DE2730213C3 - Funknavigationssystem für die Luftfahrt - Google Patents
Funknavigationssystem für die LuftfahrtInfo
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
- G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
- G01S1/08—Systems for determining direction or position line
- G01S1/38—Systems for determining direction or position line using comparison of [1] the phase of the envelope of the change of frequency, due to Doppler effect, of the signal transmitted by an antenna moving, or appearing to move, in a cyclic path with [2] the phase of a reference signal, the frequency of this reference signal being synchronised with that of the cyclic movement, or apparent cyclic movement, of the antenna
- G01S1/40—Systems for determining direction or position line using comparison of [1] the phase of the envelope of the change of frequency, due to Doppler effect, of the signal transmitted by an antenna moving, or appearing to move, in a cyclic path with [2] the phase of a reference signal, the frequency of this reference signal being synchronised with that of the cyclic movement, or apparent cyclic movement, of the antenna the apparent movement of the antenna being produced by cyclic sequential energisation of fixed antennas
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Description
Die Erfindung betrifft ein Funknavigationssystem für die Luftfahrt mit einer aus einer in einer linearen Konfiguration
angeordneten Vielzahl von Sendeantennen bestehenden Funkbake und mit Mitteln ?ur aufeinanderfolgenden
Kopplung je eines Antennenpaares an einen Sender unter gleichzeitiger Erregung beider Antennen
des Antennenpaares derart, daß die wechselnde Bewegung einer ortsveränderlichen Sendeantenne simuliert
wird. Solche Funknavigationssysteme arbeiten mit dem Dopplet effekt.
Bei allen das Dopplerprinzip verwendenden Funkbaken oder Funknavigationssystemen liegt das Problem in
der Erzielung eines ausreichenden Frequenzhubes, der dem Durchmesser des Kreises der Antennenanordnung
proportional ist. Dasselbe erreicht man durch Erhöhung der Umlauffrequenz des jeweils aktiven Strahlers.
Bei einem bekannten Funknavigationssystem der eingangs angegebenen Art nach DE-AS 19 61 715 wird
in Verbindung mit einer linearen Antennenanordnung eine Antennenzeile mit äquidistant angeordneten
Dipolen zum Einsatz gebracht. Dabei bewegt sich nur eine einzige Momentanstrahlungsquelle über eine
Anzahl äquidistanter Elemente hin und her oder nur in einer Richtung. Das im Fernfeld empfangene Signalspektrum
variiert in Abhängigkeit von der Lage des Empfangsortes zur Antennenzeile. Bei der Umkehr der
Abtast- oder Speisungsfolge der Antennenzeile entstehen bei aufeinanderfolgenden Abtastperioden Phasensprünge,
die ein breites Spektrum von Signalkomponenten mit Abständen gleich der Abtastfrequenz verursachen.
Damit die Breite des Signalspektrums auf ein Minimum herabgesetzt wird, erfolgt die Speisung der
Elemente der Antennenzeile an den Enden der Anordnung mit minimaler und in der Mitte der
Anordnung mit maximaler Amplitude. Di<i Amplitudenabstufung
kann durch den Elementen einzeln zugeordnete Dämpfungsglieder bei Einspeisung mit konstanter
Amplitude, oder - ohne Dämpfungsglieder — bei Einspeisung mit einer mit der Abtastfrequenz synchron
modulierten Amplitude erfolgen. Die Bewegung der Momentanstrahlungsquelle findet einmal nur in einer
Richtung statt, dann, nach einer anderen Ausführungsform hin- und hergehend; im letzteren Fall verdoppelt
sich allerdings die Breite des Dopplerfrequenzspektrums
infolge der positiven und der negativen Dopplerverschiebung der abgestrahlten Hochfrequenz.
Ein Funknavigationssystem der einleitend angegebenen Art nach der DE-PS 11 80 806 besitzt Antennenpaare,
deren beide gleichzeitig erregte Antennen durch Geraden miteinander verbunden sind, die sich fortschreitend
ändernde Winkel zueinander einnehmen. Dabei können die beiden Antennen auf parallelen Linien gegensinnig
zueinander bewegt werden, oder mehrere Antennen in einer Reihe nebeneinander werden durch
einen schwenkenden Schalthebel in bezug zu einer fest angeordneten Antenne ausgewählt Einbezogen ist
auch, aus einer Antennenanordnung in zwei parallelen Reihen Antennen an verschiedenen Enden tier Reihen
beginnend zu Paaren zusammenzuschalten, so daß auch hierbei die jeweilig verbindenden Geraden in einem
/1
., Jf ^
.i.
