DE2715383A1

DE2715383A1 - Funknavigationsanlage

Info

Publication number: DE2715383A1
Application number: DE19772715383
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr Ing Hoefgen
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1977-04-06
Filing date: 1977-04-06
Publication date: 1978-10-12
Also published as: ES468592A1; CA1119704A; DE2715383C3; NL7803516A; US4197542A; AU3474578A; FR2386824A1; GB1572790A; AU518014B2; FR2386824B1; DE2715383B2

Description

G.Höfgen-21

FUNKNAVIGATION SANLAGE Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Funknavigationsanlage mit einer Antenne und einem Sender oder mindestens einem Empfänger, wobei die Antenne η auf einem Kreis angeordnete Antennenelemente enthält.

Eine derartige Funknavigationsanlage ist aus der DT-PS 1 123 000 bekannt. Die dort beschriebene Funknavigationsanlage kann ein Drehfunkfeuer oder ein Peiler sein. Mit einem Peiler wird der Einfallswinkel des empfangenen Signals bestimmt. Von einem Drehfunkfeuer wird ein Signal abgestrahlt, aus dem die Richtung zu diesem Funkfeuer ermittelt werden kann.

Von den zahlreichen Vorschlägen für Drehfunkfeuer sind besonders die weltweit eingeführten VOR- und TACAN-Drehfunkfeuer von großer Bedeutung. Die von diesen Drehfunk feuern abgestrahlten Signale müssen die in Spezifikationen festgelegten Vorschriften erfüllen.

Das Drehfunkfeuerprinzip besteht darin, daß die Bodenstation ein richtungsabhängiges Signal aussendet, das im Flugzeug mit Hilfe eines geeigneten Empfängers als Azimutinformation ausgewertet wird. Bei den VOR-Drehfunkfeuern

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(VOR = VHF Omnidirectional Radio Range), die stellvertretend für andere Drehfunker näher erläutert werden, besteht das richtungsabhängige Signal aus einer 30-Hz-Schwingung, deren Phasenlage gegenüber einer Bezugsschwingung dem Azimutwinkel entspricht. Durch Rotation eines VHF-Doppelkreis-Richtdiagrammes (z.B. eines Dipols) mit 30 U/sec, das sich dem ungerichtet abgestrahlten Träger (Frequenzbereich 1O8 MHz bis 118 MHz) überlagert und im Feld eine Amplitudenmodulation (AM) mit 30 Hz bildet, entsteht das richtungsabhängige Signal. Zum Zwecke der Azimutauswertung im Empfänger überträgt die Bodenstation zusätzlich eine 30 Hz-Bezugsschwingung. Diese ist als Frequenzmodulation (FM) in einer 9960 Hz-Hilfsträgerschwingung mit einem Frequenzhub von - 480 Hz enthalten, die dem bereits erwähnten

VHF-Träger ebenfalls als AM aufmoduliert wird. Auf diese

Weise sind richtungsabhängiges Signal und Bezugsschwingung, die ja frequenzgleich sind, gut voneinander entkoppelt. Im Bordempfänger wird die Phasendifferenz zwischen den beiden 30 Hz-Schwingungen ausgewertet; sie ist identisch mit dem Azimut, da in der Richtung magnetisch Nord Phasengleichheit zwischen richtungsabhängigem und Bezugssignal eingestellt wird. Der Träger wird außerdem mit Sprache (300 Hz bis 3 000 Hz) und Kennung (1020 Hz) amplitudenmoduliert.

Je nach Aufstellungsort treten bei der Auswertung kleinere oder größere Gtländefehler auf. Der Geländefehler entsteht durch Reflexion des abgestrahlten Signals an Hindernissen im Ausbreitungsweg der Strahlung. Neben der richtigen Azimutinformation erscheint dann am Empfangsort auch

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eine solche, die den Azimut des Reflektors enthält. Durch vektorielle Addition entsteht ein Fehler, dessen Größe abhängig ist vom betrag der reflektierten Strahlung, von der hochfrequenten Phasendifferenz zwischen direktem und reflektiertem Signal und von dem Unterschied zwischen Empfänger- und Reflektorazimut.

