DE3038042A1

DE3038042A1 - Verfahren und vorrichtung zum selbstkalibrieren eines loran-c-empfaengers

Info

Publication number: DE3038042A1
Application number: DE19803038042
Authority: DE
Inventors: Lester Richard Nashua N.H. Brodeur
Original assignee: Sanders Associates Inc
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1982-05-13
Also published as: GB2085250A; GB2085250B

Description

Firma SANDERS ASSOCIATES, INC., Daniel Webster Highway, South, Nashua, N.H. 03061, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Selbstkalibrieren eines LORAN-C-

Empfängers

Die Erfindung betrifft-eine Navigationseinrichtung, insbesondere eine hyperbolische Navigationseinrichtung, welche die Zeitdifferenz in der Ausbreitung von Radiofrequenzimpulsen von synchronisierten Erd-Sendestationen ausnutzt.

In der Geschichte der Seefahrt haben schon immer Navigatoren ein genaues und zuverlässiges Verfahren zur Bestimmung ihrer Position auf der Erdoberfläche gesucht. Es sind viele Instrumente, wie z.B. der Sextant, erfunden worden. Während des Zweiten Weltkrieges ist ein Fernbereich-Radio-Navigationssystem "LORAN-A" (long range radio navigation system) entwickelt worden, das unter den Gesichtspunkten des US-Küstenschutzes zu Kriegsoperationszwecken ausgeführt worden ist. Gegen Ende des Krieges bestanden dort siebzig LORAN-A-Sendestationen, und es verwendeten alle Handelsschiffe, die für den Kriegsdienst mit LORAN-A-Empfängern ausgerüstet waren, weiterhin dieses Navigationssystem. Dieses Navigationssystem erfüllt seinen Zweck, jedoch wurden auftretende Mangel durch ein neues Navigationssystem, genannt "LORAN-C" über-

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wunden.

Zur Zeit sind acht LORAN-C-Mehrstation-Sendeketten in Betrieb. Dieses neue Navigationssystem führt eventuell zur Auflösung des früheren LORAN-A-Navigationssystems.

LO-RAN-C ist ein hyperbolisches Impuls-Niederfrequenz-Funknavigationssystem (100 kHz). Die LORAN-C-Funk-Navigationssysteme verwenden drei oder mehrere sychronisierte Erdstationen, von denen jede Funkimpulsketten sendet, die zu ihrem jeweiligen Sendebeginn eine feste Zeitbeziehung zueinander haben. Die ,erste Sendestation wird als Hauptstation bezeichnet, während die anderen Stationen als Sekundärstationen bezeichnet werden. Die Impulsketten werden ausgestrahlt zu einer Empfangsrichtung, die allgemein auf einem Luftfahrzeug oder auf Schiffen angeordnet ist, deren Position genau zu bestimmen ist. Die von jeder Hauptstation und jeder Sekundärstation gesendeten Impulsketten bestehen aus einer. Serie von Impulsen, wobei jeder Impuls eine exakte Hüllkurvenform besitzt und wobei ferner jede Impulskette mit einer genauen, konstanten Folgefrequenz gesendet wird. Dabei ist jeder Impuls zeitlich von einem nachfolgenden Impuls durch ein genau festgelegtes Zeitintervall getrennt. Ferner sind die Impulsketten-Übertragungen der Sekundärstationen um einen ausreichenden Zeitbetrag gegenüber den Übertragungen der Impulsketten der Hauptstation verzögert, um sicherzustellen, daß ihre Ankunftszeit an irgendeiner Empfangseinrichtung innerhalb des Operationsbereiches des einzelnen LORAN-C-Systems dem Empfang der Impulskette von der Hauptstation folgen wird.

Da die durch -die Hauptstation und die Sekundärstationen gesen-

deten Impulsserien elektromagnetische Impulse sind, die sich mit einer konstanten Geschwindigkeit ausbreiten, stellt die Zeitdifferenz der Ankunft von Impulsen von einer Hauptstation und einer Sekundärstation die Differenz in der Länge der Übertragungswege von diesen beiden Stationen zu der LORAN-C-Empfangseinrichtung dar.

