DE2844643B1

DE2844643B1 - Verfahren zum Abgleich hochgenauer Uhren

Info

Publication number: DE2844643B1
Application number: DE2844643A
Authority: DE
Inventors: Hans Schwaerzler
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Schwaerzler Hans Dipl-Ing 8028 Taufkirchen D
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1978-10-13
Publication date: 1980-03-13
Also published as: DE2844643C2

Description

Die Funktionsweise des Fernabgleichs der Uhren ist in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt. Vom Startplatz Swird von der bordeigenen Uhr 10 über den Sender 11 ein Impuls 15 abgestrahlt und in der Bodenstation A empfangen. Das empfangene Signal wird nun einem zweiten Sender 21 zugeführt und zum Startplatz Szurückgesendet, wo es mit der Laufzeit t eintrifft. Gleichzeitig mit dem Eintritt des Impulses 15 in dem Empfänger 23 löst er die Aussendung der
nächstfolgenden Zcitmarke 25 der Uhr 20 der Bodenstation A aus, die nach der Laufzeit t2 den Startplatz S bzw. den Empfänger 13 erreicht. Aus den Zeiten t und t2 am Startplatz Swird nun im Rechner 14 der Zeitabgleich At ermittelt. Es ergibt sich: lt = t2 - tl 1 -wobei z die Taktfolge der Zeitmarken darstellt.
Da die Übertragung der Zeitmarken und die Laufzeitmessung in sehr kurzen Zeiten erfolgen und die gleichen atmosphärischen Bedingungen antreffen, sind deren Einflüsse auf die Meßergebnisse eliminiert.
Die Fig. 3 zeigt die Zuordnung der einzelnen Zeitsignale, die den genauen Abgleich der einzelnen Uhren darstellen, die F i g. 4 in schematischer Darstellung das Blockschaltbild des beschriebenen Ausführungsbeispiels, so daß bezüglich der Verständlichkeit keine näheren Ausführungen gemacht werden müssen.
Durch das vorbeschriebene Verfahren sind nun optimale Grundlagen geschaffen, die hochgenaue Flugführungs- und Navigationsverfahren ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch in anderen technischen Gebieten, in denen Uhren zur Prozeßsteuerung verwendet werden, einsatzfähig.

Claims

Patentanspruch: Verfahren zum Abgleich hochgenauer Uhren, die sich an verschiedenen Orten befinden, mittels Laufzeitmessung von Funksignalen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit der Funkübertragung der Zeitmarken von mindestens zwei hochpräzisen Uhren gleichzeitig eine Messung der Laufzeit der Übertragungsimpulse erfolgt, wobei über einen Sender (11) am Startplatz (S) ein uhrengesteuerter Impuls (15) abgesandt wird, der in einer Bodenstation (A) empfangen und über einen zweiten Sender (21) zum Startplatz zurückgesandt wird und der Impuls (15) gleichzeitig die Aussendung der nächstfolgenden Zeitmarke der Uhr (20) an der Bodenstation (A) zum Startplatz (S) auslöst und aus den Laufzeiten (tl und t2) der Zeitabgleich (At) für die Uhr (10) am Startplatz in einem Rechner (14) ermittelt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abgleich hochpräziser Uhren, die sich an verschiedenen Orten befinden mittels Laufzeitmessung von Funksignalen, vorzugsweise zur Positionsbestimmung von Luft-und Raumfahrzeugen.

In der modernen Luftfahrttechnik werden Flugführungs- und Navigationsverfahren angestrebt, die weitgehendst autonom einen Zielanflug gestatten. Um dies jedoch erreichen zu können, ist es erforderlich, daß sowohl der Flugkörper, als auch die Bodenstationen mit hochgenauen Uhren ausgerüstet sind. Solche Uhren werden auch als Atomuhren bezeichnet. Die Positionsbestimmung beruht hierbei auf der Messung von Laufzeiten von Funksignalen, wobei vor dem Start des Flugkörpers bzw. des Flugzeuges die Uhren des letzteren und der Bodenstationen miteinander abgeglichen werden. Da zwischen Startplatz und den Bodenstationen zum Teil ganz erhebliche Entfernungen bestehen, muß ein sogenannter Fernabgleich vollzogen werden. Ein solcher ist aber mit wesentlichen Störfaktoren behaftet, die einmal in der großen Entfernung und deren hochgenaue Messung liegen und zum andernmal in der Atmosphäre und deren Erscheinungen zu suchen sind.

