DE2753421A1

DE2753421A1 - Bodenstation fuer das dme-entfernungsmessystem

Info

Publication number: DE2753421A1
Application number: DE19772753421
Authority: DE
Inventors: Herbert Kleiber; Horst Vogel
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1977-11-30
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2009554B; AU4177978A; FR2410830A1; NL7811553A; GB2009554A; US4185284A

Description

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BODENSTATION FÜR DAS DME-ENTFERNUNGSMESSYSTEM Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Bodenstation für das DME-EntfernungsmeBsystem wie In Oberbegriff des Anspruchs angegeben. Eine derartige Bodenstation ist aus dem Artikel "DLS - ein neues Anflug- und Landesystem" von M.Böhm und G.Peuker in Elektrisches Nachrichtenwesen, Band 50 (1975) Nr. 1 auf den Seiten 37-43 (insbesondere S.39) beschrieben. Die dortige Beschreibung betrifft zwar eine DLS-Bodenstation» jedoch gelten die für die Erfindung wesentlichen Teile auch für die DME-Bodenstation, denn beim DLS wird das DME-System verwendet.

Das DME an sich ist in zahlreichen Literaturstellen beschrieben. Der Betrieb mit gleichbleibendem Tastverhältnis (constant duty cycle operation), dessen Funktionsweise zum Verständnis der Erfindung notwendig ist, ist beispielsweise in dem Artikel "Principles of TACAN" von R.I.Colin und S.H.Dodington in Electrical Communication Band 33 (1956), Nr. 1 auf den Seiten 11 bis 25 (insbesondere Abschnitt 2.3) beschrieben.

Die Spezifikation, die von DME-Geräten erfüllt werden muß, ist in International Standards and Recommended Practices, Aeronautical Telecommunications, Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation (ICAO), Abschnitt 3.5 enthalten. Den für die Erfindung wesentlichen

Teil enthält Abschnitt 3.5.3.1.5.4.

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Durch gerichteten Empfang und gerichtete Abstrahlung können Fehler, die durch Mehrwegausbreitung verursacht werden, reduziert werden. Durch die gerichtete Abstrahlung des DME-Antwortsignals wird jedoch die Forderung der Spezifikation, rundum mindestens 700 Pulspaare pro Sekunde empfangen zu können, nicht mehr erfüllt. Diese Impulszahl ist notwendig, um im Bordgerät eine Regelspannung zur Regelung der Empfängerempfindlichkeit abzuleiten.

Würde die Abstrahlung der Impulse zur Erzielung der ^⁰ Mindestzahl von Impulsen pro Sekunde über die Richtdiagramme im Zeitmultiplex erfolgen, dann wäre die DME-Bodenstation fast ausschließlich mit der Erzeugung solcher Impulse, die als sogenannte FUllimpulse dienen, ausgelastet.

Aufgabe

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine DME-Bodenstation anzugeben, die die durch Mehrwegausbreitung verursachten Störungen reduziert und die die oben angegebene Spezifikation erfüllt.

Lösung

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

Vorteile

Die neue DME-Bodenstation ermöglicht eine große Meßgenauigkeit und erfüllt die ICAO-Spezifikationen. Sie ist unempfindlich gegen durch Mehrwegausbreitung verursachte Störungen.

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Beschreibung Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise

näher erläutert. Es zeigt:

Fig.1 eine Blockschaltbild der neuen DME-Bodenstation,

Fig.2 das resultierende Strahlungsdiagramm der Richtantennen der DME-Bodenstation.

In der Fig.1 enthalten die Blöcke A und B die wesentlichen Bestandteile einer bekannten DME-Bodenstation. Anhand der Fig.1 Block A wird deshalb zunächst die Funktionsweise einer bekannten DME-Bodenstation, wie sie beispielsweise aus dem Artikel in "Electrical Communication" bekannt ist, beschrieben.

