DK150082B - Fremgangsmaade til krydskobling af en navigationsmodtagers kanaler - Google Patents

Description

150082

Til navigation over store afstande anvendes fortrinsvis navigationssystemer, som omfatter et antal sendere, der sender signaler ved diskrete frekvenser. Et sådant navigationssystem er kendt under navnet omega-navigationssystemet og vil, når det er helt udhygget, omfatte otte stationer, fordelt over hele verden til overflade- eller luftnavigation. Hver af de otte stationer udsender signaler ved tre diskrete frekvenser, som er fælles for alle stationerne. Omega er et meget lavfrekvent (VIE) navigationssystem, som arbejder i et frekvensbånd mellem 10 og 14 kHz. Når alle otte stationer er oprettet, vil de medføre, at der kan navigeres over hele verden.

2 150082

En hyperbolsk omega-modtager måler fasen for signaler fra to eller flere omega-stationer i forhold til en reference, som frembringes i en intern oscillator. Een interne oscillator tillader lagring af faseinformationen, således at de relative faser fra forskellige stationer kan blive sammenlignet indbyrdes. Fasediffe-rencen udlæses i centicyklus mellem valgte stationer og registreres fortrinsvis kontinuerligt.

Ea alle stationer i rækkefølge sender de samme frekvenser, er der fastlagt et signalformat, således at omega-modtageren kan bestemme, fra hvilken station der sendes. Formatet består i, at hver station har en karakteristisk kombination af signalvarigheder for hver af de tre udsendte frekvenser. For eksempel udsender station A frekvenserne i rækkefølge med en varighed på 0,9, 1,0 henholdsvis 1,1 sekunder. Station B sender 1,0, 1,1 henholdsvis 1,2 sekunder osv. Når sekvenserne er kendt, kan hver station identificeres ved at måle signalernes varighed. Hver station påbegynder udsendelsen af den tilhørende sekvens af tre frekvenser en gang hvert 10. sekund. Eer vil derfor være 10 sekunders forsinkelse mellem signaler ved ens frekvenser fra en bestemt station. Omega-modtageren frembringer positionsinformation ud fra hver af de tre frekvenser, hvilken information kombineres til et signal til frembringelse af en visuel indike-ring af positionen i forhold til et referencepunkt.

Omega-signalerne omfatter meget lavfrekvente signaler, såsom 10,2, 13,6 og 11,33 kHz. Ea der er mange krav og vanskeligheder forbundet med at udsende flere frekvenser fra flere stationer, udsendes en enkelt af frekvenserne, f.eks. 10,2 kHz, fra en enkelt station kun én gang hvert 10. sekund med en varighed på cirka 1 sekund. Hvis der skal udledes positionsinformation fra en enkelt station, vil informationen således kun blive opdateret med et nyt signal hvert 10. sekund. Eette kan være utilfredsstillende ved navigation i luften, hvor flyvemaskinerne bevæger sig med stor hastighed.

Medens hver station udsender de tre frekvenser, kan et eventuelt to af disse signaler blive udslukt under uheldige atmosfæriske eller ionosfæriske forhold. I tilfælde af at 10,2 kHz-signalet udslukkes i en eller to cykler, vil informationen kun blive opda- 150082 3 teret hvert 20. eller 30. sekund, hvilket er et alt for langt tidsinterval mellem positionsinformationer opnået ved 10,2 kHz.

Fra det engelske patentskrift nr. 849 643 kendes et system til positionsbestemmelse af en modtager om bord i et skib eller et fly. Ifølge denne kendte teknik estimeres en position for modtageren på grundlag af det sidst målte punkt, og den aktuelle position bestemmes af de i navigationssystemets modtager til rådighed værende organer. Ved denne teknik forudsættes det imidlertid, at modtagerens positionsbestemmelse er absolut nøjagtig. Dette er som det fremgår af den følgende beskrivelse, dog ikke tilfældet, og opfindelsen har til opgave at kunne angive en mere nøjagtig positionsbestemmelse.

Fra det svenske fremlæggelsesskrift nr. 403 192 kendes en digital faselås, der er indrettet til at låse på to signaler af samme frekvens, der udsendes med fastlagte tidsintervaller fra to forskellige kilder. Da der i dette tilfælde er tale om signaler med samme frekvens, er det muligt at anvende den samme referenceoscillator skiftevis til bestemmelse af begge signalernes faseændringer.

Dette finder specielt anvendelse i navigationssystemer, hvor det modtagne signal retransmitteres til senderen. Ved sådanne systemer kan det være umuligt at tilbage-transponere de modtagne signaler nøjagtigt til den udsendte frekvens, dette kan skyldes frekvens drift i systemet indgående heterodynoscillatorer eller der kan forekomme Doppler-forskydninger i radioforbinderen.

I dette fremlæggelsesskrifts beskrevne system sker der en korrektion af de målte faseforhold mellem referenceoscillater og det modtagne signal, ved at antage at fasen for det modtagne signal ændrer sig lineært med tiden. Idet der anvendes en referenceoscillator med stor langtidsstabilitet i forhold til tidsintervallerne mellem de modtagne signaler, er det muligt at opnå en anvendelig korrektion.

4 150082 I den kendte teknik tages der ikke hensyn til at de signaler, hvis faser ønskes målt, påvirkes af udbredelsesforholdene. Som nævnt kan det ske, at et eller flere af positionssignalerne udslukkes i kortere eller længere tid, hvilket tidligere har medført stor usikkerhed i positionsbestemmelsen.

Formålet med opfindelsen er således at forbedre de data, der udledes ved hjælp af et antal signaler med diskrete frekvenser, og opfindelsen kan f.eks. anvendes i forbindelse med en omega-naviga.tionsmodtager. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ikke begrænset til anvendelse i forbindelse med dette navigationssystem, men kan også anvendes i forbindelse med andre navigations/positionssystemer, der er baseret på en nøjagtig fasemåling mellem flere signaler ved diskrete frekvenser .