Wegen dieser möglichen Fehler muß bei der Aufstellung eines VOR-Drehfunkfcuers stets nach einem Platz gesucht werden, bei dem der Geländefehler vernachlässigbar ist. Ein solcher Platz läßt sich jedoch nicht immer finden. Eine starke Reduzierung der Geländefehler erzielt man mit dem Doppler-VOR, das in der zitierten Patentschrift beschrieben ist, und das mit dem VOR kompatibel ist. Das Doppler-VOR kann selbst in sehr hindernisreichem Gelände aufgestellt werden.

Auch bei Peilern wird in hindernisreichem Gelände das Meßergebnis durch Störungen, die durch Mehrwegausbreitungen des gepeilten Signals verursacht werden, verfälscht. Durch Anwendung des Doppler-Prinzips - ähnlich wie beim Doppler-VOR - werden diese Störungen nahezu beseitigt. Doppler peiler sind ebenfalls in der zitierten LiteratursteHe beschrieben.

Sowohl Doppler-VOR als auch Doppler-Peiler sind Großbasis-Systeme und benötigen daher bei der Aufstellung viel Platz. Außerdem sind diese Funknavigationsanlagen sehr teuer.

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Aufgabe

Es 1st Aufgabe der Erfindung, eine weitere Funknavigationsanlaye anzugeben, bei der die Meßgenauigkeit durch von Mehrwegausbreitungen verursachten Störungen nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

Lösung

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 angegebenen Mitteln. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Vorteile

Die neue Navigationsanlage kann sowohl als Drehfunkfeuer als auch als Peiler verwendet werden. Bei der Verwendung als Drehfunkfeuer kann sie beispielsweise als VOR- oder TACAN-Drehfunkfeuer ausgebildet sein. Die neuen Drehfunkfeuer und Peiler sind wesentlich kostengünstiger als das Doppler-VOR bzw. der Doppler-Peiler.

Beschreibung

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

Fig.1 ein Blockschaltbild eines AusfUhrungsbeispiels als Drehfunkfeuer;

Fig.2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels als Peller;

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Fig.3 ein Blockschaltbild eines weiteren AusfUhrungsbeispiels als Peiler.

Die Beschreibung für die neue Navigationsanlage erfolgt zunächst für ein Drehfunkfeuer und anschließend für einen Peiler. Das Drehfunkfeuer wird beispielsweise aniiand eines VOR-Drehfunkfeuers beschrieben. Das bekannte VOR-Drehfunkfeuer ist in dem Buch von E.Kramar "Funksysteme für Ortung und Navigation", Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart, 1973 auf den Seiten 131 bis 139 beschrieben.

Das VOR-Drehfunkfeuer enthält einen Sender 30, der aus mindestens einem Oszillator 6, einem Modulator 7, einem Leistungsverstärker 8, einem Goniometer 5 und Einrichtungen (in der Zeichnung nicht dargestellt) zur Erzeugung der Modufetionsslgnale besteht. Dieser Sender 30 ist allgemein bekannt und wird deshalb nur kurz beschrieben.

In dem Oszillator 6 wird die Trägerschwingung CAR mit der Frequenz f (f liegt zwischen 108 und 118 Hz) erzeugt. Diese Trägerschwingung CAR wird in dem Modulator 7 moduliert und in dem Leistungsverstärker 8 auf die notwendige Leistung verstärkt. Die Modulationssignale sind ein Hilfsträger mit einer Frequenz von 9960 Hz - 480 Hz (9 960 Hz mit 30 Hz frequenzmoduliert), die Sprache (300 ... 3 0OO Hz) und die Kennung (1020 Hz). Das 30 Hz Signal, mit dem der Hilfsträger frequenzmoduliert ist, dient bordseitig als 30-Hz-Bezugssignal. Zur Vereinfachung wird das modulierte

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und verstärkte Trägersignal CAR(mod) in der nachfolgenden Beschreibung kurz als Träger CAR(mod) bezeichnet.

Ein Teil des Ausgangssignals des Oszillators 6 wird außerdem dem Goniometer 5 zugeführt, das zusätzlich noch ein 3O-Hz-Signal erhält. In dem Goniometer, das zwei Leistungsverstärker enthält, werden auf bekannte Weise ein oberes 30-Hz-Seitenband USB und ein unteres 30 Hz-Seitenband LSü der Trägerschwingung CAR erzeugt.