Das von einer rundstrahlenden Antenne (in der Fig.1 nicht dargestellt) empfangene Signal wird über eine Sende/ Empfangsschaltung 3 einem Empfänger 4 zugeführt, in dem das empfangene Signal in der Frequenz umgesetzt und demoduliert wird. Das aus einem Doppelimpuls bestehende Videosignal wird in einer Verzögerungseinrichtung 5 so verzögert, daß die Zeitspanne zwischen Empfang des Abfragesignals und Abstrahlung des Antwortsignals 50 ys ist.

Das verzögerte Signal wird einer "Vorrang- und Füllimpulseinrichtung ^H 6 zugeführt, die einen Sender 7 entweder mit einem FU11impuls oder dem Antwort-Doppelimpuls steuert. Die Steuerung mit Füllimpulsen, die beispielsweise von einem

Rauschgenerator erzeugt werden, erfolgt dann, wenn keine

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DME-Impulse vorhanden sind. Beim Vorhandensein von DME-Impulsen wird im Sender das aus einem Doppelimpuls bestehende Antwortsignal erzeugt, das über die Sende/ Empfangsschaltung 3 der rundstrahlenden Antenne zugeführt und von dort abgestrahlt wird.

Der Block B enthält nur einen Teil der in Block A vorgesehenen Baugruppen, denn die Vorrang- und Füllimpulseinrichtung 6 und der Sender 7 sind bei der neuen Bodenstation nur ein Mal notwendig.

Weitere Einzelheiten sind zum Verständnis der Erfindung nicht notwendig und deshalb nicht dargestellt. Auch Regeleinrichtungen, z.B. das Pilotpulsverfahren, sind nicht berücksichtigt. Weitere Einzelheiten können beispielsweise den genannten Literaturstellen, dem Buch "Avionics Navigation Systems" von M.Kayton und W.R.Fried, Verlag John Wiley Sons Inc., New York 1969, S.181-187, dem Buch "Funksysteme für Ortung und Navigation" von E.Kramar, Verlag Berliner Union GmbH, Stuttgart 1973, S. 147-169 sowie den dort angezogenen Literaturstellen entnommen werden.

Bei der neuen Bodenstation wird das Abfragesignal von mehreren Richtantennen 1, deren Strahlungsdiagramme jeweils in andere Richtungen gerichtet sind, empfangen. Für das Ausfuhrungsbeispiel ist angenommen, daß acht I-VIII äquidistant auf einem Kreis angeordnete Richtantennen 1 vorgesehen sind. Der Durchmesser des Kreises ist ohne Bedeutung. Sein Minimalwert ist durch die geometrische Abmessung der Richtantennen bestimmt. Jeweils vier nicht

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benachbarte Richtantennen sind zu einer Gruppe -I, III, V, VII und II, IV, VI, VIII - zusammengefaßt. Falls andere Zusammenfassungen und andere Gruppen gewählt werden, muß die nachfolgend beschriebene Auswertung entsprechend angepaßt werden. Diese Anpassung kann von einem Fachmann ohne weitere Kenntnisse durchgeführt werden.

Die Ausgangssignale der Richtantennen einer Gruppe werden jeweils einer Brückenschaltung, z.B. einem Hybrid 2,2* zugeführt, In dem die einzelnen Signale summiert werden (beim Senden teilen die Hybride das Antwortsignal auf die einzelnen Richtantennen 1 auf). Die Ausgangssignale der Hybride 2,2' werden den doppelt - A und B - vorhandenen und von der oben beschriebenen DME-Bodenstation bekannten Sende/Empfangsschaltungen 3,3,den Empfängern 4, 4* und den Verzögerungseinrichtungen 5, 5* zugeführt.Im ersten Zweig sind außerdem noch die Vorrang- und Füllimpulseinrichtung 6 und der Sender 7 vorhanden. Im zweiten Zweig B können sie eingespart werden.

