DE3025490C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Mikro­ wellen-Strahlschwenk-Landesystemen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Mikrowellen-Strahlschwenk-Landesystem gehört in vielen Ländern zu den normalen Navigationshilfen für die Zukunft. Dieses System wurde zuerst in den Vereinigten Staa­ ten von Amerika eingeführt und ist in der US 37 57 337 beschrieben. Es enthält eine Bodenstation mit Einrichtungen zum Schwenken eines schmalen Mikrowellenstrahls in beiden Richtungen über einen Höhen- und Seitenwinkelsektor, wobei die Flugzeuge mit einem Gerät versehen sind, das den Strahl bei seinem Durchgang erfaßt und in Abhängigkeit davon eine Anzeige über die Position des Flugzeugs relativ zu der Mit­ tellinie des abgetasteten Sektors liefert. Dieses System ist inzwischen wohlbekannt, und die Position des Flugzeugs wird in Abhängigkeit von der Zeitspanne zwischen der jeweiligen Erfassung bei beiden Strahlschwenkrichtungen durch das Gerät an Bord des Flugzeugs bestimmt. Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß ein Flugzeug außerhalb des Ab­ tastsektors durch Mehrwegempfang reflektierte Signale emp­ fangen kann, was zu der fehlerhaften Anzeige führt, das Flugzeug befindet sich innerhalb des abgetasteten Sektors.

Um diesen Fehler zu beheben, wurde vorgeschlagen, zusätzlich zu der Antennengruppierung für die Abtastung des Sektors Antennen für die sogenannte Außerhalb-Überdeckungsbereich- Anzeige, im folgenden kurz als "OCI" (out of coverage indicator) bezeichnet, zu verwenden, um ein "Außerhalb- Überdeckungsbereich-Strahlmuster" zu erzeugen, das also außerhalb des Abtastsektors liegt. Die Außerhalb-Abtastbereich- Antennen werden mit Energie gespeist, bevor die Schwenkung erfolgt und die Daten bezüglich der Signalstärken dieser Signale von dem Gerät an Bord des Flugzeugs gespeichert werden, und werden mit der Amplitude der anschließend empfan­ genen Schwenkstrahlsignale verglichen. Die Signalstärke die­ ser OCI-Signale ist so ausgelegt, daß, wenn sich das Flugzeug im abgetasteten Sektor befindet, die empfangenen Schwenk­ strahlsignale stets stärker sind als die OCI-Signale; wenn also die Schwenkstrahlsignale schwächer sind als die OCI- Signale, wird davon ausgegangen, daß sie auf Mehrfachempfang beruhen, und sie werden daher unterdrückt. Dieses inzwischen verbreitete System kann jedoch unter bestimmten Standort­ bedingungen unbefriedigend arbeiten, und ein einwandfreies Schwenkstrahlsignal bzw. Leitsignal kann fälschlicherweise unterdrückt werden, oder es kann ein falsches Schwenkstrahl­ signal bzw. Leitsignal akzeptiert werden. Dieser Mangel der bisherigen Systeme beruht wenigstens teilweise auf der Tat­ sache, daß die notwendigerweise breiten Antennendiagramme der OCI-Antennen leichter die Gefahr eines Mehrfachempfangs­ signals beinhalten als das Schwenkstrahlsignal für die Flug­ leitung.

In manchen Systemen muß der überdeckte und abgetastete Sek­ tor von z. B. 40° auf 10 oder 20° begrenzt werden, und dann sind weitere Antennen vorgesehen, die als Abstands-Antennen bekannt sind und die Abstandssignale liefern, die von den Abstands-Antennen ausgestrahlt und von dem Gerät an Bord des Flugzeugs gespeichert werden. Diese gespeicherten Abstands­ signale werden mit der Amplitude der empfangenen Abtastsig­ nale bzw. Schwenkstrahlsignale verglichen, wodurch die Posi­ tion eines Flugzeugs in bezug auf die Mittellinie des begrenz­ ten Abtastsektors bestimmt werden kann. In der Praxis werden das HIN- und HER-Abtastsignal zunächst durch ein "Vorwort" im voraus festgelegt, das Datensignale enthält, welche die Funktion der Abtastung angeben (d. h. Höhen- oder Seitenwinkel) Auf dieses Vorwort folgen das linke und das rechte Abstands­ signal, die von dem Gerät an Bord des Flugzeugs aufgenommen und gespeichert werden. Auf die Abstandssignale folgen das linke, rechte und eventuell das hintere OCI-Signal, die eben­ falls gespeichert werden. Auf die OCI-Signale folgen dann die HIN- und HER-Abtastsignale. Aufgrund der begrenzten Sektorüberdeckung bei der Anwendung von Abstandssignalen zusätzlich zu den OCI-Signalen erfolgt nun der Wechsel von der Abstands- zur linearen Führung durch den Schwenkstrahl wesentlich näher an der Sektormitte, und es ist daher nicht mehr möglich, eine lange Zeitkonstante anzuwenden, um kompli­ zierte Mehrfachempfangssignale auszugleichen. Ferner hat das Flugzeug voraussichtlich eine geringere Höhe während des Übergangs zur linearen Führung, da ein begrenzter Leit­ sektor verwendet wird, und empfängt daher stärkere Mehrfach­ empfangssignale; schließlich wird es durch die verminderte lineare Überdeckung bzw. durch den kleineren abgetasteten Winkelsektor wesentlich schwieriger, irgendein Ungewißheits­ gebiet zuzulassen. Es ist daher offensichtlich, daß auf­ grund der begrenzten Sektorüberdeckung unter Anwendung von Abstandssignalen zusätzlich zu den OCI-Signalen das System wesentlich empfindlicher für Fehler aufgrund von Mehrwegempfang ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, durch die eine Positionsbestimmung eines Flugzeugs in bezug auf die Mittellinie eines begrenzten Abtastsektors zuver­ lässig möglich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Mikrowel­ len-Strahlschwenk-Landesystems ist im Patentanspruch 1 angegeben.

Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Patentansprüchen 4-12 angegeben.

Bei den verschiedenen möglichen Ausführungsformen kann der abgetastete Winkelsektor sowohl den Höhen- als auch den Seitenwinkel oder beide betreffen, und das Verfahren kann sowohl für die Abstands- als auch für die OCI-Funktion angewandt werden.

Die Antenneneinrichtung des Systems für Höhen- oder Sei­ tenwinkel enthält eine Antennengruppe, die den schmalen Mikrowellen-Schwenkstrahl erzeugt, und zwei weitere Antennen zur Erzeugung der breiteren Strahldiagramme links und rechts von dem abgetasteten Sektor.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung können die zwei weiteren Antennen jeweils so ausgelegt sein, daß sie Strahlformen bzw. Strahldiagramme links und rechts von dem Abtastsektor erzeugen, wobei die Strahlteile auf der linken Seite sequentiell zu Zeitpunkten erzeugt werden, die vorbestimmten negativen Abtastwinkeln außerhalb des abgetasteten Sektors entsprechen und die Strahlformen auf der rechten Seite zu Zeitpunkten erzeugt werden, die vor­ bestimmten positiven Abtastwinkeln außerhalb des Abtast­ sektors entsprechen.

Die weiteren Antenneneinrichtungen zur Erzeugung des Strahls links von dem Abtastsektor können so ausgelegt sein, daß sie nacheinander einen linken OCI-Strahl und dann einen linken Abstandsstrahl erzeugen, und die weiteren Antennen­ einrichtungen zur Erzeugung des Strahls rechts von dem Abtastsektor können so ausgebildet sein, daß sie nacheinan­ der einen rechten OCI-Strahl und dann einen rechten Abstands­ strahl erzeugen, wobei die Strahlen zu Zeitpunkten übertra­ gen werden, die Abtastwinkeln außerhalb des Abtastsektors entsprechen.

Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Antennenein­ richtung zur Erzeugung der Strahlteile links von dem Abtast­ sektor so ausgebildet, daß sie nacheinander einen linken rückwärtigen OCI-Strahl, einen vorderen linken OCI-Strahl und einen linken Abstandsstrahl erzeugt, und die weitere Antenneneinrichtung zur Erzeugung des Strahlteils rechts von dem Abtastsektor ist so ausgebildet, daß sie nacheinander einen rechten rückwärtigen OCI-Strahl, einen vorderen rech­ ten OCI-Strahl und einen rechten Abstandsstrahl erzeugt, wobei die Strahlen zu Zeitpunkten übertragen werden, die Abtastwinkeln außerhalb des Abtastsektors entsprechen. Die genannte weitere Antenneneinrichtung kann eine Mehrzahl von einzelnen Antennen enthalten; gemäß einer anderen Aus­ führungsform enthält sie eine Antennengruppierung, die Strah­ len unter verschiedenen Winkeln aussenden kann.

Für den Höhen- und den Seitenwinkel können die gleichen Antennengruppierungen verwendet werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform enthält die Antennen­ einrichtung eine Antennengruppierung, welche die breitere Strahlform unter verschiedenen Winkeln übertragen kann.

Die genannte breitere Strahlform bzw. das breitere Strahl­ diagramm kann ebenfalls verschwenkt werden, so daß er Unter­ sektoren auf beiden Seiten des abgetasteten Winkelsektors überstreicht.

Die Antennengruppierung kann sowohl den schmalen Strahl als auch den breiteren Strahl erzeugen.

Die Antennengruppierung kann eine Mehrzahl von Unter­ gruppen enthalten, die jeweils eine Mehrzahl von Antennen­ elementen aufweisen, die aus einer Mikrowellensignal-Ver­ teileinrichtung gespeist werden, die eine Mehrzahl von Ein­ gangsanschlüssen aufweist, welche sequentiell über eine Schalteinrichtung aus einer steuerbaren Phasenschiebervor­ richtung gespeist werden.

Die Phasenschiebervorrichtung kann aus einer Stehwellenröhre gespeist werden.

Die Signalverteileinrichtung kann einen Strahl liefern, des­ sen Breite in Übereinstimmung mit der Funktion der Schalt­ einrichtung veränderbar ist, um den breiteren Strahl auf jeder Seite des Sektors zu erzeugen, der von dem schmalen Schwenkstrahl überdeckt wird.

Die Signalverteileinrichtung kann eine Butler-Matrix, eine Blass-Matrix oder eine Rotman-Antennenlinse enthalten, deren Ausbildung in der GB 20 23 940A bzw. in der entsprechenden US beschrieben ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält die Antennen­ gruppierung eine Mehrzahl von Antennenelementen, die aus einer Mikrowellenlinse, z. B. einer Rotman-Antennenlinse, gespeist werden, deren Eingangsanschlüsse mit einem Mikro­ wellensignal über eine Schalteinrichtung aus einem Mikrowel­ lenmodulator gespeist werden. Der Modulator kann mit einem Mikrowellensignal gespeist werden, das in einer Stellen­ röhre erzeugt wird.

