Zweiweg-Entfernungsmeßsystem wie im Oberbegriff des Anspruchs angegeben. Im folgenden wird als Beispiel für ein Zweiwegentfernungsmeßsystem das DME-System (Distance Measuring Equipment) verwendet.
Eine DME-Bodenstation ist aus dem Buch von E. Kramar, »Funksysteme für Ortung und Navigation«, Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart 1973, Seiten 147 bis bekannt.
Entfernungsmessungen sind sowohl bei der Streckennavigation als auch beim Landen notwendig. Für die Streckennavigation sind die DME-Bodenstationen beispielsweise am gleichen Ort wie eine VOR-Bodenstation installiert. Durch 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 Entfernung des Flugzeuges zum Aufsetzpunkt. An diesem Punkt kann iedoch keine DME-Bodenstation installiert werden.
Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bodenstation anzugeben, die es ermöglicht, vom Flugzeug aus die Entfernung zum Aufsetzpunkt genau zu bestimmen.
Lösung
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit du\ im Anspruch angegebenen Mitteln.
Vorteil
Durch die genaue Messung der Entfernung vom Flugl: zeug zum Aufsetzpunkt wird die Flugzeugführung während des Landens so verbessert, daß die Genauigkeit auch für Landungen nach Kategorie III ausreicht
Beschreibung
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 die Anordnung der Teile der neuen Bodenstation beiderseits der Landebahn mit einem Flugzeug
a) auf dem Landekurs
b) seitlich des Lundeskurses;
F i g. 2 ein Blockschaltbild der Bodenstation.
In F i g. 1 ist das Landebahn mit 1 und der Aufsetzpunkt mit 2 bezeichnet. Auf der linken Seite der Landebahn ist eine Sende/Empfangseinrichtung 4 (DME-Transponder) angeordnet, die die vom landenden Flugzeug 3 abgestrahlten DME-Abfragesignale (Doppelimpulse) empfängt und nach einer bestimmten Zeit DME-Antwortsignale (Doppelimpulse) abstrahlt. Diese Zeit ist bei den bekannten DME-Transpondern konstant 50 μβ. Auf der gegenüberliegenden Seite der Rollbahn ist eine Empfangseinrichtung 5 ar aeordnet. 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 F i g. 2 wird die Funktionsweise der Bodenstation näher erläutert.
Die DME-Abfragesignale werden von einer Antenne 28 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 Abfragesignals abgestrahlt.
Das DME-Abfragesignal wird außerdem von der Antenne 30 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
Bei der Messung der Zeitdifferenz ist es wichtig, daß nicht nur der Betrag sondern auch das Vorzeichen bestimmt wird. Dies wird anhand der Fig. Ib erläutert.
Trifft das Abfragesignal nach einer Laufzeit f 4 zuerst am Transponder 4 ein, dann befindet sich das Flugzeug 3 links von der Landebahnmitte. Die Laufzeit zur Empfangseinrichtung 5 beträgt 15; zum Aufsetzpunkt würde
sie t betragen. Aus der Figur ersieht man, daß die Laufzeit ί 4 im Vergleich zur Laufzeit t zum Aufsetzpunkt 2 um At/2 zu kurz ist und somit an Bord eine Entfernung gemessen wird, die um den der Zeit
2 - -γ- = Jt(Hm- und Rückweg)
entsprechenden Weg zu kurz ist. At ist gerade die gemessene Zeitdifferenz 15 - ί 4 zwischen den Laufzeiten r5undf4.
Dieser Laufzeitfehler wird eliminiert, indem das Antwortsignal nicht 50 μ5 nach Empfang des Abfragesignals sondern nach 50 μβ + At abgestrahlt wird. An Bord wird ein Antwortsignal empfangen, das in bezug auf die Laufzeit scheinbar vom Aufsetzpunkt abgestrahlt wird. Befindet sich das Flugzeug 3 rechts von der Rollbahnmitte, muß die Verzögerungszeit entsprechend verkürzt werden.
Die steuerbare Verzögerungsleitung 23 kann direkt von der ZeitmeSeinrichlung 27 oder von einem -weiter unten beschriebenen Rechner 26 gesteuert wei Jen.