Die im Sender 30 erzeugten Seitenbänder USB, LSB und der Träger CAR(mod) werden jeweils über Leistungsverteiler 2, 2¹, 2" Phasenschiebern 1, 1', 1" und Suiraniergliedern 3 einer Antenne zugeführt, die aus auf einem Kreis 19 angeordneten Antennenelementen 11 bis 18 besteht. Für das Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß der Kreis 19 einen Durchmesser von einer Wellenlänge des abgestrahlten Signals hat und daß acht Antennenelemente gleichmäßig auf dem Kreis angeordnet sind.

Die Summierglieder 3 sind notwendig, weil jedes Antennenelement mit drei unterschiedlichen Signalen gespeist wird. Diese drei Signale USB, LSB, CAR(mod) werden in den Suiraniergliedern 3 zusammengefaßt.

Aus demselben Grund sind auch drei Leistungsverteiler und drei Phasenschieberanordnungen notwendig. Diese sind gleichartig aufgebaut und es reicht deshalb aus, nur einen Leistungsverteiler 2 und eine Phasenschieberanordnung 1 näher zu erläutern. Dieser ersten Phasenschieberanordnung

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wird das obere Seitenband USB zugeführt.

Da acht Antennenelemente 11...18 vorgesehen sind, hat der Leistungsverteiler 2 acht Ausgänge, denen jeweils ein steuerbarer Phasenschieber 1 nachgeschaltet ist.

Die Phasenschieber 1 können acht unterschiedliche Phasenverschiebungen 01 bis 08 erzeugen. Die Steuerung der Phasenschieber 1 erfolgt von einer Schalteinrichtung 4 aus. In der Zeichnung ist nur für den ersten Phasenschieber eine punktiert gezeichnete Steuerleitung eingezeichnet. Die Steuerung der anderen Phasenschieber erfolgt ebenfalls Über Steuerleitungen.

Durch die Schalteinrichtung 4 werden auch die anderen Phasenschieber 1¹, 1" gesteuert, denen das untere Seitenband LSB bzw. der Träger CAR(mod) zugeführt werden. Für diese Phasenschieber 1', 1" ist ebenfalls jeweils eine punktiert gezeichnete Steuerleitung eingezeichnet.

Durch die Schalteinrichtung 4 werden sämtliche Phasenschieber 1, 1¹, 1" einzeln gesteuert. Der Zeitpunkt, zu dem von einem Schaltzustand zu einem anderen Schaltzustand umgeschaltet wird, ist für alle Phasenschieber gleich. Die Schaltfolge kann beispielsweise 10 Hz sein.

Bevor erklärt wird, wie durch eine geeignete Steuerung der Phasenschieber hochfrequente Phasendrehfeider erzeugt werden, und wie zwischen unterschieldichen Phasendrehfeidern umgeschaltet wird, werden zunächst die verwendeten Begriffe

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erläutert. Diese Begriffe werden auch bei der späteren Beschreibung des Peilers verwendet. Die Speisesignale werden dann durch empfangene Signale ersetzt. Was beim Drehfunkfeuer über die HF-Phasen der Signale an den Antennenelementengesagt wird, gilt beim Peiler sinngemäß für die HF-Phasen der Signale an den Eingängen eines Summiergliedes, in dem die von den Antennenelementen empfangenen Signale zusammengefaßt werden. Diese Signale sind wie beim Drehfunkfeuer den einzelnen Antennenelementen auf dem Kreis zugeordnet.

Ein hochfrequentes Phasendrehfeld ist vorhanden, wenn die hochfrequente Phase eines Speisesignals für jedes Antennenelement unterschiedlich ist, die Differenzen der HF-Phasen der Signale an benachbarten Antennenelementen jeweils gleich ist und die Summe der HF-Phasendifferenzen entlang

des Antennenkreises gleich 360 Vielfachen hiervon ist.

oder einem ganzzahligen

Das Phasendrehfeld ist rechtsdrehend, wenn die HF-Phasen an den Antennenelementen im Uhrzeigersinn zunehmen und linksdrehend, wenn sie im Uhrzeigersinn abnehmen. Dies wird am nachfolgenden Beispiel erläutert:

Antenne	1	-45°	2	31	5°	-90°	3	270°	(im Uhrzeigersinn]
HF-Phase	0°	45°			90°	rechtsdrehend
HF-Phase	0°	oder			oder	linksdrehend

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Ein hochfrequentes Phasendrehfeld, bei dem entlang des Antennenkreises eine Phasenverschiebung um n.36O° erfolgt, ist ein Phasendrehfeld n.Ordnung. Nach dieser Definition ist ein Phasendrehfeld nullter Ordnung dann vorhanden, wenn alle Einzelantennen gleichphasig gespeist werden. Dies ist jedoch im eigentlichen Sinn kein hochfrequentes Phasendrehfeld.