Der geometrische Ort aller Punkte auf einer LORAN-C-Tabelle, die eine konstante Entfernungsdifferenz von einer Hauptstation und einer Sekundärstation haben und die durch eine feste Zeitdifferenz der Ankuft ihrer 100 kHz-Trägerimpulsketten gekennzeichnet sind, beschreibt eine Hyperbel. Das LORAN-C-Navigationssystem macht es einem Navigator möglich, diese hyperbolische Beziehung auszunutzen und unter Verwendung einer LORAN-C-Tabelle seine Position genau zu bestimmen. Bei Anwendung einer mittleren niedrigen Frequenz, wie z.B. 100 kHz, die durch eine niedrige Dämpfung gekennzeichnet ist, und durch Messung der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang der Signale von Haupt- und Sekundärstationen liefert das heutige LORAN-C-System eine Genauigkeit der Position der Einrichtung innerhalb eines Bereiches vom etwa 60 m und mit einer Reproduzierbarkeit innerhalb von 15m.

Die Theorie und die Wirkungsweise des LORAN-C-Funk-Navigationssystems ist im einzelnen beschrieben in einem Artikel von W.P. Frantz, W. Dean und R.L. Frank "A Precision Multi-Purpose Radio Navigation System", 1957 I.R.E. Convention Record, Teil 8, Seite 79. Die Theorie und die Arbeitsweise des LORAN-C-Funk-Navigationssystems ist auch in einer Broschüre beschrieben, die von dem "Department of Transporation, United States Coast Guard", Nr. CG-462, August 1974, mit dem Titel "LORAN-C User Handbook",

:":χ _Γτ-1 :"z_t -.T-:**: 3C38042 herausgegeben wurde.

Das LORAN-C-Systeiti der in dem vorgenannten Artikel beschriebenen Art, das zur Zeit auch verwendet wird, ist ein Impulssystem, dessen Energie durch die Hauptstation und durch jede Sekundärstation in Form von Impulsketten ausgestrahlt wird, die eine Anzahl genau geformter und zeitlich eingeteilter Impulse mit Radiofrequenzenergie enthalten. Alle Sekundärstationen senden Impulsketten aus acht definierten, einen zeitlichen Abstand aufweisenden Impulsen aus, und es senden alle Hauptstationen die gleichen acht definierten, mit einem zeitlichen Abstand auftretenden Impulse, senden aber auch einen neunten Identifizierungsimpuls, der sich in einem genau bestimmten Abstand von den ersten acht Impulsen befindet. Jeder Impuls» der durch die Hauptstation und die Sekundärstationen gesendeten Impulsketten besitzt eine 100 kHz-Trägerfrequenz , so daß er von dem Träger viel höherer Frequenz, wie er in dem früher verwendeten LORAN-A-System benutzt worden ist, unterschiedlich ist.

Die von jedem Haupt-LORAN-C-Sender und jedem Sekundär-LORAN-C-Sender ausgestrahlten Impulse sind gekennzeichnet durch einen extrem genauen Abstand von 1000 Mikrosekunden zwischen benachbarten Impulsen. Irgendein gegebener Punkt in der genau geformten. Hüllkurve jedes Impulses ist auch genau um 1000 Mikrosekunden von dem entsprechenden Punkt auf der Hüllkurve eines vorhergehenden oder nachfolgenden Impulses innerhalb der acht Impulse der Impulsketten getrennt. Um eine solche hohe Zeitgenauigkeit sicherzustellen, ist jede Haupt-Sendestation und jede Sekundär-Sendestation durch einen Cäsium-Frequenznormal-Taktgeber gesteuert, und es sind die Taktgeber der Hauptstation und der Sekundärsta-

ORIGINAt INSPECTED

tion miteinander sychronisiert.

Wie schon erwähnt, wird die LORAN-C-Empfangseinrichtung dazu verwendet, die Zeitdifferenz der Ankunft der Impulsserien von einer .Hauptstation und der Impulsserien von einer ausgewählten Sekundärstatiori zu messen, wobei beide Stationen sicher innerhalb einer bestimmten LORAN-C-Kette befinden. Es ist selbstverständlich, daß irgendwelche Ungenauigkeiten in der Messung der Zeitdifferenz der. Ankunft von Signalen von Haupt- und Sekundär-Sendestationen zu Fehlern in der Positionsbestimmung führen. Dies erfordert, daß In dom LORAN-C-ßmpfänger enthaltene Oszillatoren häufig kalibriert werden müssen, um durch eine Oszillator-Ungenauigkeit auftretende Meßfehler zu vermeiden.

Die zur Zeit durch LORAN-C-Navigationsempfanger erhaltenen Signale besitzen einen sehr niedrigen Rauschabstand, und es ist schwierig, den dritten zyklischen positiven Nulldurchgang festzustellen, der üblicherweise für die Zeitdifferenzmessungen zwischen den Signalen verwendet wird, die von den Haupt- und Sekundärstationen empfangen werden. Dieses Problem wird verschlimmert durch Rauschen, das in der Schaltung des LORAN-G-Navigationsempfängers erzeugt wird, und zwar insbesondere in der Anfangsschaltung des Empfängers in dem Signalweg, der unmittelbar an die Empfangsantenne anschließt.

