DE2728769A1

DE2728769A1 - Radioelektrisches system zur lokalisierung eines bestimmten gegenstandes

Info

Publication number: DE2728769A1
Application number: DE19772728769
Authority: DE
Inventors: Raymond Strauch; Jean Pierre Tomasi
Original assignee: Telecommunications Radioelectriques et Telephoniques SA TRT
Current assignee: Thomson TRT Defense
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1977-06-25
Publication date: 1978-01-12
Also published as: JPS5938554B2; US4151525A; FR2343258A1; FR2343258B1; GB1555060A; DE2728769C2; JPS5328395A

Description

ο, ηκτ-

. a: · r

"Radioelektrisches System zur Lokalisierung eines bestimmten Gegenstandes"

Die Erfindung bezieht sich auf ein radioelektrische.· System zur Lokalisierung eines bestimmten Gegenstandes in einem Markierkreis, wobei dieses System eine Abfragevorrichtung enthält, die mit dem genannten Markierkreis gekoppelt und mit einem Sender versehen ist, der von einem Modulator gesteuert wird, derart, dass er einer Sendeantenne, die zu dem Gegenstand hin ausstrahlt, ein linear in der Frequenz moduliertes Signal liefert, während die Abfragevorrichtung weiter mit Empfangsantenne, die von dem Gegenstand eine der ausgesandten Welle entsprechende Welle empfangen, und mit Mitteln zur Erzeugung von Schwebungssignalen zwischen dem Signal des Senders und den Signalen der Empfangsantenne versehen ist, wobei die die

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Lage des Gegenstandes in dem Markierkreis bestimmenden Abstands- und Vinkelmessungen von den genannten Schwebungssignalen abgeleitet werden.

Ein derartiges Lokalisierungssystem kann in der Luftfahrt Anwendung finden. Ein Problem auf diesem Gebiet ist z.B. die Lokalisierung eines Luftfahrzeuges in einem festen mit dem Erdboden gekoppelten Markierkreis. Ein anderes Problem, das sich beim Formationsfliegen mehrerer Luftfahrzeuge ergibt, ist, in bezug auf jedes Luftfahrzeug in seinem eigenen Markierkreis ein ihm vorangehendes bestimmtes Luftfahrzeug zu lokalisieren. Schliess· lieh kann es für ein Luftfahrzeug erforderlich sein, seine Lage in bezug auf eine feste Stelle auf dem Erdboden zu bestimmen.

Ein Lokalisierungssystem der vorgenannten Art ist allgemein bekannt und z.B. in einem Aufsatz von Davies und Rao mit dem Titel "Studies of a Twin-Channel Frequency-Modulated Echo-Location System" erschienen in der Zeitschrift "Radio and Electronic Engineers", 28. September 1964, S. I6I-I72 beschrieben. In dem beschriebenen System empfängt das zu lokalisierende Ziel von einem Sender eine linear in der Frequenz modulierte Welle und reflektiert direkt ein Echo in Richtung zweier Empfangsantennen, die gegenüber ihrem Abstand von dem Ziel verhältnismässig nahe beieinander liegen. Die beiden Schwebungssignale zwischen den Signalen der Empfangsantennen und dem Signal des Senders bilden je ein Mass das Abstandes der beiden Empfangsantenne von dem Ziel, während bei der Bildung des

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Produkts dieser beiden Schvcbungssignale eine die Richtung des Zieles bestimmende Winkelgrösse erhalten wird. Der vorerwähnte: Aufsatz illustriert die Schwierigkeiten die sich bei der Lokalisierung der Richtung eines be — sonderen Zieles unter anderen Zielen orgeben. Es stellt sich heraus, dass eine derartige Lösung sich aus Sicherheitsgründen schwer bei dengenannten Problemen und insbesondere bei dem Problem in bezug auf das Formationsfliesen mehrerer Luftfahrzeuge anwenden lässt, weil ein auf einem Luftfahrzeug angeordneten Abfragesystem Echosignale von allen anderen Luftfahrzeugen und auch vom Erdboden empfangen kann, und es ist mit der bekannten Technik besonders schwierig, daraus die Lage eines bestimmten Luftfahrzeuges abzuleiten.

Die Erfindung bezweckt, ein zuverlässig und genau wirkendes Lokalisierungssystem zu schaffen, bei dem die obengenannten Schwierigkeiten vermieden werden.

Nach der Erfindung vird einerseits an Bord des (der) zu lokalisierenden Zieles (Ziele) ein Antwortsender angeordnet, der die empfangene linear in der Frequenz modulierte Welle wiederaussendet, wobei sie von einor oder mehreren Eigenschaften beeinflusst wird, die jedeni Ziel eigen sind und von der Abfragevorrichtung erkannt werden können; andererseits werden die in der Abfragevorrichtung gebildeten Schwebungssignale in einer Regelschleife benutzt, mit deren Hilfe die Neigung des Modulationssignals des Senders geändert wird, wobei eine Technik verwendet wird, die bei den Funkhöhenmessern und

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Abstancl.sme»sern mit geregelter Modulationseigiiung üblich ist. Durch die erste Massnahnie kann ein bestimmtes Ziel in der Ablagevorrichtung ausgewählt werden, solange die Regelsclileife nicht stabilisiert ist, Wenn diese Schleife mit dem ausgewählten Ziel stabilisiert ist, spielt sie die Rolle eines Filters, das die Echosignale unterdrückt, die von Zielen stammen, die ausserhalb eines kleinen Abstandsbereiches rings um das ausgewählte Ziel liegen.

Das Lokalisierungssystem nach der Erfindung ist dadurch gekennzeiclinet, dassder zu lokalisierende Gegenstand einen Antwortsender enthält, der mit Mitteln zum Auffangen des Signals des Senders, mit Mitteln zur Er-zeugung aus dem aufgefangenen Signal eines Signals, die eine Komponente aufweist, die dieselbe Modulationsneigun<r enthält und in einer gewissen Richtung und mit einer gewissen Verschiebungsfrequenz, die für den Antvortsender kennzeichnend ist, in der Frequenz verschoben ist, und schliesslich mit Mitteln zum Viederaussenden des genannten Signals mit der genannten in der Frequenz verschobenen Komponente versehen ist, wobei die Abfragevorrichtung mit Mitteln versehen ist, mit deren Hilfe von den genannten Schwebungssignalen Komponenten abgeleitet werden, die der im Antwortsender erzeugten Komponente entsprechen und in der anderen Richtung mit derselben Verschiebungsfrequenz in der Frequenz verschoben sind, während mindestens eine der genannten frequenzverschobenen Komponenten einem Frequenzdiskriminator zugeführt wird, dessen Ausgangssignal über eine Integrationsschaltung dem genannten

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Modulator zugeführt wird, um die Neigung des Modulationssignals derart zu steuern, dass die Frequenz der genannten frequenzverschobene Komponente konstant gehalten wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält der Antwortsender eine einzige Antenne, die abwechselnd mit dem Eingang und dem Ausgang einer Verzögerungsschaltung über einen Zveilagenschalter verbunden ist, wobei die genannte Verzögerung derart ist, dass während jeder Schaltperiods die Antenne für eine Lage des Schalters als Empfangsantenne und für die andere Lage als Sendeantenne des verzögerten empfangenen Signals wirkt.

In einem derartigen Antwortsender mit einer einzigen Antenne, die die Funktion einer Empfangs- und einer Sendeantenne erfüllt, kann der Antennenschalter mit einer Frequenz betrieben werden, die der genannten Verschiebungsfrequenz gleich ist, derart, dass die genannte Komponente des aufgefangenen frequenzverschobenen Signals erzeugt wird, während in der Abfragevorrichtung die genannten frequenzverschobeiien Komponenten der Schwebungssignale dadurch erzeugt werden, dass die Schwebungssignale mit Hilfe eines Ortsoszillators demoduliert werden, dessen Frequenz auf die genannte Schaltfrequenz eingestellt wird.