Jt J Ί .
Symmetriezentrum der Antenneneinric' tuug zusammenlaufen.
Dabei ergibt sich ein verhältnismäßig geringes Auflösungsvermögen.
Aus Funktechnik 1965. Nr. 3, Seite 86 bis 88, ist es
bekannt, zur Erzielung eines genügend hohen Frequenzhubes bei hinreichend geringem Peilfehler ein »Pilgerschrittverfahren«
für die Speisungsfolge der Antennen der Kreisgruppe anzuwenden, bei welchem jeweils drei
Elemente nacheinander hinlaufend und zwei Elemente nacheinander rücklaufend in aufeinanderfolgenden
Zeitabschnitten gespeist werden. Unter den angegebenen Bedingungen wird erreich'., daß sich die Funkbake
effektiv um 1Π0 der Umdrehung bei fünf Speisungsschritten weiterdreht, dabei schwingt die Momentanstrahlungsquelle
an einem über drei Ar'ennenelemente gehenden Kreistagen zur Erzielung eines hohen
Frequenzhubs hm und her. Dabei ergibt sich, weil ein
Fortschreiten in den Zeitabschnitten um ein Element erfolgt, eine niedrige effektive Umlauffrequenz. Beide
Frequenzen stehen zueinander im Verhältnis 30 :1.
^ Fe.ner sind bei der bekannten Ausführung mit dem i.Doppler-VOR-System zur Erzielung der Kompatibilität /mit dem für das herkömmliche VOR-System vorgesehenen Bordempfänger eine Strahlungsquelle auf der ' 'Frequenz / + 9960 Hz und ferner, zur Beseitigung des ädurch die Phasenmodulation dann entstehenden Azi-' mutfehlers und zur Beseitigung von Einflüssen durch Reflexionen eine zweite Strahlungsquelle vorgesehen, die auf der Frequenz /-9960 Hz (7als Trägerfrequenz) 1 diametral zur erstgenannten Strahlungsquelle und in demselben Sinn wie diese umlaufen. Dabei verschwinden auch unerwünschte Umlauffrequenz-Amplituden-Smodulationsanteile. Dabei ergibt sich ein erheblicher !Aufwand schon aufgrund von aus mehreren Quelled ^stammenden Signalen. Im übrigen fehlt bei dieser -'bekannten Ausführung eine lineare Antennenanoranung, bei welcher sich eine zeitlich sinusförmige Änderung des Abstandes zwischen den zwei Momentanstrahlungsquellen ergibt, die ein Antennenpaar bilden, >so daß die Abstrahlung im Fernfeld derjenigen einer als Antennen-Kreisgruppe angelegten Funkbake entspricht, bei welcher diametral gegenüberliegende Antennenelemente umlaufend gespeist würden.
^ Fe.ner sind bei der bekannten Ausführung mit dem i.Doppler-VOR-System zur Erzielung der Kompatibilität /mit dem für das herkömmliche VOR-System vorgesehenen Bordempfänger eine Strahlungsquelle auf der ' 'Frequenz / + 9960 Hz und ferner, zur Beseitigung des ädurch die Phasenmodulation dann entstehenden Azi-' mutfehlers und zur Beseitigung von Einflüssen durch Reflexionen eine zweite Strahlungsquelle vorgesehen, die auf der Frequenz /-9960 Hz (7als Trägerfrequenz) 1 diametral zur erstgenannten Strahlungsquelle und in demselben Sinn wie diese umlaufen. Dabei verschwinden auch unerwünschte Umlauffrequenz-Amplituden-Smodulationsanteile. Dabei ergibt sich ein erheblicher !Aufwand schon aufgrund von aus mehreren Quelled ^stammenden Signalen. Im übrigen fehlt bei dieser -'bekannten Ausführung eine lineare Antennenanoranung, bei welcher sich eine zeitlich sinusförmige Änderung des Abstandes zwischen den zwei Momentanstrahlungsquellen ergibt, die ein Antennenpaar bilden, >so daß die Abstrahlung im Fernfeld derjenigen einer als Antennen-Kreisgruppe angelegten Funkbake entspricht, bei welcher diametral gegenüberliegende Antennenelemente umlaufend gespeist würden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Funknavigationssystem
zu schaffen, bei dem die herkömmliche Aiitennengruppe durch eine Antennen-Zeile mit
besonders vorteilhafter Anordnung und Abtastung der einzelnen Elemente ersetzt ist, derart, daß sich eine erhöhte
Meßgenauigkeit für die Ortungsfaktoren (Höhenwinkel bzw. Azimutwinkel), bei Ausschaltung von Störsignalen
