NO317457B1 - Glidebane sender for instrumentlandingssystem (ILS) - Google Patents

Description

Glidebanesender for instrumentlandincrssystem ( IL<S>)

Oppfinnelsen vedrører en glidebane sender for et instrumentlandingssystem (ILS) med en rekke antennestrålere ved hjelp av hvilke det sendes ut lavfrekvens modulerte høyfre-kvenssignaler, inneholdende forskjellige bærebølge- og sidebåndkomponenter, som er overlagret i Fraunhofer-området (dvs. fjernområdet for antennestrålerne), hvor de danner et ledesignal som kan analyseres av luftfartøy, hvor fasene av bærebølge-oscillasjonene av høyfrekvenssignalene som skal sendes ut, som danner ledesignalet, er i fast forhold til hverandre.

I kjente systemer av denne type, spesielt i såkalte ILS M-type array og B-type array, sendes det ut bærebølgesignaler (CSB) og sidebåndsignaler (SBO) som beskrevet i dokumentet "40 years of Using Instrument Landing Systems (ILS)", Pfuhl Chr. Et. al., i Electrical Communication, 1. jan. 1993, ved hjelp av antenner Al, A2 og A3 eller Al og A2 i B-type array innrettet i forskjellig høyde over bakken. Signalene er overlagret hverandre i Fraunhofer-området hvor de danner ledesignaler korresponderende til ILS-standarden, som kan analyseres av luftfartøy. Som det er vel kjent, mottar hver antenne ikke bare en enkelt signalkomponent, men heller en rekke overlagrede signalkomponenter som må fødes til noen antenner. Dette gjøres ved å generere det nødvendige høy-frekvenssignal i et fødenettverk, som er en såkalt lastfordeler, ved å addere de rene bærebølgesignaler (CSB) og sidebåndsignaler (SBO) allerede forsterket til den nødven-dige utgangseffekt. Fasejusteringer, som er nødvendige for den mest presise innstilling som er mulig av glidebanen til ILS-systemet, spesielt når systemet settes opp for første gang, krever faseskiftere, som må justeres manuelt, arrang-ert nært ved antennene. Lastfordeleren er kostbar og utsatt for feil.

Hensikten med oppfinnelsen er å identifisere en enklere senderinnretning. Denne hensikt oppnås ifølge de karakteri-serende deler av krav 1, ved at for hvert høyfrekvenssignal fødet til en antennestråler tilveiebringes det en separat digitalt kontrollert modulator som modellerer fase og amplitude av en høyfrekvent oscillasjon fødet til den ifølge et forhåndsdefinert mønster, og føder det modulerte høyfre-kvenssignal til antennestråleren som er tildelt den.

I oppfinnelsen er derfor ikke høyfrekvensen som skal sendes ut generert av en lastfordeler, i stedet genereres signaler i modulasjon som hver kan fødes direkte til en enkel antenne uten en lastfordeler, det vil si uten komplisert og kostbar overlagring nær antennen. Bare når klaringssignalet genereres, som det også er vanlig i kjente systemer, må det generelt fødes til to av de tre antenner, for hvilket formål det kan brukes enkle effektkoblere, spesielt 3dB-koblere. En annen fordel er at ved å påvirke modulatorene kan fasen til signalene som fødes til antennene modifiseres slik at manuelt betjente faseskiftere kan unngås. Påvirk-ning av modulatorene er mulig med rent elektriske midler, derved forenkles også fjernkontroll og automatisk kontroll av tilbakekobling.

Når glidebanen undersøkes ved hjelp av et luftfartøy, tillater oppfinnelsen fordelaktig at de nødvendige justeringer utføres meget raskt som en funksjon av undersøkelsesresul-tatet og systemkravene, slik at den nødvendige tid for under søkelsesluftfartøyet og slik kostnaden til undersøkel-sen, og tiden som er nødvendig for å sette opp systemet kan reduseres, fordi de nødvendige justeringer kan utføres ras-kere på grunn av fraværet av manuelt justerte faseskiftere.

I en utførelse av oppfinnelsen foreslås det å bruke en mo-dulasjons signalgenerator for å generere mønstre som fødes til den respektive modulator, og modulasjonssignalgeneratoren er utformet slik at den generer mønstre på basis av i det minste en bølgeform digitalt lagret i et minne. En fordel med dette er at digital lagring tillater rask, nøyaktig beregning av mønstret og forenkler modifikasjon.