Dette opnås ved, at der frembringes et fase-korrektionssignal for hvert referencesignal ud fra vægtede fasefejlsignaler, der er udledt fra hvert af de modtagne frekvenssignaler, idet et,vægtet fasefejlsignal opnås ved multiplikation af hvert fasefejlssignal med en krydskoblingskoefficient, og at hvert fasekorrektionssignal udnyttes til at korrigere det tilhørende referencesignal således, at fasen justeres for det referencesignal, der benyttes under den næste modtagne sekvens, hvor fasen af det justerede fasereferencesignal repræsenterer modtagerens stedlinieinformation.

Ved at tilføre et opdateret fasefejlsignal, der udledes fra det tidligere udsendte signal, til senere udsendte signaler, opnås en hyppigere opdatering af fasefejlsignalet. Som følge af denne hyppige opdatering vil der optræde færre fejl i den information, der udledes fra de i rækkefølge, eller samtidigt udsendte diskrete frekvenssignaler.

150082 5 Når der således tilføres en fasefejlskorrektion til flere signaler ved diskrete frekvenser, hvor korrektionen er udledt fra en sekvens af signaler og overført til den følgende sekvens af signaler, enten ensartet eller med forskellig vægt, for de forskellige diskrete frekvenser, opnås der signalsporing, selv om et eller flere af signalerne fra en hvilken som helst station, midlertidigt udslukkes som følge af atmosfæriske forhold. Når f.eks. 10,2 kHz-signalet modtages før 13,6 og 11,3 kHz signalerne, overføres der en fasefejlkorrektion, der er udledt fra 10,2 kHz-signalet til de senere modtagne signaler.

Ved denne krydskobling ifølge opfindelsen opnås en væsentlig forøget ækvivalent modtagerfølsomhed, hvorved der opnås en bedre kvalitet af de data, der frembringes af navigationssystemet, og hermed en mere nøjagtig positionsbestemmelse.

Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af en foretrukken udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser omega-formatet for udsendte navigationssignaler fra fjerntliggende omega-sendere, fig. 2 viser relationen mellem de primære og virtuelle omegasignaler , 6 150082 fig. 3 viser et blokdiagram, som illustrerer en udførelsesform for opfindelsen ved hjælp af datamatbehandling, fig. 4 viser et blokdiagram af en anden udførelsesform, hvor der anvendes optrådet materiel, fig. 5 viser grafisk fasefejlen for et ikke-korrigeret signal og den mindre fasefejl for et ifølge opfindelsen korrigeret signal, fig. 6 er et blokdiagram af en omega-modtager, som ikke har krydskobling, fig. 7 viser et blokdiagram af signalbehandlingen fra fig. 3, medens fig. 8 viser en i forhold til fig„ 6 alternativ signalbehandling.

Opfindelsen vil i det følgende blive beskrevet i forbindelse med et omega-system, men det vil som tidligere anført kunne forstås, at dette ikke er begrænsende for opfindelsen.

Det hyperbolske navigationssystem omega anvender tre navigationsfrekvenser i rækkefølge (10,2, 13,6 og 11,3 kHz) fra hver af otte sendere, som er spredt over hele verden. Der anvendes flere frekvenser for at nedbringe positionsbestemmelsens flertydighed, idet den opnåede positionsinformation gentages i det hyperbolske 150082 7 net, der er opdelt i såkaldte "lanes", således forstået at en lane er fastlagt ved signalernes frekvens,.og at der inden for en lane kan opnås en entydig positionsbestemmelse. Por eksempel opnås ved et 10,2 kHz-signal hyperbolske lanes med 16 sømils "bredde . Por at kunne bestemme den korrekte position er det nødvendigt, at navigatøren kender sin position på forhånd inden for plus/minus 4 sømil. Hvis der imidlertid anvendes to lavfrekvente signaler, f.eks. 10,2 kHz og 13>6 kHz, vil differensfrekvensen (stødfrekvensen) på 3,4 kHz medføre en lanebredde på ca. 24 sømil. Hvis den tredje frekvens på 11,3 kHz kombineres med 10,2 kHz-signalet, vil der på lignende måde kunne opnås en lane-bredde på ca. 144 sømil, lane-bredden er vigtig af to grunde: Por det første vil der være mindre risiko for fejl ved en første, grov bestemmelse af positionen, når lane-bredden er stor. Dette skyldes, at navigatøren lettere kan bestemme en position inden for 100 mil end inden for 4 mil. Por det andet skal det tages i betragtning, at jo mindre lane-bredden er, jo mere flertydig er positionsbestemmelsen.

Omega-signalerne er ret svage og hyppigt skjult af støj. Det er derfor nødvendigt, at modtageren har meget lille båndbredde for at kunne skelne hvert omega-signal fra baggrundsstøjen.

Sædvanligvis anvendes faselåste filtre for at opnå en tilstrækkelig lille båndbredde. Por at kunne spore alle de modtagne omegasignaler fordres 24 filtre (dvs. et særskilt filter for hver af de tre frekvenser og for hver af de otte omega-stationer). Disse faselåste filtre kan enten opnås ved optrådning af materiel eller simuleres ved hjælp af et datamatprogram.

