DE864572C - Einrichtung zur UEbertragung von Angaben fuer die Navigation von Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in Luftnavigationsanlagen, welche ein nach dem Impulsrückstrahlprinzip arbeitendes Funkmeßgerät und eine Fernseheinrichtung enthalten und in welcher die Stellungen aller Flugzeuge innerhalb des von. einer Bodenstation, die mit dem Funkmeßgerät ausgerüstet ist, überwachten Bereichs auf einem sog. Lagebildanzeiger wiedergegeben werden und wobei eine Landkarte des zu überwachenden Bereichs dem Funkmeßbild überlagert wird. Das kombinierte Bild wird drahtlos allen innerhalb des zu überwachenden Bereichs befindlichen und geeignet ausgerüsteten Flugzeugen zugestrahlt. Eine solche Anlage ist anderweit bereits vorgeschlagen worden. Bei dieser Anlage wird der Luftraum über dem zu überwachenden Gelände in eine Mehrzahl von Höhenbereichen, eingeteilt, und die Angaben: des Lageanzeigers für die verschiedenen Höhenschichten werden getrennt voneinander auf verschiedenen Frequenzkanälen übertragen, so daß ein mit einem Fernsehempfänger ausgerüstetes Flugzeug die Angabe der Stellungen anderer Flugzeuge nur dano empfangen kann, wenn diese sich in einer der Empfängerabstimmung entsprechenden Höhe, beispielsweise in 300 m Höhe, befinden.

Jedes Flugzeug muß unabhängig von seinem Höhenbereich außer den Angaben des Lagebildes auch noch eine Landkarte empfangen. Bei der obenerwähnten Anlage wird diese Landkarte jedem einzelnen Lagebild' irn der Bodenstation überlagert. Bei einer praktisch in Betracht kommenden Anzahl von Höhenbereichen, z. B. bei zehn solchen

Bereichen, wird das· erf orderliche Hochfrequenzband unerwünscht breit. Eine andere Schwierigkeit bein Betrieb einer solchen! Anlage liegt in der Deutbarkeit des zusammengesetzten! Bildes, welches im Flugzeug erscheint. Da die Leuchtflecke im Lagebild¹ und die einzelnen Bildpunkte der Karte auf dem Schirm derselben, Kathodenstrahlröhre wiedergegeben werden, so ist der Kontrast zwischen den> Kartenbildpunkten und¹ den Leuchtflecken, welche ίο die Stellungen der einzelnen Flugzeuge wiedergeben, nur gering. Der Pilot oder Steuermann muß das Empfangsbild sehr sorgfältig betrachten, um zwischen- den sich langsam bewegenden Leuchtflecken, welche den Flugzeugen entsprechen, und den feststehenden Einzelheiten .im Kartembild unterscheiden¹ zu können. Die hieraus entstehende Ermüdung des Piloten und die Möglichkeit von Irrtümern sind ernste Probleme.

Der Hauptzweck der Erfindung besteht darin, bei einer Anlage der erwähnten Art die Verfahren und Einrichtungen zur Herstellung· der erforderlichen kombinierten Wiedergabe einer Landkarte und eines Lagebildes unter Benutzung einer Mehrzahl von Übertragungskanäleri zu verbessern, wobei diese Übertragungskanäle den verschiedenen Höhembereichen entsprechen, und zwar ohne dabei ein zu breites Frequenzband in Anspruch zu nehmen.

Ein weiterer wichtiger Zweck besteht darin, die Unterscheidbarkeit der Leuchtflecke von den Einzelheiten im¹ Kartenbilidi zu verbessern.