Die Tabellen 1 und 2 geben an, welche hochfrequenten Phasendrehfelder erzeugt werden müssen, zwischen welchen hochfrequenten Phasendrehfeldern umgeschaltet werden muß und wie hierzu die Phasenschieber eingestellt werden müssen.

Tabelle 1

Zustand	V	W	X	Y	Z
LSB	3x360° Ii	2x360° Ii	1x360° Ii	0°	1x360° re
CAR(mod)	2x360° Ii	1x360° Ii	0°	1x360° re	2x360° re
USB	1x360° Ii	0°	1x360° re	2x360° re	3x360° re

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In Tabelle 1 wird beispielsweise angenommen, daß zwischen fünf Schaltzuständen V, W, X, Y und Z umgeschaltet wird. In jedem Zustand 1st die Ordnungszahl des Drehfelds des oberen USB bzw. unteren LSB Seitenbandes um eins niedriger bzw. höher als die des Phasendrehfeldes des Trägers. Dies ist notwendig, um ein Signal zu erhalten, das den VOR-Spezifikationen genügt. Zur Fehlerreduzierung reicht dies jedoch noch nicht aus. Hierzu ist es notwendig, daß für den Träger CAR(mod) nacheinander Phasendrehfeider verschiedener Ordnungen angewandt werden, wobei die oben angeführte Voraussetzung erhalten bleiben muß. Im vorliegenden Beispiel wird jeweils von einer Ordnung zur nachfolgenden umgeschaltet. Dies ist jedoch nicht Voraussetzung.

Anhand von Gleichungen, die die abgestrahlten Signale

beschreiben, wird erläutert, warum dies zu einer Fehlerreduzierung führt. Die in den Gleichungen verwendeten Bezeichnungen haben folgende Bedeutung:

^EUSB' ^ECAR(mod)' ^ELSB ^Betra^ ^der Fed^stärke von dem oberen Seitenband, dem modulierten Träger

bzw. dem unteren Seitenband am Empfangsort.

E Betrag der Feldstärke des unmodulierten Trägereignais.

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m Modulationsgrad ^ω Kreisfrequenz der NF-Schwingung

(cü=2ir . 30 Hz) i^_w Azimut dos Nutzsignals ,Q Tragerkreisfrequenz

Y'_N Trägerphase des Nutzsignals

k ein den Reflexionsgrad bestimmender Faktor (k <.< 1)

-1/¹S Azimut des Störsignals

(P Trägerphase des Störsignals

η Ordnungszahl des hochfrequenten Phasendrehfeldes

t Zeit

Am Empfangsort erhält man - wenn keine Störungen durch reflektierte Signale vorhanden sind - folgende drei Nutzsignale

m ¹O

^EUSB " 5 V ^c°s C(^ +Ό)

^ECAR(mod)

^ELSB = f E₀ · cos

Die Zusammenfassung dieser drei Anteile ergibt das Summennutzsignal E...

E_n = E₀C 1 + m cos(oJt +^_n)] * cosC2t + n^

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Diese Gleichung ist mit Ausnahme des unterstrichenen Faktors in Übereinstimmung mit der allgemein bekannten Beschreibung des VOR-Signals. Der zusätzliche Faktor bei der hochfrequenten Trägerphase ist für die Winkelauswertung ohne Einfluß.

Für den Fall, daß zusätzlich ein an einem Hindernis reflektiertes Signal (Störsignal) vorhanden ist, überlagert sich dieses Störsignal E dem Nutzsignal E . Das Störsignal wird beschrieben durch

E_s - k· E₀L 1 + mcos(ujt +^g)J cos(St + ni^ + <jf )

Durch die Überlagerung ergibt sich ein Azimutfehler Δ (im Bogenmaß; k<£1) von

Δ = k- sin(^_N -^₅) . coe[n(t*_K -^g) + (ff ^ -^)J

Die Phasendifferenz (f_N -f_s) hängt von den Ausbreltungswegen des Nutzsignals und des Störsignals ab. Bei den bekannten VOR-Drehfunkfeuern (für die n=0 ist) treten Maximalfehler dann auf, wenn (f_N ~f_s) ^s 0° (hierfür wird A ■ +4 max und wenn if^ -f_s) = 180° (entsprechend Δ ■ -Δ max) list. Im Bordempfänger ändert sich normalerweise die Phasendifferenz (*P_N - ψ" _g) während des Fluges, so daß die bekannten Schwankungen bei der Kursanzeige (bends, scallopings) entstehen.