Für Höhen- und Seitenwinkel sind gleiche Antennengruppie­ rungen erforderlich.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm der Strahlformen bei einem bekannten Mikrowellen-Strahlschwenk-Lande­ system;

Fig. 2 ein Diagramm, das die von dem Strahldiagramm nach Fig. 1 ausgestrahlten Signale zeigt;

Fig. 3 ein schematisches Diagramm der Strahlformen gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mikro­ wellen-Strahlschwenk-Landesystems;

Fig. 4 ein Schwenk/Zeit-Diagramm, das die Beziehung zwi­ schen den HIN- und HER-Schwenkzeiten zeigt;

Fig. 5 ein Signalformdiagramm, das Signalformen 5 a bis 5 f zeigt, die von einem Flugzeug in verschiedenen Win­ kelstellungen bei der Ausführungsform nach Fig. 3 empfangen werden;

Fig. 6 eine Grafik zur Darstellung des Empfänger-Ausgangs­ signals für verschiedene Winkelstellungen beim Be­ trieb des Systems mit den in Fig. 3 gezeigten Strahlen;

Fig. 7 ein Diagramm der Antennenstrahlen, die bei einer ande­ ren Ausführungsform der Erfindung erzeugt werden;

Fig. 8 ein Schwenk/Zeit-Diagramm, das die Beziehung zwi­ schen den HIN- und HER-Schwenkbewegungen zeigt;

Fig. 9 ein Signalformdiagramm, das die Signalformen 9 a bis 9 f zeigt, die von einem Flugzeug in den verschiede­ nen Winkelstellungen bei der Ausführungsform nach Fig. 7 empfangen werden;

Fig. 10 eine Grafik, welche die Empfängerausgangssignale für verschiedene Winkelstellungen bei dem System nach den Fig. 7, 8 und 9 zeigt;

Fig. 11 ein schematisches Schaltbild einer Untergruppierung mit einem Phasenschieber;

Fig. 12 und 13 Tabellen, die sich auf die Funktion einer Antennengruppe beziehen, die eine Mehrzahl von Unter­ gruppierungen enthält, die jeweils wie in Fig. 11 gezeigt ausgebildet sind;

Fig. 14 ein schematisches Schaltbild einer Antennenanordnung unter Verwendung einer Linse und mit Speisung aus einem Modulator;

Fig. 15 eine Tabelle, die die Funktion der Anordnungen nach Fig. 14 betrifft; und

Fig. 16 eine Grafik, die die Änderung des Ausgangssignals des Bordempfängers bei einem Mikrowellen-Lande­ system mit Raumwinkel zeigt.

Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen. In einem bekannten Mikrowellen-Strahlschwenk-Landesystem können Daten über einen Winkel von 40° übertragen werden, der durch einen Sektor 1 dargestellt ist. Den Schwenkstrahl hat eine schmale Strahlbreite, die mit 2 a und 2 b bezeichnet ist und über einen schmalen 10°-Sektor 3 hin- und hergeschwenkt wird. Um Flugzeugen, die sich außerhalb des Sektors 3 befinden, eine Anzeige über ihre Position zu geben, werden zwei weitere Signale 4 und 5 links und rechts von dem Sek­ tor 3 ausgestrahlt, wobei die Amplitude der abgestrahlten Signale 4 und 5 von einem Gerät an Bord der Flugzeuge mit dem Schwenkstrahlsignal verglichen wird, um eine Positions­ anzeige zu liefern. In dem bekannten System sind also außerhalb des Schwenkstrahlbereichs 3 bzw. des proportiona­ len Leitbereichs Links- und Rechts-Abstandsstrahlen 4 und 5 vorgesehen, um eine Funktion zu erreichen, die der Abstands­ funktion des wohlbekannten Instrument-Landesystems (ILS) gleicht. Um den Empfängerbetrieb in Gebieten außerhalb des 40°-Sektors 1 auszuschließen, werden bis zu drei Außer­ halb-Überdeckungsbereich (OCI)- bzw. Seitenzipfel-Unter­ drückungssignale, nämlich ein linkes, rechtes und hinteres entsprechend den Zipfeln 6, 7 und 8 von getrennten Antennen abgestrahlt, und die Pulsamplitude dieser Signale wird er­ faßt und mit der Amplitude des Schwenkstrahlsignals ver­ glichen. Die Amplitude der abgestrahlten Signale ist so ausgelegt, daß bei einer Amplitude des empfangenen Schwenk­ strahlsignals, die geringer ist als die der in den Strahlen 6, 7 und 8 übertragenen Signale, das empfangene Schwenk­ strahlsignal als fehlerhaft erkannt und unterdrückt wird.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Signale werden in der folgenden Reihenfolge übertragen: Zuerst ein Vorwort- Datensignal 9, gefolgt von dem linken und dem rechten Ab­ standssignal 10, 11. Den Abstandssignalen folgen das linke, rechte und hintere OCI- bzw. Seitenzipfel-Unterdrückungs­ signal 12, 13 und 14. Auf die OCI-Signale folgt ein Prüf­ impuls 15, dessen Aufgabe hier nicht wichtig ist und daher nicht weiter beschrieben wird. Anschließend an den Prüfimpuls erfolgt die HIN-Schwenkung, durch die der Strahl 2 a von links nach rechts geschwenkt wird, so daß er die gezeigte Stellung 2 b einnimmt. Wie Fig. 2 zeigt, wird nach einer gewissen Zeit­ spanne die HER-Schwenkung durchgeführt, durch die der Strahl aus der Stellung 2 b, die in Fig. 1 gezeigt ist, um einen Winkel von 10° in die Stellung 2 a geschwenkt wird.

Das soweit beschriebene System ist wohlbekannt, hat je­ doch bestimmte Mängel, die dazu führen können, daß fehler­ hafte Schwenkstrahl-Führungssignale oder fehlerhafte Leit­ signale akzeptiert werden. Wie eingangs erwähnt wurde, be­ ruht das derzeit in den Vereinigten Staaten von Amerika angewandte bekannte Abstands- und OCI-Vergleichverfahren auf einem Amplitudenvergleich der OCI- und/oder Abstands­ signale mit dem Schwenkstrahlsignal, und dies führt zu einer unbefriedigenden Funktion aufgrund von Faktoren, die vorstehend bereits diskutiert wurden.