In den meisten Fällen brauchen für die Luftnavigation nur zwei Arten* von Informationen bezüglich des Geländes, über dem die Navigation durchgeführt werden soll, übertragen zu werden. Die erste bezieht sich auf Flugzeuge, die in einem Flughafen landen oder von dort aus starten sollen. Die zweite ist für Flugzeuge bestimmt, welche sich auf einem Überlandlflug befinden oder aus irgendwelchen Gründen in den Überwadhungsbereich einfliegen. Wenni beispielsweise zehn verschiedene Höhenbereiche benutzt, werden, kann; die Kartenbildübertragung für die oberen neun Höhenbereiche dieselbe sein, während nur im untersten Höhenbereich nähere Einzelheiten, die für die niedrig fliegendfen Flugzeuge von Bedeutung sind, mitgeteilt werden müssen.

Gemäß der Erfindung werden die Landkarten nicht dem Funkmeßbild¹ in der Bodenstation, überlagert, sondern werden getrennt von ihm über-■ tragen, und' zwar zeitlich absatzweise auf derselben oder einer anderen Trägerwelle. Die Angaben des Funkmeßbildes werden ebenfalls zeitlich absatzweise gesendet, und zwar mit einer gegenüber dem Landkartenbildi in' der Wiedergabe erkennbar unterschiedlichen Wiederholungsfrequenz. Die ÜberlagerungdesiKartenibildes· undi der Fumkmeß angaben geschieht im Flugzeug, in welchem beide Bilder auf einer einzigen Kathodenstrahlröhre wiedergegeben werden. Die Wiederholungsgeschwindigkeit des Landkartenbildes wird zweckmäßig mehrere Male höher gewählt als die des Funkmeßgerätes. Das kombinierte Bild besteht darin aus dem flimmerfreien Kartenbild, welchem die mit verhältnismäßig langsamer Geschwindigkeit flimmerndem Leuchtflecke überlagert sind.

Eine Ausführungsform des Erfindfungsgedankens wird nunmehr an Hand der Zeichnung erläutert.

Die Bodenstation enthält ein Funkmeßgerät nach dem Prinzip des Lagebildanzeigers, welches aus einer Richtantenne· 1, die um eine senkrechte Achse durch einen Motor 3 gleichförmig angetrieben wird, besteht, ferner aus einem Impulssender 5 und aus einem Empfänger 7. Ein Antennenkopplungsgerät 9 ist zwischen dem Sender 5 und dem Empfänger 7 angeordnet, welches in seiner Wirkung den Empfänger während der Aussendung eines Senderimpulses abschaltet.

Der Ausgang des Empfängers 7 ist, statt wie bisher mit einem einzigen Anzeigegerät verbunden zu sein, an eine Mehrzahl von Höhenauswahlstufen ¹¹J 13) *5> ¹T, ^X9 ^und 21 angeschlossen. Jede Höhenauswahlstufe ist so eingerichtet, daß sie einen einzigen Impuls liefert, wenn zwei Impulse, die durch ein bestimmtes Zeitintervall voneinander getrennt sind, auf sie auftreffen, wobei dieses Zeitintervall für jede Stufe verschieden ist. Durch einen Impulsgenerator 23 werden Kommandoimpulse, die sowohl zur Steuerung des Senders 5 als auch zur Steuerung der Hohenauswalhlstufen dienen, geliefert. -

Die Ausgangsklemmen der Höhenauswahlstufen sind an die Kathodenstrahlröhren 25, 27, 29, 31, 33. und 35 angeschlossen. Jede dieser Röhren besitzt ein drehbares Ablenkjoch. Alle diese Ablenkjoche -liegen, an einem Sägezahngenerator 37, der durch den Impulsgenerator 23 gesteuert wird. Alle Ablenlkjoche werden ferner synchron mit der Antenne 1 durch den Motor 3 angetrieben.

Den Anzeigeröhren 25, 27, 29, 31, 33 und 35 stehen Fernsehkameras 39, 41, 43, 45, 47 und 49 gegenüber. Die Ausgänge dieser Kameras sind an eine Mischstufe 51 angeschlossen, und ihre Bildhelligkeitssignale werden über einen Fernsehsender 53 ausgestrahlt. Die Synchronisiersignale für die Ablenkung der Kathodenstrahlen in den Kameras werden von einem Synchronisierungsgenerator 55 üblicher Art geliefert. Die Verbindungsleitungen von diesem Generator zu dem Kameras sind in der Zeichnung fortgelassen. Außerdem wird die Ausgangsspannung des Generators 55 auch der Mischstufe 51 zugeführt und) durdh den Sender 53 fernübertragen·.