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Im Gegensatz zu dem bekannten Drehfunkfeuer enthält die Fehlergleichung für für das von dem neuen Drehfunkfeuer abgestrahlte Signal zusätzlich die hochfrequente Phasendifferenz n- (v?j --Jc)₁ die mit einer hinreichend schnellen Folge (z.B. 5 bis 30 Hz) verändert wird. Dadurch schwankt der Fehler A . Durch eine an Bord durchgeführte Mittelwertbildung wird der Fehler stark reduziert. Es ist von Vorteil, die Schaltfolge so zu wählen, daß bereits durch die Trägheit der Bauelemente und der Anzeigeeinrichtung eine Mittelung erfolgt. Die Änderung der hochfrequenten Phasendifferenz wird durch Umschalten der Ordnungszahl η erreicht. Mit steigender Ordnungszahl η wird der Aus-'ireitungsfehler zunehmend kleiner. Wird zwischen fünf verschiedenen Ordnungszahlen umgeschaltet, dann wird der Maximal- fehler der durch Mehrwegausbreitung verursachten Störungen um einen Faktor 3 bis 5 reduziert.

In der Tabelle 2 ist für zwei Zustände angegeben, welche Phasenverschiebungen die Phasenschieber 1, 1' und 1" erzeugen müssen, damit die gewünschten Phasendrehfelder erzeugt werden. Aus der Tabelle ist zu erkennen, daß alle Phasenschieber einzeln gesteuert werden und daß das Umschalten von einem Schaltzustand zu einem anderen für alle Phasenschieber gleichzeitig erfolgt. Bei dem in Tabelle 2 angegebenen Beispiel beginnen alle Phasendreh felder bei der Einzelantenne Nr. 11. Dies ist jedoch nicht notwendig.

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Bel dem oben beschriebenen AusfUhrungsbelsplel sind nur auf dem Kreis angeordnete Antennenelemente vorgesehen. Es 1st jedoch auch möglich, eines der Antennenelemente in der Kreismitte anzuordnen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Die Signale können hierbei wie folgt abgestrahlt werden: den Antennenelementen wird gleichzeitig eines der beiden Seitenbänder USB, LSB und der Träger CAR(mod) zugeführt. Der Träger wird nur von den Antennenelementen auf dem Kreis abgestrahlt, während das oheie USB bzw. untere LSB Seitenband abwechselnd von den Antennenelementen auf dem Kreis und der Mittelantenne abgestrahlt werden.

Die Schaltzustände - es sind zwei angenommen - sind in der Tabelle 3 (entspricht Tabelle 1) zusammengefaßt.

Tabelle 3

Zustand	a	b
USB	0°	2x360° Ii
CAR(mod)	1x360° re	1x360° 11
LSB	2x360° re	0°

Das Signal, für das ein Drehfeld O.Ordnung angewandt wird, wird jeweils von der Mittelantenne abgestrahlt.

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Neben den beschriebenen Möglichkeiten gibt es noch zahlreiche andere Möglichkeiten, die Signale abzustrahlen. Es muü lediglich darauf geachtet werden, daß

1. hochfrequente Phasendrehfelder erzeugt werden

2. zwischen verschiedenen hochfrequenten Phasendrehfeidern umgeschaltet wird, wobei notwendig ist, daß die Phasendrehfelder für den Träger verändert werden müssen und die Phasendrehfelder der Seitenbänder zu denen des Trägers in einem bestimmten Verhältnis stehen.

Das Drehfunkfeuer wurde als VOR-Drehfunkfeuer beschrieben. Es kann jedoch auch als TACAN-Drehfunkfeuer ausgebildet sein. Auch bei zukünftigen, gegenwärtig noch nicht eingeführten Drehfunkfeuern kann die erfindungsgemäße Lösung gegebenenfalls angewandt werden.

Nachfolgend werden anhand der Fig.2 und Fig.3 zwei AusfUhrungsbeispiele fUr eine als Peiler ausgebildete Funknavigationsanlage beschrieben.