Es wird daher vorgeschlagen, die Abstands- und OCI- Signale durch Signale zu ersetzen, die in der Abtastperiode auftreten und in der gleichen Weise verarbeitet werden kön­ nen wie die Signale für den Schwenkstrahl. Dies wird dadurch erreicht, daß synthetische HIN- und HER-Pulse über die geeigneten Antennen der Abstands- und OCI-Antennen­ einrichtungen unter vorbestimmten Winkeln innerhalb des HIN- und HER-Schwenk/Zeitfensters übertragen werden, jedoch außerhalb des tatsächlich abgetasteten Sektors. Die HIN- und HER-Pulse der linken OCI-Antenne werden zu einer Zeit übertragen, die einem Winkel von z. B. -50° in dem Schwenk/ Zeitfenster entspricht. Die HIN- und HER-Pulse der rechten OCI-Antenne werden durch die rechte OCI-Antenne zu einer Zeit übertragen, die äquivalent einem Winkel von +50° in dem Schwenk/Zeitfenster ist. Diese synthetischen OCI-Pulse sind so ausgelegt, daß ihre Länge der Strahlbreite des Schwenkstrahlsignals entspricht.

Die Art und Weise, wie die synthetischen Signale erzeugt und übertragen werden, wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3, 4 und 5 erläutert. Der Schwenkstrahl wird über einen Sektor 19 von ±40° in bezug auf eine Mittellinie 20 des Sektors ver­ schwenkt. Links von dem Sektor 19 wird ein OCI-Strahlungs­ feld 21 zu Zeitpunkten erzeugt, die nachstehend definiert sind, und rechts von dem Sektor 19 wird ein OCI-Strahlungs­ feld 22 zu Zeitpunkten erzeugt, die anschließend definiert sind. Der Schwenkstrahl fährt zuerst von links nach rechts vom Winkel -40° bis zum Winkel +40° für die HIN-Schwenkung und fährt dann nach einem Intervall 23 zwischen den Schwenk­ bewegungen von rechts nach links bzw. von +40° nach -40° während der HER-Schwenkung. Dies ist in den Fig. 3 und 4 er­ sichtlich. Die Ausbildung ist so getroffen, daß die Signale aus einer OCI-Antenne, die das Strahlungsfeld 21 erzeugen, kurzzeitig unter Winkeln übertragen werden, die sowohl bei der HIN- als auch bei der HER-Schwenkung +50° betragen. Die übertragenen Signale zur Erzeugung des Strahlungsfeldes 21 sind in Fig. 5a dargestellt; sie werden von einem Flugzeug 24 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung erfaßt. Die in Fig. 5a gezeigten und mit 25 und 26 numerierten Signale werden eben­ falls erfaßt, jedoch von einem Flugzeug 27 in der gezeigten Position und mit einer schwächeren Amplitude. Die von dem Flugzeug 27 in der gezeigten Position erfaßten Signale sind in Fig. 5b dargestellt, und es ist ersichtlich, daß ebenso wie die Pulse 25 und 26 die Schwenkstrahlsignale 28 und 29 ebenfalls mit einem Abstand empfangen werden, der der Posi­ tion des Flugzeugs 27 in bezug auf die Mittellinie des Sek­ tors 19 entspricht. Das rechte OCI-Strahlungsfeld 22 ist so ausgelegt, daß es mit einer Winkellage von +50° erzeugt wird, und zwar sowohl bei der HIN- als auch bei der HER-Schwen­ kung, so daß Pulse 30 und 31 erzeugt werden, die in den Fig. 5e und 5f gezeigt sind. Es ist ersichtlich, daß ein Flugzeug 32 in der gezeigten Position nur die Pulse 30 und 31 empfängt, während ein Flugzeug 33 in der in Fig. 3 ge­ zeigten Position die Schwenkstrahlsignale im Abstand von einem Intervall empfängt, das seine Position innerhalb des Sektors 19 in bezug auf die Mittellinie 20 angibt, und zu­ sätzlich empfängt es die Pulse 30 und 31. Die in Fig. 3 ge­ zeigten Flugzeuge 34 und 35 empfangen nur Signale 36, 37, 38 und 39, die in Fig. 5c bzw. 5d gezeigt sind, wobei die Winkelposition des Flugzeugs in Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen den Pulsen angezeigt wird.

Aus den Fig. 3, 4 und 5 ist ersichtlich, daß durch Analyse der in einem Flugzeug empfangenen Signale bestimmt werden kann, ob dieses sich innerhalb des Sektors 19 befindet oder nicht und ob es sich links oder rechts von dem Sektor 19 be­ findet. Wie bereits erwähnt wurde, wird die Breite der Pulse 25, 26, 30 und 31 durch die Zeit bestimmt, während der sie übertragen werden, und es ist zweckmäßig, sie so auszulegen, daß sie während einer Zeit übertragen werden, die der Strahl­ breite des Schwenkstrahls entspricht. Die von den Flugzeugen 24, 27, 34, 35, 33 und 32 empfangenen Signale sind in Fig. 6 dargestellt, woraus ersichtlich ist, daß die Winkelposition eines Flugzeugs in Abhängigkeit von dem Empfängerausgangssignal angezeigt wird; ferner ist daraus ersichtlich, daß für Win­ kel über 40° die OCI-Signale erfaßt werden, die anzeigen, daß das Flugzeug sich außerhalb des Überdeckungsbereichs be­ findet. Wenn sich ein Flugzeug außerhalb des Überdeckungs­ bereichs befindet, und sobald es dann in die proportionale Leitzone bzw. den Sektor 19 eintritt, stellt eine Freigabe­ schaltung, die Bestandteil einer bekannten Ausrüstung ist, den Konfidenzzähler herunter und beginnt mit der Erfassung und Verfolgung des Schwenkstrahlsignals, da dessen Amplitude größer ist als die des rechten oder linken OCI-Signals, die in den Fig. 5b, 5c, 5d und 5e gezeigt sind. Insofern ist also das vorgeschlagene Verfahren bzw. System voll kompati­ bel mit vorhandenen Ausrüstungen, denn die Funktion der Freigabeschaltungen und des Konfidenzzählers ist jeweils dieselbe.