Es kann vorteilhaft sein, dass sich ein Antwortsender nicht nur durch eine Frequenzverschiebung, sondern auch durch eine andere Kennlinie der wiederausgesandten Welle kennzeichnet.

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Nach der Erfindung enthält ein Antvortsender dieser Art einen Amplitudenmodulator, mit dessen Hilfe das wiederauszuseiidende Signal mit der gewissen den genannten Antwortsender kennzeichnenden Modulationsfrequenz in der Amplitude moduliert wird, während die Abfragevorrichtung in Parallelschaltung mit dem Eingang des Frequenzdiskriininators einen Amplitudenmodulationsdetektor und einen sich daran anschliessenden Frequenzdetektor der Amplitudenmodulation enthält.

Eine Anwortsender des letzteren Typs kann ausserdem dazu benutzt werden, digitale Daten auf die Abfragevorrichtung zu übertragen. Er enthält dann einen auf Frequenzverschiebung basierenden Modulator zum M_Qdiliercn der genannten Frequenz der Amplitudenmodulation als Funktion der genannten digitalen Daten.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figuren 1 und 2 Diagramme, die die Messungen darstellen, die durchgeführt werden müssen, um einen Gegenstand in einer Ebene bzw.im Raum zu lokalisieren;

Fig. 3 ein Schaltbild der Abfragevorrichtung des Systems nach der Erfindung zur Anwendung bei der Lokalisierung eines Gegenstandes in einer Ebene; Fig. h Diagramme verschiedener im Schaltbild nach Fig. 5 vorhandener Signale;

Fig. 5 ein Schaltbild der Abfragevorrichtung des Systems nach der Erfindung zur Anwendung bei der Lokali-

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sierung eines Gegenstandes im Raum;

Fig. 6 schematisch 2^v^rei Hubschrauber, die in Formation fliegen sollen und die mit der Ablagevorrichtung und dem Antwortsender des Systems nach der Erfindung versehen sind;

Fig. 7 das Schaltbild einer Abfragevorrichtunp, mit der insbesondere das an Hand der Fig. 6 illustrierte Problem gelöst wird;

Fig. 8 das Schaltbild des mit der Abfragevorrichtung nach Fig. 6 zusammenarbeitenden Antwortsenders;

Fig. 9 das Schaltbild einer Abwandlung des Antwortsenders nach Fig. 8 mit nur einer einzigen Antenne;

Fig. 10 Diagramme im Antwortsender nach Fig. 9 vorhandener Signale, und

Fig. 11 eine Abwandlung der Abfragevorrichtung nach Fig. 7 mit einer geringeren Anzahl von Antennen.

Das System nach der Erfindung hat den Zweck, einen bestimmten Gegenstand in einem Markierkreis zu lokalisieren, In Fig. 1 bleibt der durch den Punkt M dargestellte Gegenstand annahmenweise in einer Ebene und wird der Markierkreis durch die Koordinaten OY,OZ gebildet. Die Lage von M kann durch den Winkel Oi zwischen der Richtung OM und der Achse OZ und durch den Abstand OR bestimmt werden. In Fig. 2 befindet sich der Punkt M im Raum und wird der Markierkreis durch die Koordinaten OX, OY, OZ gebildet. Die Lage des Punktes M kann durch den auf die oben beschriebene Weise definierten Winkel CC, , durch den Winkel^ zwischen der Richtung OM¹ und der Achse OX und

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durch den Abstand OM bestimmt werden, wobei M¹ die Projektion des Punktes M in der Ebene OXY ist.

Das System nach der Erfindung bezweckt insbesondere, die Richtung OM kennzeichnende Winkeldaten z.B. den Winkel A im Falle der Fig. 1 und die Winkel cc und ψ im Falle der Fig. 2, zu liefern. Wie jedoch hervorgehen wird, liefert es ausserdem, praktisch ohne zusätzliche Kosten, die Daten über den Abstand OM.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild der Abfragevorrichtung des Systems nach der Erfindung, die mit dem Markierkreis gekoppelt ist. Dieses Schaltbild wird im Falle der Fig. 1 verwendet, wo der Gegenstand in einer Ebene bleibt.

Die Abfragevorrichtung enthält (Fig. "}) einen Sender 1, der mit dem Markierkreis OYZ gekoppelt ist und von einem Modulator 2 gesteuert wird, der ein sägezahnförmiges Signal erzeugt, um einer Sendeantenne 3 ein linear in der Frequenz moduliertes Signal zu liefern. Die Antenne 3 befindet sich (siehe Fig. i) z.B. im Ursprung 0 und strahlt zu dem Gegenstand M hin aus. Letzterer ist mit einem Antwortsender versehen, der nachstehend beschrieben werden wird und der eine Welle wiederaussendet, die der ausgesendeten (d.h. linear in der Frequenz modulierten und die gleiche Modulationsneigung aufweisenden) Welle entspricht, aber ausserdem eine Frequenz aufweist, die in einer gewissen Richtung mit einer gewissen den Antwortsender kennzeichnenden Verschiebungsfrequenz in der Frequenz verschoben ist. Diese von

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dem Antwortsender stammende Welle wird von zwei Empfangsantennen h und 5 empfangen, die nach P^ig. 1 auf der Bezugsnchse OY an zwei Punkten A und D,die zum Punkt 0 symmetrisch sind, angeordnet sind. Das aus den beiden Empfangsantennen '4 und 5 bestehende Gebilde wird nachstehend häufig als die Messbasis des Systems bezeichnet .

Nach dem Schaltbild der P'ig. 3 erzeugen Mischschaltungen 6 und 7 Schvebungssignale zwischen einem Bruchteil des mit Hilfe der Koppelvorrichtung 8 entnommenen Signals des Senders 1 und den von den Antennen h und 5 empfangenen Signalen. Diese Schwebungssjgnale mit einer Frequenz f. und f„ werden in den Verstärkersn

A D

9 und 10 verstärkt. Bei der Ausführungsfonn nach Fig. 3 sind Schaltmittel, die in Form von Zweilagenschaltern 11, 12, 13 dargestellt sind, in die Anwendungsstrecke der Schwebungssignale f. und f aufgenommen. Diese Schalter werden von der Steuerschaltung lh betätigt, die während zwei aufeinanderfolgender Perioden des Sägezahnsignals des Modulators 2 abwechselnd die Schalter in die Lage a und in die Lage b versetzt. Der Schalter 11 schickt abwechselnd die Schwebungssignale f und f zu den Frequenzdiskriminator 15· Zwischen dem Schalter 11 und dem Frequenzdiskriminator I5 sind nacheinander angeordnet: eine Mischschaltung 36, die die Schwebungsfrequenzen f und f , die durch den Schalter 11 zeitlich verteilt sind, mit einer festen vom Oszillator 37 gelieferten Frequenz verschiebt und ein Bandpassfilter 39»

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das auf die mittlere Frequenz f des Frequenzdiskriminators 15 zentriert ist. Die Frequenz des Oszillators 37 ist gleich der Verschiebungsi'ruquenz, die den Antwortsender kennzeichnet, und die Verschiebung der Schwebungsfrequenzen f. und f erfolgt in einer Richtung,

A W

die der Richtung der Frequenzverschiebung in dem Antwortsender entgegengesetzt ist. Das Ausgangssignal des Frequenzdiskriminators I5 dieses Antwortsenders \iird abwechselnd mit Hilfe des Schalters 12 zu den Integrationsschaltungen I und I geschickt. Schliesslich werden die Ausgangssignale der Integrationsschaltungen

I, und I_. abwechselnd mit Hilfe des Schalters Π zu Λ η

dem Modulator 2 zur Steuerung der Neigung des sägezahnförmigen Modulationssignals geschickt.