Durch die DE-AS 17 98 357 ist eine Einrichtung zum gegenseitigen Synchronisieren von sehr genau gehenden Uhren bzw. Zeitgebern der in der Flugzeugnavigation benutzten Art bekanntgeworden, die tatsächliche Zeitabweichung durch eine Vielzahl von Schätzungen des Genauigkeitsgrades der Synchronisation, die dcn jeweiligen Synchronisationsgrad verbessert ermittelt, wobei sich einer Rangordnung verschiedener Genauigkeitsgrade bedient wird. Dadurch daß hier immer neue Schätzwerte gebildet werden müssen, ist der Zeitaufwand für die Bestimmung der Zeitabweichung der Uhren viel zu hoch.

Durch die DE-AS 12 77 763 ist ein weiteres Verfahren zur Synchronisation mehrerer zeithaltender Geräte, die örtlich beweglich und voneinander getrennt sind, bekanntgeworden, bei dem mit einer sogenannten »vermuteten« Empfangszeit gearbeitet wird und über einen sehr gerätetechnischen Aufwand letztlich nach Vergleich der Zählerwerte in einer Vergleichsschaltung die Aussendung des Rücksignals noch getriggert werden muß. Auch dieses Verfahren ist wesentlich zeitaufwendig und sehr kompliziert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das einen Abgleich hochpräziser Uhren mit einer Genauigkeit von etwa 10-' bis 10-12 sec pro Monat erlaubt Um diese Aufgabe zu lösen, ist es daher erforderlich, daß die Fehlerquellen »Entfernung« und »Atmosphäre« eliminiert werden. Dies geschieht durch die im Patentanspruch aufgeführten Maßnahmen Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Beschreibung erläutert und in den Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 eine skizzenmäßige Lageanordnung von Startplatz und Bodenstation, F i g. 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise des Fernabgleichs, Fig 3 ein Diagramm der Zuordnung der einzelnen Zeitsignale, F i g. 4 ein Blockdiagramm des Abgleichverfahrens.

Die Position eines Flugkörpers wird vorzugsweise trigonometrisch aus der absoluten Laufzeit von Impulsen, die zu bekannten Zeiten von Sendern ausgestrahlt und von einem Empfänger aufgenommen werden und der Impuls-Zeitdifferenz entfernungsmäßig ermittelt. Um hier eine optimal hohe Genauigkeit zu erhalten, ist es erforderlich, daß die Impulse zu bekannten Zeiten bzw. in bekannter Zeitfolge genau synchron zueinander durch hochpräzise Uhren ausgelöst werden. Bei den gegebenen Entfernungen ist es aber nun erforderlich, daß die störenden und das Meßergebnis verfälschenden Einflüsse der Atmosphäre, wie beispielsweise bei Regen oder Luftflimmern infolge hoher Wäremestrahlung, eliminiert werden.

Die F i g. 1 zeigt die Lage des Startplatzes S zu den Bodenstationen A und ß, die voneinander die bekannte Entfernung c haben. Unbekannt beziehungsweise von Fall zu Fall variierend sind die Entfernungen von A nach Sund Bnach 5, da der Startplatz eines Flugzeugs jeweils verschieden ist. Mit »f« ist die Sollflugbahn bezeichnet, die dem Bordrechner in Form eines Rechenprogrammes mitgegeben ist. Auf diese Bahn schwenkt das Flugzeug nach dem Start ein. Um nun die Position Czu bestimmen, müssen die Schenkel a und b entfernungsmäßig vermessen werden. Hierzu ist der hochgenaue Gleichlauf der Uhren der Bodenstationen und des Flugzeuges erforderlich.

Nun ist aber die Übertragung der Zeitmarken -beispielsweise der Uhr der Bodenstation A - zum Startplatz Durch eine übliche Funkverbindung mit einem Fehlabgleich behaftet, der aus der Übertragungszeit der Zeitmarken resultiert. Da außerdem die Übertragungszeit, die bei der Entfernung von A nach S erforderlich ist, von den atmosphärischen Bedingungen, insbesondere der Luftschichtungen, abhängt, muß der Fehlereinfluß dieser Größen eliminiert werden. Dies geschieht dadurch, daß mit der Funkübertragung der Zeitmessung gleichzeitig eine Messung der Laufzeit der Ubertragungsimpulse erfolgt.