Ein Leistungsabstand von 3 db zwischen dem Schwenkstrahl und den Abstandssignalen ist erforderlich, um jeglichen falschen Verlauf bzw. jegliche Funktionsminderung inner­ halb der proportionalen Führungszone zu vermeiden, d. h. die innerhalb der proportionalen Führungszone 19 reflektierten Abstandssignale sollen keine Auswirkung auf die Erfassung und Freigabe des Schwenkstrahlsignals haben. Da sowohl für die Verarbeitung des Abstands- als auch des Schwenkstrahlsignals dasselbe Unterprogramm zur Erfassung und Freigabe Anwendung findet, müssen alle Mehrfachempfangs­ signale aus dem Bereich innerhalb der proportionalen Füh­ rungszone 19, die in die Abstandszone, d. h. in die Zone außerhalb des Sektors 19, reflektiert werden, die Erfas­ sungs- und Freigabeerfordernisse erfüllen, bevor der Empfän­ ger mit ihrer Verfolgung beginnt. Da das Flugzeug in der Abstandszone wahrscheinlich eine große Höhe hat und daher Mehrfachempfangssignale mit niedrigem Pegel empfängt, ist die Gefahr der Verfolgung eines Mehrfachempfangssignals sehr gering.

Die Technik der Erfassung, Freigabe und Verfolgung ist wohlbekannt und allen Mikrowellen-Schwenkstrahl-Lande­ systemen gemeinsam; sie wird daher hier nicht weiter erläu­ tert.

Anhand der Fig. 7, 8, 9 und 10 wird nun eine andere Aus­ führungsform der Erfindung beschrieben, bei der die linken und rechten OCI-Strahlen 40, 41 mit den linken und rechten Abstandsstrahlen 42, 43 sequentiell ausgestrahlt werden. Der linke OCI-Strahl wird nur unter einem Winkel von -50° während der HIN- und HER-Schwenkzeitpunkte ausgestrahlt, und dies ist in Fig. 9a dargestellt. Das rechte OCI-Strahlungsfeld 41 wird nur unter dem Winkel +50° während der HIN- und HER- Schwenkung ausgestrahlt, wie in Fig. 9f gezeigt ist. Die in Fig. 9a gezeigten Signale werden also von einem Flugzeug 44 in der in Fig. 7 gezeigten Position empfangen, und die Signale entsprechend den in Fig. 9f gezeigten Signalen werden von einem Flugzeug 45 gemäß der Darstellung in Fig. 7 empfangen. Die linken Abstandssignale mit einem Strah­ lungsfeld 42 werden nur unter Winkeln von -40° während der HIN- und HER-Schwenkperioden übertragen, um die in Fig. 9b gezeigten Pulse zu erzeugen; die rechten Abstands­ signale mit dem Strahlungsfeld 43 werden nur unter dem Schwenkwinkel 40° während der HIN- und HER-Schwenkungen übertragen, um die in Fig. 9e gezeigten Signale zu erzeugen. Ein Flugzeug 47 mit der in Fig. 7 gezeigten Winkelposition empfängt also nur die in Fig. 9e gezeigten Signale. Flug­ zeuge 48 und 49 haben eine Position, in der sie nur den Schwenkstrahl empfangen, so daß sie also die in Fig. 9c und 9d gezeigten Signale empfangen.

Aus Fig. 10 ist also ersichtlich, daß ein Flugzeug 44, 46, 48, 49, 47 bzw. 45 die jeweils gezeigten Signale empfängt, die nicht nur seine Position innerhalb des 20°-Abtastsektors anzeigen, sondern auch angeben, ob es sich in den Bereichen außerhalb der Überdeckungszone befindet, die von den Strah­ len 40 und 41 überdeckt werden, oder ob es sich in dem linken oder rechten Abstandsbereich befindet, der von den Strahlen 42 und 43 überdeckt wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Er­ findung werden die Abstands- oder OCI-Signale in gleicher Weise wie die Proportionalführungs- bzw. Schwenkstrahlsig­ nale verarbeitet, und anstatt des üblichen Amplitudenver­ gleichs können Erfassungs-, Freigabe- und Verfolgungsver­ fahren nach bekannten Prinzipien angewendet werden. In den bekannten Systemen belegen die vorhandenen Abstands- und OCI-Signale 0,666 ms anschließend an das "Vorwort". Bei dem erfindungsgemäßen System kann diese Zeit aber zu diesem "Vorwort" hinzugefügt werden, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu verbessern.

Die verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen können zahlreiche Abwandlungen erfahren. Zum Beispiel können OCI-Strah­ lungsfelder ausgestrahlt werden, die den Strahlformen 40 und 41 entsprechen, jedoch zur Rückseite des Sektors 50, wodurch eine weitere Anzeige über Positionen außerhalb des Überdeckungsbereichs geliefert werden kann. Bei dieser Anordnung werden dann weitere synthetische Pulse übertra­ gen, die den verschiedenen Winkelpositionen außerhalb des Abtastsektors entsprechen, z. B. bei ±55°.

Es wird vorgeschlagen, die datenähnlichen Ab­ stands- und OCI-Signale durch Signale zu ersetzen, die innerhalb der Abtastperiode auftreten und in gleicher Weise verarbeitet werden können wie die Signale des Schwenkstrahls. Dies kann in der zuvor beschriebenen Weise erfolgen, indem synthetische HIN- und HER-Pulse über die geeigneten getrenn­ ten Abstands- und OCI-Antennen unter vorbestimmten Winkeln innerhalb des HIN- und HER-Schwenk/Zeitfensters, jedoch außerhalb des eigentlichen Schwenkstrahlsektors übertragen werden. Die HIN- und HER-Pulse der linken OCI-Antenne wer­ den zu einem Zeitpunkt übertragen, der äquivalent einem Winkel von z. B. 50° in dem Schwenk/Zeitfenster ist. Die HIN- und HER-Pulse der rechten OCI-Antenne werden von die­ ser zu einem Zeitpunkt übertragen, der äquivalent dem Wert +50° in dem Schwenk/Zeitfenster ist. Diese syntheti­ schen OCI-Pulse haben eine Länge, die der Strahlbreite des Schwenkstrahls entspricht.

