DE69103879T2

DE69103879T2 - Kollisionsvermeidungssendesystem mit automatischer eichung.

Info

Publication number: DE69103879T2
Application number: DE69103879T
Authority: DE
Inventors: Henri Baran; Constantinos Kyriakos
Original assignee: AlliedSignal Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1990-01-10
Filing date: 1991-01-07
Publication date: 1995-01-12
Anticipated expiration: 2011-01-08
Also published as: DE69103879D1; JPH05505460A; EP0510104B1; WO1991010918A1; EP0510104A1; AU639757B2; US5008844A; AU7232691A; JPH0758325B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übermittlungssystem mit Antennen aus vielen Elementen zur Vermeidung von Kollisionen von Flugzeugen. Im Detail bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und ein Gerät zur Eichung von differentiellen Laufzeiten in den Kabeln im Antennen-Übertragungssystem eines Systems zur Verkehrswarnung und Kollisionsvermeidung (TCAS).
Die TCAS-Ausrütstung an Bord eines geschützten Flugzeugs sendet in periodischen Zeitabständen Anfrage-Signale, die von Transpondern in anderen Flugzeugen -- im weiteren Text Ziel-Flugzeug genannt -- empfangen werden, die sich in der Nähe des geschützten Flugzeugs befinden. Bei den entsprechenden Transpondern handelt es sich vorzugsweise um S-Mode Transponder, die die Höhe übermitteln, so dass die TCAS Systemeigenschaften voll genutzt werden können. Als Anwort auf die Anfrage-Signale übermittelt der Trasnponder des Ziel-Flugzeugs ein Antwortsignal. Die TCAS-Ausrüstung an Bord des geschützten Flugzeugs bestimmt die Distanz des Ziel-Flugzeugs indem die Signallaufzeit zwischen dem Senden des Anfrage-Signals und dem Empfang des Antwortsignals ausgewertet wird. Darüber hinaus kann das geschützte Flugzeug die Höhe des Ziel-Flugzeugs bestimmen, indem es den Inhalt des übermittelten Antwortsignals auswertet, soferne dieses mit einem Transponder im S-Mode ausgerüstet ist.
Im TCAS System wird normalerweise ein Antennenfeld aus vielen Elementen verwendet, zum Beispiel ein Feld aus vier Elementen, wobei jedes Element in einem Winkel von 90º am Umfang des Feldes angeordnet ist. Verschiedene Komponenten der TCAS Ausrüstung werden an jedes Element des Antennenfeldes angeschlossen. Weil sie durch diese Komponenten laufen müssen, werden die von dem Antennenelement zu übermittelnden Signale in ihrer Phasenlage verändert. Um genaue Resultate zu erzielen, müssen diese differentiellen Veränderungen, die von den Komponenten herrühren, durch einen Eichvorgang eliminiert werden.
In der Veröffentlichung US-A-4855748 wird ein TACS - Peilempfänger - System beschrieben, das sich selbsttätig eichen kann. Dieser bekannte Empfänger benutzt einen Test - Schwingkreis für die Eichung. Eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sendesystem für ein Kollisions-Vermeidungssystem vorzusehen, das sich selbsttätig eichen kann ohne dass ein zusätzlicher Test - Schwingkreis benötigt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein System zur Kollisionsvermeidung mit automatischer Eichung. Das System beinhaltet ein Antennenfeld, bestehend aus vier Elementen, einen Sender und einen Phasendetektor. Der Ausgang des Senders ist mit einem ersten Eingang des Phasendetektors verbunden. Das erste und dritte Element des Feldes sind einander gegenüberliegend angeordnet. Ebenso sind das zweite und das vierte Element des Feldes einander gegenüberliegend angeordnet. Das erste Element des Feldes ist mittels eines ersten Kanals jeweils mit dem Sender oder dem zweiten Eingang des Phasendetektors verbindbar. Die zweiten, dritten und vierten Elemente des Feldes sind jedes für sich mittels eines zweiten, dritten und vierten Kanals mit dem Sender oder dem zweiten Eingang des Phasendetektors verbindbar. Die zweiten, dritten und vierten Kanäle enthalten jeder eine programmierbare Vorrichtung zur Phasenverschiebung.
Gemäss einer bevorzugten Eichunsgmethode wird der Phasenunterschied zwischen dem ersten und dem dritten Kanal ermittelt, indem ein Signal zwischen dem ersten und dem zweiten Element übertragen wird, um einen ersten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und indem das Signal zwischen dem dritten Element und dem zweiten Element übertragen wird, um einen zweiten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und indem eine erste Phasenverschiebung in den dritten Kanal eingefügt wird, derart, dass die ersten und zweiten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich sind. Anschliessend wird das Signal zwischen dem ersten Element und dem vierten Element übermittelt, um einen dritten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten. Das Signal wird zwischen dem dritten Element und dem vierten Element übertragen, um einen vierten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und eine zweite Phasenverschiebung wird in den dritten Kanal eingefügt, so dass die dritten und vierten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich werden. Eine dritte Phasenverschiebung wird bestimmt, indem die erste und die zweite Phasenverschiebung gemittelt werden.
Der Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal wird ermittelt, indem ein Signal zwischen dem zweiten Element und dem ersten Element übertragen wird, und so ein fünfter Ausgangswert des Phasendetektors erhalten wird, indem ein Signal zwischen dem vierten Element und dem ersten Element übertragen wird, um einen sechsten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und indem eine vierte Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird, derart, dass die vierten und sechsten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich sind. Anschliessend wird das Signal zwischen dem zweiten Element und dem dritten Element übertragen, und so ein siebenter Ausgangswert des Phasendetektors erhalten, und das Signal wird zwischen dem vierten und dem dritten Element übermittelt, um einen achten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und eine fünfte Phasenverschiebung wird in den vierten Kanal eingefügt, so dass die siebenten und achten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich sind. Eine sechste Phasenverschiebung wird ermittelt, indem die vierten und sechsten Werte der Phasenverschiebung gemittelt werden.
Anschliessend wird ein Signal zwischen dem dritten und dem ersten Element übertragen, wobei die dritte Phasenverschiebung in den dritten Kanal eingefügt wird, und so wird ein neunter Ausgangswert des Phasendetektors erhalten. Das Signal wird ebenso zwischen dem vierten und dem zweiten Element übertragen, wobei die sechste Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird, um einen zehnten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten. Eine siebente Phasenverschiebung wird in den zweiten Kanal eingefügt, derart, dass die neunten und zehnten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich werden.
Nachdem eine achte Phasenverschiebung ermittelt wurde, deren Wert die Hälfte der siebenten Phasenverschiebung beträgt, und eine neunte Phasenverschiebung ermittelt wurde, deren Wert die sechste Phasenverschiebung plus die achte Phasenverschiebung beträgt, kann ein Signal zur Kollisionsvermeidung durch das Antennenfeld mit vier Elementen übermittelt werden, wobei die achte Phasenverschiebung in den zweiten Kanal, die dritte Phasenverschiebung in den dritten Kanal, und die neunte Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