I fig. 1 er det grundlæggende omegaformat vist, hvor stationerne er afsat ud langs ordinataksen, medens tidssekvens og varighed er afsat langs abscisseaksen. Prekvensen f^ (svarende til 10,2 kHz i omega-systemet) udsendes fra station A til tiden T lig med 0. Signalet udsendes med en varighed på 9/10 sekund, hvorefter der følger en pause på 2/10 sekund, hvilken pauselængde er den samme for alle udsendte signaler. Til tiden T lig med 1,1 sekund begynder station A at udsende frekvensen f2 (som ved omega-systemet er 13,6 kHz), og til tiden !D lig med 2,3 sekunder udsender 8 150082 stationen A frekvensen (som Ted omega-systemet er 11,35 KHz)» Station B påbegynder udsendelse af frekvensen f^ til tiden I lig med 1,1 sekunder og begynder udsendelse af frekvensen f2 til tiden 1 lig med 2,3 sekunder samt påbegynder udsendelse af frekvensen f^ til tiden I lig med 3,6 sekunder. ^Frekvensen f1 blev udsendt fra station A i et tidsrum på 9/10 sekund, medens station 33 udsender frekvensen f^ i en tid på 1 sekund. På lignende måde udsender station A frekvensen fg i en tid på 1 sekund, medens station 33 udsender freirensen f2 i et tidsrum på 1,1 sekunder. En bestemt station kan derfor identificeres, når frekvenssekvensen er kendt, og når varigheden for hvert af de diskrete signaler er kendt. Som vist i fig. 1, findes der otte segmenter i den totale tid på 10 sekunder, hvor de 10 sekunder angiver tiden mellem en bestemt station og gentager udsendelse af en bestemt frekvens. I øjeblikket er de otte stationer ikke færdigt udbygget, og navigation er derfor lom mulig, når der kan modtages signaler fra to eller tre stationer samtidigt. Af hensyn til overskueligheden vil fremgangsmåden ifølge opfindelsen kun blive forklaret i forbindelse med modtagelse af én sekvens af signaler fra én modtager.

Som det tidligere har været nævnt, kan der opnås en lane-bredde på 144 sømil ved at kombinere to af de primære omega-frekvenser, hvilket er vist i fig. 2. Be tre navigationsfrekvenser medfører hver for sig en lane-bredde på 16, 14,4 henholdsvis 12 sømil svarende til frekvenserne 10,2, 11,3 henholdsvis 13,6 kHz. Disse tre frekvenser er faselåst til en standard-tidsreference:^ såsom Uf-2 universaltid, således at alle tre frekvenser (udsendt samtidigt fra tre forskellige stationer) har fasen nul til tiden 0000 timer UI-2.' Denne fasebeliggenhed er vist ved (a), (b) og (c) i fig. 2. Ted at anvende et frekvensforhold på 9:10 og 9:12 mellem signalerne ved 10,2, 11,33 og 13,6 kHz opnås, at signalerne samtidigt passerer nul for hvert 15/17 millisekund (fig.

2(f)). Dette tidsrum svarer cirka til 144 sømil ved udbredelseshastigheden for omega-signaler, hvilken nogenlunde er lig med lyshastigheden. Dette 144 sømil brede lane-signal kan opnås ved at subtrahere 10,2 kHz-signalet fra 11,3 kHz-signalet til 9 150082 frembringelse af en stødfrekvens ved 1,1 - 1/3 kHz som vist ved fig. 2(d). Her kan opnås to andre signaler ved at trække 11,3 kHz-signalet fra 13,6 kHz-signalet og ved at trække 10,2 kHz-sig-nalet fra 13,6 kHz-signalet. Hisse to yderligere frekvenser svarer til lane-bredder på 72 henholdsvis 48 sømil.

Når modtageren bevæges radiært bort fra en sendestation, vil den i fig. 2 viste cyklus gentages for hver 144. sømil. Når det samlede lanes på 144 sømils bredde er kendt, kan flertydigheden ved de mindre lane-bredder undgås, idet der ved positionsbestemmelsen skiftes fra 144 til 72 sømils lane-bredde, derfra fra 72 til 48 og fra 48 til lane-bredderne for de enkelte frekvenser, som er 16, 14,4 henholdsvis 12 sømil.

I fig. 6 er vist et blokdiagram for en typisk omega-modtager til modtagelse af et antal udsendte omega-signaler ved tre diskrete frekvenser. Signalet modtages først af antennen, hvorfra det gennem en antenne-kobler føres til passende elektroniske behandlingsapparater, som modtager,forstærker og filtrerer signalet. Signalet konverteres derefter ned til en lavere frekvens, såsom 1 kHz, hvor det forstærkes og filtreres yderligere ved mellemfrekvens (IP), hvorefter signalet føres til en begrænser (ikke vist). Efter begrænseren er anbragt yderligere integrerede kredsløb til modtagelse af de tre frekvenser ved 10,2, 13,6 henholdsvis 11,3 kHz. For 10,2 kHz signalets vedkommende overføres dette fra begrænseren til en fasedetektor 61, hvor signalet digitaliseres og sammenlignes med et referencesignal. He andre fasedetektorer 61a og 61b virker på samme måde som fasedetektoren 61 og er indrettet til at modtage signalerne ved de andre frekvenser. Referencesignalet kan være frembragt manuelt eller automatisk og repræsenterer en antaget position, således at fasefejlsudgangssignalet angiver forskellen mellem den aktuelle position (eller målte fasevinkel) og den anslåede position (eller anslåede fasevinkel). Fasefejlssignalet fra fasedetektoren 61 overføres via en ledning 63 til et sporefilter 64. Til dette filter kan der være tilført et eksternt hastighedssignal, såsom hastighed og retning for det fartøj, i hvilket modtageren er anbragt. Fordelen ved dette er, at navigationssystemets virkemåde forbedres, fordi det eksterne hastighedssignal giver anledning til en mere nøjagtig opdatering af referencesignalet 62. Som tidligere nævnt 10 150082 varer det 10 sekunder, før for eksempel 10,2 kHz signalet gentages fra en "bestemt sendestation. På 10 sekunder kan et fartøj» som "bevæger sig med en fart på 120 km i timen, flytte sig ca.