Das Ausgangssignal des Modulators 2 wird der gemeinsamen Klemme des Schalters 17 zugeführt, der, wie die vorhergehenden Schalter, abwechselnd vom Steuersignal 1*4 auf die Lagen a und b eingestellt wird. Während jeder der Perioden des Modulationssignals, in denen sich der Schalter 17 in der Lage a (bzw. b) befindet, liefert die Zeitmessschaltung P (bzw. P„) eine Messung der Dauer T (bzw. T ) der Neigung des Modulationssignals (Dauer eines Sägezahns). Es wird z.B. angenommen, dass die Schaltungen P., P_n die gemessenen Dauern T. und T₁, in Gleichstromsignale

A 13 A ti

S. und S_n umwandeln. Die Schaltung 18 erzeugt die Differenz

A D

zwischen diesen GleichstrOinsignalen S und S und dieses Differenzsignal entspricht der gewünschten Information, weil, wie nachstehend noch gezeigt werden wird, es eine

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Fig. 1 ist.

genau bestimmte Funktion dos Winke Ls Qi- der Fig. Ausserdein erzeugt die Schaltung 19 die Summe der Signale

S. und S_n und dieses Summensignal .stellt den Abstand OM A ^B

dar.

Das eben beschriebene Lokalisierungssystem gründet sich, was die Bestimmung des in Fig. 1 präzisierten Winkels iX anbelangt, auf die Tatsache, dass, wenn der Abstand OM gegenüber dem Abstand 2a zwischen den zwei Atenneη 4 und 5 gross ist, der Unterschied ^R zwischen den Abständen MA und MB mit einer genauen Annäherung des Winkels oc durch den Ausdruck:

= 2a sin OC (!)

gekoppeIt ist.

Aus Fig. 1 geht deutlich hervor, dass Δ R als der Unterschied zwischen den von der Welle von der Sendeantenne 3 ^zu den Empfangsantenne k und 5 über den zu lokalisierenden Gegenstand M durchlaufenen Strecken erhalten werden kann. Bei dem System nach der Erfindung wird jede dieser Strecken durch ein bei den Funkhöhenmessern mit Iirearer Frequenzmodulation und mit geregelter Neigung übliches Verfahren gemessen. Das Prinzip eines derartigen Funkhöhenmessers ist z.B. in der von der Anineldering am 12. März 1976 eingereichten französischen Patentanmeldung 76 07 Ο58 (siehe Figuren 1 und 2) beschrieben. Hier wird nur erwähnt, dass in diesem Funkhöhenmesser ein Schwebungssignal zwischen einerseits einem linear in der Frequenz modulierten Signal mit einer festen Frequenzabweichung Af, das einer zum Erdboden hin ausstrahlenden

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Sendeantenne zugeführt wird, und andererseits dem vom Erdboden reflektierten und von einer Einpfangsantenne aufgefangenen Signal erzeugt wird. Diese Schvebungsfrequenz f ist mit ώ F) mit der Dauer T der Modulationsneigung und mit der Laufzeit T der Welle zwischen den Sende- und Empfangsantennen über den Erdboden durch den Ausdruck:

An*

u T
gekoppelt.

Dieses Schwebvmgssignal wird in einer Regelschleife dazu verwendet, die Modulationsneigung derart zu ändern, dass die Schwebungsfrequenz gleich einer Sollfrequenz f gehalten wird, die von einem Frequenzdiskriminator geliefert wird, der in die Kegelschleifc aufgenommen ist. Venn die Regelschleife stabilisiert ist, ist die Dauer T der Modulationsneigung der Laufzeit X, proportional gemäss dem Ausdruck:

τ= #£Τ (2).

In der Abfragevorrichtung nach Fig. 3 wird eine Regelschleife dieser Art verwendet, die abwechselnd von Signalen gesteuert wird, die von den Schvebungssignalen f und f abgeleitet sind, und zwar über eine Frequenzverschiebung, die mit Hilfe der Mischschaltung 36, des Oszillators 37 und des Bandpassfilters 39 stattfindet. Aus Obenstehendem geht hervor, dass die Frequenzverschiebung, die in der Abfragevorrichtung stattfindet, den Effekt der im Antwortsender stattfindenden Frequenzverschiebung ausgleicht, so dass die Schleife zur Regelung der Neigung des Modulationssignals so wirkt, als ob gar keine Frequenzverschiebung stattgefunden hätte. Es ist

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.sis-

jedoch ebenfalls klar, dass gleiche und entgegengesetzt gerichtete Frequenzverschiebungen, die in einem Antwortsender und in der Ablagevorrichtung stattfinden, es ermöglichen, in der letzteren Vorrichtung einen bestimmten Antwortsender auszuwählen und Streuechosignale zu unterdrücken, die z.B. vom Erdboden herrühren.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Abfragevorrichtung nach Fig. 3 ist im Diagramm ha der Fig. '» des sägezahnförmige Modulationssignal dargestellt, das vom Modulator 2 geliefert wird. Dieses Signal weist eine konstante Amplitude US auf, die der konstanten Frequenzabweichung ^F des Senders I entspricht. Unter "Periode dieses Signals" ist das Zeitintervall zu verstehen, das zwischen zwei aufeinanderfolgenden schroffen Flanken vergebt. Während jeder Periode weist das Modulationssignal einen treppenförmigen Verlauf während einer konstanten Dauer und dann einen linear zunehmenden Wert während einer veränderlichen Dauer (als Dauer der Modulationsneigung bezeichnet) auf, die nachstehend näher präzisiert werden wird.

Das Diagramm '+b zeigt das Steuersignal der Schalter 11, 12, 13, 17, dessen Wert sich bei jeder schroffen Flanke des Modulationssignals **a ändert und das diese Schalter abwechselnd während der Perioden t. und t,, auf die Lagen

A iJ a und b einstellt.

Während der Perioden t., in denen sich die Schalter in der Lage a befinden, wird das Schwebungssignal f , das von dem Signal der Antenne k abgeleitet und in der Frequenz

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verschoben ist, in der Regelsehleifο, die den Frequenzdiskriminator 15 und die Integrationsschaltung I enthält, dazu benutzt, die Neigung des Modulati onssigna.l s des Modulators 2 zu steuern. Während der Perioden t_Dl in denen sich

13 die Schalter in der Lage b befinden, wird das Sclwebungssignal f , das von dem Signal der Atenne 5 abgeleitet und in der Frequenz verschoben ist, zur Steuerung der Neigung des Modulationssignals des Modulators 2 benutzt, wobei die Regelschleife denselben Frequenzdiskriminator I5, aber eine Intcgrationsschaltung I anderer Art enthält. Während

der Perioden t. oder t„, in denen sich die Schalter in A IJ

der Lage a oder b befinden, wird die Neigung des Modu— lationssignals derart eingestellt, dass die Schwebungsfre— quenz f oder f gleich der mittleren Frequenz f des Diskriininators I5 ist. Durch Anwendung der obengenannten Formel (2) ergibt sich, dass die Modulationsdauern T

und T_, während der Perioden t. und t_n mit der Laufzeit χ! A Ii

X . der Welle zwischen der Antenne 3 und der Antenne 4 A

über den Gegenstand M bzw. mit der Laufzeit <' der Welle zwischen der Atenne 3 und der Antenne 5 über den Gegenstand M durch die Ausdrücke:

gekoppelt sind.
Indem die Laufzeiten ΐ\ und 2T „ als Funktion der

A X3

entsprechenden Strecken der Fig. 1 und der Fortpflanzungsgeschwindigkeit C ausgedrückt werden, werden die Formeln (3):

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^TA	_A ό	f C	(OM	+ MA)
	Λ	f	(IiM
*" r* O	C	⁺

Wähx*end der Perioden t. und t_, in denen die Modula tionsdauern T und T sind, schickt der Schalter 17 abwechselnd das Modulationssignal zu den Zeitmessschaltungen

P. und P.., so dass diese Schaltungen Signale der in den A Xj

Diagrammen ^c und hd dargestellten Form empfangen. Die Schaltungen P und P liefern Gleichstromsignale S und

S_n, die den Modulationsdauern T, und T proportional sind. xJ A U

und die Differenzschaltung 18 liefert ein Signal S - S ,

A Jj

das zu T. - T₁, proportional ist. A r>

Wenn nun gesetzt wird, dass Δ Π = MA - MB ist, wird von den Beziehungen (k) abgeleitet:

^ta - ^td = ττ

ο
Unter Berücksichtigung der Formel (i) kann geschrieben

werden:

A ¹B f C
ο

Sb wird gezeigt, dass am Ausgang der Differenzschaltung 18 ein Signal erhalten wird, das zu sin £** proportional ist und dem Winkel Oi. entspricht, der die Richtung des Gegenstandes M charakterisiert.