FIG. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Antennenfelds bestehend aus vier Elementen, sowie einen Sender/Empfänger für ein Kollisions- Vermeidungssystem;
FIG. 2 zeigt bevorzugte Abstrahlmuster, die entstehen, wenn die Elemente des Antennenfeldes der FIG. 1 selektiv angesteuert werden; und
FIG. 3 bis 14 zeigen die Anordnung des Systems in FIG. 1 während jedes Schritts, der gemäss einer bevorzugten Methode zur automatischen Eichung eines Sendesystems erforderlich ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

FIG. 1 illustriert eine bevorzugte Antenne, bestehend aus vier Elementen, die eine gerichtete Abstrahlcharakteristik hat.
Das Antennenfeld 10 verfügt über vier unabhangig ansteuerbare Elemente 12, 14, 16 und 18, die vorzugsweise im Quadrat um das Zentrum des Felds herum (d.h. mit jeweils 90º-iger Versetzung) angeordnet sind. Daher sind die Elemente 12 und 16 entlang einer ersten Achse, und die Elemente 14 und 18 entlang einer zweiten Achse ausgerichtet, die im rechten Winkel zur ersten steht. Die Elemente 12 und 16 liegen einander gegenüber, ebenso wie die Elemente 14 und 18. Es folgt daraus, dass die Elemente 14 und 18 jeweils dem Element 12 und dem Element 16 benachbart sind. Eebenso sind die Elemente 12 und 16 jeweils dem Element 14 und dem Element 18 benachbart. Das dargestellte Antennensystem ist besoders für die Verwendung in einem luftgestützten System zur Vermeidung von Kollisionen geeignet, wie etwa TCAS. Es kann sowohl dazu verwendet werden, um das Anfrage-Signal an das Ziel- Flugzeug zu senden, als auch zum Empfang des Antwort- Signals vom Zielfugzeug.
Ein Sender 20, der vorzugsweise auf der Frequenz von 1030 MHz arbeitet, versorgt jeweils eines der Elemente 12, 14, 16 und 18. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird der Ausgang des Senders 20 an den Eingang eines programmierbaren Leistungsabschwächers 22 geleitet. Der Abschwächer hat vier Ausgänge, die jeweils mit einem von vier Isolatoren 24, 26, 28 und 30 an deren ersten Kontakt verbunden sind. Der Abschwächer 22 liefert eine einstellbare Leistung des Senders 20 an jeden der vier Isolatoren 24, 26, 28 und 30. Der erste Isolator 24 hat einen zweiten Kontakt, der ihn mittels des Kabels 32 mit dem Element 12 verbindet. Obwohl nur ein einzelnes Kabel 32 dargestellt ist, kann es sich hier tatsächlich um eine Mehrzahl von Kabeln handeln, zum Beispiel um alle Kabel zwischen Isolator 24 und dem Element 12 des Antennenfeldes.
Der Bestandteil 32 kann auch beliebige andere Bestandteile enthalten, die unter Umständen die Phase eines Signals verzögern. Der Isolator 28 hat einen zweiten Kontakt, der mit dem Element 16 durch den Phasenschieber 38, und den Kabeln 40 verbunden ist. Der Isolator 30 hat einen zweiten Kontakt, der mit dem Element 18 durch den Phasenschieber 42, und das Kabel 44 verbunden ist.
Ein weiterer Bestandteil eines Übermittlungssystems gemäss der vorliegenden Erfindung ist ein Phasendetektor 46. Ein Eingang des Pahsendetektors ist mit dem Ausgang des Senders 20 durch eine Aufnehmer - Einheit 48 vebunden. Diese Aufnehmer - Einheit 48 liefert an den Phasendetektor 46 ein Signal, das die Phase des Ausgangs des Senders 20 anzeigt. Ein zweiter Eingang des Phasendetektors 46 wird mit einem Signal vorsorgt, das von einem der Elemente 12, 14, 16 oder 18 empfangen wird. Das Signal am zweiten Eingang des Phasendetektors 46 wird durch den Ausgang eines Schalters 50 geliefert. Der Schalter 50 weist vier Eingänge auf, die mit jeweils einem der vier Isolatoren 24, 26, 28 oder 30 an einem dritten Kontakt verbunden sind. Jeder Isolator 24, 26, 28 und 30 kann den zweiten Kontakt mit entweder dem ersten oder dem dritten Kontakt verbinden. Daher ist jedes der Elemente selektiv jeweils mit entweder dem Sender 20 oder dem zweiten Eingang des Phasendetektors 46 verbindbar, indem eine geeignete Steuerung die Isolatoren 24, 26, 28 und 30 sowie den Schalter 50 betätigt.
Der Signalweg zu und von jedem Element 12, 14, 16 und 18 samt den elektronischen Komponenten darin wird summarisch mit Kanal bezeichnet. Daher weist das Übermittlungssystem der FIG. 1 vier Kanäle auf. Gemäss der vorliegenden Erfindung beinhalten zumindest drei der Kanäle einen im Feld programmierbaren Phasenschieber. Ein Kontroller 51 ist vorgesehen, der die Phasenschieber 34, 38 und 42 durch jeweils die Kontrolleitungen 52, 54 und 56 programmiert.
