WO2000072040A1 - Überwachung der phasenlage von course-und clearance-signalen bei einem instrumentenlandesystem - Google Patents

Überwachung der phasenlage von course-und clearance-signalen bei einem instrumentenlandesystem Download PDF

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WO2000072040A1
WO2000072040A1 PCT/IB1999/000931 IB9900931W WO0072040A1 WO 2000072040 A1 WO2000072040 A1 WO 2000072040A1 IB 9900931 W IB9900931 W IB 9900931W WO 0072040 A1 WO0072040 A1 WO 0072040A1
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Herbert Kleiber
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Airsys Navigation Systems Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G01S1/022—Means for monitoring or calibrating
    • G01S1/024—Means for monitoring or calibrating of beacon transmitters

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a device according to the preamble of claim 3.
  • the object of the invention is to monitor compliance with such a phase shift in a simple manner.
  • An advantage of the invention is that by determining the phase shift, deviations that can occur due to errors occurring in the system or for reasons of incorrect setting or incorrect operation can be detected quickly in order to then eliminate these deviations.
  • the method is particularly easy to use by using the components (sensors or field dipole antennas,
  • Digital processing of the signals by means of a digital processor can be carried out particularly advantageously.
  • the single drawing shows a circuit diagram of a monitoring device for signals from a landing course transmission system.
  • a sensor for the course signal Co and a sensor for monitoring the clearance signal Cl are required.
  • An integral sensor (not a field sensor), which is arranged on the antenna arrangement, has previously been used for the latter.
  • Dipole antennas (Monitorante ⁇ ne ⁇ ) used as sensors.
  • the course dipole antenna is located at a distance of approximately 80 meters from the antenna arrangement 1, the antenna of the clearance monitor is correspondingly offset laterally at a distance of approximately 150 meters from the antenna arrangement 1. To simplify the drawing, the different distance is shown Not shown.
  • the antenna arrangement 1 formed in the example from a multiplicity of dipoles is fed by a transmitter 2, which feeds the course signal and the clearance signal to the antenna arrangement.
  • a first monitor antenna 5 for detecting the clearance signal C1 is approximately 150 m laterally in front of the antenna arrangement 1
  • a further monitor antenna 10 for detecting the course signal Co is approximately 80 meters in front of the antenna arrangement 1.
  • the two signal frequencies with which the radio frequency of the course signal and clearance signal emitted by the antenna 1 are modulated are 90 Hz and 150 Hz.
  • the output signals of the precision detector 15 and, if necessary, further signals are provided by the second multiplexer 30 switched through, passed through a low-pass filter 32 with the cut-off frequency of 300 Hz and fed to a sample and hold circuit 34 with an analog-to-digital converter with 12 bits in the exemplary embodiment.
  • the sampling takes place at 960 Hz.
  • the digital signal is fed to an input of a microprocessor, which in the example is the type 80C186 with peripheral and control devices.
  • the digital output signal of this processor 40 is fed to a 12-bit digital-to-analog converter 42, which supplies the amplifier 14 with a control signal for the purpose of automatic gain control, so that the processor is fed with sufficiently constant pulse amplitudes.
  • a monitoring output 46 of the processor 40 supplies the monitor data to a serial interface, which are fed to an evaluation device, not shown, which then, when permissible limit values are exceeded, initiates the necessary measures.
  • Processor 40 also provides the clock frequency of 960 Hz for the sample and hold circuit.
  • the processor 40 carries out a discrete Fourier transformation (DFT) of the sample values supplied to it and thereby gains the real part and the imaginary part of the demodulated signal from the sensors 5 and 10.
  • DFT discrete Fourier transformation
  • the processor 40 is designed such that it determines the phase shift between the course signal and the clearance signal for the first modulation frequency, and also determines the phase shift between the two signals mentioned for the second modulation frequency.
  • the phase shift is determined by determining the ratio of the imaginary part to the real part of the individual frequencies for both modulation frequencies for each of the two received signals from the two sensors (the imaginary part and the real part are determined anyway with the DFT). The arc tangent of the respective ratio is then a phase position of the respective signal.
  • phase shift for the first modulation frequency results in the phase shift for the first modulation frequency, which is compared with the corresponding limit values.
  • the processor 40 causes an alarm or warning signal to be emitted
  • the first multiplexer 1 1 is switched through by the microprocessor 40 with a channel selection clock frequency suitable for the number of signals to be switched through. In addition to the two signals shown in the figure, further signals can be switched through if necessary. Each signal of the two sensors 5 and 10 is for such a long time Time period switched through that the digitizer 34 takes a number of 40 samples. The first eight samples are not used, also because of the possibility of errors due to settling processes. The remaining 32 samples, which are a complete 30 Hz penode of the 90 Hz signal and the 150th Hz signal formed signal are processed digitally in processor 40