Wie beim Drehfunkfeuer (Fig.1) besteht die Antenne aus

mehreren auf einem Kreis 19 angeordneten Antennenelementen 11 bis 18. Beim AusfUhrungsbeispiel sind acht Antennenelemente vorgesehen. Jedem Antennenelement ist - ebenfalls wie beim Drehfunkfeuer - mindestens ein steuerbarer

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Phasenschieber 1 zugeordnet, wobei alle Phasenschieber von einer gemeinsamen Schalteinrichtung 4 so gesteuert werden, daß hochfrequente Phasendrehfeider entstehen und daß zwischen verschiedenen hochfrequenten Phasenclrehfeldern umgeschaltet wird.

Bei dem AusfUhrungsbeispiel nach Fig.2 ist zwischen die Antennenelemente 11 bis 18 und die Phasenschieber 1 jeweils ein Leistungsteiler 21 geschaltet, der das von dem jeweiligen Antennenelement empfangene Signal in zwei gleiche Signale aufteilt. Die ersten Signale werden den bereits erwähnten Phasenschiebern 1 zugeführt, die Phasenvorschiebungen 01 bis 08 erzeugen.(z.B. entsprechend Tabelle 2). Durch diese Phasenschieber wird wie beim Drehfunkfeuer ein erstes hochfrequentes Phasendrehfeld erzeugt. Die jeweils zweiten Signale der Leistungsteiler werden ebenfalls jeweils einem steuerbaren Phasenschieber 1' zugeführt, die Phasenverschiebungen 01' bis 08' (z.B. entsprechend Tabelle 2) erzeugen. Durch diese Phasenschieber wird ein zweites hochfrequentes Phasendrehfeld erzeugt. Die Steuerung dieser weiteren Phasenschieber 1' erfolgt ebenfalls durch die Schalteinrichtung 4. Die Steuerleitungen sind punktiert eingezeichnet (es sind nur zwei Steuerleitungen eingezeichnet).

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Die Ausgangssignale der ersten Phasenschieber werden einer ersten Summierschaltung 22 und die Ausgangssignale der weiteren Phasenschieber einer zweiten Summierschaltung 22* zugeführt. Die Ausgangssignale.der beiden Summierschaltungen 22, 22' werden jeweils einem Empfänger 23, 23* zugefihrt und in einer Phasenmesseinrichtung 24 werden die Phasen der beiden Empfängerausgangssignale miteinander verglichen. Der Phasenwinkel gibt den Einfallswinkel des gepeilten Signals an.

Dieser Winkel kann direkt in einer Anzeigeeinrichtung

angezeigt werden. Es ist jedoch von Vorteil, den gemessenen W'nkel einem Rechner 26 zuzuführen, der den Mittelwert des Meßergebnisses bildet. Eine Mittelwertbildung ist nicht notwendig, wenn zwischen den verschiedenen hoch frequenten Phasendrehfeldern so schnell umgeschaltet wird, daß bereits durch die Trägheit der verwendeten Bauelemente eine Mittelung erfolgt.

Wenn das empfangene Signal durch E=E cos(Ät+Cf) beschrieben wird, dann sind die Aus-

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gangssignale S, S* der Summierschaltungen 22, 22* durch die Gleichungen

S - E_o cosLß, t + n$ + f 3 S¹ - E_o cosL^ t + (n-

bestimmt. Hierbei ist angenommen, daß die Ordnungszahl des Drehfeldes, das durch die ersten Phasenschieber 1 erzeugt wird, um eins höher ist als die Ordnungszahl des Drehfeldes, das durch die zweiten PhasenschieberTerzeugt

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wird. Aus den Gleichungen ist zu erkennen, daß der Einfallswinkel V^ direkt gemessen werden kann.

Unterscheiden sich die Ordnungszahlen der beiden Drehfelder um mehr als eins, dann wird das Meßergebnis mehrdeutig; die Meßgenauigkeit wird jedoch erhöht. Es muß datier ein Schaltzustand vorgesehen werden, bei dem sich die Ordnungszahlen um + oder -1 unterscheiden. Dieses Meßergebnis kann im Rechner zur Eindeutung verwendet werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 sind den Phasenschiebern 1 keine Leistungsteiler vorgeschaltet. Den Antennenelementen 11 bis 18 sind Phasenschieber 1 nachgeschaltet, deren Ausgangseignale jeweils einem Modulator zugeführt werden. Die Ausgangssignale der Modulatoren 31 werden einer Summierschaltung 22 zugeführt. Das Ausgangssignal der Summierschaltung 22 wird wie bei dem Ausfuhrungsbeispiel nach Fig.2 einem Empfänger 23 zugeführt, dem eine Phasenmeßeinrichtung2Vund eine Anzeigeeinrichtung nachgeschaltet sind.