I en utførelse av oppfinnelsen foreslås det å tildele et ytterligere minne til modulasjonssignalgeneratoren, i hvilket minne det er lagret i det minste ett mønster etter at det er blitt generert fra idet minste en digitalt lagret bølgeform, og fra hvilket det leses ut for å fødes til den tildelte modulator. En fordel med dette er at de korrigerte justeringsverdier kan brukes for en lengre tidsperiode uten konstant re-beregning.

I en utførelse av oppfinnelsen foreslås det at den også er innrettet til å generere et klaringssignal, og at koblings-innretninger er tilveiebrakt for å koble klaringssignalet til den nødvendige antenne. En fordel ved dette er at klaringssignalet kan prosesseres av innretningen ifølge oppfinnelsen.

I en utførelse av oppfinnelsen er det foreslått at den også kan innrettes til å generere klaringssignal og at klaringssignalet også genereres av en modulator, som er satt til et forhåndsbestemt mønster. En fordel ved dette er at prinsip-pet ifølge oppfinnelsen også kan benyttes til generering av klaringssignalet.

I en utførelse av oppfinnelsen foreslås det at målesignalene som er karakteristiske for de utsendte høyfrekvenssigna-ler med hensyn til amplitude og fase, fødes til en kontroll innretning for tilbakekobling hvor de sammenlignes med settpunktverdier, og når et avvik fra settpunktverdiene overskrider en viss terskel, kan en tilbakekoblingskontroll utføres på en slik måte at i det minste ett av mønstrene modifiseres inntil verdien ikke lenger ligger under terske-len [sic] . En fordel med dette er at en enkel korreksjon av de utsendte antennesignaler er mulig.

I en utførelse av oppfinnelsen er det foreslått en fjernkontroll innretning som tillater tilkobling til fjernkontrollenheter på en slik måte at systemet kan justeres og kontrolleres fra avstand av fjernkontroilenhetene. Dette er fordelaktig for service og drift.

Ytterligere trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå fra den følgende beskrivelse av eksempler av utførelser av oppfinnelsen med henvisning til tegningene, som viser es-sensielle detaljer ved oppfinnelsen, og fra kravene. De individuelle detaljer kan realiseres i en utførelse av oppfinnelsen enten hver for seg, eller felles i en hver kombi-nasj on.

I figurene:

Figur 1 viser et generelt blokkdiagram over en første ut-førelse av en glidebanesender med generering av ledesignalene, Figur 2 viser et ekspandert blokkdiagram hvor modulasjonssignalgeneratoren og dens kobling til andre innretninger er vist, Figur 3 viser en representasjon av en andre utførelse korresponderende til figur 1, for en sender med generering av et klaringssignal i tillegg.

Oppfinnelsen vil bli forklart med referanse til en sender for å generere signalene for tre antenner Al, A2 og A3.

Arrangementet av disse antenner, som er kjent teknikk, og høyfrekvenssignalene som de sender ut for å generere ledesignalene vil først bli kort forklart. Antenne Al er nær-mest bakken, antenne A3 har en største høyde over bakken. Bakken produserer en refleksjon av de utsendte signaler på grunn av sin elektriske konduktivitet, og bidrar derved til dannelsen av det vertikale retningsdiagram.

Antennene Al og A2 fødes med signaler CSB-1 og CSB-2 av det såkalte bærebølgesignal (som selv er amplitudemodulert), de vanlige modulasjonsfrekvenser og modulasjonsprosenter er 90 Hz med 46 %, 150 Hz med 34 % for CSB-l og 90 Hz med 64 % 150 Hz med 16 % for CSB-2. Disse numeriske verdier er imidlertid ikke obligatorisk for oppfinnelsens prinsipp. Antenne A3 utsender SBO-signalet ("Side Band Only") uten bære-bølgen. Ved å overlagre bærebølgesignalet og sidebåndsigna-let i Fraunhofer-området, produseres det et amplitudemodulert signal, som kan analyseres av luftfartøy, hvor for-skjellen fra modulasjonsprosenten varierer som en funksjon av denne fastsatte glidebane. Avhengig av om luftfartøyet flyr for høyt eller for lavt, mottar det modulasjon som er mer enn 90 Hz eller mer enn 150 Hz signalkomponent, som bi-bringer til piloten instruksjonen "fly lavere", eller "fly høyere". Utsendelsen av et såkalt klaringssignal er også kjent, dette fødes til antennene Al og A3. Antennesignalene som sendes ut har ingen symmetri i høyderetningen.

Tilstedeværelsen av klaringssignalet er uten betydning for oppfinnelsens prinsipp, men klaringssignalet kan også genereres og fødes til den korresponderende antenne med et sys-tem ifølge oppfinnelsen, som beskrevet nedenfor.