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Abstract

Ein Verfahren zum Überwachen einer Landekursanlage eines Instrumentenlandesystems, bei der ein mit einer ersten Signalfrequenz (z.B. 90Hz) und einer zweiten Signalfrequenz (z.B. 150Hz) moduliertes Course-Signal und ein mit der ersten Signalfrequenz und der zweiten Signalfrequenz moduliertes Clearance-Signal abgestrahlt wird, und das Course-Signal und das Clearance-Signal durch Sensoren erfaßt wird, deren Empfangssignale bzw. Sensorsignale demoduliert werden, sowie aus den demodulierten Signalen gewonnene Größen auf die Einhaltung von Grenzwerten überwacht werden, wird beschrieben. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die demodulierten Signale der Sensoren jeweils einer Fourier-Transformation, vorzugsweise einer Diskreten Fourier-Transformation unterzogen werden, daß die Phasendifferenz des Anteils der ersten Modulationsfrequenz zwischen den von den beiden Sensoren sensierten Signalen ermittelt wird, daß die Phasendifferenz des Signalanteils der zweiten Modulationsfrequenz der sensierten Signale zwischen den von den beiden Sensoren sensierten Signalen ermittelt wird, und daß die ermittelten Phassendifferenzen für die erste und die zweite Modulationsfrequenz mit für diese Differenzen jeweils vorgesehenen Grenzwerten verglichen werden, bei deren Überschreiten ein Warnsignal erzeugbar ist.

