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Navigationseinrichtung zum Landen eines Luftfahrzeugs
Die Erfindung
bezieht sich auf Verbesserungen in Landeeinrichtungen für Luftfahrzeuge, wie sie
benutzt werden, um ein Flugzeug bei schlechter Sicht zum Landen zu bringen. Dabei
kann die Stellung des Luftfahrzeugs vom Boden aus mittels eines Funkmeßgerätes festgestellt
und angezeigt und diese Anzeige durch Fernsehübertragung dem Flugzeug mitgeteilt
werden. Der Pilot beobachtet die Angaben auf einem Fernsehempfänger und steuert
dementsprechend das Fahrzeug längs des gewählten Landeweges.
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Der Hauptzweck der Erfindung ist, bei einer Einrichtung der beschriebenen
Art Verfahren und Einrichtungen für die selbsttätige Steuerung des Flugzeugs bei
der Landung zu schaffen oder wenigstens für die selbsttätige Steuerung bis zu einem
Punkte, von dem aus der Pilot die Landung durch unmittelbare Beobachtung des Geländes
durchführen kann.
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Die Erfindung wird in folgendem an Hand der Zeichnung beschrieben,
welche eine schematische Darstellung der Ausrüstung auf dem Flugzeug und in der
Bodenstation enthält.
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Die Bodenstation weist ein Funkmeßgerät I von derjenigen Art auf,
bei der in cyclischer Reihenfolge Hochfrequenzimpulse gesendet und empfangen werden.
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Statt einer einzigen Antenne, wie sie im allgemeinen in diesen Fällen
verwendet wird, ist das Funkmeßgerät I mit zwei Antennen 3 und 5 ausgerüstet, die
über einen Schalter 7 mit dem Gerät verbunden sind.
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Die Antenne 3 kann von der Art sein, daß sie einen fächerartigen
Strahl, der praktisch in einer vertikalen
Ebene liegt, bildet, welcher
durch Rotieren eines der Elemente der Einrichtung von der einen Seite zur anderen
Seite geschwenkt wird. Zu diesem Zweck ist ein Motor g mit der Antenne 3 gekuppelt.
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Die Antenne 5 ist ähnlich ausgebildet wie die Antenne 3, liegt aber
in einem rechten Winkel zu ihr, so daß ein fächerartiger Strahl in einer Ebene senkrecht
zu derjenigen der Antenne 3, also ein horizontal liegender Fächer, entsteht, der
nach oben und unten geschwenkt wird. Auch die Antenne 5 ist mit dem Motor 9 gekuppelt.
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Der Schalter 7 kann so ausgebildet sein, wie es in der amerikanischen
Patentschrift 2407847 beschrieben ist. Es können auch andere bekannte Mittel zur
abwechselnden Verbindung des Funkmeßgeräts I mit den Antennen 3 und 5 benutzt werden.
Der Schalter 7 wird entweder unmittelbar oder über eine Kupplung, z. B. einen von
einem Hilfsschalter gesteuerten Elektromagneten, von dem Motor 9 angetrieben. Auch
der Hilfsschalter erfährt seinen Antrieb vom Motor 9. In jedem Falle verbindet der
Schalter 7 die Antenne 3 mit dem Gerät 1 während einer vollständigen Hin-und Herschwenkung
des Funkstrahls und sodann die Antenne 5 ebenfalls während einer vollständigen Auf-und
Abwärtsbewegung usw.
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Das Gerät I ist mit zwei Kathodenstrahlanzeigeröhren 11 und I3 ausgerüstet,
die über einen Schalter angeschlossen werden. Der Schalter 15 verbindet, vom Motor
9 getrieben, die Anzeigeröhre II mit dem Funkmeßgerät. während die Antenne 3 benutzt,
und die Röhre I3, während die Antenne 5 benutzt wird.
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Ein Generator 17 für Ablenkungsspannungen ist mit den Ablenkstromkreisen
beider Röhren II und I3 verbunden und wird vom Gerät I synchronisiert.
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Die Antennen 3 und 5 sind so beschaffen, daß die Winkelsektoren,
welche von ihnen abgetastet werden, den von dem Flugzeug einzuschlagenden Landeweg
enthalten. Mit zwei Hilfsimpulsgeneratoren 19 und 2I, welche gewöhnliche nockengesteuerte
elektrische Schalter enthalten können, die vom Motor 9 angetrieben werden, werden
charakteristische Signale erzeugt, die praktisch mit dem Durchgang des Strahles
der Antennen 3 und 5 durch den gewünschten Landeweg zusammenfallen.