En senderinnretning vist i figur 1 inneholder en kontroll-sender 40, som genererer en høyfrekvent oscillasjon fl (heretter kalt ledebærebølge), som i utførelsen har en frekvens i området fra omtrent 328 til omtrent 335 Hz. Ledebæ-rebølgen fl fødes via separate utganger til hver modulator 45, 46 og 47 for generering av ledesignalet. Modulasjons-innganger 45-47 er koblet ved hjelp av modulasjonslinjer 51-53 til utganger av en modulasjonssignalgenerator 60.

Modulasjonssignalgeneratoren 60 genererer modulasjonssigna-ler slik at modulerte signaler, som kan fødes direkte til antenne Al, A3 og A2, oppstår på utgangene av modulatorene 45, 46 og 47.

I tilfelle med sendeinnretninger av den her beskrevne type er det særlig viktig at en konstant faseforskjell settes og opprettholdes mellom utgangssignalene fra de forskjellige modulatorer. En innretning av denne type er kjent fra Tysk patentsøknad DE-A1-3029169, og er også foreslått i utførel-sen av denne oppfinnelse. For dette formålet foreslås det et fasemeter som inneholder en samplesvitsj {utført ved hjelp av halvlederelementer), i hvilken utgangssignalene fra forskjellige modulatorer fødes det ene etter det annet, disse sammenlignes med referansebærebølgen {= ledebærebøl-gen fl), som forsynes av kontrollsenderen 40. Ved å gjøre dette, kan uønskede faseskift detekteres på den måte som er beskrevet i nærmere detalj i DE-A1-3029169. En kontroller-bar faseskifter er koblet til hver individuell modelator på inngangssiden i høyfrekvensveien. Ved å føde fasekontroll-signaler til de individuelle, kontrollerbare faseskiftere, kan uønskede faseskift korrigeres. Avvik i amplituden av de individuelle signaler kan også detekteres og korrigeres med korreksjonssignalene.

Som figur 2 viser, inneholder modulasjonssignalgenerator 60, i et første digitalt minne 62 (i eksempel ROM), verdie-ne til en sinusbølge for en frekvens av 90 Hz og en for frekvens av 150 Hz med tilstrekkelig fine trinn. For dette formål ble det valgt en trinnstørrelse på 1 °. Fra de to lagrede bølger, kan enhver konvensjon av mønstre eller bøl-geformer, som kan dannes fra en 90 Hz bølge og en 150 Hz bølge, beregnes digitalt ved hjelp av en beregningsinnret-ning 64 inneholt i modulasjonssignalgenerator 60, og deret-ter lagres digitalt i et annet minne 66, 67 (RAM) som amplitude og fase. De lagrede verdier av mønstret sendes ut ved bruk av en modulasjonsadresseteller 68 og konvertert av en digital-analog omformer og en glattingsinnretning {også inneholdt i modulasjonssignalgeneratoren 60) til en analog bølgeform, som brukes for modulasjon i modulatorene 45 til 47 {og i et arrangement ifølge figur 3 også for modulasjon i modulatoren 48). For enkelthet skyld, viser figur 2 bare koblingen til modulator 46, som føder antennen A3. Bereg-nings innretningen 64 tjener også til kontroll og inneholder et mikroprosessorsystem.

En kontrollkobler 69 føder målesignaler, som representerer fase og amplitude av antennestrømmene og i eksemplet tilveiebringes av retningskobler (70 for antenne A3), via en mikroprosessorbuss til beregningsinnretningen 64. En vidt-gående deviasjon fra settpunktverdiene følges av en tilbakekoblingskontroll.

En fjernkontrollenhet 72 er koblet til modulasjonssignalgeneratoren 60. Enheten kan opereres ved hjelp av en terminal og inneholder et datakommunikasjonsmodem for kobling til f j e rnkont ro11innretninger.

I arrangementet i figur 3 (som i figur 1) fødes ledebære-bølgen fl via en separat utgang av kontrollsenderen, her nevnt ved referansenummer 40', til hver av modulatorene 45, 46, og 47 for generering av kontrollsignalet. I tillegg blir en ytterligere frekvens f2, i et intervall av 16 kHz fra frekvens fl og i eksemplet lavere enn fl, utsendt på en utgang Cl av kontrollsenderen 40' og fødet til en modulator 48 for generering av klaringssignalet. I tillegg til arrangementet vist i figur 1, er en modulasjonsinngang til modulator 48 koblet ved hjelp av en modulasjonslinje 54 til en tildelt utgang av modulasjonssignalgeneratoren, her be-tegnet ved referansen 60'.