Weiter ist, weil der Abstand OM gross gegenüber dem beiden an A und B angeordneten Empfangsanteimen '4 und 5 i s 11
OM =

und von den Formeln (4) wird abgeleitet:

^ta ^{+ t}b - ΤΊΓ- · ä* (6)

So wird gezeigt, dass am Ausgang der Summenerzeuger-

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schaltung 19 ein Signal erhalten wird, das dem Abstand OM zwischen dem Punkt 0 und dein Gegenstand M proportional ist.

Es sei bemerkt, dass in dor Praxis die Anwendung eines Sununenerzeugers 19 zum Erhalten des Abstandes zwisehen dem Gegenstand und der Basis A B vermieden werden kann. Tatsächlich ist, veil die Länge dieser Basis klein gegenüber dem Abstand OM ist:

MA üd. OM

Aus den Formeln ('*) geht hervor, dass die Messung einer der Dauern T. oder T₁, durch die Schaltungen P. oder

A 13 A

P praktisch den Abstand OM ergibt.

Eine Abwandlung des Schaltbildes nach Fig. 3 besteht darin, dass statt zweier Mischschaltungen 6 und 7 nur eine einzige Mischschaltung verwendet wird, die einerseits abwechselnd die Signale der Empfangsantennen h und 5 über einen geeigneten Schalter, der von dorn Steuersignal der Schaltung ΛΗ betätigt wird, und andererseits das Signal des Senders 1 empfängt. Der Frequenzdiskriminator 15 empfängt dann, wie oben, die Schwebungssignale f und f , die in Frequenz dekodiert und über die Perioden t. und t„ verteilt sind.

A Jj

Eine andere Abwandlung gleicher Art besteht daiin, dass statt der beiden Zeitinessschaltungen P. und P_ß nur eine einzige Zeitmessschaltung verwendet wird, der das Modulationssignal zugeführt wird. Diese Messschaltung liefert diskrete Signale S, und S_, die zeitlich verteilt

A rJ

und den Dauern T. und T„ proportional sind; mit Hilfe

A XJ

eines Schalters werden diese Signale über zwei Leitungen

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verteilt, die mit einer Differcnzschaltung über geeignete Verzögerungsschaltungen verbunden sind, wobei die Differenzschaltung, wie oben, die gewünschten Winkeldaten liefert.

Alle Schalter, die in Form von Kontakten dargestellt sind, können selbstverständlich mit Halbleiterbauelementen wie Dioden, aufgebaut werden.

Das System nach der Erfindung kann leicht zur Anwendung im Falle der Fig. 2 erweitert werden, in der der zu lokalisierende Gegenstand M im Raum befindlich ist, wobei sich die durchzuführenden Messungen dann auf die WinkelCCund ψ beziehen, die oben präzisiert sind. Dann kann eine mit dem Markierkreis gekoppelte Messbasis mit Hilfe dreier Empfangsantennen gebildet werden, die z.B.

auf folgende Weise angeordnet werden: zwei Atennen h und 5 sind auf den Achsen OY und OX in dem Abstand a von dem Ursprung 0 angeordnet, wo sich ebenfalls eine Empfangsantenne 20 befindet. Die Sendeantenne 3 liegt in der Ebene XOY an einem Punkt B, der den Empfangsantennen verhältnismässig nahe liegt. Da der Abstand zwischen dem Gegenstant M und der Messbasis gross gegenüber dem Abstand a ist, kann nachgewiesen werden, dass die Unterschiede ^R₁ = ΑΤΪ - OM und Δ R = BM - OM Funktionen von a und der Winkel 06 und (f sind. Das System nach der Erfindung basiert in diesem Fallen auf einer Messung der Unterschiede ^R₁ und 4r , aus denen die Winkel Ct und ψ ermittelt werden können.

Das Schaltbild mich Fig. 5 zeigt die Abfragevor-

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richtung des Systems nach der Erfindung, mit deren Hilfe die Abstandsunterschiede ^R-i und ^^p Gemessen werden können. Sie enthält ausser den Schaltungen zur Verarbeitung der Signale der Empfangsantennen h und 5, die mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 3 versehen sind, die Mischschaltung 21, die ein Schwebungssignal mit der Frequenz f zwischen dem Signal der Empfangsantenne 20 und dem Signal des Senders 1 liefert; dieses Signal mit der Frequenz f wird im Verstärker 22 verstärkt. Ausserdem ist eine Integrationsschaltung I vorgesehen, die die gleiche Funktion wie die Integrationsschaltungen I. und I erfüllt. Die Schalter 11, 12, 13 und 17 sind nun Dreilagenschalter, die unter der Steuerung der Schaltung 1^ nacheinander in die Lagen a, b, c während der aufeinandei'f olgcndeii Perioden t., t._, t des Modulationssignals

ABC

des Modulators 2 versetzt werden. Der Schalter I7 mit drei Lagen a, b, c schickt nacheinander während der Perioden t., t.. und t_p das Modulationssignal zu den Zeitmessschaltungen P., Pp und Ρ«. Die Schaltung 23 erzeugt die Differenz zwischen dem Ausgangssignal S. der Schal-

lung P und dem Ausgangssignal S der Schaltung P und die A OL/

Schaltung P und dem Signal S . An den Ausgängen der Differenzschaltungen 23 und 2k werden Signale erhalten, die den geprüften Grossen ^R und /jRp proportional sind, die oben präzisiert sind, während das Signal S eine Messung des Abstandes OM ergibt.

Diese Ergebnisse lassen sich durch die Tatsache

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ης -

erklären, dass während der Perioden t , t , t die Neigung des Modulationssignals derart geregelt wird,

dass f. = f , f = f bzo. f = f ist. im vorliegenden A ο B ο Co ^c>

Falle können die Modulationsdauern T.. T.,, T_ während

A Ii C

auf analoge Weise wie die For

5 der	Perioden t , t , t	< Δ F . *^ta ⁼ Τ~Έ* (^BiM** O A F /—	c ^auf
mein	(h) ausgedrückt	O	werden:
	A		+ MÄ)


	+ MO )

(7)

Indem die Differenzen T - T und T - T erzeugt

A L/ 13 L/

werden, werden genau die zu AR und ΔR_? proportionalen Grossen erhalten, und daraus ergibt sich, dass die Ausgangssignale der Differenzschaltungen 23 und 2k ein Maas für /^R₁ und ÄR_? bilden; daraus können dann die Winkel O/und ^abgeleitet werden. Weiter bildet, weil BM ^i. MO ist, T_ein Mass für den Abstand zwischen dem Punkt O und dem Gegenstand M.

Nun wird beispielsweise eine Anwendung des Lokalisierungssystems nach der Erfindung beschrieben und dabei werden mehrere Abwandlungen der Abfrage- und Antwortsendervorrichtungen erörtert. Bei dieser Anwendung ergibt sich das Problem der gegenseitigen Lageneinhaltung einer Formation von Hubschraubern. Dieses Problem wird nun an Hand der Fig. 6 erläutert. In dieser Figur sind zwei Hubschrauber und zwar der "Leader" H₁ und ein Begleiter H„, dargestellt, die mit anderen nicht dargestellten Hubschraubern eine Formation bilden. Um in Formation fliegen zu können, ist es erforderlich, dass jeder Hubschrauber H₀ in seinem

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'^χ(ο ' ¹⁵^¹If 28769

eigenen Markierkrois die Lage des Hubschraubers H₁, der ihm vorangeht (Richtung und Abstand), die Geschwindigkeit, mit der" sich die -zwei Hubschrauber einander nähern oder sich voneinander entfernen, und seine eigene Höhe in bezug auf den Erdboden, kennt. Schliesslich müssen die Kursdaten des "Leader"—Hubschraubers H₁ zu dem begleitenden Hubschrauber Il geschickt werden. Das System nach der Erfindung eignet sich besonders gut zur Lösung dieses Problems.