Es besteht deshalb ein Bedürfnis nach einer verbesserten Schaltungsanordnung und nach verbesserten Techniken, um das innerhalb der LORAN-C-Empfänger erzeugte Rauschen zu verringern. Es ist Aufgabe der ERfindung, die Wirkung des innerhalb des Empfängers erzeugten Rauschens durch Mittelwertbildung zu verringern.

Es besteht auch ein Bedürfnis in der Technik nach wenig kostenaufwendigen Oszillatoren innerhalb der LORAN-C-Empfanger, die niemals eine Kalibrierung erfordern, wobei die Arbeitsweise der Empfänger jedoch so ist, als ob die Oszillatoren so genau arbeiten, wie ein Standard-Laboratoriums-Oszillator. Solche Oszillatoren erhöhen die Genauigkeit und -&ö- Zuverlässigkeit der Navigations- Informations-Ausgangssignale vom Empfänger.

Die vorgenannten Ziele werden durch den erfindungsgemäßen neuen LORAN-C-Empfanger erreicht. Bei diesem ist ein großer Teil der Komplexität und der teuren automatischen Erfassung und der Nachlauf schaltung in den früheren LORAN-C-Navigationsempfängern ausgeschaltet, und es ist ein kleiner, leichter und preiswerter Empfänger geschaffen, der verhältnismäßig wenig elektrische Leistung benötigt und der die Wirkungen des im Empfänger erzeugten Rauschens verringert und der keine Kalibrierung des Empfänger-Oszillator-Taktgebers erfordert.

Auf der erfindungsgemäßen LORAN-C-Einrichtung sind vier Wahlschalter vorgesehen, die von der Bedienungsperson dazu verwendet werden, die Gruppen-Wiederholungsintervall-Information für eine LORAN-C-Kette einzuführen, welche den Bereich überdeckt, in dem die LORAN-C-Einrichtung arbeitet. Diese über die Wahlschalter eingeführte Information wird in dem Prozeß.der Lokalisierung der Signale von Haupt- und Sekundärstationen der gewählten LORAN-C-Kette und zur Erzeugung eines Ausgangssignals verwendet.

Der erfindungsgemäße Empfänger empfängt alle Signale, die innerhalb einer schmalen Bahnbreite um die 100 kHz-Arbeitsfrequenz der LORAN-C-Schaltung herum auftreten. Ein mit 100 kHz getaktetes

Schieberegister ist mit der logischen Schaltungsanordnung gekoppelt und prüft kontinuierlich alle empfangenen Signale, um die von den LQRAN-C-Haupt- und -Sekundärstationen gesendeten einzigartigen Impulszüge herauszufinden. Der Mikroprozessor und andere Schaltungen, die in die erfindungsgemäße LORAN-C-Einrichtung eingebaut sind, analysieren die Ausgangssignale vom- Register und der zugehörigen logischen Schaltungsanordnung und. zeigen an, daß Signale von der Hauptstation oder den Sekundärstationen empfangen worden sind, um zuerst zu bestimmen, welche empfangenen Signale mit der Gruppen-Folgefrequenz für die ausgewählte LORAN-C-Kette übereinstimmen. Wenn der Empfänger die Impulszüge von der ausgewählten Hauptstation identifiziert hat und den weiteren Empfang dieser Impulse vorhersagen kann, veranlaßt der Mikroprozessor andere Schaltungsanordnungen, eine Feinabstimmung einzuleiten.

In der Feinabstimmungs-Betriebsart gibt der Mikroprozessor einen Phasenregelkreis (PLL) frei, der aus einem Computerprogramm und anderen Schaltungseinrichtungen einschließlich eines'Zyklusdetektors, besteht, um den positiven dritten zyklischen Nulldurchgangspunkt jedes von einer Hauptstation empfangenen Impulses zu ana-

zu
lysieren und /lokalisieren. Für den Fall, daß der dritte positive Zyklus-Nulldurchgang jedes Impulses von der Hauptstation nicht in der von dem Mikroprozessor errechneten Zeit lokalisiert worden ist, erzeugt der Zyklusdetektor Ausgangssignale, die von dem Mikroprozessor dazu benutzt werden, zu bestimmen, ob ein Mehrfaches von 10 Mikrosekunden zu der errechneten Zeit addiert oder von dieser Zeit subtrahiert werden sollte. Der Mikroprozessor wiederholt dann den Feinsuch-Betriebsart-Analysierprozeß. Dieser Analysierprozeß und die Revision der errechneten Zeit werden unter Verwendung einer Rückführung vom Zyklusdetektor wiederholt,

bis der dritte positive Zyklus-Nulldurchgang jedes Impulses des Hauptstation-Impulszuges lokalisiert worden ist.