Ein -in Ringschaltüng angeordneter Multivibrator mit den Stufen 57, 59, 61, 63, 65 und 67, von denen jeweils eine einer Kamera zugeordnet ist, ist so aufgebaut, daß die letzte Stufe 67 mit ihren Ausgangsklemmen an die Eingangsklemmen der ersten Stufe 57 angeschlossen ist. Mit der Ausgangsspannung der letzten Stufe wird ferner ein Impulsgenerator 69 gesteuert, dessen Ausgangsspannung der Mischstufe 51 zugeführt und durch den Sender 53fernübertragemwird. Die Kameras sindmormalerweise verriegelt, so daß sie keine Ausgangsspannung liefern. Die Ausgangsspanmung jeder Multivibratorstufe liegt an der zugehörigen Kamera. Vom

Generator 55 werden den Multivibratorstufen auch Bildisynchronisierimpulse zugeführt, welche die Ringschaltung so synchronisieren, daß bei jedem Bildwechsel eine neue Multivibratorstufe eingeschaltet wird. Die Kameras werden also nacheinander jeweils für eine Bilddauer getastet, und der Impulsgenerator 69 liefert am Ende jeder solchen Folge von Bildern eine Zeitmarke.

Obwohl nur sechs Anzeigeröhren in der Zeichnung dargestellt sind, ist zu bemerken, daß je nach der Anzahl der erforderlichen Höhenbereiche auch eine größere Zahl verwendet werden kann. Zusätzlich zu den bereits besprochenen Kameras sind zwei weitere Kameras 71 und 73 vorhanden, welche Kartenbilder, wie sie aus geringer Höhe erscheinen, und Kartenbilder, wie sie aus großer Höhe erscheinen, nämlich, die Bilder 75 und JJ, abtasten. Die Kameras 71 und 73 sind im allgemeinen ebenfalls verriegelt und werden abwechselnd für un-

2c gefähr gleiche Zeiten durch Tastspannungen eines Tastkreises Jg in Betrieb gesetzt.

Der Tastkreis 79 ist eine sogenannte Kippschaltung mit zwei stabilen Betriebszuständen nach Eccles-Jordan und wird durch die BiIdsynchronisiersignale des Generators 55 synchronisiert. Die Ausgangs spannung dieses Kreises jg liegt unmittelbar an der Kamera 73 und über eine Phasenumkehrstufe 81 an der Kamera Ji. Die Ausgangsspannungen dieser beiden Kameras sowohl als diejenige des Generators 55 liegen an einer Mischstufe 83 und somit auch an dem Fernsehsender 85, durch den sie. ausgestrahlt werden.

Die Flugzeugausrüstung besteht bei der Ausübung der Erfindung aus den in der Zeichnung oben- rechts dargestellten Bestandteilen, nämlich aus den· Fernsehempfängern 87 und 89, welche den Sendern 85 und 53 zugeordnet sind, und aus einer Rückstrahlbake, die den Impulsempfänger 91 und einen Impulssender 93 enthält.

Die Ausgangsenergie des Impulsempfängers 91 wird der Eingangsseite des Impulssenders 93 auf zwei getrennten Wegen zugeleitet, von denen der erste ein Verzögerungsnetzwerk95 enthält, das eine feste Verzögerung hervorruft, und der andere ein Verzögerungsnetzwerk 97 von einstellbarer Verzögerungszeit. Die durch das Netzwerk 97 hervorgerufene Verzögerung wird von einem Höhenmesser 99 entsprechend der jeweiligen Höhe des Flugzeuges gesteuert.