durch Reflexionen ergibt
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Antennen eines jeden Antennenpaares verbindenden
Geraden zueinander parallel angeordnet sind und daß die Reihenfolge der aufeinanderfolgenden
Erregung der Antennenpaare und die Abstände zwischen den Antennen jedes Paares so gewählt sind, daß
die Abstände der nacheinander erregten Paare eine Sinusfunktion der Zeit sind. Dabei sind die Dipoie, wenn
sie auch eine allgemeine lineare Anordnung aufweisen, nicht notwendigerweise entlang ein- und derselben Geraden
ausgerichtet und außerdem nicht äquidistant angeordnet. Ferner sind die Antennenelemente nach der
Anmeldung in Paaren gruppiert und gespeist, die aufeinanderfolgend
derart erregt oder gespeist werden, daß der die Antennen eines Paares trennende Abstand über
der Zeit sinusförmig verteilte Werte annimmt
Die Mittelpunkte der einzelnen strahlenden Dipolpaare können sein, in einem anderen Fall sind sie gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt
Die Mittelpunkte der einzelnen strahlenden Dipolpaare können sein, in einem anderen Fall sind sie gleichmäßig oder ungleichmäßig verteilt
Durch die Erfindung ergibt sich eine Meßgenauigkeit,
die etwa doppelt so hoch wie bei Antennenzeilen mit r>
äquidistanter. Elementen zur Erzeugung einer sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bewegenden Strahlungsquelle
ist.
Durch die Erfindung werden von einer Funkbake mit
linearer Aniennenauhieilung Signale erhalten, di; den
in Signalen einer Funkbake mit kreisförmiger Antcnnenaufsiellung
entsprechen, derer, einander diametral gegenüberliegende Antennen paarweise und aufeinanderfolgend
(umlaufend) erregt ■„ erden.
Es wurde bereits in der DE-OS 25 07 401 ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Behandlung der Signale mit Phasenmodulation vorgeschlagen, bei welchen die
Behandlung des Signals durch Herstellung einer Beziehung zwischen einer örtlich erzeugten Antwort, welche
durch .lie Gesamtheit der Signale gebildet wird, welche .'Ii von einer Bake empfangen werden können, und den
Signalen, welche von Vorrichtungen mit drehbaren Sendeantennen empfangen werden, welche z. B. einen an
jedem Ende eines um eine Achse drehbaren Armes angeordneten Dipol aufweisen, erfolgt. Dabei wird dem
Piloten eine gleichzeitige sichtbare Anzeige des Höhenwinkels und des Azimuts der Stellung des Flugzeugs in
bezug auf die Bake geliefert, wobei die Wirkung der von den Hindernissen reflektierten Störsignale ausgeschieden
wird.
jo Die Erfindung betrifft eine Funkbake für die
Luftfahrt, weiche z. B. die einer derartigen Anlage angehörenden drehbaren Antennen ersetzen kann.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. In der Zeichnung
zeigt
F i g. 1 ein Schaltbild einer Bake,
F i g. 2 eine schematische Konstruktion zur Definierung einer Bake,
F i g. j eine schematische Ansicht eines mit einem
Empfänger versehenen Flugzeugs,
F ι g. 4 ein Schaubild,
F i g. 5 ein anderes Schaubild,
F i g. 6 ein Schaltbild einer Bake einer anderen Ausführungsform,
F i g. 7 ein Schaubild,
F i g. 7 ein Schaubild,
F i g. 8 ein Schaubild,
F i g. 9 ein Schaubild.
Ein Sender 101 für kohärente Strahlungsenergie (F i g. 1) mit einer Frequenz von größenordnungsmäßig
einem Gigahertz speist an seinem Ausgang 102 über einen schematisch durch ein drehbares Organ 104 angedeuteten
elektronischen Umschalter 103 eine Vielzahl 105 von Dipolpaaren.
Die Vielzahl 105 von Dipolpaaren ist folgendermaßen definiert:
Man geht von einem Kreisumfang 106 (F i g. 2) aus und markiert auf diesem Punkte mit gleichmäßig um
den Mittelpunkt 107 herum verteilten Winkelabständen, wobei die Zahl dieser Punkte eine gerade Zahl ist.