330 m. Hvis et signal for eksempel på grund af atmosfæriske forstyrrelser ikke modtages i to cykler, vil fartøjet have "bevæget sig omkring en halv mil i forhold til den tidligere position, således at der detekteres en stor fasefejl mellem refereneesig-nalet (som ikke er korrigeret ved hjælp af externe signaler) og fasevinkelen, som måles ved hjælp af fasedetektoren for 10,2 kHz-signalet. Det vil kunne ses, at disse fejl kan resultere i en udpræget flertydighed mellem signalerne. I nogle tilfælde kan flertydigheden blive så væsentlig, at positionsfejlen andrager 8-10 mil., og hvis der kun blev anvendt 10,2 kHz signalet til navigationen, ville udgangssignalet fra modtageren have en fejl af størrelsesordenen 1 lane-bredde, hvilken fejl kun kan rettes ved at indføre en korrigeret position, som er bestemt ved hjælp af et andet navigationssystem. De exteme hastighedssignaler er bestemt til at undgå denne flertydighed ved opdatering af referencesignalerne mellem cykler af modtagende omega-signaler.

Pig. 5 viser fasefejlen målt med to modtagere, hvor den ene fasehastighed ikke er korrigeret, og hvor det korrigerede signal er korrigeret ved udøvelse af krydskoblingen ifølge opfindelsen.

I fig. 5 er vist fasefejlen i centi-lanes som funktion af tiden, efter at der er udsendt et omega-signal. Som vist andrager det ikke-korrigerede fasesignal en fejl på ca. 0,31 centi-lane, medens fejlen efter krydskobling ifølge opfindelsen andrager ca.

0,11 centi-lane (målt til tiden t = 90 sekunder). Korrektionen er foretaget som nedenfor beskrevet og omfatter i det væsentlige bestemmelse af en korrektionsfaktor fra hvert af de tre diskrete signaler i rækkefølge, og overføring af denne faktor til det næste referencesignal for sammenligning med den næste sekvens af omega-signaler.

I fig. 4 er skematisk vist en udførelsesform for opfindelsen.

Af hensyn til overskueligheden er der kun medtaget komponenter til behandling af to frekvenser, nemlig 10,2 og 13»6 kHz-signa-leme. Det vil kunne forstås, at i en standardomega-modtager vil der være tilsvarende kredsløb for 11,33 kHz-signalet. Sammenlignet med fig. 6 er der i fig. 4 udeladt alle de forudgående il 150082 trin til signalbehandling før fasedetektionen. I blokken 41 foretages R-F/I-F konverteringen, hvor signalet optræder ved 42 på analog form med en frekvens omkring 1 kHz. Den synkrone fasedetektor 42 detekterer fasedifferencen mellem indgangs- og referencesignalet. Den synkrone fasedetektor omfatter sådanne filtreringsmidler, som sikrer, at der kun viderebehandles kohærente dele af det modtagende signal og omfatter en A-D konverter til konvertering af det analoge indgangssignal til digitalform. Fremskyndelses- eller forsinkelsesgeneratoren er indrettet til at bestemme, om fasevinkelen er positiv eller negativ og i afhængighed heraf fremskynde eller forsinke det signal, som frembringes ved generatoren 44. Fremskyndelses/forsinkelses-impulsgeneratoren 44 tilføres en 500 kpps taktimpuls, som skal blandes med det i blokken 43 frembragte fremskyndelses/forsinkelsessignal. Denne blanding af taktimpulsen og fasefejlssignalet resulterer i et fasefejlssignal, som er opdateret i overensstemmelse med ^-reference-signalet.

Udgangssignalet fra impulsgeneratoren overføres derefter til stationsvælgeren, som er indrettet til at vælge det korrekte NOR-kredsløb 49-52 til modtagelse af signal fra en tilhørende station. Yælgeren, som er angivet ved 45, er indrettet til at vælge det NOR-kredsløb for modtagende signaler fra den tilsvarende sendestation. Det bemærkes, at der er fire NOR-kredsløb 49-52. Hvert NOR-kredsløb modtager kun indgangssignaler, som svarer til én sendestation. Der vil derfor i et komplet system være 24 NOR-kredsløb og 24 fasesporende filtre. De øvrige NOR-kredsløb og fasesporende filtre (udover de fire) er udeladt fra fig. 4 af hensyn til overskueligheden. NOR-kredsløbene 49-52 kan også være indrettet til at modtage externe hastighedssignaler som vist ved 48, således at der digitalt kan indlæses data, såsom et fartøjs fart og retning. Som det kan ses i fig. 4, modtager NOR-kredsløbene 49-52 indgangssignaler først fra vælgeren 45 for egen kanalstation, dernæst fra en generator 48 til frembringelse af det externe hastighedssignal, og endelig fra krydskoblingsvælgeren 59. Selv om det ikke er vist, vil der være en krydskoblingsvælger for kredsløbet til de 11,3 kHz, fra hvilket kredsløb der også vil komme indgangssignaler til NOR-kredsløbene 49-51 og 53-56. Udgangssignalerne fra krydskoblingsvælgeren 59 er frembragt af den del af apparatet, som ikke vedrører 10,2 kHz-indgangssig- 150082 12 nalet. Med andre ord vil hvert NOR-kredsløb i 13,6 kHz-sektionen modtage indgangssignaler fra fire leilder: 1) extemt hastigheds signal 48, 2) stationsvælger (egen kanal), som hører til den del af kredsløbet, som behandler 13,6 kHz-signalet, 3) krydskoblingsvælgeren, som hører til 10,2 kHz-sektionen, og 4) krydskoblingsvælgeren, som hører til 11,3 kHz-sektionen.