Der Fernsehempfänger 89 ist an einen in Ringschaltung angeordneten Multivibrator 101 angeschlossen, der ähnlich ausgebildet ist wie der in der Bodenstation zur Tastung der Kameras befindliche Multivibrator. Die Ausgangsklemmen der verschiedenen Stufen sind an einen Umschalter 103 angeschlossen. Die Bildwiedergaberöhre des Empfängers· 89 ist normalerweise verriegelt und wird nur bei jeder sechsten· Bildübertragung durch die Ausgangsspannung des Multivibratorringes 101 freigegeben. Welches Bild dann· auf dem Röhrenschirm erscheint, hängt¹ von der Stellung des Schalters 103, der vom Höhenmesser 99 gesteuert wird, ab.

Der Empfänger 87 ist mit einem Taktgeber und einer Phasenumkehrstufe 105 ausgerüstet, die den in der Bodenstation zur Tastung der Kameras 71 und 73 benutzten Einheiten entsprechen. Der Höhenmesser 99 steuert ferner einen. Schalter 107, der die Bildwiedergaberöhre des Empfängers 87 tastet, und zwar entweder unmittelbar von dem -Taktgeber aus oder über die Phasenumkehrstufe, je nach der Höhe des Flugzeuges.

Beim Betrieb der bestehenden Einrichtung wird der Sender 5 durch den Impulsgenerator 23 moduliert und liefert eine fortlaufende Reihe von Hochfrequenzimpulsen, die durch die Antenne 1 ausgestrahlt werden. Bei der Drehung der Antenne tastet der Richtstrahl einen vollen Winkel ab, so daß jedes Flugzeug innerhalb der Reichweite bei jeder Umdrehung einen kurzen Impulszug empfängt.

Die empfangenen Impulse werden im Empfänger 91 demoduliert und verstärkt, so daß eine Impulsfolge ähnlich der vom Impulsgenerator 23 gelieferten Impulsfolge entsteht. Die Einzelimpulse werden durch das fest eingestellte Netzwerk 95 verzögert und durch den Sender 93 ausgestrahlt. Außerdem werden die Ausgangsimpulse des Empfängers im Netzwerk 97 um einen, dier Flughöhe des Flugzeuges entsprechenden! Betrag verzögert und dann; ebenfalls ausgesandt. Der Sender 93 sendet also bei jedem empfangenen Impuls ein Impulspaar aus, wobei der Zeitabstand zwischen den Impulsen dieses Paares von der Höhe abhängt.

Die durch den Sender 93 ausgesendeten Signale werden in der Bodenstation durch die Antenne 1 empfangen· und erreichen, den Empfänger 7, der also eine entsprechende Folge doppelter Impulse liefert. Die Ausgangsspannung des Empfängers wird allen Höhenauswahlstufen 11, 13, 15, 17, 19 und 21 zugeleitet. Jedoch wird nur diejenige Auswahlstufe auf die Empfängerausgangsspannung ansprechen, welche der Höhe dieses betrachteten Flugzeuges entspricht, und wird bei jedem Impulspaar einen einzigen Impuls liefern. Wenn man annimmt, daß das Flugzeug sich in. einer solchen Höhe befindet, daß die Auswahlstufe 15 wirksam ist, so enthält also die Ausgangsspannung dieser Stufe eine Impulsfolge, die ähnlich der durch den Generator 23 gelieferten ist, aber ihr gegenüber eine Verzögerung aufweist, die der Summe der Laufzeiten der Hochfrequenzimpulse von der Bodenstation zum Flugzeug und zurück sowie der Verzögerungszeit, welche durch die Höhenkodierungsstufen im Flugzeug und in den Auswahlstufen! der Bodenstation hervorgerufen werden, entspricht.

Die verzögerten· Impulse an den Ausgangsklemmen der Höhenauswahlstufe 15 werden der Helligkeitssteuerelektrode der Kathodenstrahlröhre 29 zugeführt und erzeugen auf dem Leuchtschirm dieser Röhre einen Leuchtfleck, der der Stellung des Flugzeuges zur Bodenstation entspricht.