Bei dem dargestellten Beispiel sind vierzehn Punkte markiert. Zwei diametral gegenüberliegende Punkte
bilden ein Paar. Auf der Zeichnung tragen die Punkte eines jeden Paares das gleiche Bezugszeichen, von
denen jedoch einer mit dem Inde% »'« behaftet ist. Man definiert so sieben Paare a 1, a Γ; a 2, a 2'; a 3, a 3', a 4,
a 4';... a 7, a T. In dem rechten Teil der F i g. 2 sind die
Projektionen der verschiedenen Punkte a 2, a 2'; a 3, a 3' usw. auf eine Bezugsgerade dargestellt, z. B. einen
bestimmten Durchmesser al, a V des Kreises 106,
wobei die die Projektionen der Punkte mit dem gleichen Bezugszeichen verbindenden Geraden der Klarheit
wegen voneinander entfernt dargestellt sind.
Man definiert so:
ein Paar von Punkten 1-1' mit dem Abstand
27?.
worin R der Halbmesser des Kreises 106 ist; zwei Paare
von Punkten 2-2' und 7-7', wobei die Punkte eines jeden dieser Paare einen Abstand von
2R cos Φ2
2RcosΦt
haben,
worin Φ2 und Φη die Winkel sind, welchen die
Durchmesser a 2, a 2' und a 7, a T mit dem Durchmesser al, a V bilden, und welche bei dem betrachteten
-36O.sind;
2..
Beispiel gleich
zwei Paare von Punkten 3-3' und 6-6', wobei die Punkte dieser Paare einen Abstand von
IR cos Φζ
2R cos Φι,
haben;
zwei Paare von Punkten 4-4' und 5-5', wobei die Paare
dieser Punkte einen Abstand von
2R cos Φα
2R cos Φ5
15
20
25
30
35
haben.
In Fig. 2 sind bei i", 2"... 7" die von den Punkten 1,
1'; 2, 2'...7, T auf den Geraden X-V, 2-2'...7-7'
gleichweit entfernten Punkte dargestellt.
Bei einer Ausführungsform sind die Mittelpunkte der Paare längs einer Linie zufallsmäßig verteilt, anstatt der
Definition der F i g. 2 zu entsprechen.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die Verteilung der Mittelpunkte der Paare ungleichmäßig oder
gleichmäßig; ohne zufaltsmäßig zu sein.
Die Dipole der Antennenvorrichtung 105 sind in der für die mit den gleichen Ziffern bezeichneten Punktpaare
definierten Weise angeordnet.
Die Dipole Di, DV sind durch eine Schaltung 111.1
(Fig. 1) mit einem Kontakt 112.1.1' des elektronischen
Umschalters 103 verbunden. Das gleiche ist bei den durch eine Schaltung 111.2 mit dem Kontakt 112.2.2' des
Umschalters 103 verbundenen Dipolen D2, D2' der Fall, und so fort.
Die Schaltung 111.1 enthält einen Leistungsteiler 113.1, v/elcher durch jeden der beiden Kanäle 114.1 und
114-1' die Hälfte der an seinen Eingang angelegten Leistung
leitet An dem Kanal 114.1 ist ein Phasenschieber ί 15.1 und an dem Kanal 114.Γ ein Phasenschieber 115.1'
vorgesehen. Die durch die Phasenschieber 115.1 und 115.1' eingeführten Phasenverschiebungen sind so bemessen,
daß die Amplitude des von dem Dipol D V ausgestrahlten Funksignals um λ/4 gegenüber der Amplitude
des von dem Dipol D1 ausgestrahlten Signals phasenverschoben
ist
Die anderen Schaltungen 111.2... 111.7 sind in der
gleichen Weise wie die Schaltung 111.1 ausgebildet In
allen Fällen ist die Amplitude des von einem Dipol eines Paares ausgestrahlten Signals π/Λ gegenüber der von
dem anderen Dipol des Paares ausgestrahlten Amplitude phasenverschoben.
Das Flugzeug 121 (F i g. 3), dessen Stellung in Bezug
auf die Bake 105 bestimmt werden soll, ist mit einer Antenne 122 versehen, welche die von der Bake 105
ausgesandten Signale auffängt und diese an einen linearen Empfänger 123 anlegt, welcher an seinem
Ausgang in geeigneter Weise verstärkte Videofrcquenzsignale
liefert Die Ausgangsschaltung 124 enthält ein nichtlineares Element, z. B. ein quadratisches
Element, z. B. eine Diode 125, welche an ihrem Ausgang das Produkt der Komponenten der Signale erscheinen
läßt, weiche an es angelegt werden.