Jeder Hubschrauber, wie H_p, ist vorher mit einer Abfragevorrichtung versehen, die eine Sendeantenne 3 enthält, die auf der Achse OZ des Hubschraubers angeordnet ist und zu einem Antwortsender 30 aussendet, der an einem Punkt N auf dem Heck des Hubschraubers H₁ angeordnet ist. Die Abfragevorrichtung enthält ausserdem zwei Empfangsantennen ^ und 5, die auf der zu der Achse OZ symmetrischen Achse OY und in einem Abstand von etwa 1,50 m voneinander angeordnet sind. Es ist einleuchtend, dass das System nach der Erfindung der in Fig. 3 beschriebenen Art sich dazu eignet, im Hubschrauber H den Winkel ⁰^ , die Richtung des Hubschraubers H₁ in bezug auf den Hubschrauber H„ und den Abstand ON = Z- zwischen diesen Hubschraubern zu messen. Ausserdem kann jedoch dieses System sehr einfach derart angepasst werden, dass ebenfalls die Höhe des Hubschraubers H und die relative Geschwindigkeit der beiden Hubschrauber gemessen und der Kurs von H₁ zu H übertragen werden kann. Bei diesem Problem müssen jedoch ausserdem Massnahrnen getroffen werden, damit die Messungen

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die mit Hi lie dor Abfragt; vorrichtung von H und dos .\utvortsenders von H durchgeführt, werden, nicht von Signalen gestört werden, die vom Erdboden reflektiert Kerdc-ü oder von anderen Hubschraubern der Formation stammen. Fig. 7 zeigt ein Schaltbild einer Abfragevorrich- tung. Es enthält ausser den Elementen des Systems nach Fig. 3» d^ie mit den gleichen Dozugszedchen versehen sind, Anpassungselemente, die noch näher beschrieben werden.

Das Schaltbild nach Fig. 7 und auch Fig. 6 zeiger· die Sendeantenne 3I und die Einpf angsantenne 32, die alle zwei zu dem Erdboden hin gerichtet sind, um die Höhe de«? Hubschraubers zu messen. An die sich von den Antennen 3? k und 5 her erstreckenden Leitungen sind Schalter 33i 3^i 35 angeschlossen, die zu gleicher Zeit entweder in die Lage ab, in der die Mischschaltungen 6 und 7 die Schwe-

bungssignale f. und i\, in bezug auf die Empfangsantennen Λ Jj

U und 5 liefern, oder in die Lage Ra versetzt werden, in der die Mischschaltung 6 kein bedeutendes Schwebungssignal und die Mischschaltung 7 ein Funkhöhenmessschwebungssig- nal f„ zwischen dem von der Antenne 3I ausgesandten Sig-Ji

nal und dem von der Antenne 32 empfangenen Signal liefert.

Veiter sind zwischen dem Schalter 11 und dem

Frequenzdxskrxmxnator I5 nacheinander angeordnet: die Misch- schaltung 36, die die Schwebungsfrequenzen f und f , die vom Schalter 11 stammen, mit einer festen vom Oszillator 37 gelieferten Frequenz S ' verschiebt, und das Bandpass filter 39, das auf die mittlere Frequenz f des Diskriminators I5 zentriert ist. Schliesslich ist der Aue-

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-2/t- P'.iK. 76558

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it dem Linpaiiß des Filters

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des Verstärkers 10 mit dem Linpaiiß des Filters 39 über den Schalter 38 in der Lage Ra verbunden, während die andere Lage ab dieses Schalters nicht benutzt wird.

An die zum Ausgang des Modulators 2 parallele Leitung ^5 und den Schalter 17 ist ein Schalter ho mit zwei Lagen ab und Ra angeschlossen. Je nachdem sich diesel" Schalter in der Lage ab oder in der lage Ra befindet, schickt er das Modulationssignal entweder zu dem Schalter 17, der die gleiche Funktion wie in Fig. 3 erfüllt, oder zu der Zeitmessschaltung P , die die Anzeige über die Höhe des Hubschraubers liefert.

An den Ausgang des Summenerzeugers I9, der eine Abstandsmessung liefert, ist eine Ableitungsschaltung h\ angeschlossen, die eine Messung der relativen Geschwindigkeit der beiden Hubschrauber liefert.

Schliesslich ist zwischen dem Filter 39 und dem Frequenzdiskriminator I5 eine Parallelleitung ^6 angeordnet, die mit einem Amplitudenmodulationsdetektor k2 verbunden ist, dem sich ein Frequenzdetektor 43 und ein Dekodierer hk anschliessen. Letzterer liefert, wie nachstehend näher erläutert wird, die Kursdaten des "Leader"-Hubschraubers H₁.

Bevor die Wirkungsweise der Abfragevorrichtung nach Fig. 7 erläutert wird, wird präzisiert, dass sie Schalter von zwei Typen in bezug auf ihre Steuerung und ihre Funktion enthält. Die Schalter 11, 12, 13, 17 vom sogenannten a/b-Typ sind bereits im Schaltbild nach Fig. 3 verwendet und werden in jeder Periode des

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Modulationssignals durch das im Diagramm 'ib der Fig. h gezeigte Steuersignal betätigt. Die Schalter 33, "}h , 35, 38-p und hO vom sogenannten ab/Ra-Typ werden von nicht dargestellten Mitteln derart betätigt, dass sie z.B. in jeder Sekunde während etwa 100 msec in die Lage Ra versetzt werden, während sie sich während der verbleibenden Zeit in der Lage ab befinden.

Venn sich diese Schalter ab/Ra in der Lage ab befinden, wirkt das System mit Hilfe der Signale der Empfangsantennen h und 5 auf genau gleiche Weise wie das System nach Fig. 3» wobei die Differenzschaltung 18 die Daten über die Richtung Oi » die Sunnnenerzeugungschaltung 19 die Daten über den Abstand X , der beiden Hubschrauber und die Ableitungsschaltung 41 die Daten über die re.lative Geschwindigkeit ν der beiden Hubschrauber liefert. Das Vorhandensein der Mischschaltung 36 in der Regelschleife des Modulators ist erforderlich,um bei den Schwebungsfrequenzen f und f , die von den von den Empfangsantennen k und 5 empfangenen Signalen abgeleitet sind, eine Verschiebung <j ' durchzuführen, die einer Frequenzverschiebung £ , der das im Antwortsender 30 des Hubschraubers Il empfangene Signal unterworfen wird,gleich und entgegengesetzt gerichtet ist. Jeder Hubschrauber der Formation, \vie H , kennzeichnet sich durch einen besonderen Wert der Verschiebungsfrequenz ei seines Antwortsenders, so dass ein begleitender Hubschrauber, wie H₂, den Hubschrauber, dem er folgen muss, identifizieren kann. Das Filter 39 dient dazu, völlig das dem Frequenzdiskriminator 15 zugeführte Signal und die Streuschwebungssignale, die

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z.B. von vom Erdboden reflektierten und die Empfangsantennen h und 5 erreichenden Wellen stammen können, zu beseitigen. Schliesslich delektiert die Schaltung 42 eine Amplitudenmodulation, die im Antwortsender 30 des Hub — schraubers Il im von ihm empfangenen Signal stattgefunden hat. Die Frequenz ^ dieser Amplitudenmodulation weist einen verhältnisinässig niedrigen und für jeden Hubschrauber besonderen Wert (von z.B. einigen kHz) auf, was zusammen mit der obengenannten Erequenzverschiebung 6 zu der Identifikation jedes Hubschraubers durch eine Abfragevorrichtung beiträgt. Zugleich werden im Antwortsender von H Frequenzverschiebungen ± & k? der Frequenz der Amplitudenmodulation durchgeführt, um binäre Elemente zu übertragen, die dazu dienen, auf den Hubschrauber U in kodierter Form den Kurs von II zu übertragen. Der Frequenzdetektor ^3 liefert binäre Elemente, die den Frequenzverschiebungen + öt^der Amplitudenmodulation entsprechen, und der Dekodierer Hh liefert in analoger Form den Kurs Λ des Hubschraubers H .