En enkel signalfordelingskrets 75 er tilgjengelig for å føde inn klaringssignalet. Som vist i figur 3, har signal-fordelingskretsen 75, i motsetning til de kompliserte last-fordelingskretsene, bare 3dB-koblere 82 til 84, hvor 3dB-koblerne 82 og 84 virker som tilleggselementer og 3dB-kobleren 83 virker som effektdeler, utgangene føder hver en av de andre to 3dB-koblerne. Utgangssignalet av modulatoren 45 fødes til den annen inngang av 3dB-kobler 82 og dens utgang føder antennen Al. Utgangssignalet fra modulatoren 46 fødes til den annen inngang av 3dB-kobleren 84 og dens utgang føder antennen A3. Utgangssignalet fra modulatoren 47 fødes ikke via en av 3dB-koblerne, men fødes direkte til antennen A2.

Modulasjonsprosenten for de individuelle modulatorer i eksempelet er som følger: Modulator 45 (genererer CSB + SBO for antenne Al): 90 Hz med 46 % og 150 Hz med 34 %,

Modulator 46 (genererer bare SBO for antenne A3),

Modulator 47 (genererer CSB + SBO for antenne A2): 90 Hz med 64 % og 150 Hz med 16 %,

Modulator 48 (genererer klaring): 90 Hz med 25 % og 150 Hz med 55 %.

Det ville være tilstrekkelig for digital beregning og et-terfølgende analog generering av mønstrene for eksempel å håndtere de lagrede digitale verdier korresponderende til en kvart bølgelengde av en sinusoidal oscillasjon av en enkelt frekvens. Dette ville kreve mer beregning enn frem-gangsmåten beskrevet ovenfor, hvor to komplette bølger med forskjellig frekvens lagres digitalt.

I eksempelet brukes det en amplitudemodulasjon av signalene. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til dette. Oppfinnelsen kan for eksempel også brukes for fasemodula-sjon.

Claims (7)

1. Glidebanesender for instrumentlandingssystem (ILS) med en rekke antennestrålere (Al, A2, A3) ved hjelp av hvilke det sendes ut lavfrekvensmodulerte høyfrekvenssignaler, inneholdende forskjellige bærebølge- og sidebåndkomponenter, som er overlagret i Fraunhofer-området (dvs. fjernområdet for antennestrålerne), hvor de danner et ledesignal som kan analyseres av luftfartøy, hvor fasene til bærebølgeoscilla-sjonene av høyfrekvenssignalene som skal sendes ut, som danner ledesignalet, er i fast forhold til hverandre, karakterisert ved at for hvert høyfre-kvenssignal som fødes til en antennestråler er det tilveiebrakt en separat digitalt kontrollert modulator (45, 46, 47), som modulerer fasen og amplituden av en høyfrekvent oscillasjon (fl) som fødes til den ifølge et forhåndsbestemt mønster og føder det modulerte høyfrekvenssignal til antennestråleren (Al, A3, A2) som den er tildelt.

2. Sender ifølge krav 1, karakterisert ved at en modulasjonssignalgenerator (60) er tilveiebrakt for å generere mønstret som fødes til den respektive modulator (45, 46, 47), og at modulasjonssignalgeneratoren (60) er utformet på en slik måte at den genererer mønstret på basis av i det minste en bølgeform digitalt lagret i et minne (62).

3. Sender ifølge krav 2, karakterisert ved at et andre minne (66, 67), i hvilket minne korrigerte justeringsverdier lagres for den tildelte modulator, er tildelt modulasjonssignalgeneratoren (60) .

4. Sender ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at målesignaler som, med hensyn til amplitude og fase, er karakteristiske for de utsendte høyfrekvenssignaler, fødes til en innretning for kontroll av tilbakekobling hvor de sammenlignes med settpunktverdier, og at når målesignalene avviker fra settpunktverdiene, utføres det en tilbakekoblingskontroll på en slik måte at i det minste ett av mønstrene modifiseres inntil settpunktverdien oppnås.

5. Sender ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en fjernkontrollinn-retning (72) er tilveiebrakt som tillater kobling til fjernkontrollenheter på en slik måte at senderinnretningen kan justeres og kontrolleres fra avstand av fjernkontroll-innretningen.

6. Sender ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den også er innrettet til å generere et klaringssignal, og at koblingsinnret-ninger (82, 83, 84) er tilveiebrakt for å koble klarings-signalene til den nødvendige antenne (Al, A3).

7. Sender ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den også er innrettet til å generere et klaringssignal og at klaringssignalet også genereres av en modulator (48) som er satt til et forhåndsbestemt mønster.