In FIG. 2 werden die verschiedenen Abstrahlmuster dargestellt, die durch das Sendesystem der FIG. 1 bewirkt werden können. Im TCAS System wird vorzugsweise gerichtet abgestrahlt, um die Kontrolle über die Anfrage-Signale des Ziel-Flugzeugs zu verbessern. Die gerichteten Strahlen beinhalten einen vorwärtsgerichteten Strahl mit einer Projektion 100, einen rechtsgerichteten Strahl mit Projektion 102, einen heckgerichteten Strahl mit einer Projektion 104, einen linksgerichteten Strahl mit Projektion 106 sowie einen nach allen Seiten gerichteten Strahl 108. Welcher Strahl gesendet wird, hängt davon ab, wie die Leistung und Phase des Senders 20 an die Elemente 12, 14, 16 und 18 mit Hilfe des programmierbaren Abschwächers 22 verteilt wird. Um zum Beispiel den vorwärtsgerichteten Strahl 100 zu erzeugen, wird ein erster Energiewert und ein erster Phasenwert dem Element 12 zugeführt, ein zweiter Energiewert und ein zweiter Phasenwert dem Element 16, sowie ein dritter Energiewert und ein dritter Phasenwert jeweils den Elementen 14 und 18. Die speziellen Werte für die Energie und für die Phase hängen dabei vom gewünschten Abstrahlmuster ab.
Jeder Phasenwert muss auf die Elemente der Antenne bezogen werden, unabhängig von den, durch das Kabel bedingten Unterschieden der Kanäle. Die Resultate der Eichungsmethode der vorliegenden Erfindung werden dabei dazu verwendet, um dies zu erreichen. Zum Beispiel werden die Resultate der Eichung zu den oben erwähnten ersten, zweiten und dritten Phasenwerten zugezählt um den Strahl derart zu steuern, dass ein ordentlich gerichteter Vorwärtsstrahl 100 entsteht.
Bei Sendesystemen des Typs, wie in den Figuren 1. und 2. beschrieben, in denen die Abstrahlmuster durch veränderliche Amplituden- und Phasenwerte bestimmt werden, ist es von besonderer Bedeutung, das die Phase des vom Sender 20 kommenden Signals an jedem der Antennen-Elemente 12, 14, 16 und 18 dieselbe ist. Es kommt jedoch in solchen Systemen, bedingt durch Phasenverschiebungen in den Kabeln 32, 36, 40 und 44 sowie wegen Phasenverschiebungen in den verschiedenen elektronischen Komponenten, zum Beispiel dem programmierbaren Abschwächer 22, zu unterschiedlichen Phasen im übermittelten Signal an jedem der Elemente 12, 14, 16 und 18. Diese Phasenunterschiede sollten für bestmögliche Leistungsfähigkeit des Übermittlungssystems durch Eichung zum Verschwinden gebracht werden.
Die Methode, nach der gemäss der vorliegenden Erfindung diese Unterschiede durch Eichung zum Verschwinden gebracht werden, ist im allgemeinen ein mehrstufiger Prozess in dem die relativen Phasenverschiebungen in jedem Kanal ermittelt, und durch entsprechende Steuerung der Phasenschieber 34, 38 und 42 an ihren Steuerleitungen 52, 54 und 56 zum Verschwinden gebracht werden. Die bevorzugten Schritte in diesem Prozess werden im folgenden anhand der Figuren 3-12 diskutiert. In dieser Diskussion wird der Signalübertragungsweg zu und vom Element 12 durch die zugehörige Elektronik samt seinem Kabel Kanal 1 genannt. In gleicher Weise werden die Übertragungswege zu und von jedem der Elemente 14, 16 und 18 durch zugehörige Komponente und Kabel die Kanäle 2, 3 und 4 genannt. Die ersten vier Schritte haben das Auffinden des Phasenunterschiedes ΔΦ&sub1;&sub3; zwischen den Kanälen 1 und 3 zum Gegenstand. Der erste Schritt im Eichungsprozess ist in FIG. 3 illustriert. Die Elemente 14, 16 und 18 werden vom Sender 20 mittels der Isolatoren 26, 28 und 30 isoliert, die in der FIG. 3 nicht dargestellt sind. Das Element 14 wird mit dem Phasendetektor 46 durch die Kabel 36, den Phasenschieber 34, den Isolator 26 (siehe FIG. 1) und den Schalter 50 verbunden (siehe FIG. 1). Die Leistung wird vom Element 12 als elektromagnetische Wellen übertragen. Ein Teil der gesendeten Leistung 120 wird vom Element 14 empfangen, das die empfangene Leistung durch die Kabel 36 und den Phasenschieber 34 zum Phasendetektor 46 leitet.
Der Phasenschieber 34 wird durch die Steuerleitung 52 derart angesteuert, dass er das empfangene Signal um 0º schiebt. Der Phasendetektor wird daher den relativen Phasenunterschied zwischen Kanal 1 und Kanal 2 ausgeben. Im besonderen wird der relative Phasenunterschied bestimmt, der durch die Kabel 32 und die Kabel 36 hervorgerufen wird. Dieser relative Phasenunterschied, Φch12, wird gemäss der folgenden Gleichung bestimmt:
Φch12 = Φref - [Φ&sub3;&sub2; + (Φ&sub1;&sub2; - Φ&sub1;&sub4;) + Φ&sub3;&sub6;]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ&sub3;&sub2; ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 32, Φ&sub1;&sub2; minus Φ&sub1;&sub4; ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 12 gesendet, und vom Element 14 empfangen wird, und Φ&sub3;&sub6; ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 36. Das Ergebnis, Φch12 wird im Speicher abgelegt.