Idet der henvises til den øverste halvdel af fig. 4, vil NOR-kredsløbene 49-52 frembringe udgangssignaler, der er lig med summen af indgangssignalerne, og som overføres til de faselåste filtre 1, B, 0 og D. Betegnelsen A, B, O og D svarer til stationsidentifikationen fra fig. 1. Udgangssignalet fra disse faselåste filtre overføres derefter til en faselåst stationsvælger 71, som er indrettet til at føre referencesignalet tilbage til den synkrone fasedetektor. Der er også vist en sløjfe 72, som kun tjener til at nulstille den synkrone fasedetektor til en ligevægtsstilling, efter at der har været behandlet et modtaget 10,2 kHz-signal. Som det kan ses i fig. 4, behandles signalet altså først gennem den synkrone fasedetektor 42, fremskyndelses/forsin-kelsesstyregeneratoren 43, fremskyndelses/forsinkelsesimpulsgene-ratoren 44, kanalvælgerne og NOR-kredsløbene, hvor krydskoblingen foretages, og endelig behandles signalet gennem de fasesporende filtre, hvor de opdaterede og korrigerede referencesignaler føres tilbage til den synkrone detektor til sammenligning med det derefter følgende 10,2 kHz signal. Der vil naturligvis være et udgangssignal fra hvert fasesporende filter, som overføres til •passende kredsløb for styring og/eller fremvisning. Systemet - fungerer på lignende måde for hver af de tre sektioner af signalmodtageren, dvs. sektionerne for 10,2, 13,6 og 11,3 kHz signaler.

Apparatet 47 er indrettet til at styre, hvor kraftig en korrektion fra en frekvens, der skal overføres til de andre frekvenser.

Det kunne for eksempel ønskes kun at overføre en del af fasefejlskorrektionen hidrørende fra 13,6 kHz til 10,2 kHz signa let. Dette vil kredsløbet 47 kunne udføre.

I fig'. 4 er kun vist kredsløb for to frekvenser. Det vil kunne forstås, at kredsløbet let kan udbygges til alle tre frekvenser. Endvidere er der kun medtaget stationerne A, B, 0 og D, og det 13 150082 vil kunne forstås, at der i et færdigt udbygget system vil være otte sådanne stationer. Det beskrevne kredsløb er kun indrettet til signalbehandling af signaler fra en enkelt station.

I fig. 5 er vist indgangssignalets fase som funktion af tiden, efter at signalet er frembragt. Indgangssignalet er referencefasen og er angivet ved. linien med 45° hældning. Den første afbildning viser signalet uden korrektion for extern hastighed eller for fejl, der er beregnet ud fra de øvrige indgangsfrekvenser.

Den kurve, som er angivet med "fasekorrigeret", er bestemt ud fra data, som er fundet efter modtagelse af 11,3 kHz-signalet, dvs. efter at de tre udsendte signaler er modtaget i rækkefølge, og disse data er krydskoblet ved udøvelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Krydskoblingen mellem de enkelte frekvenser kan også udtrykkes matematisk. Når krydskoblingskoefficienten benævnes C^.., kan tilvæksten i det fasesporende filters udgangssignal under indvirkning af den observerede fasefejl udtrykkes således: Δφχ = G'(s)[c-q * Εχ + c21 * e2 + c31 * e3] (for 10.2 kHz) H2 = G* (s) [C12 * Ex + C22 * E2 + C32 * E3] (for 13.6 kH*) Δφ3 = G' (s) [C13 * E-l + C23 * E2 + C33 * E3] (for 11,3 kHz) , E2 og E^ er de observerede fasefejl fra de tre fasedetektorer (for de separate kanler for 10,2, 13,6 og 11,3 kHz). G(s) er proportional med sløjfeforstærkningen ved fasesporingen. ΔΦ, Δφ2 og A(j)j repræsenterer ændringer i sporefiltrenes udgangssignal som funktion af de observerede fasefejl. Det ville være muligt at sætte C-j-j = C22 = Ο33 = 1, og de andre ^-koefficienter, som angiver krydskoblingens styrke, kunne også være 1. Det vil kunne ses, at der opnås en tre gange forbedring af signalstøjforholdet (c.a 5 dB) i hver kanal, når koefficienten er 1. En krydskobling 14 150082 på 0,8 giver en dermed sammenlignelig virkning. En lille reduktion i krydskoblingen tillader endvidere, at fasesporingen kan foregå hurtigere.

En forbedring i signals tø jjforholdet på 5 dB gælder, når de modtagende omega-signaler fra en valgt station har samme signalstøjforhold. I den mere almindelige situation, hvor signalerne ved de særskilte frekvenser afviger indbyrdes i signalstyrke, bliver fordelene ved frekvenskrydskobling overvældende. Eet observeres i almindelighed, at 10,2 kHz signalet er væsentligt svagere end 13,6 kHz signalet over store afstande. Ender sådanne omstændigheder ville fasen ikke kunne spores ved den kendte teknik, således at sporing af 10,2 kHz signalet ville ophøre, selv om der kunne opnås pålidelig sporing af de andre signaler med frekvenserne 13,6 og 11,3 kHz. Eette er medvirkende til, at navigationsmodtagersy s terner uden krydskobling har været upålidelige.