Wenn die Schalter ab/Ra sich in der Lage Ra befinden, werden nur die zu dem Erdboden hin gerichteten Antennen 31 und 32 verwendet, vobei die Mischschaltung das Funkhöhenmessschvebungssignal f„ liefert, das,wie in einem üblichen Funkhöhenmesser, zur Steuerung der Neigung des Signals des Modulators 2 dient. Die Dauer dieser Neigung wird in der Zeitmessschaltung P„ gemessen, die so die Anzeige über die Höhe des Hubschraubers H_? liefert.

Fig. 8 z«igt das Schaltbild eines Antvortsenders,

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wie des Antwortsenders 30 nach Fig. 6, der auf dein Hubschrauber H₁ angeordnet ist. Er enthält zwei Antennen, die im Seitenruder in einem Abstand von 1 m übereinander angeordnet sind. Der Einpfangsantenne 50 und der Sendeantenne 51 folgt ein Verstärker 52 bzw. geht ein Verstärker 53 voran. Um die obengenannten Funktionen sicherzustellen, ist der Ausgang des Verstärkers 52 mit einem Modulator BLU54 verbunden, der weiter von einem Oszillator 55 die Verschiebungsfrequenz 0 empfängt, deren Wert für den Hubschrauber kennzeichnend ist. Dann wird der Ausgang des Modulators BLU5^ mit dem Eingang eines Amplitudenmodulators 56 verbunden, in dem das Eingangssignal mit der Ausgangsfrequenz des Oszillators 57 in der Amplitude moduliert wird. Diese Ausgangsfrequenz mit dem Nennwert {P f die für den Hubschrauber kennzeichnend ist, wird über +_ S (*J vom Modulator 58 entsprechend dem Wert der binären Elemente des vom Kodierer 59 gelieferten digitalen Signals verschoben, wobei dieses digitale Signal den Kursdaten entspricht, die auf die Abfragevorrichtung übertragen werden müssen.

In dem eben beschriebenen System zur gegenseitigen Lageneinhaltung von Hubschraubern sind drei Antennen für die Abfragevorrichtung und zwei Antennen für den Antwortsender vorhanden. Eine Abwandlung, die nun beschrieben werden wird, gestattet die Herabsetzung der Anzahl dieser Antennen.

Ein dieser Abwandlung entsprechendes Schaltbild eines Antwortsenders istin Fig. 9 dargestellt. Dieses

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i'HM\ 70558 15-6-1977

Schaltbild enthält eine gewisse Anzahl von Elementen des Antwortsenders nach Fig. 8, die die gleichen Funktionen erfüllen und mit den gleichen Bezugszeicben versehen sind. Der Antwortsender nach Fig. 9 enthält eine einzige Antenne 60, die abwechselnd die Funktion einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne erfüllt, wie nachstehend erläutert werden wird. Diese Antenne 60 ist mit dem Knotenpunkt eines Schalters 61 verbunden, der eine oder die andere seiner beiden Lagen Em und Re entsprechend dem Wert eines von der Steuerschaltung 62 gelieferten Steuersignals einnimmt, wobei dieses Steuersignal eine feste von einem Quarzoszillator 63 abgeleitete Frequenz ^) aufweist. Wenn der Schalter 61 sich in der Lage Re befindet, ist die Antenne 60 mit dem Verstärker 52 verbunden, der seinerseits mit der Verzögerungsleitung Gk verbunden ist. Das linde dieser Leitung Gk ist mit dein Amplitudenmodulator 56 verbunden, der, wie in Fig. 8, einerseits mit den Elementen 57, 58, 59 und andererseits mit dem Verstärker 53 verbunden ist. Der Ausgang des letzleren Verstärkers ist mit der Antenne 60 verbunden, wenn sich der Schalter 61 in der Lage Em befindet.

Die Wirkungsweise dieses Antwortsenders wird durch die Diagramme der Fig. 10 erläutert. Das Diagramm 10a zeigt die Form des Steuersignals des Schalters 61; dieses Steuersignal mit der Frequenz ο weist zwei Pegel Em und Re entsprechend den Lagen Em und Re des Schalters auf und ist derart, dass während jeder Periode t = l/S die Dauer von Em mindestens gleich der Dauer von Re ist. Das

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PlIi-\ 76¹J 58 - 15-6-1977

Diagramm 10b zeigt mit sclirai'f i ei ton Zonen die Ze i tpiiukte , zu denen das von der Antenne 60 empfangene Signal auf den Eingang dor Vcrzögerunysle i tiuig 6^ übertragen wird. Das Diagramm 10c zeigt mit schraffierten Zonen die Intervalle, in denen das empfangene Signal am Ausgang der Verzögerungsleitung 64 erscheint. Die Verzögerung V der Verzögerungsleitung ist derart, dass das empfangene verzögerte Signal innerhalb der Intervalle auftritt, in denen sich der Schalter 61 in der Lage Em befindet.

Es ist dann einleuchtend, dass die Antenne 60 des Antwortsenders das empfangene verzögerte Signal von "ΪΓ wiederaussendet. Dieses Wideraussenden erfolgt periodisch mit einer Frequenz gleich der Steuerfrequenz <$" des Schalters 6i ( S ist z.Ji. gleich 1 HIIz) und dies hat zur Folge, dass das Spektrum des ausgesandten Signals aus Linien zusammengesetzt ist, die über ein ganzes Vielfaches der Frequenz J in bezug auf die augenblickliche wiederausgesandte Frequenz verschoben sind. Dies ist der Frequenzverschiebung ο äquivalent, die im Antwortsender nach Fig. 8 mit Hilfe des Modulators BLu5'l durchgeführt wird. Veiter erfolgt die Wiederübertragung der Kursdaten ßi auf die in Fig. 8 erläuterte Weise mit Hilfe des Amplitudeiimodulators 56.

Fig. 11 zeigt teilweise das Schaltbild einer Abfragevorrichtung, die die gleichen Funktionen wie in Fig. 7 erfüllt, aber die nur zwei Antennen statt dreier Antennen für die mit dem Antwortsender gekoppelten Funktionen benutzt. Bei diesem Schaltbild ist davon ausge-

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■viii- !'111- . (f^r;5S

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n, class diese Abl'ra(;evorr ichtung mit einem Antwortsender der in Fig. 9 dargestellten Art zusammenwirkt.

I)Je Ablagevorrichtung nach Fig. 11 enthält eine gewisse Anzahl von Elementen, die mit denen der Abfi^agevorrichtung nach Fig. 7 identisch und mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Der Einfachheit halber sind nur die in die Regelschleife des Modulators 2 aufgenommenen Schaltungen dargestellt.