Die Art und Weise, wie die synthetischen Signale erzeugt und übertragen werden, wird nun anhand der Fig. 3, 4 und 5 erläutert.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung werden gepulste Ab­ standssignale von individuellen Antennen ausgesandt, die über einen breiten Winkel abstrahlen, um die festgelegten Abstandssektoren völlig zu überdecken. Dies ist für zahl­ reiche Anwendungen zweckmäßig; wenn jedoch ein weiterer Schutz gegen Mehrfachempfangseffekte gewünscht wird, kann eine Ausführungsform verwendet werden, wie sie nachste­ hend beschrieben wird.

Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Antennengruppierung verwendet, die eine Anzahl von Untergruppen enthält, die jeweils in Fig. 11 dargestellt sind. Jede Untergruppierung enthält eine Rotman-Linse 51 o. dgl., die sechs Antennen­ elemente 52 speisen kann. Die Linse wird aus einer Anzahl von Eingangsanschlüssen 53 gespeist, die in drei Gruppen 54, 55 und 56 angeordnet sind. Die Eingangsanschlüsse sind an einen Mikrowellenschalter 57 angekoppelt, der PIN-Dioden ent­ hält, wobei der Schleifkontakt 58 aus einer gesteuerten Pha­ senschiebervorrichtung 59 gespeist wird, die wiederum aus einer Wanderwellenröhre 60 mit Mikrowellenenergie versorgt wird. Die Funktion der Strahllenkung und das Ablenksystem mit den in Fig. 11 gezeigten Untergruppierungen ist in der GB-PS 20 23 940 beschrieben. Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich jedoch von der dort beschriebenen da­ durch, daß die Eingangsanschlüsse der Linse 51 nicht gleich­ mäßig beabstandet sind. Die Gruppe von Anschlüssen 55 hat relativ geringe Abstände, um einen schmalen Strahl für die Proportionalführung zu erzeugen, während die Gruppen 54 und 56 einen größeren Abstand haben, um einen breiteren Strahl für die OCI-Signale zu erzeugen. Wie in den Tabellen der Fig. 12 und 13 gezeigt ist, können Anzahl und Abstand der Eingangsanschlüsse, der Antennenelemente und der Unter­ gruppierungen so gewählt werden, daß sie die gestellten Erforderungen erfüllen. Bei dem hier beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiel sind sechs Antennenelemente 52 mit einem Ab­ stand von O,61 λ vorgesehen. In der Gruppe 55 sind acht Lin­ seneingänge vorgesehen, um einen schmalen Strahl zu erzeugen, der so ausgelegt ist, daß er über eine proportionale Führungs­ zone von 12° verschwenkt werden kann; es sind drei Linsen­ eingänge für die Abstandsfunktion in jeder Gruppe 54, 56 vorgesehen, um die Abstandssignale zu erzeugen, die unter Anwendung einer bekannten Technik über die Abstands-Unter­ sektoren der Öffnung 30° angrenzend an den proportionalen Führungssektor verschwenkt werden. Wie in der Tabelle ange­ geben ist, ist beim Betrieb des Schwenkstrahls in dem pro­ portionalen Führungssektor das Nebenzipfelverhältnis besser als -20 dB, und für die Übertragung der Abstandssignale aus den Anschlüssen 54 oder 56 haben die Nebenzipfel einen Pegel von -13 dB. Um eine Schwenkstrahlbreite von 2° zu ergeben, sind zehn Untergruppierungen mit zehn entsprechenden Phasen­ schiebern erforderlich, und folglich werden 140 Schalter benötigt. Wenn eine größere Strahlbreite von 3° in dem pro­ portionalen Führungssektor zulässig ist, werden nur sieben Untergruppierungen, sieben Phasenschieber und 98 Mikrowellen­ schalter benötigt. Bei der hier beschriebenen Ausführungs­ form werden die Gruppen von Eingangsanschlüssen 54, 56 so abgelenkt, daß sie für die Abstandsfunktion eine Überdek­ kung in Untersektoren von ±30° auf beiden Seiten des 12°- Proportionalführungssektors ergeben, wobei die Ablenkrate in dem Proportionalführungssektor dieselbe ist, wie in den angrenzenden Untersektoren, so daß die 30°-Untersektoren auf der einen Seite der Proportionalführungszone in dem Zeitfenster zwischen +12° und +42° und auf der anderen Seite der Proportionalführungszone in dem Zeitfenster zwischen -12° und -42° abgelenkt werden. Die Strahlbreite des Haupt­ zipfels in den Untersektoren ist normalerweise dieselbe wie in dem Proportionalsektor aufgrund des Vorhandenseins der Nebenzipfel mit einem relativ hohen Pegel von -13 dB muß der Strahl jedoch als breiter angesehen werden als in dem Proportionalführungssektor. Bei einer Alternative zu der vor­ stehend unter Bezugnahme auf Fig. 11 beschriebenen Ausfüh­ rungsform wird die Rotman-Linse durch eine geeignet ausge­ legte Butler-Matrix oder Blass-Matrix ersetzt. Diese Tech­ nik ist dem Fachmann wohlbekannt, und derartige Matrixanord­ nungen sind in der GB 20 23 940 A und in der entsprechenden US beschrieben.

Als Alternative zu der vorstehend beschriebenen Ausführungs­ form, bei der Phasenschieber zur Anwendung gelangen, kann die in Fig. 14 gezeigte Anordnung zur Strahlformung verwen­ det werden, bei der Antennenelemente 61 zum Einsatz gelan­ gen, die aus einer Rotman-Linse mit in drei Gruppen 63, 64 und 65 angeordneten Eingangsanschlüssen 62 gespeist werden. Die Gruppe 64 wird zur Erzeugung der Proportionalführungs- Schwenkstrahlsignale verwendet, und die Gruppen 63 und 65 werden zur Erzeugung der Abstandssignale verwendet. Die Ein­ gangsanschlüsse 62 werden aus einer Gruppe von Mikrowellen­ schaltern 66 mit PIN-Dioden gespeist, die wiederum aus einem Modulator 67 gespeist sind, der ein Mikrowellensignal aus einer Wanderwellenröhre 68 erhält.