Das nichtlineare Element 125 läßt so zu einem gegebenen Zeitpunkt das Produkt der beiden Sinusfunktionen
erscheinen, welche z. B. die gleiche Kreisfrequenz haben und dem einen bzw. dem anderen Dipol
eines Paares entsprechen, dessen ausgesandte Signale zu diesem Zeitpunkt empfangen werden. Die eine und
die andere dieser Funktionen enthält die Information der Dopplerverschiebung, welche einerseits von der
Bewegung des Flugzeugs und andererseits von der durch die Umschaltung der Dipole simulierten Bewegung
der beweglichen Funkquelle herrührt. Die Summe dieser beiden Sinusfunktionen ist gleichwertig mit einer
Summensinusfunktion, deren Kreisfrequenz z. B. gleich dem doppelten dieser Kreisfrequenz ist, und mit einer
Sinusfunktion, deren Kreisfrequenz gleich der Differenz dieser Kreisfrequenzen ist. Der Summenausdruck ist
eine Sinusfunktion der Kreisfrequenz 2ω der von der Bewegung des Flugzeugs herrührenden Dopplerverschiebung
und der durch die Umschaltung der Dipole simulierten Bewegung der Strahlenquelle herrührenden
Dopplei verschiebung. Ein Tiefpaß 126, weicher den Durchtritt der Energie mit einer Kreisfrequenz 2ω
verhindert, scheidet diesen Ausdruck aus, so daß am Ausgang 127 des Filters die Differenzfunktion verbleibt,
in welcher die von der Bewegung des Flugzeugs herrührende Dopplerverschiebung ausgeschieden ist,
eben weil es sich um die Differenzfunktion handelt. Die an dem Ausgang 127 vorhandene Information besteht
also aus der alleinigen, von der Bewegung der Strahlenquelle herrührenden Dopplerverschiebung unter
Ausschluß der Bewegung des Flugzeugs. Die vom Filter 126 durchgelassenen Signale werden an eine
Schaltung 128 angelegt
Die Schaltung 128 ist zweckmäß:g die in der DE-OS
25 07 401 der gleichen Anmelderin beschriebene.
Der Ausgang 127 ist dann mit einem beliebigen Eingang 22, 23 oder 24 der in dieser Offenlegungsschrift
beschriebenen Schaltung verbunden.
Wenn die Schaltung 128 die in der genannten Offenlegungsschrift
beschriebene ist, ist eine Bake, weiche durch eine Vielzahl von gleichzeitig gespeisten Dipolpaaren
gebildet wird, wobei die Dipole eines Paares gleichzeitig erregt werden, und die Abstände der Dipole
der nacheinander erregten Paare sich zeitlich sinusförmig ändern, mit einer Bake gleichwertig, welche durch
zwei an den Enden eines sich um seinen Mittelpunkt drehenden Arms befestigte Antennen gebildet wird.
Mit einer Bake der schematisch in dem linken Teil der F i g. 2 dargestellten Art, mit welcher die in dem rechten
Teil der Figur schematisch dargestellte Bake gleichwertig ist, gestatten, falls der Kreis 106 in einer lotrechten
Ebene liegt, die durch die Bewegung der beiden virtuellen diametral entgegengesetzten beweglichen
Strahlungsquellen, von denen die eine sich von dem Flugzeug entfernt und die andere sich dem Flugzeug
nähert, eingeführten Phasenverschiebungen die Bestimmung des Höhenwinkels des Flugzeugs in Bezug auf die
Bake. Die die Dipole eines Paares verbindenden Linien sind dann lotrecht
Eine Bake mit waagerechten parallelen Dipolpaaren ermöglicht die Messung des Azimuts.
Zu dem Zeitpunkt tu in welchem das Flugzeug die von den Dipolen Di und DV kommenden Signale
empfängt, wird die Phasendifferenz Δφι,, welche die in
den an den Eingang der Schaltung 128 angelegten Signalen enthaltene Information ist, durch folgenden
Ausdruck ausgedrückt:
4.7/i
In dieser Gleichung ist:
λ die der Frequenz des Senders 101 entsprechende
Wellenlänge und
Φ der Höhenwinkel des Flugzeugs 121 (F i g. 4).
Φ der Höhenwinkel des Flugzeugs 121 (F i g. 4).
Zu dem Zeitpunkt // des Empfangs der von dem Dipolpaar mit dem Index /ausgesandten Signale ist die
Phasendifferenz der von dem Dipol Di bzw. dem Dipol Di' empfangenen Signale durch folgende Formel
gegeben:
_ .7 4.-ΤΛ
In dieser Formel ist:
Φ, der Wert des gerichteten Winkels, weichen der die Punkte au a\ verbindende Durchmesser mit dem die
Punkte ai, ai' verbindenden Durchmesser bildet (in Fig.2 ist dieser Winkel für die Punkte a3, a3'
gezeigt).