Ein anderes Flugzeug; das in derselben Höhe fliegt, ruft eine ähnliche Anzeige je nach seiner Stellung zum Funkmeßgerät auf dem Schirm der Röhre 29 hervor. Ebenso werden die anderen Flugzeuge aus anderen Höhenbereichen auf den

entsprechenden Kathodenstrahlröhren angezeigt. Die Kathodenstrahlröhren 25, 2¹J, 29, 31, 33 und 35 können mit Schirmen von langer Nachleuchtdauer verseheni werden, wie es bei Funkmeßgeräten nach dem Lageanzeigeprinzip üblich ist, so daß die den Flugzeugen entsprechenden Leuchtflecke während einer ganzen Umdrehung def Antenne 1 sichtbar bleiben. Wahlweise kann auch eine Bildspeicherung in der Kameraröhre vorgenommen; werden.
Die Bilder auf den; verschiedenen Kathodenstrahlröhren werden durch die Kameras 39, 41, 43, 45, 47 und 49 aufgenommen und in Bildhelligkeitssignale umgewandelt. Wegen der Tastung dieser Kameras mittels der Multivibratorringschaltung, die oben beschrieben ist, wird jeweils nur ein Bildhelligkeitssignal ausgesendet, das sich dann über eine ganze Bilddauer erstreckt. Es wird also durch die Kamera 39 ein vollständiges Bild übertragen und sodlann die Kamera wieder abgeschaltet. Während der nächstem Fernsehbilddäuer überträgt die Kamera 41 ein vollständiges Bild des Schirmes der Röhre 27 usw. Wenn man mit dreißig Bildern je-Sekunde rechnet, wird also das Bild, das einem bestimmten Höhenbereich entspricht, 5mal je Sekunde ^a5 übertragen. Bei Benutzung von zehn Höhenbereidhen würde die Wiederholungsfrequenz für jeden Höhenbereich drei Bilder je Sekunde betragen. Obwohl alle oben beschriebenen Signale, die durch dem Sender 53 ausgestrahlt werden, vom Empfänger 89 aufgenommen werden, werden nur die Bilder einer der Lagebildanzeigeröhren wiedergegeben, da der Schalter 103 vermöge seiner Einstellung durch den Höhenmesser 99 den Empfänger im Flugzeug stillegt, außer wenn gerade das Bild der richtigen Höhenschicht empfangen wird.

Der dem Landkartenibild' zugeordnete Übertragungskanal arbeitet ebenso wie der dem Funkmeßgerät zugeordnete, wobei lediglich zwei Landkarten benutzt werden, die abwechselnd gesendet werden, und zwar jede ungefähr gleich lang. Bei einer Bildwechselfrequenz von dreißig Bildern je Sekunde wird also jede Karte I5mal je Sekunde übertragen. An· den Ausgangsklemmen des Empfängers 87 treten- dabei mehrere Signale, die der einen der beiden Karten entsprechen, auf, da der Schalter 107 ebenfalls von dem Höhenmesser 99 gesteuert ist. Die Ausgangsspannungen beider Empfänger 87 und 89 können in einer einzigen Kathodenstrahlröhre, die in der Zeichnung nicht mit dargestellt ist, empfangen werden. Im Flugzeug wird also ein praktisch flimmerfreies Bild wiedergegeben, d. h. ein Bild von zeitlich annähernd konstanter Helligkeit mit einem überlagerten Stellungsanzeigebild, welches den Stellungen, der einzelnen' Flugzeuge entspridht und welches mit einer verhältnismäßig langsamen Frequenz flimmert. Es ist also nun nicht mehr schwierig, zwischen den durch die Funkmessung - erhaltenen Leuchtflecken, die den Flugzeugstellungen dieses Höhenbereiches entsprechen, und den Einzelheiten der Landkarte zu unterscheiden, obwohl beide in derselben Farbe wiedergegeben werden. Außerdem ist die Bandbreite der Fernsehverbindung der Anlage nur dieselbe, die man nötig hätte, wenn man ohne Unterbrechung ein einziges Kartenbild und ein einziges Funkmeßbild übertragen würde statt der viel größeren Bandbreite, die benötigt würde, wenn alle Funkmeßbilder und Kartenbilder ununterbrochen übertragen werden wurden. Es ist somit ersichtlich, daß die beschriebene Anlage für jede beliebige Anzahl von Höhembereichen ausgeführt werden kann oder auch für mehr als zwei Landkartenbilder; außerdem kann eine einzige Fernsehverbindung sowohl für die Landkartenibilder als für die Funkmeßbilder verwendet werden, wenn· die Landkartenbilder mit Hilfe der beschriebenen Umschalteinrichtung zwischen den Funkmeßbildern in irgendeiner gewünschten Folge übertragen werden.