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In der Nähe der Anzeigeröhren II und I3 sind zwei Fernsehkameras
23 und 25 vorgesehen, deren Ausgangsklemmen zu einem Mischverstärker 27 geführt
sind. DieAusgangsspannung diesesVerstärkers ist an die Fernsehsignaleingangsklemmen
eines Fernsehsenders angeschlossen, der so aufgebaut sein kann, wie es in der amerikanischen
Patentschrift 2o89639 beschrieben ist. Diese Art von Fernsehsender erlaubt es, sowohl
ein Bildsignal als auch ein oder mehrere hörbare Signale unabhängig voneinander
auf einer einzigen Trägerwelle zu übertragen. Die Hilfsimpulse von Hörfrequenz zweier
Generatoren 19 und 2I werden den Hörsignaleingangsklemmen des Senders 29 zugeführt.
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Sie werden dem Bildsignal unterscheidbar überlagert, und zwar auf
dem Synchronisierkanal, wie in der erwähnten Patentschrift beschrieben ist.
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Die Ausrüstung im Flugzeug enthält einen Impulsempfänger 3I, der
auf derselben Frequenz arbeitet wie das Funkmeßgerät I. Die Signale von der Bodenstation
werden vom Empfänger 3I aufgenommen und einem Tiefpaßfilter 37 zugeführt, das dazu
bestimmt ist, Frequenzen, die tiefer liegen als die Impulswiederholungsfrequenz
des Funkmeßgerätes, abzuschneiden.
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Im Flugzeug befindet sich außerdem ein Fernseliempfänger 39, der
den Sender 29 empfängt und mittels einer Kathodenstrahlröhre ein zusammengesetztes
Bild aus der Anzeige der Röhren II und I3 der Bodenstation wiedergibt. Die Hilfsimpulse
der Generatoren 19 und 21 werden in besonderen Empfangsstromkreisen des Empfängers
39 wiedergegeben.
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Zwei Sägezahngeneratoren 55 und 57, welche auf der Frequenz der Schwenkbewegungen
der Strahlen der Antennen 3 und 5 arbeiten, werden von den Hilfsimpulsen synchronisiert.
Die Synchronisierung kann so geschehen, wie es von Wendt und Frequenz dall auf Seite
7 bis 15 des Januarheftes I943 der «Proceedings of I. R. E.Ss beschrieben ist.
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Die Ausgangsspannung der Sägezahngeneratoren 55 und 57 wird zwei
Phasendetektoren 59 und 6I, wie sie in der erwähnten Veröffentlichung beschrieben
sind, zugeleitet. Das Tiefpaßfilter 37 ist an diese beiden Detektoren angeschlossen.
Die Ausgangsklenimen der Detektoren sind mit den umsteuerbaren Motoren 63 und 65
verbunden.
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Zwischen den Phasendetektoren und den Motoren können nötigenfalls
Verstärker angebracht werden.
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Der Motor 63 ist mit dem Seitenruder, der Motor 65 in entsprechender
Weise mit dem Höhenruder des Flugzeugs verbunden. In einem Flugzeug mit einer selbsttätigen
Steuereinrichtung können die Motoren 63 und 65 unmittelbar zu den üblichen Handsteuergriffen
der Steuereinrichtung führen. Vorzugsweise ist die Anordnung dann ähnlich der oben
beschriebenen.
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Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung liefert das Funkmeßgerät
I Hochfrequenzimpulse von einer Frequenz von beispielsweise Ioooo Hz. Die Impuls
energie wird von einer der Antennen, beispielsweise der Antenne 3, ausgestrahlt.
Mittels des Motors 9 wird durch die Antenne ein Winkelsektor bestrichen, der den
Landeweg enthält.
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Wenn der Richtstrahl auf das Flugzeug gerichtet ist, wird das impulsmodulierte
Signal reflektiert, der reflektierte Strahl von der Antenne 3 wieder empfangen,
im Funkmeßgerät I gleichgerichtet und der Röhre 11 zugeführt, um eine Sichtanzeige
des Bereichs des Flugzeugs und seiner Seitenabweichung vom Boden aus zu ermöglichen.
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Wenn die Antenne 3 ihre Abtastbewegung vollendet hat, wird das Funkmeßgerät
an die Antenne 5 angeschlossen sowie an die Anzeigeröhre I3, worauf der Erhebungswinkel
und Bereich des Flugzeugs auf der Röhre I3 angezeigt werden.