Description

Überwachung der Phasenlage von Course- und Clearance-Signaien bei einem Instrumentenlandesystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Überwachungs-Verfahren und Einrichtungen sind bei Instrumentenlande- systemen üblich, da zu deren sicherem Betrieb die genannten Signale überwacht werden müssen. So ist es bekannt, die vom Landekurssender über die Localizer-Antenne abgestrahlten Führungssignale daraufhin zu überprüfen, ob sie innerhalb bestimmter vorbestimmter Fehlergrenzen liegen.
Um störende Einflüsse von größeren reflektierenden Objekten (z.B. Hallen) seitlich der Landebahn auf das von einem die Landebahn anfliegenden Flugzeug empfangene Course-Signal mindestens teilweise zu kompensieren, ist es bekannt, zwischen den Modulationssignalen des Course-Signals einerseits und des Clearance-Signals andererseits eine von dem herkömmlichen Wert von 0° abweichende Phasenverschiebung vorzusehen, sa daß in einem Einzelfall beispielsweise eine Phasenverschiebung von 94° zur Berücksichtigung der obengenannten Hallen an einer speziellen Landebahn vorgesehen sein mag. Dies wird als Out-Of-Phase-Clearance bezeichnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Einhaltung einer derartigen Phasenverschiebung auf einfache Weise zu überwachen.
Diese Aufgabe wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmaie gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung erfolgt die Lösung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 3 angegebenen Merkmale.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Ermittlung der Phasenverschiebung Abweichungen, die durch in der Anlage auftretende Fehler oder aus Gründen der Fehleinstellung oder Fehlbedienung auftreten können, rasch erfaßt werden können, um diese Abweichungen dann zu beseitigen. Das Verfahren läßt sich besonders einfach durch Mitverwendung der bereits in herkömmlichen Überwachuπgseinrichtungen vorhandenen Komponenten (Sensoren bzw. Felddipolantennen,
Prozessoren, Digitalisierer usw.) ausführen, sa daß es nur zu geringen zusätzlichen Kosten führt.
Besonders vorteilhaft kann eine digitale Verarbeitung der Signale mittels eines digitalen Prozessors erfolgen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Er indung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.
Die einzige Zeichnung zeigt ein Schaltbild einer Überwachungseinrichtung für Signale einer Landekurssendeanlage.
Für die Überwachung eines herkömmlichen Instrumentelandesystems ist ein Sensor für das Course-Signal Co und ein Sensor zur Überwachung des Clearance-Signals Cl erforderlich. Für letzteren wurde bisher ein Integralsensor (kein Feldsensor) verwendet, der an der Antennenanordnung angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel werden Dipolantennen (Monitoranteπneπ) als Sensoren benutzt. Die Course- Dipolantenne befindet sich in einer Entfernung von etwa 80 Meter von der Antennenanordnung 1 , die Antenne des Clearance-Monitors befindet sich seitlich entsprechend versetzt in einer Entfernung von etwa 150 Meter von der Antennenanordnung 1. Zur Vereinfachung ist in der Zeichnung die unterschiedliche Entfernung nicht gezeigt.
Die im Beispiel aus einer Vielzahl von Dipolen gebildete Antennenanordnung 1 wird von einem Sender 2 gespeist, der das Course- Signal und das Clearance-Signal der Antennenanordnung zuführt.
Eine erste Monitorantenne 5 (oder Sensor) zum Erfassen des Clearance- Signals Cl steht etwa 150 m seitlich vor der Antennenanordnung 1 , eine weitere Monitorantenne 10 zum Erfassen des Course-Signals Co steht in einem Abstand von etwa 80 Meter vor der Antennenanordnung 1. Beide Sensoren und liefert ihr Empfangssignal über einen ersten Multiplexer 11 an den Eingang eines Hochfrequenzfilters 12, dessen Ausgang über einen regelbaren Verstärker 14 mit dem Eingang eines Präzisionsdetektors 15 verbunden ist, der das Signal des Sensors 5 bzw. 10 demoduliert und einem Eingang eines zweiten Multiplexers 30 zuführt.
Wie bekannt, sind die beiden Signalfrequenzeπ, mit denen die von der Antenne 1 abgestrahlte Hochfrequenz des Course-Signals und Clearance- Signals moduliert ist, 90 Hz und 150 Hz. Die Ausgangssignale des Präzisionsdetektors 15 und bei Bedarf auch weitere Signale werden von dem zweiten Multiplexer 30 durchgeschaltet, über ein Tiefpaßfilter 32 mit der Grenzfrequenz von 300 Hz geleitet und einem Abtastund Haltekreis 34 mit einem Analog-Digital-Wandler mit im Ausführungsbeispiel 12 Bit zugeführt. Die Abtastung erfolgt mit 960 Hz. Das digitale Signal wird einem Eingang eines Mikroprozessors, bei dem es sich Im Beispiel um den Typ 80C186 mit Peripherie- und Regeleinrichtungen handelt, zugeführt. Ein digitales Ausgangssignal dieses Prozessors 40 wird einem 12 Bit Digital- Analog-Wandler 42 zugeführt, der dem Verstärker 14 ein Regelsignal zwecks automatischer Verstärkungsregelung zuführt, damit der Prozessor mit hinreichend konstanten Impulsamplituden gespeist wird. Ein Überwachungsausgang 46 des Prozessors 40 liefert die Monitordaten an einer seriellen Schnittstelle, die einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die dann, wenn zulässige Grenzwerte überschritten werden, die erforderlichen Maßnahmen veranlaßt. Der Prozessor 40 liefert auch die Taktfrequenz von 960 Hz für den Abtast- und Haltekreis.
Der Prozessor 40 führt eine Diskrete Fouriertransformation (DFT) der ihm zugeführten Abtastwerte durch und gewinnt dadurch den Realteil und Imaginärteil des demodulierten Signals der Sensoren 5 und 10.
Der Prozessor 40 ist derart ausgebildet, daß er für die erste Modulationsfrequenz die Phasenverschiebung zwischen dem Course- Signal und dem Clearance-Signal ermittelt, und auch für die zweite Modulationsfrequenz die Phasenverschiebung zwischen den beiden genannten Signalen ermittelt. Die Ermittlung der Phasenverschiebung erfolgt dadurch, daß für beide Modulationsfrequenzen für jedes der beiden Empfangssignale der beiden Sensoren das Verhältnis von Imaginärteil zu Realteil der einzelnen Frequenzen (der Imaginärteii und der Realteil werden bei der DFT ohnehin ermittelt) ermittelt werden. Der Arcus tangens des jeweiligen Verhältnisses ist dann eine Phasenlage des jeweiligen Signals.
Die Differenz der Phasenlagen beispielsweise der ersten Modulationsfrequenz von 90 Hz zwischen beiden Signalen (Course-Signal und Clearance-Signal) ergibt dann die Phasenverschiebung für die erste Modulationsfrequenz, die mit den entsprechenden Grenzwerten verglichen wird. Gleiches gilt für die zweite Modulationsfrequenz. Bei Annäherung an die zulassigen Grenzen, insbesondere bei deren Überschreiten, veranlaßt der Prozessor 40 die Abgabe eines Alarm- oder Warnsignals
Der erste Multiplexer 1 1 wird vom Mikroprozessor 40 mit einer je nach Anzahl der durchzuschaltenden Signale geeigneten Kanaiwahltaktfrequenz durchgeschaltet Zusatzlich zu den beiden in der Figur gezeigten Signalen können bei Bedarf noch weitere Signale durchgeschaltet werden Jedes Signal der beiden Sensoren 5 und 10 wird für eine derart lange Zeitdauer durchgeschaltet, daß der Digitalisierer 34 eine Anzahl von 40 Abtastwerten nimmt Die ersten acht Abtastwerte, werden, auch wegen Fehlermogiichkeiten durch Einschwingvorgange, nicht verwertet Die restlichen 32 Abtastwerte, die einer vollständigen 30 Hz-Penode des aus dem 90 Hz-Signal und dem 150 Hz-Signal gebildeten Signals entsprechen, werden im Prozessor 40 digital weiterverarbeitet
Anstatt die genannten Signale durch Antennen zu empfangen, wäre es fechnisch möglich, sie durch andere Sensoren zu gewinnen, z.B direkt aus Leitungen, die die gewünschten Signale leiten auszukoppeln