I forbindelse med det i fig. 3 viste blokdiagram vil der nu blive forklaret en anden udførelsesform for fremgangsmåden ifølge opfindelsen. I dette diagram er angivet de nødvendige blokke til be-· handling af fasefejlssignaler ved hjælp af materiel/programmel til en datamat. Blokdiagrammet svarer til fig. 4, hvad angår komponenterne 42 fra fig. 4 og 91 fra fig. 3. Det bemærkes, at fig. 3 viser signalbehandl inqskomponenterne for hver af de tre omega-frekvenser, medens fig. 4 kun viser det nødvendige materiel til behandling af to diskrete frekvenser. Materiellet til den sidste frekvens var udeladt i fig. 4 af hensyn til overskueligheden. Ender henvisning til fig. 3 modtages signalerne ved hjælp af antennen 92 og føres gennem passende forstærkere 95, 94 og 95, som indeholder båndpasfiltre for frekvenser f-j, f2 og f^. Signalbehandlingen fra antenne 92 til fasedetektoreme 91, 96 og 97 kan foregå ved hjælp af de samme komponenter,som blev beskrevet i forbindelse med fig. 6. Når indgangssignalfasen indføres til fasedetektoren 91, sammenlignes indgangssignalfasen f^ med f^-reference signalet. Easedetektoren 91 frembringer som udgangssignal et f.j-fasefejlssignal E^ på ledning 98. Signalet E^ overføres til et sporefilter eller en datamat 99. Eatamatprogrammet til udførelse af krydskoblingen mellem de tre signaler er vist i bilag "A,r. Eet viste program er indrettet således, at fasefejlskorrek 15 150082 tionen "bestemmes efter modtagelse af alle tre discrete signaler, hvorefter denne korrektion overføres til den næste sekvens af signaler, som modtages. Det vil kunne forstås, at forløbet af krydskoblingen let vil kunne ændres således, at fasefejlssignalet anvendes til korrektion af det næste modtagne signal i stedet for til korrektion af den næste sekvens af signaler.

For hedre at kunne forstå det i bilaget viste program for krydskobling af fasefejlssignaleme E.,, Eg og E^, henvises til fig. 7 og 8. I fig. 7 er på blokdiagram vist signalbehandlingen for hver af de tre diskrete frekvenser til bestemmelse af fasefejlene E.j, Eg og E^, hvor de fundne værdier lagres og indvirker på indgangsfasesignalerne f1, f2 og via referencesignalerne f^, fg og f^, som tilføres fasedetektorerne 91, 96 og 97. Fremgangsmåden er som tidligere beskrevet og består i tilførsel af en korrektionsfaktor til den næste sekvens af modtagne signaler. Krydskoblingsprocessen påbegyndes ved blokken 101, hvorfra der fortsættes til blokken 102, hvor det undersøges, om N = Μ. N svarer til segmentnummeret i omega-formatet, medens M refererer til stations-nummeret. Som det vil kunne huskes fra fig. 1, findes der otte omega-segmenter i sendesekvensen, og der findes otte omega-stationer, som er betegnet ved bogstaverne Α-Ξ. Som følge af den numeriske signalbehandling tillægges hver station et tal. Hvis N = M, dvs. at der for eksempel modtages sekvens nr. 1 fra station A, vil fasefejlssignalet E^ blive lagret med henblik på senere benyttelse. Ved modtagelse af det næste signal, som ville svare til segment nr. 2 fra station 1, vil der fra blokken 102 blive fortsat til blokken 103, hvor det nu vil blive konstateret, at N = M + 1. Dette vil medføre, at der fortsættes til blokken 104j hvor fasefejlssignalet Eg lagres for senere benyttelse.

Ligeledes bestemmes et fasefejlsignal E^ for frekvensen 11,3 kHz, og programmet fortsætter til blokken 105, hvor der tilføres en fasefejlskorrektion til hver fasedetektor via referenceindgangssignalerne til signalbehandling af de næste tre diskrete frekvenser.

Det vil kunne ses i blokken 105} at leddet til venstre for lighedstegnet er det opdaterede fasefejlssignal, som overføres til sammenligning med de senere modtagne signaler, medens leddet på højre side af lighedstegnet angiver fasefejlens gamle værdi for den respektive frekvens plus en korrektion, som er udledt på 16 150082 grundlag af måling af fasefejlen E.j, E2 og E^. Eet vil kunne ses, at den i tlokken 105 i fig. 7 viste fremgangsmåde medfører en korrektion af hver af de tre diskrete omega-frekvenser, efter at signalet ved frekvensen 11,5 kHz er modtaget. Eet vil sige, at der ikke tilføres nogen korrektion til 13,6 og 11,3 kHz fasesig-naleme, før der er modtaget en hel sekvens.

I fig. 8 er på tlokdiagramform angivet en fremgangsmåde til tilførsel af korrektion til hvert af de modtagende omega-signaler, hvor korrektionen bestemmes ud fra den til det næste forudgående signal hørende fasefejl. Ee to viste fremgangsmåder afviger kun fra hinanden ved selve datamanipulationen, og resultatet af de to metoder er i det væsentlige ens.

Som vist i forbindelse med fig. 3, 7 og 8 omfatter fremgangsmåden til de ved krydskobling modtagne signaler ved forskellige frekvenser først modtagelse af signalet ved frekvensen 10,2 kHz, som forstærkes og filtreres før den efterfølgende signalbehandling. Signalet indføres derefter i en fasedetektor, hvor det sammenlignes med et første referencesignal som vist ved 42 i fig.