Nachdem der dritte positive Zyklus-Nulldurchgang jedes Impulses der Haupt-Sendestation der ausgewählten LORAN-C-Kette einmal lokalisiert worden ist, lokalisiert der Empfänger die zugehörigen Sekundärstationen. Der Mikroprozessor erzeugt eine geringe Anzahl von Zeitfächern zwischen der Ankunft jedes Impulszuges von der Hauptstation, und er erzeugt ein grobes Histogramm, indem

eingibt

er einen Zählwert in ein zugehöriges Fach (bin) /,' wenn ein Signal einer Sekundärstation ermittelt worden ist. Nachdem einmal Fächer (bins) gefunden worden sind, die Zählwerte enthalten, die den Empfang von Signalen von Sekundärstationen darstellen, zerlegt der Mikroprozessor diese besonderen Fächer (bins) in eine große Zahl von Zeitfächern (time bins), die ein feines Histogramm erzeugen, um die Zeit der Signalankunft der Sekundärstation-Signale genauer zu bestimmen. Der Zyklusdetektor wird dann in Verbindung mit dem Mikroprozessor nach Art einer Phasenregelkreis-Betriebsart verwendet, um den possitivon dritten Zyklus-Nul J-durchgang jedes von einer Sekundärstation empfangenen Impulses zu identifizieren.

Der Mikroprozessor führt dann genaue Ankunfts-Zeitdifferenz—Messungen zwischen der Zeit der Ankunft von Signalen von der Hauptstation und den Sekundärstationen durch. Die Bedienungsperson der Einrichtung verwendet andere Wahlschalter, um die Zeitdifferenz der Signal-Ankuhftsinformation der Sekundärstationen sichtbar anzuzeigen. Die Bedienungsperson der LORAN-C-Einrichtung zeichnet diese sichtbaren Anzeigen in eine hydrografische LORAN-C-Tabelle ein, um die physikalische Position des LORAN-C-Empfän-

ORfGINAL INSPECTED

gers auf der Erdoberfläche zu bestimmen.

Der erfindungsgemäße LORAN-C-Navigationsempfanger benötigt -anders als bekannte Empfänger- keine Kalibrierung seines inneren Oszillators. Der Mikroprozessor, dem durch die Bedienungsperson das Gruppen-Wiederholungs-Intervall eingegeben worden ist, weiß, wieviele Zyklen des inneren Oszillators innerhalb des Standard-Gruppen-Wiederholungsintervalls des Cäsium-Taktgebers zwischen zwei aufeinanderfolgenden, von der Hauptstation empfangenen Impulszügen' auftreten müssen. Jeder Fehler wird notiert und über ■ die Gruppen-Wiederholungsintervall-Periode interpoliert, und es werden zu den interessierenden inneren Schaltungs-Takt-Zählanzeigen Korrekturfaktoren addiert oder von diesen subtrahiert, um auf diese Weise eine sehr genaue Zeitdifferenz der Signalankunftsmessungen zu erhalten.

Der erfindungsgemäße LORAN-C-Navigationsempfanger wird im folgenden anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Diese Zeichnung zeigt allgemein ein" Blockschaltbild des ■erfindungsgemäßen LORAN-C-Navigationsempfängers.

Die Fig. zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen LORAN-C-Navigationseinrichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Selbstkalibrierung. Filter und Vorverstärker 1 und Antenne 2 sind von üblicher Art, wie sie in allen LORAN-C-Empfängern verwendet werden, und sie sind ständig auf eine Mittelfrequenz von 100 kHz abgestimmt, d.h. auf die Arbeitsfrequenz aller LORAN-C-Sendestationen. Der Filter 1 hat eine Durchlaßbreite von 20 kHz. Empfangene Signale werden über einen invertierenden Verstärker 81 dem Zyklusdetektor 82 und dem NuI!durchgangs-Detektor

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. .„ .. . O υ j ο

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6 zugeführt. _β i^»