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen einer Landekursanlage eines Instrumentenlandesystems, bei der ein mit einer ersten Signalfrequenz (z.B. 90 Hz) und einer zweiten Signalfrequenz (z.B. 150 Hz) moduliertes Course- Signal und ein mit der ersten Signalfrequenz und der zweiten Signalfrequenz moduliertes Clearance-Signal abgestrahlt wird, und das Course-Signal und das Clearance Signal durch Sensoren erfaßt wird, deren Empfangssignale bzw. Sensorsignale demoduliert werden, sowie aus den demodulierten Signalen gewonnene Größen auf die Einhaltung von Grenzwerten überwacht werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die demodulierten Signale der Sensoren jeweils einer Fourier- Transformation, vorzugsweise einer Diskreten Fourier-Transformation unterzogen werden, daß die Phasendifferenz des Anteils der ersten Modulationsfrequenz zwischen den von den beiden Sensoren sensierten Signalen ermittelt wird, daß die Phasendifferenz des Signalanteils der zweiten Modulationsfrequenz der sensierten Signale zwischen den von den beiden Sensoren sensierten Signalen ermittelt wird, und daß die ermittelten Phasendifferenzen für die erste und die zweite Modulationsfrequenz mit für diese Differenzen jeweils vorgesehenen Grenzwerten verglichen werden, bei deren. Überschreiten ein Warnsignal erzeugbar ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Fourier- Transformation, die Bildung der Phasendifferenzen und der Vergleich mit Grenzwerten nach der Erzeugung eines digitalisierten demodulierten Signals der Sensoren mit Hilfe digitaler Datenverarbeitung vorgenommen wird.
3. Anordnung zum Überwachen einer Landekursanlage eines Instrumentenlandesystems, bei der ein mit einer ersten Signalfrequeπz (z.B. 90 Hz) und einer zweiten Signalfrequenz (z.B. 150 Hz) moduliertes Course- Signal und ein mit der ersten Signalfrequenz und der zweiten Signalfrequenz moduliertes Clearance-Signal abgestrahlt wird, und das Course-Signal und das Clearance Signal durch Sensoren erfaßt wird, deren Empfangssignale bzw. Sensorsignale demoduliert werden, sowie aus den demodulierten Signalen gewonnene Größen auf die Einhaltung von Grenzwerten überwacht werden,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Sensorsignale einem ersten Multiplexer (11 ) zugeführt sind, der von einem Prozessor (40) gesteuert ist, daß der Ausgang des ersten Multiplexers (11 ) mit einem Eingang eines Demodulators (15) gekoppelt ist, dessen Ausgang mit einem Eingang eines zweiten Multiplexers (30) gekoppelt ist, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Digitalisierungseinrichtung (Abtast- und Haltekreis mit Analog-Digital- Konverter 34) gekoppelt ist, dessen Ausgangssignal einem Signaleingang des Prozessors (40) zugeführt ist, der derart ausgebildet ist, daß er die Phasendifferenzen für die beiden Modulationsfrequenzen zwischen den von den beiden Sensoren (5, 10) empfangenen Signalen ermittelt und mit Grenzwerten vergleicht.
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