Im zweiten Schritt, wie in FIG. 4 dargestellt, wird ein Signal vom Element 16 gesendet, und das Element 14 empfängt einen Teil 122 des gesendeten Signals. Die Elemente 12, 14 und 18 werden daher vom Sender 20 isoliert, und das Element 14 wird mit dem Phasendetektor 46 durch die verschiedenen Komponenten verbunden. Der Phasenschieber 34 wird derart gesteuert, dass er das empfangene Signal um 0º schiebt. Daher bestimmt der Phasendetektor die relative Phase der Kanäle 2 und 3. Dieser relative Phasenunterschied, Φch32, wird gemäss der folgenden Gleichung bestimmt:
Φch32 = Φref - [ΔΦ13A + Φ4 + (Φ16 - Φ14) + Φ36]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ40 ist die Phasenverschiebung durch das Kabel 40, Φ16 minus Φ14 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 16 gesendet, und vom Element 14 empfangen wird, und Φ36 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 36.
Die Phasenverschiebung ΔΦ13A ist die Phasenverschiebung, die durch den Phasenschieber 38, der durch die Steuerleitung 54 programmiert wird, erzeugt wird. Die Phasenverschiebung ΔΦ3A wird geändert während Element 16 sendet, bis Φch32 gleich dem Resultat des ersten Schritts, Φch12, ist. Die Phasenverschiebung ΔΦ13A ist dann gleich dem Phasenunterschied zwischen den Kabeln 32 und den Kabeln 40. Dieses Ergebnis wird gespeichert.
In FIG. 5 wird der dritte Schritt dargestellt, in dem Element 12 ein Signal sendet, von dem ein Teil 124 durch das Element 18 empfangen wird. Die Elemente 14, 16 und 18 werden daher vom Sender isoliert, und das Element 18 wird durch verschiedene Komponenten an den Phasendetektor angeschlossen. Der Phasenschieber 42 wird derart gesteuert, dass er das Signal, das er empfängt um 0º verändert. Der Phasendetektor 46 bestimmt daher den relativen Phasenunterschied Φch4 zwischen den Kanälen 1 und 4. Dies geschieht entsprechend der folgenden Gleichung:
Φch14 = Φref - [Φ32 + (Φ12 - Φ18) + Φ44]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ32 ist die Phasenverschiebung durch das Kabel 32, Φ18 minus Φ12 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 12 gesendet, und vom Element 18 empfangen wird, und Φ44 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 32. Das Resultat, Φch14 wird gespeichert.
Im vierten Schritt, der in FIG. 6 dargestellt ist, wird das Signal vom Sender 20 durch das Element 16 gesendet, und ein Teil 126 des gesendeten Signals wird durch das Element 18 empfangen. Daher werden die Elemente 12, 14 und 18 vom Sender 20 isoliert, und das Element 28 wird an den Phasendetektor 46 angeschlossen. Der Phasenschieber 42 wird derart gesteuert, dass er das Signal, das er empfängt, um 0º verändert. Daher bestimmt der Phasendetektor 46 die relative Phase der Kanäle 3 und 4. Dieser relative Phasenunterschied, Φch34, wird gemäss der folgenden Gleichung bestimmt:
Φch34 = Φref - [ΔΦ13B + Φ40 + (Φ16 - Φ18) + Φ44] Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ40 ist die Phasenverschiebung durch das Kabel 40, Φ16 minus Φ18 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 16 gesendet, und vom Element 18 empfangen wird, und ist die Phasenverschiebung in dem Kabel 44.
Die Phasenverschiebung ΔΦ13B ist die Phasenverschiebung des Phasenschiebers 38. Die Phasenverschiebung ΔΦ13B wird so lange verändert, bis Φch34 gleich Φch14 ist. Dann entspricht ΔΦ13B dem Phasenunterschied zwischen den Kabeln 32 und den Kabeln 40. Dieser Wert wird im Speicher abgelegt.
Nun befinden sich zwei Werte für die Phasenunterschiede zwischen des Kabeln 32 und 40 im Speicher. Der Mittelwert zwischen den beiden Werten wird wie folgt errechnet:
ΔΦ13 = (ΔΦ13A + ΔΦ13B)/2
Dies entspricht der mittleren Phasendifferenz. Der Wert wird gespeichert.
In FIG. 7 wird Schritt fünf dargestellt. Das Element 14 überträgt das Signal vom Sender 20 zum Element 12. Das Element 12 empfängt einen Teil 128 des gesendeten Signals. Die Elemente 12, 16 und 18 sind daher vom Sender 20 isoliert, und das Element 12 ist an den Phasendetektor 46 angeschlossen. Der Phasenschieber 34 wird auf eine Phasenschiebung von 0º gesetzt. Der relative Phasenunterschied zwischen den Kanälen 1 und 2, Φch12, wird am Ausgang des Phasendetektors 46 angezeigt. Dies geschieht gemäss der folgenden Gleichung:
Φch12 = Φref - [Φ36 + (Φ14 - Φ12) + Φ32]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender, Φ36 ist die Phasenverschiebung durch die Kabel 36, Φ14 minus Φ12 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 14 gesendet, und vom Element 12 empfangen wird, und Φ32 ist die Phasenverschiebung in dem Kabel 32. Dieses Resultat wird gespeichert.
Im Schritt sechs, der in FIG. 8 dargestellt ist, Sendet das Element 18 ein Signal vom Sender 20. Das Element 12 empfängt einen Teil 130 des gesendeten Signals. Die Elemente 12, 14 und 16 werden daher vom Sender isoliert und das Element 12 wird an den Phasendetektor 46 angeschlossen. Der Phasendetektor 46 misst daher den Phasenunterschied zwischen den Kanälen 1 und 4. Dies geschieht gemäss der folgenden Gleichung:
Φch14 = Φref - [ΔΦ24A + Φ44 + (Φ18 - Φ12) + Φ32]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ44 ist die Phasenverschiebung durch die Kabel 44, Φ18 minus Φ12 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 18 gesendet, und vom Element 12 empfangen wird, und Φ32 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 32. Die Phasenverschiebung ΔΦ24A, die durch den Phasenschieber 42 hervorgerufen wird, wird so lange verändert, bis Φch14 gleich Φch12 ist, und sie wird gespeichert. Der Ausgangswert des Phasendetektors 46 wird ebenfalls gespeichert.
In Schritt sieben, wie in FIG. 9 dargestellt wird, sendet das Element 14 ein Signal, von dem ein Teil 132 durch das Element 16 empfangen wird. Die Elemente 12, 16 und 18 sind daher vom Sender 20 isoliert, und das Element 16 ist mit dem Phasendetektor 46 verbunden. Die Phasenschieber 34 und 38 werden beide derart angesteuert, dass sie die Phase der empfangenen Signale um je 0º verändern. Daher misst der Phasendetektor 46 den Phasenunterschied zwischen den Kanälen 2 und 3. Dies geschieht gemäss der folgenden Gleichung:
Φch23 = Φref - [Φ36 + (Φ14 - Φ16) + Φ40]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ36 ist die Phasenverschiebung durch die Kabel 36, Φ14 minus Φ16 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 14 gesendet, und vom Element 16 empfangen wird, und Φ40 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 40. Das Resultat Φch23 wird gespeichert.
In Schritt acht sendet das Element 18 ein Signal, wie in FIG. 10 dargestellt. Das Element 16 empfängt einen Teil 134 des gesendeten Signals. Die Elemente 12, 14 und 16 werden daher vom Sender 20 isoliert, und das Element 16 wird an den Phasendetektor 46 angeschlossen. Der Phasenschieber 38 wird auf eine Phasenverschiebung von 0º gesetzt. Der Phasendetektor 46 misst den Phasenunterschied zwischen den Kanälen 3 und 4 entsprechend der folgenden Gleichung:
Φch43 = Φref - [ΔΦ24B + Φ44 + (Φ18 - Φ16) + Φ40]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ44 ist die Phasenverschiebung durch die Kabel 44, Φ18 minus Φ16 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 18 gesendet, und vom Element 16 empfangen wird, und Φ40 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 40. ΔΦ24A ist die Phasenverschiebung, die durch den Phasenschieber 42 hervorgerufen wird, und sie wird so lange verändert, bis Φch43 gleich Φch23 ist. Die mittlere Phasendifferenz zwischen den Kanälen 3 und 4 wird anschliessend bestimmt, indem der Mittelwert der Resultate, die aus den Schritten sechs und acht erhalten wurden, gebildet wird. Daher ergibt sich:
ΔΦ24 = (ΔΦ24A + ΔΦ24B)/2
In Schritt neun sendet das Element 16 ein Signal, wie dies in FIG. 11 dargestellt wird. Ein Teil 136 des Signals wird durch das Element 12 empfangen. Die Elemente 12, 14 und 18 werden daher vom Sender 20 isoliert, und das Element 12 wird an den Phasendetektor 46 angeschlossen. Der mittlere Phasenunterschied ΔΦ13 zwischen den Kanälen 1 und 3 wird in den Phasenschieber 38 geladen. Der Ausgang des Phasendetektors Φch31, ist
Φch31 = Φref - [ΔΦ13 + Φ40 + (Φ16 - Φ12) + Φ32]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φ40 ist die Phasenverschiebung durch die Kabel 40, Φ16 minus Φ12 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 16 gesendet, und vom Element 12 empfangen wird, und Φ32 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 32. Der Ausgabewert des Phasendetektors 46 wird gespeichert.
Beachten Sie, dass die Phasenverschiebungen zwischen den Kanälen 1 und 3 ungefähr gleich sind, wenn die Phasenverschiebung ΔΦ13 im Phasenschieber 38 erzeugt wird. Daher gilt:
Φ32 = Φ40 + ΔΦ13
Die Gleichung für Φch31 kann daher wie folgt neu geschrieben werden:
Φch31 = Φref - [2Φ32 (Φ16 - Φ12)]
In Schritt zehn, wie in FIG. 12 dargestellt, sendet das Element 18 ein Signal. Ein Teil 138 des Signals wird vom Element 14 empfangen. Die Elemente 12, 14 und 16 sind daher vom Sender 20 isoliert, und das Element 14 ist am Phasendetektor 46 angeschlossen. Die mittlere Phasenverschiebung ΔΦ24 wird in den Phasenschieber 42 eingegeben. Es ergibt sich daher am Ausgang des Phasendetektors 46:
Φch42 = Φref - [ΔΦ24 + Φ44 + (Φ18 - Φ14) + Φ36 + ΔΦxy]
Hierbei bedeutet Φref die Phase des Signals am Sender 20, Φxy ist die Phasenverschiebung, die durch die Kabel 44 entsteht, Φ18 minus Φ14 ist die Phasenverschiebung im Signal, das durch Element 18 gesendet, und vom Element 14 empfangen wird, und Φ36 ist die Phasenverschiebung in den Kabeln 36. Die Phase ΔΦxy ist die Phasenverschiebung, die in den Phasenschieber 34 programmiert wurde. Dieser Wert wird so lange verändert, bis Φch31 gleich Φch42 ist, und der Wert wird bespeichert.
Indem ΔΦ14 in den Phasenschieber 42 eingegeben wird, kann der Phasenunterschied zwischen den Kanälen 2 und 4 annähernd gleich gemacht werden so dass:
Φ36 = Φxy + ΔΦ24
Die Gleichung für ΔΦch42 kann daher wie folgt neu formuliert werden:
Φch42 = Φref - [2Φ36 + (Φ18 - Φ14) + ΔΦxy]
Da Φch31 gleich Φch42 ist, und da Φ16 minus Φ12 wegen der Symmetrie des Antennen-Feldes 10 ungefähr gleich Φ18 minus Φ14 ist, erhält man das folgende Resultat:
2Φ32 = 2Φ36 + ΔΦxy
Φ32 = Φ36 + ΔΦxy/2
so dass der Phasenunterschied zwischen einander gegenüberliegenden Paaren von Antennen-Elementen ΔΦxy/2 beträgt.
Wenn ein Signal zur Kollisionsvermeidung gesendet werden soll, werden die folgenden Werte an die Phasenschieber ausgegeben: Der Phasenschieber 34 wird auf eine Verschiebung von ΔΦxy12 gesetzt, der Phasenschieber 38 wird auf eine Verschiebung von ΔΦ13 gesetzt, und der Phasenschieber 42 wird auf eine Verschiebung von ΔΦ24 + ΔΦxy/2 gesetzt.
Die bevorzugte Methode, wie sie in den Figuren 3 bis 12 dargestellt wurde, zeigt den Übertragungsweg in einer Richtung. Die vorliegende Erfindung kann realisiert werden, wenn das gesendete Signal in einer beliebigen Richtung läuft. Zum Beispiel in Schritt eins (FIG. 3) findet die dargestellte Übertragung von Element 12 zum Element 14 statt; diese kann jedoch umgekehrt werden.
Weiter ist es vorzuziehen, zwei weitere Schritte durchzuführen. Es besteht die entfernte Möglichkeit, dass die Phasenverschiebungen zwischen zwei entgegengesetzten Kabeln 180º beträgt, und dies würde zu einer Mehrdeutigkeit führen. Um dieser Möglichkeit Rechnung zu tragen werden die Schritte elf und zwölf wie folgt durchgeführt:
In Schritt elf, wie in FIG. 13 dargestellt, werden die Phasenverschiebungen, wie sie für die Benutzung im Kollisionsvermeidungssystem bestimmt wurden, in die entsprechenden Kanäle eingegeben. Dann wird das Element 14 an den Sender 20 angeschlossen, und das Element 16 an den Phasendetektor 46. Der Ausgabewert des Phasendetektors ΦAMB23 wird gespeichert.
In Schritt zwölf, wie in FIG. 12 dargestellt, werden ebenso die für das Kollisionsvermeidungssystem ermittelten Phasenverschiebungswerte in die entsprechenden Kanäle, wie erforderlich, eingegeben. Das Element 12 wird an den Sender 20 angeschlossen, und das Element 16 wird an den Phasendetektor 46 angeschlossen. Die Phasenverschiebung des Phasenschiebers 38 wird, ausgehend vom gesetzten Wert, derart verändert, dass die Phase am Ausgang des Detektors ΦAMB13 gleich dem vorher gespeicherten Wert ΦAMB23 ist.
Die resultierende Veränderung ist gleich der Differenz zwischen ΦAMB23 und ΦAMB13. Dieses Resultat wird mit einem konstanten Wert verglichen. Wenn sich das Resultat innerhalb einer gewissen Schwankungsbreite um den konstanten Wert bewegt, werden die Werte der Phasenverschiebung, wie sie in den Schritten eins bis zehn ermittelt wurden, im System zur Kollisionsvermeidung verwendet. Auf der anderen Seite werden, wenn das Resultat ausserhalb der Schwankunsgbreite liegt, 180º zu den Werten der Phasenschieber 34 und 42 addiert. Die Phasenverschiebungen, die im System zur Kollisionsvermeidung verwendet werden, würden daher wie folgt sein; ΔΦxy/2 + 180º im Phasenschieber 34, ΔΦ13 im Phasenschieber 38, und ΔΦ24 + ΔΦxy/2 + 180º im Phasenschieber 42.
In den Schritten zur Eliminierung der Mehrdeutigkeit sollte das Resultat der Substraktion die tatsächliche Phasendifferenz an den Elementen sein, da die Differenz- Verschiebungen addiert wurden. Dieses Resultat sollte für jede Kombination von aneinender gereihten Elementen (z. B. Elemente 14 und 16) dasselbe sein, sowie auch für einander gegenüberliegende Elemente (z.B. Elemente 12 und 16), und daher kann jede derartige Kombination von Elementen im Antennen-Feld 10 dazu verwendet werden, die Mehrdeutigkeit zu eliminieren.
Darüber hinaus ergeben der erste und der zweite Schritt eine relative Phasendifferenz zwischen den Kanälen 1 und 3, und der fünfte und der sechste Schritt ergeben einen relativen Phasenunterschied zwischen den Kanälen 2 und 4. Anstelle der Mittelwerte, wie sie in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, können diese Resultate direkt verwendet werden. In diesem Falle würde die Abfolge der Schritte zur Eichung aus den Schritten eins, zwei, fünf, sechs neun und zehn bestehen. Dieselbe Überlegung kann auf den dritten und vierten Schritt angewendet werden, die eine relative Phasendifferenz zwischen den Kanälen 1 und 3 ergeben, und auf die Schritte sieben und acht, die eine relative Phasendifferenz zwischen den Kanälen 2 und 4 ergeben, die ebenso anstelle eines Mittelwerts verwendet werden können.
Vorzugsweise wird man den Eichvorgang des Kollisionsvermeidungssystems beim Einschalten durchführen, weiter wenn dies bei einem Funktionstest verlangt wird, sowie mindestens alle zwei Minuten während das System in Betrieb ist.