Der Signaleingang zum Nulldurchgangs-Detektor 6 wird zuerst in der Amplitude begrenzt, so daß jeder Zyklus jedes Impulses durch eine binäre "1" dargestellt ist und jeder negative Halbzyklus durch eine binäre "0" dargestellt ist. Die Vorderkante oder positive Kante jeder binären "1" entspricht genau der positiven Neigung jeder Sinuswelle, die jeder Impuls enthält. .Somit ist der Detektor 6 ein positiver Nulldurchgangs-Detektor. Wie ferner im einzelnen in der Beschreibung ausgeführt, liefert die logische Schaltung 16 auch ein Eingangssignal an den Nulldurchgangs-Detektor 6 (in der Zeichnung nicht gezeigt), der ein Fenster von nur 10 MikroSekundeη einstellt, in dem allein die Vorderkante jeder binären "1'^r festgestellt werden kann. Das Endergebnis ist, daß nur der positive Nulldurchgang des dritten Zyklus jedes Impulses der von jeder LORAN-C-Station gesendeten Impulszüge festgestellt wird und so durch den Detektor 6 ein Ausgangssignal erzeugt wird.

Wie ersichtlich, erhält die Verriegelung 5 ihr Eingangssignal vom Nulldurchgangs-Detektor 6. Der Taktgeber-Zähler 7 ist ein kristallgesteuerter Taktgeber, der kontinuierlich läuft, während sich der erfindungsgemäße LORÄN-C-Empfanger im Betrieb befindet. Die Zahlanzeige, die sich in dem Augenblick, in welchem der Nulldurchgangs-Detektor 6 einen positiven Nulldurchgang in dem dritten Zyklus anzeigt, in dem Zähler 7 befindet, wird in der Verriegelung 5 gespeichert, deren Inhalte dann dem Multiplexer 8 zugeführt werden. Der Multiplexer 8 ist ein Zeit-Multiplexer, der dazu verwendet wird, die zahlreichen Leitungen von der logischen Schaltung 16, der logischen Schaltung 4, des Zyklus-Detektors 82, der Verriegelung 5, des Taktgeber/Zählers 7 und der Wahl-

schalter 11 und 12 zum Mikroprozessor 9 durchζusehalten. Die Zähleranzeige in der Verriegelung 5 zeigt dem Mikroprozessor 9 die Zeit an, zu der jeder positive Nulldurchgang festgestellt worden ist.

Der Signaleingang vom Detektor 6 zum schnellen Schieberegister 3 ist ein Impulszug von "1"en und "0"en, der durch die digitale Verzögerungsleitung des Schieberegisters, die in Intervallen von einer Millisekunde angezapft ist, verschoben wird. Wegen der an jede Anzapfung angeschlossenen logischen Kreise führen nur die Impulszüge von den LORAN-C-Haupt- und Sekundärstationen zu Ausgangssignalen von den logischen Kreisen des Registers 3. Die logischen Schaltungen innerhalb des Registers 3 werden dazu verwendet, die Inhalte der Schieberegister-Verzögerungsleitung zu analysieren, um zuerst zu bestimmen, ob die Signale einen Impulszug von einer LORAN-C-Hauptstation oder einer Sekundärstation darstellen, und um zweitens die besondere Phasenkodierung der empfangenen Signale anzuzeigen. Die logische Schaltung 4 speichert die Information vom Register^ 3, welche anzeigt, ob ein Impulszug von einer Hauptstation oder einer Sekundärstation herrührt, und sie zeigt ferner den besonderen übertragenen Phasenkode an. Diese im logischen Kreis 4 gespeicherte Information wird dem Mikroprozessor über den Multiplexer 8 zugeführt, um. die empfangenen LORAN-C-SignaIe zu verarbeiten. Zur gleichen Zeit, zu der die Information in der logischen Schaltung 4 gespeichert wird, veranlaßt der Detektor 6 die Verriegelung 5, den vorhandenen Zählwert im Taktgeber/Zähler 7 zu speichern, welcher die Zeit des Auftretens anzeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß der Taktgeber/Zähler 7 auch ein Eingangssignal an den Multiplexer 8 liefert, so daß der Mikroprozessor 9 die Spur einer kontinuierli-

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chen Laufzeit halten kann, wie es durch die Rückführungen des Zählers 7 angezeigt wird.

Die Wahlschalter 11 werden verwendet, um das Gruppen-Wiederholungsintervall (GRI) einer ausgewählten LORAN-C-Kette in den Empfänger einzugeben. Der Ausgang der Wahlschalter 11 wird auch in den Multiplexer 8 eingegeben, um das Gruppen-Wiederholungsintervall (GRI) der ausgewählten LORAN-C-Kette dem Mikroprozessor 9 zuzuführen.