Den Modulatoren 31 wird jeweils ein niederfrequentes Modulationssignal mit der Frequenz CO zugeführt, das in einem Bezugssignalgenerator 32 erzeugt wird. Die niederfrequenten Modulationssignale für die einzelnen Modulatoren unterscheiden sich in ihrer Phase. Die Phase ist entsprechend der geometrischen Anordnung des jeweiligen Antennenelements 11 bis 18 auf dem Kreis 19 gewählt.

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Es wird angenommen, daß das Antennenelement 11 vom Kreismittelpunkt aus gesehen in der Richtung angeordnet ist, in der der Azimutwinkel gleich O ist. Das Ausgangsiiignal des diesem Antennenelement 11 nachgeschalteten rhasenschicbors 1 (Phasenverschiebung 01*(J°)wird dann in dem Modulator 31 mit dem nicht phasenverschobenen Modulationssignal moduliert.

Da im vorliegenden Fall auf dem Antennenkreis 19 acht Antenneneleiiiente gleichmäßig angeordnet sind, wird das Ausgangssignal des Phasenschiebers, der dem zweiten A'nJtennenelement 12 nachgeschaltet ist, entsprechend der geometrischen Lage dieses Antennenelementes 12 auf dem Kreis 19 in dem Modulator 31 mit einem um 45° phasenverschobenen Modulationssignal moduliert. Entsprechend wird das dem achten Antennenelement 18 zugeordnete Signal mit einem um 315° phasenverschobenen Modulationssignal moduliert. Die Zuordnung der Phasenverschiebungen kann jedoch auch anders gewählt werden. Als Modulation kann beispielsweise eine Amplitudenmodulation erfolgen.

Das Ausgangssignal des Modulationssignalgenerators 32 wird der Phasenmeßeinrichtung 24 als Bezugssignal zugeführt.

Wenn das vom Peiler empfangene Signal durch

E = E_Q cos tat +ψ) beschrieben ist, wird das Ausgangssignal der Summierschaltung

S - E₀ [ 1 + m cos (iot +$ ) cos ta t + ni^ + f ) .

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Das demodulJorLe Empfängerausgangssignal U-. kann durch U = U cos de t +'/') und das Modulationssignal U durch

Ug = U_ßO coscc- t beschrieben weiden. Daraus geht hervor, daß der Einfallswinkel des gepeilten Signals in der Phasen-Meßeinrichtung unmittelbar gemessen werden kann.

FUr die Mittelwertbildung gilt dasselbe, was zu dem anhand der Fig.2 beschriebenen Ausführungsbeispiel gesagt wurde.

Außer den beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen gibt es auch noch andere Möglichkeiten zur Realisierung des Peilers, Bei allen AusiUhrungsbeispielen ist wichtig, daß - wie bei den Drehfunkfeuern -

1. hochfrequente Phasendrehfelder erzeugt werden.

2. zwischen verschiedenen hochfrequenten Phasendrehfeidern umgeschaltet wird.

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L e e r s e i t e

Claims

STANDARD ELEKTRIK LORENZ 2 / 1 O J Ö J

AKT TENGESELLSCHAFT

STUTTGART

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Patentansprüche

( 1 Λ Funknavigationsanlage mit einer Antenne und einem Sender oder mindestens einem Empfänger, wobei die Antenne η auf einem Kreis angeordnete Antennenelemente enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung als Funkfeuer alle Antennenelemente (11 ... 18) gleichzeitig mit mindestens einem hochfrequenten Signal (CAR(mod), USB, LSB) gespeist werden, daß bei mindestens n-1 Antennenelementen das hochfrequente Signal über mindestens einen steuerbaren Phasenschieber (1) zugeführt wird und daß eine allen Phasenschiebern (1) gemeinsame Schalteinrichtung (4) vorgesehen ist, die die Phasenschieber (1) so schaltet, daß nacheinander verschiedene hochfrequente Phasendrehfelder erzeugt werden, wobei ein hochfrequentes Phasendrehfeld dadurch bestimmt ist, daß die Signale an benachbarten Antennenelementen unterschiedliche HF-Phasen haben und die HF-Phasen hierbei so gewählt sind, daß die Differenz der HF-Phasen der Signale an benachbarten Antennenelementen jeweils gleich ist und die Summe der HF-Phasendifferenzen entlang des Antennenkreises (19) gleich 360° oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ist.