Wie in der Tabelle der Fig. 15 gezeigt ist, sind zwölf Lin­ sen-Eingangsanschlüsse in der Gruppe 64 so angeordnet, daß 64 Antennenelemente 29 mit einem Antennenabstand von 0,45 λ gespeist werden. Acht Eingangsanschlüsse für die Abstands­ funktion sind in den Gruppen 63 und 65 vorgesehen, was eine Gesamtzahl von 20 Linsen-Eingansanschlüssen ergibt. Bei dieser Anordnung ist eine Breite des Schwenkstrahls von 2° vorgesehen, um den 12° breiten Proportionalführungssektor zu überdecken, und auf beiden Seiten dieses Sektors ist ein Untersektor von 30° Breite vorgesehen, der von den Eingangs­ gruppen 63 und 65 für die Abstandsfunktion mit einer stati­ schen Strahlbreite von 7,5° praktisch ohne Nebenzipfel über­ schwenkt wird, um für die Abstandsfunktion eine Überdeckung in den Untersektoren von ±30° zu ergeben, wobei die Ablenk­ geschwindigkeit in den 30°-Untersektoren ungefähr dreimal so hoch ist wie in dem 12°-Proportionalführungssektor, wo­ durch das von den Bordgeräten empfangene dynamische Strah­ lungsfeld demjenigen bei dem System nach Fig. 11 gleicht. Die Tabelle zeigt auch die Schwenkstrahlbreite und die zugeordneten Parameter für einen Schwenkstrahl der Breite 3°.

Durch Verwendung der vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 14 beschriebenen Anordnung, bei der Strahlen für die Abstandsfunktion vorgesehen sind, die zwar breiter sind als der Proportionalführungsstrahl, jedoch schmaler als der für die Abstandsfunktion zu überdeckende Sektor, so daß sie abgelenkt werden müssen, werden Mehrfachempfangs­ effekte in der erwarteten Weise stark abgeschwächt. Eine ge­ änderte Konstruktion der Rotman-Linse, so daß breitere Strah­ len in den Untersektoren für die Abstandsfunktion als in dem Proportionalführungssektor verwendet werden können, er­ gibt bedeutende Einsparungen, da relativ weniger Linsenein­ gänge und weniger Schalter erforderlich sind; bei der an­ hand von Fig. 11 beschriebenen Anordnung werden weniger Phasenschieber benötigt.

Ein wesentlicher Vorteil der Anwendung einer Antennengruppie­ rung sowohl für das Proportionalführungssignal als auch für das Abstandssignal ist die Erzeugung eines Strahls, der einen Schutz gegen Mehrfachempfangseffekte ergibt, ohne zusätzliche Kosten zu verursachen. Kosteneinsparungen sind möglich, die von der Auslegung der Strahlerzeugung abhängen. Wenn eine Mikrowellenoptik Anwendung findet, sind hohe Kosteneinsparungen möglich, ohne Kompromisse bei dem Ge­ samtsystem einzugehen.

Das Empfangsgerät an Bord des Flugzeugs decodiert alle Signale innerhalb des Zeitfensters, das dem Schwenkstrahl zugeordnet ist, entsprechend ±60°. Wenn der decodierte Winkel größer ist als die Überdeckung des Proportional­ führungssektors, der von dem Bodensystem bestimmt wird und stets zwischen 10 und 40° beträgt, verwertet der Bord­ empfänger dieses Signal als Abstandssignal und zeigt ent­ weder "fly left" oder "fly right" an, je nach der Zeit­ codierung des empfangenen Signals. Es ist zwar erwünscht, daß die Amplitude des Abstandssignals schwächer ist als diejenige des Proportionalführungssignals, um aber zu ge­ währleisten, daß das Proportionalführungssignal einwandfrei ist, und um einen Schutz vor Mehrfachempfangseffekten aus der Abstandszone zu schaffen, ist die absolute Amplitude unwichtig. Da der Empfänger die Abstandssignale nur verwer­ tet, um die Anzeige "fly right" oder "fly left" zu geben, sind die folgenden Parameter in der Abstandszone unwesent­ lich für die Genauigkeit und für die einwandfreie Funktion des Systems.

• 1. Die Zeitcodierung in der Abstandszone muß nicht zeitlich linear sein, mit einer Ablenkgeschwindigkeit von 20 000° pro Sekunde, wie in dem Proportionalführungssektor er­ forderlich ist.
• 2. Die Genauigkeit der Strahlweisung ist unkritisch, wenn die Zeitcodierung die Grenzen des Proportionalführungs­ sektors überschreitet.
• 3. Die Abstrahlung von Nebenzipfeln kann in dem Abstands­ bereich wesentlich höhere Pegel von -13 dB erreichen. Diese geringeren Genauigkeitserfordernisse in der Ab­ standszone sind günstig für Systeme, in denen optische oder digitale Mittel zum Einsatz gelangen, um den Strahl über breite Winkel in der Abstandszone zu verschwenken, unter Anwendung eines Teils der Abstrahlöffnung oder der gesamten Abstrahlöffnung, um einen Abstand mit derselben Hauptstrahlbreite zu schaffen, wenn die gesamte Öffnung des Schwenkstrahls verwendet wird, jedoch mit starken Nebenzipfeln und geringerer Strahlweisungsgenauigkeit.