Kurz zusammengefaßt betrifft die vorliegende Erfindung eine Funkmeß- und Fernsehanlage, in welcher die Funkmessung ein Bild, das einer Mehrzahl von Höhenschichtem entspricht, liefert und durch Fernsehen diese Bilder der Reihe nach übertragen werden, um im Flugzeug die wiederzugebenden Bilder in geeigneter Weise auszuwählen. Ein Landkartenibild, wie es aus großer Flughöhe, und ein weiteres Landkartenbild, wie es aus niedriger Flughöhe erscheint, werden ebenfalls fernübertragen· und in ähnlicher Weise abgebildet. Die Fernübertragungen finden derart wiederholt statt, daß die Landkarte im Flugzeug praktisch flimmerfrei erscheint, während das Funkmeßbild flimmert. Hierdurch werden die Bandbreite und die Deutbarkeit der Anzeigebilder verbessert.

Obwohl die Erfindung an Hand der Aufgabe, Landkarten und Stellungsangaben zu übertragen, beschrieben worden ist, ist doch zu beachten, daß sie auf die Lösung jeder Aufgabe anwendbar ist, bei welcher einerseits praktisch festliegende Bezugswerte und andererseits die Angaben einer Mehrzahl von Signalquellen, die mit den festliegenden Bezugswerten verglichen werden sollen, übertragen werden müssen.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Einrichtung zur Fernsehübertragung des von einer Funkmeßstation am Boden nach dem Impulisrückstralhlprinzip gewonnenen Lagebildes und einer zugehörigen Landkarte der Umgebung des Funkmeßgerätes an die im Lagebild wiedergegebenen Flugzeuge zum Zwecke der Luftnavigation, gekennzeichnet durch Mittel, um die Lagebilder unterschiedlicher Flughöhenbereiche und eine oder mehrere Landkarten zeitlich absatzweise, und zwar beide Bildarten mit in der Wiedergabe erkennbar unterschiedlicher Wiederholungsfrequenz zu übertragen und im Anzeigegerät des Flugzeuges je ein ausgewähltes Bild beider Bildarten zu vereinigen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Synchronisierzeichen mitübertragen werden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bodenstation eine Mehrzahl von Fernsehkameras vorgesehen

   ist, von denem je eine auf einen der Lageanzeiger und¹ je eine auf jedfe Landkarte gerichtet ist und jedfe über Tastorgane zeitlich absatzweise ihre Ausgangsspannungeni an den gemeinsamen Sender liefert.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bodenstation zwei Landkarten vorgesehen sind, von denen die eine die für hoch fliegende Flugzeuge Interesse besitzenden Einzelheiten und die andere die für tief fliegende Flugzeuge Interesse besitzenden Einzelheiten enthält.
5. 5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden/Ansprüche, gekenrnzeichnetidur ch Tastorgane im Flugzeug, welche den Empfänger derart steuern, daß er nur diejenige Landkarte und Lagekarte, welche seiner Flughöhe entsprechen, wiedergibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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