Sm/Scho 4.4.1977

8 0 9 0 h 1 / 0 3 R fl ORIGINAL INSPECTED

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2. Drehfunkfeuer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - wenn die Antennenelemente (11...18) mit mehreren Signalen (CAR(mod), USB, LSB) gleichzeitig gespeist werden die HF-Phasen der einzelnen Signale unterschiedliche hochfrequente Phasendrehfeider bilden.
3. Drehfunkfeuer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich eines der Antennenelemente in der Mitte des Antennenkreises (19) befindet.
4. Drehfunkfeuer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenten Signale so gewählt sind und daß das Umschalten so erfolgt, daß das abgestrahlte Signal die TACAN-Spezifikationen erfüllt.
5. Drehfunkfeuer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequenten Signale so gewählt sind und das Umschalten so erfolgt, daß das abgestrahlte Signal die VOR-Spezifikationen erfüllt.
6. Funknavigationsanlage mit einer Antenne und einem Sender oder mindestens einem Empfänger, wobei die Antenne η auf einem Kreis angeordnete Antennenelemente enthält, dadurch gekennzeichne t , daß bei der Verwendung als Peiler mindestens n-1 Antennenelemente (11...18) Über mindestens einen steuerbaren Phasenschieber (1) mit mindestens einer Summier-

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Schaltung (22), der ein Empfänger (23) nachgeschaltet ist, verbunden sind, daß eine allen Phasenschiebern (1) gemeinsame Schalteinrichtung (4) vorgesehen ist, die die Phasenschieber (1) so schaltet, daß nacheinander verschiedene hochfrequente Phasendrehfeider erzeugt werden, wobei ein hochfrequentes Phasendrehfeld dadurch bestimmt ist, daß die Signale an benachbarten Eingängen der Summierschaltung (22, 22') unterschiedliche HF-Phasen haben und die HF-Phasen hierbei so gewählt sind, daß die Differenz der HF-Phasen der phasenverschobenen _t von benachbarten Antennenelementen empfangenen Signale jeweils gleich ist und die Summe all dieser HF-Phasendifferenzen entlang des Antennenkreises (19) gleich 360° oder einem ganzzahligen Vielfachen hiervon ist, und daß dem Empfänger (23) eine Phasenmeßeinrichtung (24) nachgeschaltet ist, der auch ein Vergleichssignal zugeführt wird.
7. Funknavigationsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Eingängen der Summierschaltung (22) ein Modulator (31) vorgeschaltet ist, daß diesen η Modulatoren η niederfrequente Modulationssignale zugeführt werden, wobei mindestens n-1 dieser Signale phasenverschoben sind und die Phasenverschiebungen entsprechend der geometrischen Anordnung des jeweiligen Antennenelementes (11...18) auf dem Kreis (19), dessen Ausgangssignal dem jeweiligen Modulator (31) zugeführt wird, gewählt sind, und daß der Phasenmeßeinrichtung (24) das NF-Signal als Bezugssignal zugeführt wird.

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8. Funknavigationsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal jedes /Vntennenelementes (11...18) In mindestens zwei Signale aufgeteilt wird, wobei jeweils das erste Signal der Suiranierschaltung (22) und das zweite Signal einer weiteren Summierschaltung (22') zugeführt wird, daß in die Zuleitungen zu der weiteren Sununierschaltung (22") ebenfalls mindestens n-1 steuerbare Phasenschieber (1') geschaltet sind, die von der Schalteinrichtung (4) gesteuert werden, daß durch diese Phasenschieber (V) ein weiteres hochfrequentes Phasendrehfeld erzeugt wird und daß der Phasenmeßeinrichtung (24) das Ausgangssignal eines Empfängers (23*), der der weiteren Sununierschaltung (22*) nachgeschaltet ist, als Vergleichssignal zugeführt wird.
9. Funknavigationsanlage nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmeßeinrichtung (24) eine Einrichtung zur Mittelwertbildung (25) des gemessenen Einfallswinkels nachgeschaltet ist.

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