Mit den verschiedenen Informationsarten, die von den vorher beschriebenen Schaltungen über den Multiplexer 8 in den Mikroprozessor 9 eingegeben worden sind, bestimmt der Mikroprozessor 9, ob und wann empfangene Signale von der Hauptstation oder den Sekundärstationen der ausgewählten LORAN-C-Kette herrühren. Wenn der Mikroprozessor 9 einmal die Signale von der ausgewählten Hauptstation genau lokalisiert, wie sie durch einen Vergleich des in ihm über die Wählschalter 11 eingegebenen Gruppen-Wiederholungsintervalls mit der Zeitdifferenz des Empfanges jedes von der Hauptstation der ausgewählten Kette gesendeten Impulszuges bestimmt sind, geht der Empfänger in die Fein-Suchbetriebsart über unter Verwendung eines mit einem Computerprogramm im Mikroprozessor 9 ausgeführten Phasenregelkreises, wobei der Regelkreis durch einen Eingang vom Zyklusdetektor 82 abgeschlossen ist, um den gewünschten dritten positiven Nulldurchgang des Radiofrequenzträgers in Verbindung mit dem Nulldurchgangsdetektor 6 zu lokalisieren. Der Empfänger schaltet dann um, um die Sekundärstationssignale der ausgewählten Kette zu lokalisieren. Zum Lokalisieren der Sekundärstationen erzeugt der Mikroprozessor 9 zuerst ein grobes Histogramm und dann ein feines Histogramm durch Speiche-

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rung dor Kmpfnnqnzolfc aller Sokundilrstationssignale in Zeitschlitzfächern, die durch den Mikroprozessor in seinem eigenen Speicher zwischen der Ankunft von zwei aufeinanderfolgenden Hauptstations-Impulszügen erzeugt sind. Wenn Signale von den Sekundärstationen der gewählten LORAN-C-Kette durch Sekundärstationssignalzähleranzeigen lokalisiert werden, die in den Zeitschlitzfächern des groben Histogramms mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Gruppen-Wiederholungsinterval! (GRI) der ausgewählten LORAN-C-Kette erscheinen, erzeugt der Mikroprozessor 9 ein feines Histogramm mit Zeitschlitzfächern kürzerer Dauer. Auf diese Weise bestimmt der Mikroprozessor 9 genau die Ankunftszeit von Impulszügen.von den Sekundärstationen der ausgewählten LORAN-C-Kette.

Wenn der Mikroprozessor 9 einmal die Empfangszeit von Sekundärstationssignalen genau bestimmt _% und wenn er die Empfangszeit von nachfolgend empfangenen Sekundärstations-Impulszügen errechnen kann, veranlaßt der Mikroprozessor den Empfänger, in einen feineren Such-Betriebszustand einzutreten, und zwar unter Verwendung der cjleichon Phasenrcgelungskreisanordnung, wie sie oben allgemein beschrieben ist, um den dritten positiven Zyklus-Nulldurchgang jedes Impulses des Sekundärstations-Impulszuges genau zu lokalisieren.

Außerdem ist eine Kontrollschaltung 76 vorgesehen, um den Pegel des empfangenen Radiofrequenzsignals zu überwachen und automatisch die Verstärkung des invertierenden Verstärkes 81 zu justieren. Die logische Schaltung 16 kontrolliert auch die invertierende Operation des Verstärkers 81, um periodisch die Phase der über den Verstärker 81 der übrigen Empfängerschaltung zugeführ-

η.

Μ-Γ: ·*:-:": 3033042

ten Signale umzuschalten, um die Wirkungen des inneren Rauschens des Empfängers auszuschalten.

Wenn der Mikroprozessor 9, der mit den anderen Schaltungen in dem

zusammenwirkt,

erfindungsgemäßen LORAN-C-Empfanger/die von den Haupt- und Sekundärstationen gesendeten Impulszüge der ausgewählten LORAN-C-Kette lokalisiert hat und sich auf diese aufgeschaltet hat, führt er die gewünschten Messungen der Ankunftszeitdifferenz durch, die für den LORAN-C-Betrieb erforderlich sind. Der Mikroprozessor 9 bewirkt dann eine visuelle Anzeige über die Wiedergabeeinrichtung 12. Die Ausgangsi'nformation wird auf eine hydrografische LORAN-C-Tabelle in bekannter Weise eingetragen, um die physikalische Position des LORAN-C-Empfängers zu lokalisieren.