Befindet sich das Flugzeug auf der Verlängerung der Landebahnmitte, dann sind die Laufzeiten f4 und r5 gleich lang. In diesem Fall beträgt die Verzögerung zwisehen Empfang und Abstrahlung 50 μ5. Bis zu einer Entfernung von ca. 1000 m erhält man auf diese Weise sehr genaue Messungen, denn der Fehler, der durch den Unterschied zwischen der Entfernung Flugzeug/ \ufsetzpunkt und Flugzeug/Transppnder verursacht wird, ist vernachlässigbar.
Unterhalb dieser Entfernung nimmt jedoch dieser Fehler stark zu, so daß die bisher beschriebene Korrektur nicht mehr brauchbar ist und es wird daher für diesen Fall eine andere Art der Korrektur verwendet. Diese andere, unter, beschriebene Art wird unabhängig von der Entfernung immer dann wirksam, wenn die Abfragesignale am Transponder 4 und an der Empfangseinrichtung 5 gleichzeitig eintreffen, d. h. wenn sich das Flugzeug aui 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 Einfallswinkeleder DME-Abfragesignale. Aus dem Einfallswinkel ε und dem Abstand a/2 des Peilers 6 vom Aufsetzpunkt 2 wird die Entfernung
Ar =
= -^ (v/l + tan' ε- tan ε)
(d = JL
tan
50
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 ist
e = γ/TTtIn2Iv
Daraus ergibt sich, daß das Abfragesignal von der Bordstation zum Transponder 4 um die Zeit
zu lange unterwegs ist. Somit muß die Verzögerung im Transponder 4 um 2Ar (Hin- 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 csind bekannt.
Aus der obigen Gleichung ist zu entnehmen, daß die Entfernungskorrektur zu tan ε proportional ist. Für e = 90° ist dieser Korrekturwert angenähert null. Für
ε « 0° ist der Korrekturwert -r—.
Die notwendigen Korrekturwerte für die Transponderverzögerung werden in dem Rechner 26 aus dem Winkel ε berechnet Der Rechner kann so programmiert werden, daß er die Verzögerung nur in bestimmten Schritten ändert; er beginnt beispielrreise erst bei einem Winke! 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 werden nicht näher erläutert, da beispielsweise ein vom DLS (DLS = DME Based Landing System; beschrieben in dem Artikel von M. Böhm und G. Peuker, »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 Messungen nicht in der Ebene der Landebahn befindet, liegen in der Größenordnung von 1 % und können daher vernachlässigt werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Bodenstation für ein Zweigentfernungsmeßsystem mit einer Empfangseinrichtung, von der bordseitig abgestrahlte Abfragesignale empfangen werden und einer Sendeeinrichtung, von der nach einer Verzögerungszeit nach dem Empfangszeitpunkt Antwortsignale abgestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangseinrichtung (4) neben der Landebahn (1) in Höhe des Aufsetzpunktes (2) angeordnet ist, da3 auf der gegenüberliegenden Seite der Landebahn eine Empfangseinrichtung (5) angeordnet ist, wobei die Ab-
    ständei-^- J der beiden Einrichtungen (4,5) von dem Aufsetzpunkt (2) gleich sind, daß am Ort der Sende/ Empfangseinrichtung (4) oder der Empfangseinrichtung (5) zusätzlich ein Peiler (6), der den Einfallswinkel (ε) des Abfragesignals peilt, vorgesehen ist, daß in einer Zeiimeßeinrichtung (27) die zeitliche Verschiebung l/St) des von der Empfangseinrichtung (5) empfangenen Abfragesignals gegenüber dem von der Sende/Empfangseinrichtung (4) empfangenen Abfragesignal gemessen wird, daß aus dem Einfallswinkel (ε) die Differenz
    [Α d = -γ (Vl + tan2 ε - ton ε) J
DE2648101A 1976-10-23 1976-10-23 Bodenstation für ein Zweiweg- Entfernungsmeßsystem Expired DE2648101C2 (de)

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FR7731558A FR2368721A1 (fr) 1976-10-23 1977-10-20 Station au sol pour un systeme de mesure de distance
GB43682/77A GB1545996A (en) 1976-10-23 1977-10-20 Distance measuring system
US05/846,432 US4126859A (en) 1976-10-23 1977-10-28 Ground station for a round-trip-path distance-measuring system

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