In den obigen Formeln (1) und (2) rührt TtIA von der
durch die Phasenschieber 115.1, 115.1' und 115./, 115/ eingeführten Phasenverschiebung her.
Die Schaltung empfängt so an ihrem Eingang ein gemäß der obigen Gleichung (2) sinusförmig phasenmoduliertes
Signal. Da die Amplitude der größten Modulation zu dem Produkt aus dem der Bake
entsprechenden Wert 4 π R/λ und dem zu bestimmenden
unbekannten Wert sin Φ proportional ist, gestattet die Schaltung 128die Messung des Höhenwinkels Φ.
Die Meßgenauigkeit Φ des Winkels Φ ist durch den
Ausdruck gegeben:
daß die Phasenmodulation der am Eingang 127 vorhandenen und von den Dipolen Di bzw. Di'
herrührenden Signale dem Zeichen nach einander entgegengesetzt sind, so daß die Bindung der Differenz
ihre Wirkungen sich zueinander addieren.
Am Ausgang des nichtlinearen Elements 125 sind die quadratischen Teile der den Dipolen Di und D!
entsprechenden Phasenmodulationen gleich und haben das gleiche Zeichen. Da die Differenz der Phasen,
weiche die Schaltung {28 bewirkt, diese quadratische Modulation aufhebt, weiche zur Begrenzung des
Abstands zwischen zwei gleichzeitig erregten Dipolen führte, ist es möglich, einen großen Abstand zwischen
den Dipolen der Paare entsprechend der gewünschten
is Genauigkeit vorzusehen, wobei die Wirkung der
Sphärizität der Wellen ausgeschieden wird, so daß das
' System selbst für verhältnismäßig kleine Entfernungen zwischen dem Flugzeug und der Bake arbeitsfähig ist.
Bei einer Bake mit der größten Abmessung von 10 m macht eine übliche Ausbildung die Messung der Winkel für eine Entfernung zwischen dem Flugzeug und der Bake unmöglich, welche kleiner als 7 km ist (für λ = 5 cm). Bei der beschriebenen Anlage erfolgt die Messung des Winkels in befriedigender Weise für erheblich kleinere Entfernungen zwischen dem Flugzeug und der Bake, und zwar praktisch bis zu 70 Meter.
Bei einer Bake mit der größten Abmessung von 10 m macht eine übliche Ausbildung die Messung der Winkel für eine Entfernung zwischen dem Flugzeug und der Bake unmöglich, welche kleiner als 7 km ist (für λ = 5 cm). Bei der beschriebenen Anlage erfolgt die Messung des Winkels in befriedigender Weise für erheblich kleinere Entfernungen zwischen dem Flugzeug und der Bake, und zwar praktisch bis zu 70 Meter.
In F i g. 5 ist schematisch ein Flugzeug 121 dargestellt, dessen Antenne 122 gleichzeitig das von der Bake B
kommende Funksignal auf einem direkten Weg Tsowie auf einem von der Reflexion an einem Hindernis Q
herrührenden Weg R empfängt.
Für das Flugzeug 121 sind die von dem reflektierten Signal transportierten Informationen gleichwertig mit
denen, welche von einer Bake Bj geliefert würden, welche ein Bild der Bake B in dem durch das
reflektierende Hindernis Q gebildeten »Spiegel« ist. Für das Bild Bj haben die der Reihenfolge der Erregungen
der Dipolpaare Di. Di' einer beliebigen Bakenausbildung entsprechenden Pfeile die gleiche Richtung, wenn
sie zum Beispiel zu dem Spiegel parallel sind, aber entgegengesetzte Richtungen, wenn sie zu dem Spiegel
senkrecht liegen.
Bei Empfang der Sendungen der Dipole eines Dipolpaares Di. Di' und der einer Reflexion an einem
Hindernis Q entsprechenden Sendungen, weiche nachstehend Objektsignale und Spiegelbildsignale genannt
sind, bildet das nichtlineare Element 125 das Produkt der Signale in der nachstehenden Weise:
(3)
in welchem (4Φ)-μβ den Wert der Ansprechkurve des
Prozessors bei — 3dB darstellt.
Für kleine Höhenwinkel, wie dies bei der Landung der
Fall ist, wird dieser Ausdruck angenähert zu:
(4)
Die Meßgenauigkeit beträgt etwa das Doppelte der Genauigkeit der Systeme mit einer Bake mit ejner
Länge von 2R, welche in einer Flucht liegende und zpr
Nachbildung einer sich rnit gleichmäßiger Geschwindigkeit
bewegenden Strahlungsquelle umgeschaltete Pipo-Ie aufweist.