Im Gegensatz zur bekannten Bodenstation geben die Empfänger 4,4' zusätzlich das in die ZF-Lage umgesetzte empfangene DME-Signal an eine Amplitudenvergleichseinrichtung 8 ab (der Empfänger kann beispielsweise der auf Seite 276 von Elektrisches Nachrichtenwesen, Band 50, Nr. 4, 1975 beschriebene Empfänger sein; das ZF-Signal wird dann am Ausgang des ZF-Verstärkers (63 MHz) abgegriffen). Der Amplitudenvergleicher 8 prüft, ob das in die ZF-Lage umgesetzte Ausgangssignal der ersten (I, III, V, VII)

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oder der zweiten (II, IV, VI, VIII) Antennengruppe die größere Amplitude aufweist und steuert eine Schalteinrichtung 9 so, daß das Ausgangssignal derjenigen Verzögerungseinrichtung 5,5' zu der Vorrang- und FUllimpulseinrichtung 6 zugeführt wird, die der Antennengruppe, die das Signal mit der größten Amplitude liefert, zugeordnet ist. Diese steuert auf bekannte und oben anhand der bekannten Bodenstation bereits beschriebene Weise den Sender 7, der das Antwortsignal abgibt. Das Antwortsignal wird einer Schalteinrichtung 10 zugeführt, die von der Amplitudenvergleichseinrichtung 8 so gesteuert wird, daß das Antwortsignal derjenigen Sende/Empfangsschaltung 3,3' zugeführt wird, die der Antennengruppe, die das Signal mit der größten Amplitude liefert, zugeordnet ist. Das Antwortsignal wird über die Sende/Empfangseinrichtung 3, 3' zu dem Hybrid 2, 2' geleitet, das das Antwortsignal den vier Antennen der ausgewählten Gruppe zuführt, von wo es abgestrahlt wird.

Anstatt nur jeder Gruppe einen Empfänger nachzuschalten, ist es auch möglich, jeder Richtantenne einen Empfänger nachzuschalten. Die kreisförmige Anordnung kann durch andere Anordnungen - z.B. halbkreisförmig; linear- ersetzt werden.

Anhand der Fig.2 wird nun erläutert, wie die Richtdiagramme der acht Antennen I bis VIII ausgerichtet sind. Wie bereits erwähnt, sind bei dem Ausführungsbeispiel die Riehtantennen äquidistant auf einem Kreis angeordnet. Die

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Strahlungsdiagrairane der Richtantennen, die symmetrisch und für alle Antennen formgleich sind, erstrecken sich jeweils in radialer Richtung und haben eine Halbwertsbreite von beispielsweise 45°. Somit erhält man mit acht Richtantennen eine azimutale Bedeckung von 360°. Eine derartige Anordnung der Richtantennen ist für Peiler aus der DT-PS 977 793 bekannt.

Es wird angenommen, daß ein Flugzeug 21 mit einer DME-Abfragestation ein Abfragesignal zur Bodenstation abstrahlt. Das Abfragesignal gelangt einerseits auf direktem D und andererseits möglicherweise auf indirektem - Reflexion an einem Hindernis 20 - ID Weg zur Bodenstation. Das direkte Signal wird über das Strahlungsdiagramm II und das indirekte über das Strahlungsdiagramm I aufgenommen. Für das direkte Signal ist der Antennengewinn größer als für das indirekte. Weiterhin ist im Normalfall der Reflexionskoeffizient eines Hindernisses ψ 1, so daß bei der Reflexion die Amplitude des Signals geschwächt wird. Daraus und aus ähnlichen Überlegungen für die übrigen Strahlungsdiagramm folgt, daß das Hybrid, das der Gruppe mit der Richtantenne II nachgeschaltet ist, das Signal mit der größeren Amplitude abgibt.