4. Ved denne sammenligning frembringes fra fasedetektoren 42 det første fasefejlssignal, som via generatorer 43 og 44 (ikke vist i fig. 3) til frembringelse af et fremskyndet eller forsinket signal overføres til et første faselåst sporefilter eller ækvivalent datamat 99 (fig. 3). Efter at det andet signal ved frekvensen 13,6 kHz er modtaget, forstærkes og filtreres dette før videre behandling. Som tidligere nævnt omfatter forstærkningen og filtreringen af signalerne ved en udførelsesform for opfindelsen konvertering af signalet til en frekvens på 1 kHz ved hjælp af en passende frekvenskonverter·. Eerefter overføres det andet signal til den anden fasedetektor til sammenligning med det andet refereneesignal f2. Når der foretages krydskobling, udledes det andet referencesignal f2 via indgangssignaler til NOR-kredslø-bet 53 (fig. 4), hvilke indgangssignaler modtages fra krydskoblingsvælgeren 46, den externe hastighedsgenerator 48 og stationsvælgeren for egen kanal 60„ Ved krydskoblingsvalget overføres fasefejlsignalet fra fasedetektoren 42 til NOR-kredsløbet 53 og derfra videre til vælgeren 53a via det faselåste filter for station A, 53b. f2-referencesignalet krydskobles derved til fasedetektoren 42, som afgiver et fasefejlssignal for det modtagne 17 150082 10,2 KHz signal. Herefter sammenligner fasedetektoren 42a I-3F-signalet fra 13>6 kHz signalet med fasefejlsreferencesignalet Ϊ2 fra 10,2 kHz signalet og opdaterer 13,6 kHz fasefejlssignalet.

På lignende måde kan den anden fasedetektors udgangssignal krydskobles til det første faselåste sporefilter via NOR-kreds-løbene 49^52. På lignende måde kan fasefejlssignalet fra fasedetektoren 42 blive overført ikke alene til fasedetektoren 42a, men også til den ikke viste fasedetektor for 11,3 kHz signalet.

Yed ifølge opfindelsen at krydskoble signalerne opnås en væsentlig forbedret teknik i forhold til den kendte teknik, hvor der ikke foretages krydskobling. Når der anvendes krydskobling, er en midlertidig udslukning af et signal ikke katastrofal, idet den overkoblede fasefejlsinformation fra nabokanalerne fortsætter med at drive alle de fasesporende filtre (altså også det filter, som hører til det indgangssignal, der midlertidigt er udslukket). Hvis 10,2 kHz signalet for eksempel forsvinder for en tid, og der anvendes en rimelig krydskoblingskoefficient på 0,8, vil fejlsignalerne fra 13,6 og 11,3 kHz kanalerne kunne medføre ca.

90 io af den nødvendige fasehastighed til 10,2 kHz fasefilteret.

Det er ikke nødvendigt, a,t alle krydskoblingskoefficienterne anvendes. Et signal kan anvendes til at minimere fejl i et andet, dvs. at 13,6 kHz signalet for eksempel kan anvendes til udelukkende at korrigere 10,2 kHz signalet, som derfor vil blive opdateret hyppigere. I dette'tilfælde vil 13,6 kHz signalet ikke blive anvendt til primær navigation.

Det er også vigtigt at fremhæve, at selv om omega-systemet er et system, hvor signalerne sendes i rækkefølge, er den beskrevne fremgangsmåde ikke begrænset til anvendelse i forbindelse med dette system, men kunne også anvendes i forbindelse med et system, hvor signalerne sendes samtidigt fra flere stationer.

Som tidligere nævnt er der to måder, hvorpå krydskoblingen kan tilvejebringes. Yed den ene måde akkumuleres de individuelle fasefejl for de tre signaler, indtil 11,3 KHz-signalet er modtaget. Herefter bestemmes en kombineret referencefaktor, som anvendes til modifikation af den næste sekvens af modtagne signaler.

18 150082

Ved den anden fremgangsmåde anvendes den for hvert signal observerede fejl til korrektion af det næste modtagne signal.

Når alle korrektioner udføres på én gang, giver den tidligere beskrevne metode tilsyneladende lidt bedre resultater, end der opnås ved opdatering efter modtagelse af hvert signal. Begge måder giver dog et tilfredsstillende resultat, som er en væsentlig forbedring af, hvad der hidtil har kunnet opnås.

Ben forbedrede virkning ved krydskoblingen er særlig stor, når signalerne er svage, eller når et eller to ud af de tre signaler er forbundet med meget støj. Når signalstøjforholdet fra alle tre kanaler er i det væsentlige ens, vil der ved symmetrisk krydskobling opnås en forbedring i signalstøjforholdet på tre gange.

Når signalerne har forskellig styrke, kan en kraftig kanal medgive en væsentlige hjælp til den svage kanal. Som eksempel kan betragtes det tilfælde, hvor 10,2 kHz signalet forsvinder et øjeblik. Bet kan vises (ved anvendelse af de i fig. 2 angivne koblingskoefficienter), at fejlen i 13,6 og 11,3 kHz kanalerne vil blive forøget en smule, men disse to kanaler vil tilsammen kunne frembringe ca. 90 # af den krævede fasehastighed, som overføres gennem referencesignalet til den til 10,2 kHz signalet hørende fasedetektor. Hvis den ukompenserede hastighed er reduceret til plus/minus 120 km/timen (ved hjælp af data for fartøjets fart og retning), vil residualdriften 10,2 kHz fasereferencen kun være ca. 13 km/timen. Bet ville tage mere end 1 time for denne kanal at drive plus eller minus en halv bølgelængde. Uden krydskobling ville den exteme hastighed, give en utilstrækkelig kompensation, og en tilfredsstillende fasesporing ville gå tabt efter ca. 8 minutters forløb.

19 150082

BILAG

ORSS1 15:58CDT 04/24/75 100 PRINT,"GI C12 C13" 110 PRINT," C21 G2 C23" 120 PRINT,"C31 C32 G3" 130 PRINT 77 140 77 FORMAT(///) 15 OC////////////////////// 160 INPUT, Gi,C12,C13,C21,G2,C23,C31,C32,G3 170 PRINT 135, GI, C12,C13 180 PRINT 135,C21,G2,C21 190 PRINT 135,C31,C32,G3 200 135 FORMAT (2X,3F°.4) 210 PRINT 77 220C////////////////////// 230 T/O.