Die Ablenkgeschwindigkeit in dem Proportionalführungs­ sektor muß nicht dieselbe sein wie in dem Abstandssektor, und dies geht klar aus Fig. 16 hervor, in der das Ausgangs­ signal eines Empfängers in Abhängigkeit von dem Raumwinkel für ein Mikrowellen-Linsensystem aufgetragen ist; dabei wird in den Abstands-Untersektoren für das System mit Phasenschiebern, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 11 be­ schrieben wurde, eine Charakteristik erreicht, die durch Linien 70 eingezeichnet sind.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betreiben eines Mikrowellen-Strahlschwenk- Landesystems mit einer Antenneneinrichtung zum Schwen­ ken eines relativ schmalen Mikrowellenstrahls in beiden Richtungen über einen abgetasteten Winkelsektor und zur Übertragung von Signalen mit gegenüber diesem Mikrowellen­ strahl breiteren Strahlformen zur Überdeckung von Sektoren links und rechts von dem abgetasteten Sektor, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung (52, 61) mit Sen­ deenergie beaufschlagt wird, bevor die Schwenkung in der ersten Richtung beginnt, zur Erzeugung der breiteren Strahlform (21, 40, 42) links von dem abgetasteten Sektor (19, 50) zu einem Zeitpunkt, der einem vorbestimmten negati­ ven Schwenkwinkel in bezug auf die Mittellinie des abgeta­ steten Sektors entspricht, der außerhalb der Winkelgrenzen des abgetasteten Sektors (19, 50) liegt,
daß die Antenneneinrichtung (52, 61) mit Sendeenergie beaufschlagt wird, nachdem die Schwenkung in dieser ersten Richtung beendet ist, zur Erzeugung der breiteren Strahlform rechts von dem abgetasteten Sektor zu einem Zeitpunkt, der dem vor­ bestimmten Schwenkwinkel entspricht, der jedoch in bezug auf die Mittellinie durch den abgetasteten Sektor (19, 50) posi­ tiv ist und ebenfalls außerhalb der Winkelgrenzen des abge­ tasteten Sektors liegt,
daß die Antenneneinrichtung (52, 61) vor Beginn der Schwenkung in der entgegengesetzten Richtung mit Sendeenergie beaufschlagt wird, um die breite Strahlform (22, 41, 43) erneut rechts von dem abgetasteten Sektor (19, 50) zu einem Zeitpunkt zu erzeugen, der dem genannten posi­ tiven vorbestimmten Winkel entspricht, der bei der Schwen­ kung außerhalb der Winkelgrenzen des abgetasteten Sektors (19, 50) Anwendung findet,
und daß die Antenneneinrichtung (52, 61) nach Beendigung der Schwenkung in entgegengesetzter Richtung mit Sendeenergie beaufschlagt wird, um die breite Strahlform (21, 40, 42) links von dem abgetasteten Sektor (19, 50) zu einem Zeitpunkt zu erzeugen, der dem negativen vorbestimmten Schwenkwinkel entspricht, der außerhalb der Winkelgrenzen des abgetasteten Sektors liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die breitere Strahlform ebenfalls geschwenkt wird, so daß sie über Untersektoren auf beiden Seiten des abgetasteten Winkelsektors (19, 50) geschwenkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß mittels derselben verwendeten Antenneneinrichtung (52, 61) sowohl der schmale Strahl als auch der breitere Strahl erzeugt wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch eine Antennengruppe (52, 55; 61, 64) zur Erzeugung des schmalen Mikrowellenstrahls und zwei weitere Antennen (54, 56; 63, 65) zur Erzeugung der breiteren Strahlformen links und rechts von dem abgetasteten Sektor (19, 50).

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrich­ tung eine Antennengruppe (61, 64) enthält, die geeignet ist zur Erzeugung des schmalen Mikrowellenstrahls, und vier wei­ tere Antennen (61, 63; 61, 65) enthält, die so angeordnet sind, daß sie einen linken OCI-Strahl und einen linken Ab­ standsstrahl sowie einen rechten OCI-Strahl und einen rech­ ten Abstandsstrahl erzeugen, wobei die Strahlen zu Zeitpunk­ ten ausgesandt werden, die Schwenkwinkeln außerhalb des Ab­ tastsektors (19, 50) entsprechen.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrich­ tung eine Antennengruppe (61, 64) zur Erzeugung des schmalen Mikrowellenstrahls und fünf weitere Antennen enthält, die derart angeordnet bzw. ausgebildet sind, daß sie einen rück­ wärtigen OCI-Strahl, einen vorderen linken OCI-Strahl (40) und einen linken Abstandsstrahl (42) sowie einen vorderen rechten OCI-Strahl (41) und einen rechten Abstandsstrahl (43) erzeugen, wobei die Strahlen zu Zeitpunkten übertragen wer­ den, die Abtastwinkeln außerhalb des Abtastsektors (19, 50) entsprechen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antenneneinrichtung eine Antennen­ gruppe (52, 61) enthält, die zum Übertragen der breiteren Strahlform unter verschiedenen Winkeln geeignet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, zur Durch­ führung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die verwendete Antennengruppe eine Mehrzahl von Untergruppen enthält, die jeweils eine Mehrzahl von Anten­ nenelementen (52) enthalten, die aus einer Mikrowellensignal- Verteileinrichtung gespeist werden, die mehrere Eingangsan­ schlüsse (53) aufweist, die sequentiell aus einer steuerba­ ren Phasenschiebervorrichtung (59) über Schalteinrichtungen (57, 58) gespeist werden.

9. Vorschriften nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenschiebervorrichtung aus einer Stehwellenröhre (60, 68) gespeist werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Mikrowellensignal-Verteileinrichtung eine Rotman-Linse (51), eine Butler-Matrix oder eine Blass-Matrix enthält.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennengruppe mehrere Antennenelemente (61) enthält, die aus einer Antennenlinse gespeist werden, deren Eingangs­ anschlüsse (62) über eine Schalteinrichtung (66) aus einem Mikrowellenmodulator (67) mit Mikrowellensignalen gespeist werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (67) mit einem Mikrowellensignal gespeist wird, das in einer Stehwellenröhre erzeugt wird.