Auf der Frontplatte der Wiedergabeeinrichtung 12 des Empfängers sind Lampen vorgesehen, die beim Einschalten des Empfängers anfänglich alle aufleuchten und erlöschen. Wenn die Signale der Hauptstation und jeder Sekundärstation der ausgewählten LORAN-C-Kette lokalisiert sind, und wenn durch den Mikroprozessor 9 festgestellt ist, daß die Signale jeder Station zur Durchführung genauer Messungen der Differenzen der Signalankunftszeiten verwendet werden können, leuchtet die der betreffenden Station zugeordnete Lampe stetig. Diese gibt eine Anzeige an die Bedienungsperson des Empfängers, die ihm die Sicherheit gibt, daß. er mit den Schaltern 11 die Stationen richtig gewählt hat, um die Messungen der Zeitdifferenz der Signalankunft durchzuführen.

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung benötigt der innere Oszillator des LORAN-C-Empfängers niemals eine Kalibrierung, wie eü bei den bekannten lämpffingurn der F,ti 1 qowncn ini. n«<r Mikrn-

ORIGiNACiNSPECTED

prozessor 9 weiß genau die Zeitdifferenz des Ankunftssignals der Impulszüge von der Hauptstation der ausgewählten Kette, weil ihm das Gruppen-Wiederholungsintervall (GRI) über die Schalter 11 eingegeben worden ist. Diese Information wird mit dem Ausgang eines Hauptoszillators in dem Empfänger verglichen, um den Frequenzfehler des Oszillators zu bestimmen. Der Mikroprozessor 9 interpoliert dann den Fehler über die Zeitperiode zwischen dem Empfang von Signalen von der Hauptstation, und es wird ein Korrekturfaktor zu den inneren Taktanzeigen der Empfangszeit aller Impulse von der Hauptstation und den Sekundärstationen addiert oder subtrahiert, um danach genaue Messungen der Zeitdifferenz der Signalankunft auszuführen.

Eine Phasenschiebefunktion wird in dem Empfänger ausgeführt, um das im Innern des Eingangsendes der Empfängerschaltung erzeugte Rauschen durch Mittelwertbildung auszuschalten. Dieses Rauschen erzeugt normalerweise einen Vorspannungspegel, welcher die Fähigkeit, den dritten positiven Zyklus-Nulldurchgang jedes Impulses zu lokalisieren, stark beeinträchtigt. Nach Empfang von zwei Impulszügen der Hauptstation wird die Phase aller Signale in dem Empfänger periodisch invertiert oder umgekehrt, um das Rauschen durch Mittelwertbildung auszuschalten.

Das schnelle Schieberegister 3 erzeugt jedesmal dann ein gangssignal, wenn Signale von einer Hauptstation oder einer Sekundärstation festgestellt werden, wobei dieses vom Register 3 erzeugte Signal über die· logische Schaltung 4 und den Multiplexer 8 dem Mikroprozessor 9 zugeführt wird. Der Mikroprozessor 9 bestimmt, welche Signale der Hauptstation und der Sekundärstation von der ausgewählten LORAN-C-Stationskette herrühren, und er

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liefert der logischen Schaltung 16 jedesmal dann ein Signal, wenn das Signal der ausgewählten Ketten-Hauptstation festgestellt wird. Die logische Schaltung 16 zählt diese vom Mikroprozessor 9 herrührenden Signale und liefert ein Signal an den Kontrolleingang des invertierenden Eingangs des Verstärkers 81. Dieses bewirkt für alle empfangenen Signale eine Phasenverschiebung um-180° jedesmal dann, wenn das Signal von der ausgewählten Hauptstation festgestellt wird. Die Wirkung dieser periodisch wechselnden Phasenverschiebung wird am Nulldurchgangs-Detektor 6 beseitigt, wo das innen erzeugte Rauschen kein Problem mehr darstellt. Jedesmal dann., wenn das dem invertierenden Verstärker 81 zugeführte invertierende Signal sinen Zustand ändert, ändert ein dem Nulldurchgangs-Detektor 6 zugeführtes weiteres invertierendes Signal ebenfalls den Zustand, um die Wirkungen der durch den Verstärker 81 eingeführten Phasenumkehrung zu beseitigen.

Die folgende Programmbeschreibung zeigt die vollständigen Originalprogramme für die Operation des Mikroprozessors 9 in dem erfindungsgemäßen LORANT-C-Empfanger. Die Programme sind in der PL/M-Sprache der Intel Corporation beschrieben, und sie müssen durch einen Übersetzer laufen, um den Maschinenkode zu.erhalten, der in den in dem erfindungsgemäßen Empfänger enthaltenen 8080 Mikroprozessor eingegeben werden kann. In der Programmliste sind' beschreibende Absätze enthalten, um die verschiedene Programrafunktionen ausführenden Unterprogramme zu identifizieren.