Die Abfragevorrichtung nach Fig. 11 enthält einen Zirkulator 70, von dein eine Klemme 71 von dem Generator 1 das auszusendende linear in der Frequenz modulierte Signal empfängt. Eine Klemme 72 des Zirkulators ist über den Schalter 73 vom ab/Ra-Typ entweder mit dem Knotenpunkt des Schalters Jk vom a/b-Typ oder mit der zum Erdboden hin gerichteten Sendeantenne 31 verbunden. Der Knotenpunkt des Schalters 7'* ist abwechselnd abhängig von dem im Diagramm ^a (Fig. h) dargestellten Steuersigmtl mit den beiden Antennen 75 und 76 verbunden, die die Messbasis für die mit dein Aritwortsender gekoppelten Messungen bilden. Die Mischschaltung 77 enthält einen ersten Eingang, der mit der Koppelvorrichtung 8 verbunden ist,um einen Bruchteil des ausgesandten Signals zu empfangen, und einen zweiten Eingang, der über den Schalter 78 vorn ab/Ra-Typ entweder mit der Klemme 79 dos Zirkulators 70 oder mit der zum Erdboden hin gerichteten Empfangsantenne 32 verbunden ist. Das Ausgangssignal der Mischschaltung 77» das vom Verstärker 80 verstärkt wird, wird über den Schalter 81 vom ab/Ra-Typ entweder zu dem Eingang der nach-

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stehend als Phasenschleifη bezeJrhucien Schaltung 82 odor zum Eingang des Filters 39 geschickt. Die Phasenschleife 82 vird derart betrieben, dass sie die veränderliche Frequenz des Oszillators 83 steuert und seinem Ausgang 8*1 dasselbe Schwebungssignal liefert, das die Mischschaltung 36 in der Abfragevorrichtung nach Fig. ? lieferte. Es sei bemerkt, dass die durch die Phasenschleife 82 und den Oszillator 83 gebildete Schaltung der einzige Teil des Schaltbildes ist, der bewirkt, dass die Abfragevorrichtung dem Antwortsender der in Fig. 9 dargestellten Art angepasst vird. Die Regelschleife ;%ird auf gleiche Weise zwischen dem Filter 39 und dem Modulator 2 Avieder geschlossen. Die an die zu dem Ausgang des Modulators 2 parallele Leitung ^5 angeschlossenen Schaltungen und die an die zu dem Ausgang des Filters 39 parallele Leitung k6 angeschlossenen Schaltungen sind nicht dargestellt. All diese Schaltungen sind mit denen noch Fig. 7 identisch,

Die Wirkungsweise der Abfragevorrichtung nach Fig. 11 ist folgende: Wenn die Schalter 73, 78, 81 sich in der Lage ab (z.B. während einer Dauer von 9OO msec in jeder Sekunde) befinden, senden die beiden Antennen 75 und 76 abwechselnd das Signal des Generators 1 über die Klemmen 71» 72 des Zirkulators 70 aus. Wahrend der Zeitintervalle, in denen jede Antenne aussendet, empfängt sie das vom Antwortsender nach Fig. 9 stammende Signal, das, wie erwähnt, auf die feste Frequenz ό begrenzt wird (siehe das Diagramm 10c in Fig. 10). Dieses begrenzte Signal wird über die Klemmen 72, 79

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Dir. 76558 -' 13-6-197?

des Zirkulators 70 der Mischschaltung 77 zugeführt. Das Spektrum des Signals am Ausgang der Mischschaltung 77 ist um die Linien η 6 ± f. oder η 5 ± f_n konzentriert, Je

P —~ Λ ρ —* Jj

nachdem sich der Schalter Jk in der Lage -a oder in der Lage b befindet; die Frequenz η ι5 (mit n = 0, 1, 2, ...) stellen die Harmonischen der Grenzfrequenz ei dar, f

P A

und f sind die Schwebungsfrequenzen, die ohne die Begrenzung erhalten werden würden und die in der Regelschleife verwendet werden sollen. Das von der Mischschaltung 77 gelieferte und diese Eigenschaften aufweisende Signal wird der Phasenschleife 82 zugeführt, in der es auf bekannte Weise von zwei Signalen in Quadratur mit der Frequenz S' des Oszillators 83 demoduliert wird, wobei ο ' in der Nähe der festen Grenzfrequenz ^ liegt; indem das digitale Produkt der beiden demodulierten Signale gebildet wird, erscheint ein Phasendifferenzsignal, das mit der Frequenzfrequenz ό - y' gekoppelt ist, und dieses Differenzsignal wird dazu benutzt, die Frequenz <f ' des Oszillators 83 derart zu regeln, dass S ' = c5 ist. Einer der Demodulatoren (nicht dargestellt) in der Phasenschleife 82 liefert ein Signal mit der Frequenz f. oder f , das auf gleiche Weise wie im Schaltbild nach Fig. 7 dazu benutzt wird, die Neigung des Modulationssignals des Modulators 2 zu steuern.

Wenn die Schalter 73, 78, 81 sich in der Lage Ra (z.B. während einer Dauer von 100 msec in jeder Sekunde) befinden, werden die Antennen 75 und 76 nicht mehr benutzt; das Signal des Senders 1 wird der zum

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ΓΗΓ. 76358

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Erdboden hin gerichteten Antenne? 3I zugeführt und die Mischschaltung 77 liefert ein Schwebungssignal f zwischen einem Bruchteil des ausgesandtcn Signals und dem vnn der zum Erdboden hin gerichteten Antenne 32 empfangenen Signal. Dieses Schwebungssignal f_u) das der

rl

Höhe entspricht, wird, wie in einem üblichen Höhenmesser, dazu benutzt, die Neigung des Modulationssignals des Modulators 2 zu steuern.

Die Abfragevorrichtung nach Fig. 11, die an den Parallelleitungen 45 und k6 niit denselben Messschaltungen wie in Fig. 7 versehen ist, liefert dieselben Daten.

Das Lokalisierungssystein nach der Erfindung kann auch für andere Zwecke, vor allem in der Luftfahrt angewendet werden. Venn ζ.B.ein Antwortsender verwendet wird, der fest auf dem Erdboden steht, kann ein mit einer Abfragevorrichtung versehenes Luftfahrzeug zu dem Antwortsender hin mit Hilfe der von der Abfragevorrichtung gelieferten Winkelmessung gerichtet werden. Das System dient dann als "Homing" (der dazu übliche engliche ι Ausdruck) .

Wenn zwei Antwortsender auf dem Erdboden verwendet werden, die in einem gegenseitigen Abstand von einigen Metern angeordnet sind und nacheinander vnn einer auf einem Luftfahrzeug angeordneten Abfragevorrichtung abgefragt werden, liefert diese Abfragevorrichtung Winkelmessungen, mit deren Hilfe das Luftfahrzeug zu den beiden Antwortsendern hin gerichtet werden kann und dabei

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-yi-

in dor mittleren Ebene des die beiden Antv.ortsender miteinander verbindenden Segmente einer Geraden bleibt. Das System wirkt dann als "Localiser" (der dazu übliche englische Ausdruck).

Wenn auf dem Erdboden drei Antvortsender in einem Dreieck angeordnet sind, die nacheinander von einer auf einem Luftfahrzeug angeordneten Abfragevorrichtung abgefragt werden, liefert diese Abfragevorrichtung Winkelmessungen, mit deren Hilfe das Luftfahrzeug gemäss einer Achse gerichtet werden kann, die durch den Schnittpunkt der mittleren Ebenen der Seiten des Dreiecks gebildet wird.

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Claims

• Ίΐι- . 7''ό5^ 13-Ö-197?