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Die beschriebene Folge von Arbeitsgängen spielt sich etwa I5mal pro
Sekunde ab, so daß 1/30 Sekunde für eine vollständige Abtastbewegung für jede Antenne
zur Verfügung steht. Das Bild auf den Anzeigeröhren wird mittels der Fernsehkameras
23 und 25 zum Flugzeug übertragen, und zwar über den Mischverstärker 27, und im
Flugzeug durch den Empfänger 39 auf der Fernsehempfangsröhre 41 wiedergegeben.
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Die .\usgangsspannung des Filters 37 enthält Impulse entsprechend
den Hilfsimpulsen des Empfängers 39, aber ihre zeitliche Lage entspricht der Lage
des Flugzeugs innerhalb der \'V'inkelsektoren, die von den Antennen 3 und 5 abgetastet
werden. Diese Impulse werden den Phasendetektoren 59 und 6I zugeleitet, in denen
ein Vergleich mit der Sägezahnspannung der Oszilhltoren 55 und 57 stattfindet. Die
Phasendetektoren 59 liefern eine Gleichspannung, deren Größe und Polarität der Phasenlage
der ihnen zugeführten Impulse zu der Sägezahnkurve entsprechen. Wenn also das Flugzeug
eine Seitenabweichung hat, die, von der Bodenstation aus gesehen, dem gewünschten
Landeweg entspricht, ist die Ausgangsspanntlrlg des Phasendetektors 59 gleich Null.
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Wenn das Flugzeug sich auf der einen Seite des gewünschten Landeweges
befindet, ist die Ausgangsspannung des I)etektors 59 von einer entsprechenden PoLlritit
und hat eine Größe, die von der Entfernung des Flugzeugs vom Landeweg abhängt.
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Der Phasendetektor 6I liefert, ebenso wie der Detektor 59, eine Ausgangsspannung,
die in Größe und Polarität der Höhenabweichung des Flugzeugs vom Landeweg entspricht.
Die Phasendetektoren 59 und Ör steuern die Motoren 63 und 65, welche das Flugzeug
in horizontaler und v vertikaler Richtung dem richtigen Landeweg zuführen. Das Flugzeug
fliegt also dann diesen Weg entlang, wobei sich alle Abweichungen automat isch korrigieren,
während eine fortlaufende Anzeige der Flugzeuglage längs der Landekurve auf der
Empfangsröhre 41 erscheint. Es sei bemerkt, daß die beschriebene Einrichtung nicht
auf die Führung nur eines Flugzeugs beschränkt ist, sondern daß mehrere Flugzeuge
gleichzeitig gefiihrt werden können.
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Eine Begrenzung der gleichzeitig angemessenen und geführten Zahl der
Flugzeuge ist lediglich durch die Größe des Flugplatzes gegeben, unabhängig von
der Lage der Flugzeuge zu dem Landeweg.
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Obwohl die Erfindung in Verbindung mit einer Landeeinrichtung unter
Benutzung einer Fernsehübertragung beschrieben ist, ist zu sagen, daß die selbsttätige
Steuerung der Flugzeuge bei der Landung auch ohne eine Sichtanzeige stattfinden
kann. In diesem Fall kann das Funkmeßgerät I durch einen einfachen Impulssender
ersetzt werden, und es ist kein Empfänger in der Bodenstation nötig. Der Fernsehsender
29 kann dann ein einfacher Rundfunksender sein, der durch die Hilfsimpulse der Generatoren
19 und 21 moduliert wird.
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Kurz zusammengefaßt besteht die Erfindung aus Einrichtungen, um von
einem vorbestimmten Punkt am Boden Richtstrahlen auszusenden, welche nach Höhen-
und Seitenrichtung geschwenkt werden, und zwar innerhalb eines Winkels, der den
gewünschten Landeweg enthält. Vom Boden aus werden Hilfsimpulse ausgesendet, wenn
die Richtstrahlen den Landeweg gerade passieren. Jedesmal, wenn der Richtstrahl
das Flugzeug trifft, wird ein Impuls empfangen, der der Lage des Flugzeugs in bezug
auf den Landeweg entspricht. Diese Impulse werden mit den Hilfsimpulsen verglichen
und bewirken zusammen mit ihnen die Steuerung des Flugzeugs, so daß dieses den vorgeschriebenen
Landeweg entlang fliegt.