Das Antwortsignal wird, wie oben beschrieben, von den Richtantennen dieser Gruppe - im vorliegenden Fall also von den Richtantennen II, IV, VI und VIII - abgestrahlt. Hierbei wird jedoch nur das von der Richtantenne II abgestrahlte Signal von der Abfragestation als Antwortsignal empfangen. Die von den anderen Richtantennen abgestrahlten Signale gelangen infolge der gerichteten Abstrahlung nicht

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zum Abfrager. Ober das benachbarte Richtdiagramm I wird zu diesem Zeitpunkt kein Signal abgestrahlt.

Gelangt ein von einer anderen Richtantenne, z.B. von der Richtantenne VIII, abgestrahltes Antwortsignal infolge Reflexion an einem weiteren Hindernis 20' zum Abfrager, dann stört dieses reflektierte Signal nicht, denn die Impulse von direktem und indirektem Signal liegen so weit auseinander, daB sie im Abfragegerät getrennt werden können.

Von den vier abgestrahlten Antwortsignalen ist somit

eines das "echte Antwortsignal", während die drei anderen als Füllsignale dienen. Um rundum die vorgeschriebene Zahl von Impulsen abzustrahlen wird vorzugsweise nach Abstrahlung des Antwortsignals von der einen Gruppe auf die andere Gruppe umgeschaltet und von dort, falls gerade kein Abfragesignal zu beantworten ist, werden dann Füllimpulse abgestrahlt. Die beiden Gruppen strahlen also Signale im Zeitmultiplex ab.

Die radialen Richtdiagramme benachbarter Richtantennen sind vorzugsweise so gewählt, daß sie sich berühren; eine gegenseitige Überlappung ist jedoch auch möglich. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß sich benachbarte Richtdiagramme einer Gruppe - z.B. II und IV - berühren oder sich nur wenig überlappen und daß diesen beiden

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Richtdiagrammen das Richtdiagramm der dazwischenliegenden Richtantenne der anderen Gruppe überlagert ist. Das resultierende Strahlungsdiagramm kann auch als "schlechtes Runddiagramm" mit starken Feldstärkeeinzügen bezeichnet werden.

Optimale Verhältnisse erreicht man, wenn das Antwortsignal so abgestrahlt wird, daß innerhalb des zeitlichen Abstandes zum direkt empfangenen Signal, innerhalb dessen in der Abfragestation direktes und indirektes Signal nicht voneinander getrennt werden können (z.B. 3 ys), möglichst keine an Hindernissen reflektierte Antwortsignale zur Abfragestation gelangen und wenn in die anderen Richtungen möglichst viele Impulse als Füllimpulse abgestrahlt werden.

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Claims

STANDARD ELEKTRIK LORENZ AKTIENGESELLSCHAFT STUTTGART H.Vogel-H.Kleiber 3-4 Patentansprüche

1. Bodenstation mit mehreren Richtantennen für das DME-Entfernungsmeßsystem, von der nach einer bestimmten Zeit nach Empfang eines Abfragesignals ein Antwortsignal angenähert in die Einfallsrichtung des Abfragesignals abgestrahlt wird, und von der während der Zeit, während der keine Antwortsignale abgestrahlt werden, Füllimpulse abgestrahlt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils mehrere Richtantennen (1) so zu einer Gruppe (I, III, V, VII; II, IV, VI, VIII) zusammengefaßt sind, daß zueinander benachbarte Richtantennen zu unterschiedlichen Gruppen gehören, daß jeder Antennengruppe mindestens ein Empfänger (4,4*) nachgeschaltet ist, und daß das Antwortsignal über die Richtantennen derjenigen Gruppe abgestrahlt wird, von der das Abfragesignal mit der größten Amplitude empfangen wird.

2. Bodenstation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß spätestens nach Abstrahlung einiger Signale von der einen Gruppe auch Signale von der anderen Gruppe abgestrahlt werden.

Sm/Sch
26.10.1977

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Bodenstation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtantennen (1) einer Gruppe symmetrisch zum Strahlungsschwerpunkt angeordnet sind.

4. Bodenstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtantennen (1) auf einem Kreis angeordnet sind.

5. Bodenstation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtdiagramme radial ausgerichtet sind.