[ 1;) Radioelektrisches System zur Lokalisierung eines bestimmten Gegenstandes in einem Markierkreis, wobei dieses System eine Abiragevorrichtung enthält, die mit dem genannten Markierkreis gekoppelt und mit einem Sender, der derart von einem Modulator gesteuert wird, dass einer zu dem Gegenstand hin ausstrahlenden Sendeantenne ein linear in der Frequenz moduliertes Signal zugeführt wird, mit Empfangsantennen, die von dem Gegenstand eine der ausgesandten Welle entsprechende Welle empfangen, und mit Mitteln zur Erzeugung von Schwebungssignalen zwischen dem Signal des Senders und den Signalen der Empfangsantennen versehen ist, wobei die die Lage des Gegenstandes im Markierkreis kennzeichnenden Abstands- und Winke line s sungen von den genannten Schwebungs-· signalen abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass der zu lokalisierende Gegenstand einen Antwortsender enthält, der mit Mitteln zum Anfangen des Signals des Senders, mit Mitteln zum Ableiten aus dem aufgefangenen Signal eines Signals, das eine Komponente aufweist, die die gleiche Modulationsnexgung besitzt und in einer bestimmten Richtung und mit einer gewissen den Antwortsender kennzeichnenden Verschiebungsfrequenz in der Frequenz verschoben ist, und schliesslich mit Mitteln zum Wiederaussenden des die genannte frequenzverschobene Komponente enthaltenden Signals versehen ist, wobei die Abfragevorrichtung mit Mitteln versehen ist, mit deren Hilfe von den genannten Schvebungssignalen Komponenten

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Ρ!Π· . 7'>5^Γ3« 15-6-1977

abgele i Lot werden, die dor im Ajitwortsender erzeugten Komponente entsprechen und in der anderen Richtung· mit der gleichen Verschiebung»frequenz in der Frequenz verschoben sind, wahl-end mindestens eine der genannten frequenzvorschobenen Komponenten einem Frequenzdiskriminator zugeführt wird, dessen Ausgangssignal über eine Integrati oiisKchaltuiig dem genannten Modulator zugeführt vird, um die Neigung des Modulationssignals derart zu steuern, dass die Frequenz der genannten verschobenen Komponente konstant gehalten wird.

2. Lokalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antwortsender eine Antenne enthält, die abwechselnd mit dem Eingang und dem Ausgang einer Verzögerungsschaltung mittels eines Zweilagenschalters verbunden wird, wobei die genannte Verzögerung derart ist, dass während jeder Schaltperiode die Antenne für eine Lage des Schalters als Empfangsantenne and für die andere Lage als Sendeantenne des empfangenen verzögerten Signals wirkt.

3· Lokalisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antwortsender ausserdem einen Amplitudenmodulator enthält, der das wiederauszusendende Signal mit einer gewissen den genannten Antwortsender kennzeichnenden Modulationsfrequenz in der Amplitude moduliert, λν-ährend die Abfragevorrichtung in Parallelschaltung zu dem Eingang des Frequenzdiskriminators einen Amplitudenmodulationsdetektor enthält, dem sich ein Frequenzdetektor der Amplitudenmodulation anschliesst.

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Pl¹F. y651,8 -3 - Ί5-( -1S77

H. Lokalisierungs.system nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antwortsender eine Frequenztransponierschaltung enthält, um die genannte frequenzverschobene Komponente des aufgefangenen Signals zu erzeugen, während die Abfragevorrichtung entsprechende Frequenztransponierinittel enthält, um die genannten frequenzverschobenen Komponenten der Schwebungssignale zu erzeugen.

5. Lokalisierungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Antwortsender die Schaltfrequenz des genannten Schalters gleich der genannten Verschiebungsfrequenz zum Erzeugen der genannten frequenzverschobenen Komponente des aufgefangenen Signals ist, während in der Abfragevorrichtung die genannten frequenzverschobenen Komponenten der Schwebungssignale dadurch erzeugt werden, dass die Schwebungssignale mit Hilfe eines Ortsoszillators demoduliert werden, dessen Frequenz auf die genannte Schaltfrequenz eingestellt wird.

6. Lokalisierungssystem nach Anspruch 3» dadurch ge kennzeichnet, dass der Antwortsender einen auf Frequenzverschiebung basierenden Modulator enthält, der die genannte Amplitudenmodulationsfrequenz als Funktion digitaler auf die Abfragevorrichtung zu übertragender Daten moduliert.

7. Lokalisierungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragevorrichtung Schalter enthält, die in jeder Periode des Modulationssignals derart betätigt werden, dass nacheinander die ge-

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nannten frequeiizvorscliobenen Komponenten der Schwebungssignale dem genannten Frequenzdiskriininator zugeführt werden, dass das Signal des Frequenzdiskriminators Integrationsschaltungen zugeführt wird, die je einer Empfangsantenne entsprechen, und dass schliesslich die Signale der Integrationsschaltungen dem Modulator zugeführt werden, um die Neigung des Modulationssignals derart zu steuern, dass die Frequenzen der genannten frequenzverschobenen Komponenten konstant gehalten werden.

8. Lokalisierungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannten Schaltmittel der Abfragevorrichtung durch Schalter gebildet werden, die eine der Anzahl von Empfangsantennen entsprechende Anzahl von Lagen aufweisen und zugleich in jeder Periode des Modulationssignals von einem vom genannten Modulationssignal abgeleiteten Steuersignal betätigt werden.

9. Lokalisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragevorrichtung Mischschaltungen enthält, die je ein Schwebungssignal zwischen dem Signal einer Empfangsantenne und dem Signal des Senders erzeugen, wobei ein Schalter die genannten Schwebungssignale derart zeitlich verteilt, dass sie dem Eingang des Frequenzdiskriminators über Mittel zum Erzeugen der genannten frequenzverschobenen Komponenten der Schwebungssignale zugeführt werden.

10. Lokalisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragevorrichtung einen Schalter

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FKF.76538 15-6-1977

enthält, der die Signale der Einpfaugsantenncn zeitlich verteilt, derart, dass sie dem Eingang einer Mischschaltung zugeführt werden, die ein Schvebimghsignal mit dem Signal des Senders erzeugt und deren Ausgang mit dem Eingang des Frequenzdiskriininators über Mittel zum Erzeugen der genannten frequenzverschobenen Komponenten der Schwebungssignale verbunden ist.

11. Lokalisierungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagevorrichtung einen Zirkulator enthält, der an einer ersten Klemme das Signal des Senders empfängt, wobei eine zweite Klemme des Zirkulators mittels eines Schalters mit den Empfangsantenncn, die zugleich als Sendeantennen wirken, verbunden ist, und wobei eine dritte Klemme des Zirkulators mit einer Mischschaltung verbunden ist, die ein Schwebungssignal mit dem Signal des Senders erzeugt und deren Ausgang mit dem Eingang des Frequenzdiskriininators über die Mittel zum Erzeugen der genannten frequenzverschobenen Komponenten der Schwebungssignale verbunden ist. 12. Lokalisiorungssystem nacn einem der Ansprüche 1 bis 10, in dem die Abfragevorrichtung an Bord eines Luftfahrzeuges angeordnet ist, wobei dieses Luftfahrzeug ausserdem eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne enthält, die zu dem Erdboden hin gerichtet sind und die zum Messen seiner Höhe dienen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfragevorrichtung zusätzliche Schaltmittel enthält, mit deren Hilfe das Signal des Senders entweder

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* ^Ό 15-^-19/7

dor zum zu lokalisierenden Gegenstand hin gerichteten Sendermtonne oder der zum Erdboden hin gerichteten Empfangs;» ntejine zugeführt und dem Eingang des Frequenzdiskriminators entweder eine der genannten frequenzverschobenen Komponenten der Schvebun^ssignale, die von den Signalen der zum zu lokalisierenden Gegenstand hin gerichteten Einpfangsantennen abgeleitet sind, oder ein Schwebungssignal zwischen dein Signal des Senders und dem Signal der zum Erdboden hin gerichteten Empfangsantenne zugeführt wird.

13. System zur Lageneinhaltung und zur Messung der Höhe eines Luftfahrzeuges in einer Formation von Luftfahrzeugen unter Verwendung des Lokalisierungssystems nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Luftfahrzeiig mit einer Abfragevorrichtung und mit einem Antwortsender versehen ist, wobei jedes Luftfahrzeug sich durch einen .Antwortsender unterscheidet, indem die genannte Verschiebungsfrequenz und die genannte Ainplitudenmodulationsfrequenz bestimmte Werte aufweisen. 1h. System zum Führen eines Luftfahrzeuges zu einer bestimmten Stelle auf dem Erdboden unter Verwendung des Lokalisierungssystems nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einer Abfragevorrichtung, die an Bord des Luftfahrzeuges angeordnet ist und mit mindestens einem in der Nähe der genannten Stelle angeordneten Antwortsender zusammenarbeitet.

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