Diese Steigerung der Genauigkeit rührt cjavpn her.
1 (Objekt χ Objekt')
2 (Abbild χ Abbild')
3 (Objekt χ Abbild')
(Abbild χ Objekt')
(Abbild χ Objekt')
(5)
60 pie den »elektronischen Echos« entsprechenden
Signale sind:
Objekt χ Abbild'
Abbild χ Objekt'
Abbild χ Objekt'
Djese Signale haben beide eine zufallsmäßige zusätzliche Phasendifferenz, was einen Beziehungsfehler
ergibt, welcher ihre Wirkung in dem von der Sqh^llung 128, we|che insbesondere eine Beziehung
jiersfelit, gelieferten Ergebnis unterdrückt
Pie Bafce gestattet mit der unregelmäßigen, z. B. zujlüßi
Verteilung der Mittelpunkte der Paare
auch die Benutzung von angepaßten üblichen Filtern, welche auf den Flugzeugen vorhanden sind und zum
Zusammenwirken mit üblichen Baken mit in einer Flucht liegenden Dipolen vorgesehen sind, welche so
erregt werden, daß sie eine sich mit einer linearen gleichförmigen Bewegung bewegende bewegliche
Strahlenquelle nachbilden.
In Fig.6 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei
welcher der Sender 101 die Strahlungsenergie nacheinander an eine Vielzahl von Dipolpaaren D1, D V... Di,
Di'... Dn, Dn' anlegt. Die Dipole befinden sich an dem Ende von von Leistungsteilern 113 kommenden
r Kanälen 114, wobei die Kanäle 114' einen eine
Phasenverschiebung von w/4 gegenüber dem entsprechenden Kanal 114 einführenden Phasenschieber 131
enthalten. In die den Kontakt 112.1.1' des elektronischen Umschalters 104 mit dem Leistungsteiler 113.1
verbindende Schaltung 132.1 ist eine Verbindung 133.1 eingeschaltet, welche die Amplitude des Von den
Dipolen Di und DV ausgestrahlten Funksignals bewertet, wobei der Bewegungsfaktor gleich
a cos Φι
In dieser Formel ist a eine Konstante, und Φ\ hat die
Bedeutung, welche ihm oben unter Bezugnahme auf F i g. 2 gegeben wurde.
Eine derartige Vorrichtung ist in jedem der Kanäle zur Speisung der Dipole vorgesehen.
Die Vorrichtung 133/bewertet z. B. die Amplitude der
von den Dipolen Di, Di' ausgestrahlten Sendung wobei der Bewertungsfaktor gleich
a cos Φ\
In dem Fall einer Benutzung einer großen Zahl von
Dipolpaaren haben gewisse der Vorrichtungen 133/ einen sehr kleinen Bewertungsfaktor a cos Φ,. Sie sind
Paaren von sehr nahe beieinanderliegenden Dipolen Di, Di' zugeordnet Diese Dipole senden nur eine
vernachlässigbare Leistung aus, so daß sie bei einer Ausführungsform ebenso wie die entsprechenden
Vorrichtungen 133/ fortfallen können, was eine Vereinfachung darstellt. Außerdem werden auf diese Weise die
Dipolpaare ausgeschieden, bei welchem infolge ihrer Annäherung eine gegenseitige Strahlungskopplung zu
befürchten wäre.
Fig.7 zeigt die geometrische Bedeutung des Modulationsfaktors für jedes Dipolpaar. In diesem
Schaubild sind als Ordinaten der Abstand zwischen zwei Dipolen eines Paares und als Abszissen die von einem
Dipolpaar ausgesandte Amplitude aufgetragen.
F i g. 8 ist eine bei Fehlen einer Amplitudenmodulation erhaltene Beziehungskurve. Sie ist eine Besselsche
Funktion der Ordnung Null oder J0. Bei dem
betrachteten Beispiel entspricht der Abstand zwischen dem Maximu'n der Besselschen Kurve und der diesem
am nächsten liegenden seitlichen Schulter -9dB.