Claims

1. Eine Eichmethode für einen Sender der ein erstes (12), zweites (14), drittes (16) und viertes (16) Element am Umfang eines Antennenfeldes (10) in 90-grädigen Sektoren derart angeordnet aufweist, dass das erste (12) und das dritte (16) Element einander gegenüber liegen, und das zweite (14) und das vierte (18) einander gegenüber liegen, wobei das erste (12), das zweite (14), das dritte (16) und das vierte (18) Element jeweils selektiv mittels eines ersten, zweiten, dritten und vierten Kanals mit Komponenten an einen Sender (20) oder an einen ersten Eingang eines Phasendetektors (46) anschliessbar sind, wobei der Sender (20) am zweiten Eingang des Phasendetektors (46) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Schritten abläuft, in denen:

der Phasenunterschied zwischen dem ersten und dem dritten Kanal bestimmt wird, indem ein Signal zwischen dem ersten Element (12) und einem ersten Element das an das erste (12) Element und das dritte (16) Element anschliesst, gesendet wird, um einen ersten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, indem das Signal zwischen dem dritten (16) Element und dem ersten Element, das an das erste Element (12) und an das dritte Element (16) anschliesst, gesendet wird, um einen zweiten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und im dritten Kanal eine erste Phasenverschiebung derart erzeugt wird, dass der erste und der zweite Ausgangswert des Phasendetektors gleich sind,

der Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal bestimmt wird, indem ein Signal zwischen dem zweiten Element (14) und einem ersten Element, das an das zweite (14) Element und an das vierte (18) Element anschliesst, gesendet wird, um einen dritten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, indem das Signal zwischen dem vierten (18) Element und dem Element, das an das zweite Element (14) und an das vierte Element (18) anschliesst, gesendet wird, um einen vierten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und im vierten Kanal eine zweite Phasenverschiebung derart erzeugt wird, dass der dritte und der vierte Ausgangswert des Phasendetektors gleich sind,

zwischen dem ersten (12) und dem dritten (16) Element gesendet wird, wobei die erste Phasenverschiebung in den dritten Kanal eingefügt wird, um so den fünften Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und

indem zwischen dem zweiten (14) und dem vierten (18) Element gesendet wird, wobei die zweite Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird, um einen sechsten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und indem eine dritte Phasenverschiebung in den zweiten Kanal eingefügt wird derart, dass die fünften und die sechsten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich sind.