240 J/O 250 DEL/10.

260 PRINT 77 270 PRINT,"PI,P2,P3, S1,S2,S3" 280C PI, P2, &P3 REPRESENT THE PHASES OF THE 3 RECEIVED SIGNALS. 290C THEY'ARE INPUT HERE AS INITIAL VALUES OF PHASE, WHILE THE 300C RATES OF CHANGE OF PHASE (TAKEN HERE TO BE FIXED) ARE ALSO 310C INPUT AS SI, S2, & S3.

320 INPUT,Pi,P2,P3,S1,S2,S3 330 Tl/0.

340 T2/0.

350 T3/0.

360 PRINT 77 370C////////////////////// 380 PRINT,"MEASURED PHASE " 390 PRINT,"UPDATED LOCAL PHASE" 400 PRINT,"ERROR USED FOR UPDATE" 410 PRINT,"POST-UPDATE ERROR" 420 PRINT 77 430C////////////////////// 440C TIMEl IS AT 7 SEC, THEN 17 SEC, THEN 27 SEC ETC.

450C

460 1 P1/P1/7./S1 470 E1/P1-T1 480 PT1/P1

490C TIME2 IS AT 8 SEC, THEN 18 SEC, THEN 28 SEC ETC 500C

510 P2/P2/8./S2 520 E2/P2-T2 530 PT2/P2 540C TIME 3 IS AT 9 SEC, THEN 19 SEC, THEN 29 SEC, ETC.

550C

560 P3/P3/8./S3 570 E3/P3-T3 580 PT3/P3 590C///////////////////////////UPDATE ALL 600 Tl/Tl/DEL/(G1/E1/G2/C21/E2/G3/C31/E3) 610 T2/T2/DEL/(G2/E2/G1/C12/E1/G3/C32/E3) 620 T3/T3/DEL/(G3/E3/G1/C13/E1/G2/C23/E2)

630C

20 150082

640 D1/P1-T1 650 D2/P2-T2 660 D3/P3-T3 670C

680 J/J/l 690 T/T/DEL

700C THE SIMULATED INPUT PHASES PI, P2, & P3 ARE HERE BROUGHT 710C UP TO DATE— I.E. TO INTEGER MULTIPLES OF 10 720C BY CORRECTING TIME BY 3/10-7, 2/10-8, & 1/10-9.

730 P1/P1/3./S1 740 P2/P2/2./S2 750 P3/P3/1./S3 760 11 FORMAT(F12.1,3X,3F12.3) 770 PRINT 11,T,PTl,PT2,PT3 780 PRINT 12,T1,T2,T3 790 PRINT 12,E1,E2,E3 800 PRINT 12,D1,D2,D3 810 PRINT 17 820 12 FORMAT(15X,3F12.3) 830 17 FORMAT (//)

840 IF(Gl.GT.O)GOTO 1 850 STOP; END

Claims (7)

1500S2 Pate n_t_k_r a v :

1. Fremgangsmåde til opdatering af faseinformation for hver modtaget frekvens i et flerfrekvens-fasefølgesystem således, at relationerne mellem sæt af diskrete frekvenssignaler, der modtages i gentagne sekvenser, optimeres til opnåelse af nøjagtig stedlinie-information fra en modtager, i hvilken hver modtagne frekvens overføres til en tilhørende fasedetektor til bestemmelse af faseforskellen mellem den modtagne frekvens og et tilhørende referencesignal, hvor hver fasedetektor er indrettet til at frembringe et fasefejlsignal, kendetegnet ved, at der a) frembringes et fasekorrektionssignal for hvert referencesignal ild fra vægtede fasefejlssignaler, der er udledt fra hvert af de modtagne frekvenssignaler, idet et vægtet fasefejlssignal opnås ved mul-tiplicering af hvert fasefejlsignal med en krydskoblingskoefficient; og b) at hvert fasskorrektionssignal udnyttes til at korrigere det tilhørende referencesignal således, at fasen justeres for det referencesignal, der benyttes under den næste modtagne sekvens, hvor fasen af det justerede fasereferencesignal repræsenterer modtagerens stedlinieinformation.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de multiple, diskrete frekvenssignaler består af mindst to sekventielt modtagne signaler.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at de multiple, diskrete frekvenssignaler består af mindst to simultant modtagne signaler.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at frembringelsen af fasekorrekticnssignalet til hvert referencesignal består af følgende trin: a) at et vægtet fasefejlssignal fra hver fasedetektor summeres ved afslutningen af hver modtagen sekvens af de forskellige signaler, 150082 for at frembringe et fasekorrektionssignal for et tilhørend ere fe rencesign al; og b) at trin a) udføres for hvert referencesignal.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at modtagelsen af de forskellige diskrete frekvens-signaler og justeringen af hvert referencesignal omfatter følgende trin: a) modtagelse af de diskrete frekvenssignaler i de tilhørende sekventielle tidsintervaller; og b) justering affasen for hvert referencesignal hørende til hvert af de modtagne signaler ved udløbet af hvert tidsinterval, idet referencesignalet for hvert frekvens-signal kombineres additivt med et vægtet fasefejlsignal, der udløber fra det sidst modtagne signal i det foregående tidsinterval således, at der fremkommer et fase-justeret referencesignal fer hvert modtaget signal.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fasen for et referencesignal,der er knyttet til én modtaget diskret frekvens, korrigeres i overensstemmelse med fasefejludgangssignalet for en eller, flere af de allerede modtagne øvrige frekvenser.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at faseforskelsværdierne kombineres for hvert af de ved hver frekvens senest modtagne radiofrekvenssignaler, og at referencesignalet justeres i overensstemmelse med den kombinerede faseforskelsværdi, til sammenligning af det justerede referencesignal med det næste modtagne radiofrekvenssignal.