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Leerseite

Claims

DIPL.-ING.
KLAUS BEHN
DIPL.-PHYS.
ROBERT MÜNZHUBER
PATENTANWÄLTE
WIDENMAYERSTRASSE 6 D 8000 MÜNCHEN 22 TEL (089) 222530 295192
BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT 21IQEIASSi=NI' VfIIIHF Π«
8. Oktober 1980 A 15280 B/ib

PATENTANSPRÜCHE

CjJ) Vorrichtung zum Selbstkalibrieren eines Navigations-Empfänger- Indikators mit einem inneren Oszillator/Taktgeber, welcher durch Empfang von Signalen, die von jedem von mehreren Paaren von Navigationssendern, deren Signälaussendungen auf einer Zeitbasis sehr genau gesteuert werden, periodisch gesendet werden, und durch Verwendung des Ausgangssignals des Oszillator/ Taktgebers zum Messen von Differenzen der Ankunftszeit dieser Signale eine Navigations-Information erzeugt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Einführen des periodischen Informationsflusses der durch jeden der Navigationssender gesendeten . Signale in den Empfänger-Indikator und durch eine Vorrichtung zur Ausführung folgender Funktionen:

a). Vergleich der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang von aufeinanderfolgenden Signalübertragungen von einem der Sender und einem Ausgangssignal des Oszillator/Taktgebers, um den Fehler in den vom Oszillator-Taktgeber ausgegegebenen Zeitzählanzeigen zu bestimmen;

b) Interpolation des Zeitzählanzeige-Fehlers über dem Intervall zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Signalübertragungen von diesem einen Sender zur Erzielung von Korrektur-Zählanζei-

Bankhaus Merck. Ftnck & Co.. München Bankhaus H. Aulhauser. München Poslüi hoc.:k München

{BLZ 70030400) Konto-Nr. 254 649 (BLZ 70030600) Knrilo Nr 261300 (BLZ 70010080) Konlo Nr 2Oq(M HOO

TELEGR./CABLE- PATEN TSENIOR

gen/ und

c) algebraische Addition der Korrektur-Zählanzeigen zu den vom Oszillator/Taktgeber erhaltenen Zeitzählanzeigen, die ausgegeben worden sind, bevor sie für die Zeitdifferenz der Signalankunftsmessungen von den Paaren von Navigationssendern verwendet worden sind, um so eine genaue Zeitdifferenz der Signalankunftsmessungen zu erhalten.

2. Verfahren zum Selbstkalibrieren eines Navigations-Empfänger-Indikators mit einem inneren Oszillator/Taktgeber, welcher durch Empfang von Signalen, die von jedem von mehreren Paaren von Sendern, deren Signal-Aussendungen auf einer Zeitbasis sehr genau gesteuert werden, periodisch gesendet werden, und durch Messung der Differenzen der Ankunftszeit dieser Signale eine Navigations-Information erzeugt, und wobei die Zeitdifferenzmessungen in eine Navigationskarte■eingezeichnet werden, um die Position des Empfänger/Indikators zu bestimmen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Eingabe.des periodischen Informationsflusses der Signale von den Sendern in den Empfänger/Indikator, so daß der Empfänger/ Indikator die genaue Zeitdifferenz zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Signalübertragungen von einem der Sender kennt;

b) Vergleich der Zeitdifferenz zwischen dem Empfang der aufeinanderfolgenden Signalübertragungen von dem einen der Sender zu einem Ausgang des Oszillator/Taktgebers zur Bestimmung des Fehlers in den vom Oszillator/Taktgeber ausgegebenen Zeitzählanzeigen;

c) Interpolieren des Zeitzählfehlers über dem Intervall zwischen dem Empfang aufeinanderfolgender Signalübertragungen von dem

einen der Sender zur Erzielung von Korrektur-Zählanzeigen; und d) algebraisches Addieren der Korrektur-Zählanzeigen zu den vom Oszillator/Taktgeber-Ausgang erhaltenen Zeitzählanzeigen, welcher für die Zeitdifferenz der Signalankunftsmessungen von dem Paar der Sender verwendet wird, um hierdurch eine genaue Zeit-.differenz der Signalankunftsmessungen zu erreichen, die zur Einzeichnung der Position in die Navigationskarte verwendet werden.