2. Methode nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Element, das an das erste (12) und an das dritte (16) Element anschliesst, das zweite (14) oder das vierte (18) Element ist, und dass das erste Element das an das zweite (14) und an das vierte (18) Element anschliesst, entweder das erste (12) oder das dritte (16) Element ist.

3. Methode nach Anspruch 1, wobei weitere Schritte enthalten sind, in denen

eine vierte Phasenverschiebung erzeugt wird, die die Hälfte der dritten Phasenverschiebung beträgt,

die vierte Phasenverschiebung in den zweiten Kanal eingefügt wird,

eine fünfte Phasenverschiebung erzeugt wird, die die zweite Phasenverschiebung plus die vierte Phasenverschiebung ist, und

die fünfte Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird.

4. Methode gemäss Anspruch 1, in der der Phasenunterschied zwischen dem ersten und dem dritten Kanal bestimmt wird, indem vom ersten (12) und dritten (16) Element gesendet wird, und der Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal bestimmt wird, indem von den zweiten (14) und vierten (18) Elementen gesendet wird.

5. Methode gemäss Anspruch 1 in der der Phasenunterschied zwischen dem ersten un dem dritten Kanal bestimmt wird, indem an das erste (12) und an das dritte (16) Element gesendet wird, und der Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal, bestimmt wird, indem zu den zweiten (14) und dem vierten (18) Element gesendet wird.

6. Methode gemäss Anspruch 1, die weitere Schritte aufweist, in denen:

Der Phasenunterscheid zwischen dem ersten und dem dritten Kanal bestimmt wird, indem ein Signal zwischen dem ersten (12) Element und einem zweiten Element, das an das erste (12) und an das dritte (16) Element anschliesst, übermittelt wird, um einen siebenten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, indem ein Signal zwischen dem dritten (16) Element und dem zweiten Element das an das erste (12) und an das dritte (16) Element anschliesst, übermittelt wird, um einen achten Ausfgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und indem eine vierte Phasenverschiebung in den dritten Kanal eingefügt wird, derart, dass die siebenten und achten Ausgangswerte des Phasendetektors gleich sind;

eine fünfte Phasenverschiebung erzeugt wird, indem die erste und die vierte Phasenverschiebung gemittelt werden;

die fünfte Phasenverschiebung in den dritten Kanal eingefügt wird;

der Phasenunterschied zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal bestimmt wird, indem zwischen dem zweiten (14) Element und einem zweiten Element, das an das zweite (14) und an das vierte (18) anschliesst, übertragen wird, um einen neunten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, indem zwischen dem vierten (18) Element und einem zweiten Element, das an das zweite (14) und an das vierte (18) angrenzt übertragen wird, um einen zehnten Ausgangswert des Phasendetektors zu erhalten, und in dem eine sechste Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird, derart, dass der neunte und der zehnte Ausgangswert des Phasendetektors gleich sind;

indem eine siebente Phasenverschiebung gebildet wird, indem der Mittelwert zwischen der zweiten und der sechsten Phasenverschiebung gebildet wird, und

die siebente Phasenverschiebung in den vierten Kanal eingefügt wird.

7. Methode gemäss Anspruch 7 in der das erste Element, das an das erste (12) und das dritte (16) Element anschliesst, eines der Elemente zwei (14) oder vier (18) ist, und in der das zweite Element, das an das erste (12) und an das dritte (16) Element anschliesst das andere der Elemente zwei und vier ist, und das erste Element, das an das zweite (14) und vierte (18) Element anschliesst, eines der Elemente eins (12) oder drei (16) ist, und das zweite Element, das an das zweite (14) und vierte (18) Element anschliesst, das andere der Elemente eins (12) und drei (16) ist.

8. Methode gemäss Anspruch 8, in der weitere Schritte vorgenommen werden, in denen

eine achte Phasendifferenz erzeugt wird, die die Hälfte der dritten beträgt,

die achte Phasendifferenz in den zweiten Kanal eingefügt wird;

eine neunte Phasendifferenz erzeugt wird, die die siebente Phasendifferenz plus die achte Phasendifferenz ist; und

die neunte Phasendifferenz in den vierten Kanal eingefügt wird.

9. Methode nach Anspruch 7, wobei die Bestimmung des Phasenunterschieds zwischen dem ersten und dem dritten Kanal dadurch vorgenommen wird, indem zwischen den ersten (12) und den dritten (16) Elementen übertragen wird, und die Bestimmung des Phasenunterschieds zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal, indem zwischen dem zweiten (14) und dem vierten (18) Element gesendet wird.

10. Methode gemäss Anspruch 7, wobei die Bestimmung des Phasenunterschieds zwischen dem ersten und dem dritten Kanal dadurch vorgeommen wird, indem zum ersten (12) und dritten (16) Element gesendet wird, und die Bestimmung des Phasenunterschieds zwischen dem zweiten und dem vierten Kanal dadaurch, dass zum zweiten (14) und vierten Element gesendet wird.