Fig.9 zeigt die Bezugskurve, v/enn die von den
Dipolen ausgesandte Energie in Funktion des Abstands der Dipole eines Dipolpaares in der obigen Weise
moduliert wird. Sie ist dann die Summe der Besselschen Funktion Jo und einer Funktion /;, welche eine
Besselsche Funktion erster Art zweiter Ordnung ist. Die Herabsetzung der Schulter ist durch die Verringerung
der Ordinate der ersten seitlichen Schulter dargestellt, weiche durch den - 23dB entsprechenden Abstand von
dem Maximum der Kurve dargestellt ist.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Funknavigationssystem für die Luftfahrt mit einer
aus einer in einer linearen Konfiguration angeordneten Vielzahl von Sendeantennen bestehenden
Funkbake und mit Mitteln zur aufeinanderfolgenden Kopplung je eines Antennenpaares an einen Sender
unter gleichzeitiger Erregung beider Antennen des Antennenpaares derart, daß die wechselnde Bewegung
einer ortsveränderlichen Sendeantenne simuliert wird, da lurch gekennzeichnet, daß
die die Antennen (Dj, D',) eines jeden Amennenpaares
verbindenden Geraden zueinander parallel angeordnet sind und daß die Reihenfolge der aufeinanderfolgenden
Erregung der Antennenpaare und die Abstände zwischen den Antennen jed»s Paares so
gewählt sind, daß die Abstände der nacheinander erregten Paare eine Sinusfunktion der Zeit sind.
2. Funknavigationssystem nach Anspruch 1, ^dadurch gekennzeichnet, daß die Antennenpaare
Ji(Du Di'...D1, D!) in an sich bekannter Weise auf
einer einzigen Geraden angeordnet sind.
3. Funknavigationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (D1, D,')
derart angeordnet sind, daß die Projektionen der Mittelpunkte der Antennenpaare (Di, Di'... D„ Di')
auf eine zur durch die Antennen (D1, D1')^ vorgegebenen
Richtung parallele Gerade eine unregelmäßige Verteilung aufweisen.
4. Funknavigationssystem nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem
Antennenpaar (D,, D1'... D1, D1') und dem Sender
(JOl) eine Schaltung (133) zur Gewichtung der Amplitude des von dem entsprechenden Antennenpaar
ausgehenden Signals derart angeordnet ist, daß diese Amplitude dem Abstand (R cos Φ,) der
Antennen (D1, D1') des Antennenpaares proportional
ist.
5. Funknavigationssystem nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen (D1, D,')
eines jeden Antennenpaares mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von π/4 zueinander gespeist
werden.
6. Funknavigationssystem nach Anspruch 5, zur Bestimmung des Höhenwinkels eines Flugzeugs,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Antennen eines jeden Antennenpaarts (Di, D\,...D1, £>,') miteinander
verbindenden Geraden senkrecht verlaufen, und daß das Flugzeug (121) eine Empfangseinrichtung
(122—128) zum Empfang der Aussendungen der Funkbake (105) mit einer Schaltung (128) umfaßt, die
die empfangenen Signale mit einer lokal erzeugten Nachbildung korreliert und die Gesamtheit der von
der Funkbake (105) empfangenen Informationen über den Höhenwinkel und den Azimutwinkel
beinhaltet
7. Funknavigationssystem nach Anspruch 5, zur Bestimmung des Azimutwinkels eines Flugzeuges,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Antennen eines jeden Antennenpaares (Di, Di ...D,, D,') miteinander
verbindenden Geraden waagerecht verlaufen, und daß das Flugzeug (121) eine Empfangseinrichtung
(122—128) zum Empfang der Aussendungen der Funkbake (105) mit einer Schaltung (128) umfaßt,
die die empfangenen Signale mit einer lokal erzeugten Nachbildung korreliert und die Gesamtheit
der von der Funkbake her empfangenen
Informationen über den Höhenwinkel und den Azimutwinkel beinhaltet.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7621155A FR2357911A1 (fr) | 1976-07-09 | 1976-07-09 | Balise de radio-navigation aerienne |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2730213A1 DE2730213A1 (de) | 1978-02-16 |
DE2730213B2 DE2730213B2 (de) | 1980-01-10 |
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Family
ID=9175545
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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RU2543083C1 (ru) * | 2013-11-18 | 2015-02-27 | Открытое акционерное общество "Челябинский радиозавод "Полет" | Двухчастотный курсовой радиомаяк (варианты) |
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GB1179937A (en) * | 1967-11-16 | 1970-02-04 | Standard Telephones Cables Ltd | Radio Navigation System. |
US4019184A (en) * | 1974-02-20 | 1977-04-19 | Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales (O.N.E.R.A.) | Direction-finding method and system |
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- 1977-07-08 GB GB28870/77A patent/GB1536114A/en not_active Expired
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GB1536114A (en) | 1978-12-20 |
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