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Einrichtung zur Anzeige des Standortes von Luftfahrzeugen Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Anzeige des Standortes von Luftfahrzeugen, die sich
in einer Luftstraße befinden, durch schematische Darstellung ihrer Entfernung vom
Beobachtungsort und ihrer Flughöhe in einem Luftstraßenbild.
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In einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag ist bereits
eine Einrichtung der vorliegenden Art vorgeschlagen, bei der das Luftstraßenbild
mehrere übereinanderliegende Luftbahnen aufweist, wobei jede Luftbahn in nebeneinanderliegende
Felder unterteilt ist, die zur optischen Darstellung der individuellen Kennzeichen
von Luftfahrzeugen, z. B.
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Buchstaben und/oder Ziffern, dienen, und durch Auswertung von Radarwerten
die individuellen Kennzeichen der Luftfahrzeuge selbsttätig entsprechend der Bewegung
der Luftfahrzeuge in die entsprechenden Felder der Luftbahnen weitergeschaltet werden.
Die Weiterschaltung ist in diesem Falle jedoch nicht sehr genau und außerdem störanfällig,
da sie auf einer Radar-Entfernungsmessung von den Endpunkten der Luftstraßen aus
beruht. Die Höhenbestimmung ist ebenfalls nicht einwandfrei gelöst, denn die Höhe
soll entweder von Hand eingestellt oder aus der geradlinigen Entfernung und dem
Neigungswinkel errechnet werden.
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Die Erfindung bezweckt eine Verbesserung hinsichtlich der radartechnischen
Bestimmungen der Streckenabschnitte und der Höhenschichten, in denen sich die auf
dem Luftstraßenbild anzuzeigenden Luftfahrzeuge befinden.
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Es ist bereits bekannt, bei der Luftstraßenberwachung entlang der
Luftstraße nach oben strahlende Radargeräte zur Markierung von Strecken abschnitten
aufzustellen, die beim Überfliegen durch die sich in der Luftstraße bewegenden Luftfahrzeuge
flughöhenabhängig veEschlüsseIte Signale zur Weitergabe an Oberwachungsstellen auslösen.
Eine ausreichende Übersichtlichkeit und schnelle Erfaßbarkeit der Luftlage ist hierbei
jedoch nicht gegeben, da eine zusammenfassende Anzeige nicht angewendet ist. Die
Blockunterteilung ist bisher lediglich in der Eisenbahnsicherungstechnik bekannt.
Hierbei werden Gleisbilder zur Anzeige benutzt, bei denen die Gleise in nebeneinanderliegende
Felder unterteilt sind, die den einzelnen Blockabschnitten entsprechen. Es sind
zwar bereits Vorveröffentlichungen bekannt, die gewisse Zusammenhänge zwischen Eisenbahn-
und Luftverkehrssicherung erkennen lassen. Da jedoch in der Luftfahrt die Felder
nicht mit den im Eisenbahnsicherungswesen benutzten Schienenkontakten geschaltet
werden können und außerdem eine Höhenbestimmung sowie das Schalten von Feldern
verschiedener
Höhe erforderlich ist, können die Probleme der Luftverkehrs sicherung mit den Mitteln
der Eisenbahntechnik nicht gelöst werden.
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Die Erfindung besteht in folgenden, in Gesamtheit anzuwendenden Merkmalen:
a) Das Luftstraßenbild weist mehrere übereinanderliegende Luftbahnen auf, die den
verschiedenHöhenschichten der Luftstraße entsprechen; b) jede Luftbahn ist in nebeneinanderliegende
Felder unterteilt, die aufeinanderfolgenden Strekkenabschnitten der Luftstraße entsprechen
und zur optischen Darstellung der individuellen Kennzeichen der Luftfahrzeuge, z.
B. Buchstaben und/oder Ziffern dienen, die in das Luftstraßenbild eingespeist werden;
c) an den Grenzen der anzuzeigenden Streckenabschnitte der Luftstraße sind nach
oben in die Luftstraße strahlende Radargeräte mit wandförmigen Strahlungsdiagrammen
aufgestellt, die beim Überfliegen durch die sich in der Luftstraße bewegenden Luftfahrzeuge
die Kennzeichen der Luftfahrzeuge selbsttätig entsprechend der Bewegung der Luftfahrzeuge
in die entsprechenden Felder der Luftbahnen weiterschalten; d) von den nach oben
strahlenden Radargeräten wird eine nach Höhenschichten gestaffelte Höhenmessung
durchgeführt, und durch die ermittelten Höhenwerte werden die Kennzeichen der Luftfahrzeuge
selbsttätig entsprechend der Höhe der Luftfahrzeuge in die übereinanderliegenden
Luftbahnen der Luftstraße geschaltet.
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Der erzielte technische Fortschritt besteht darin, daß die Streckenabschnitte
räumlich genau begrenzt sind und die Höhenbestimmung ständig in senkrechter Richtung
auf kürzestem Wege von unten nach
oben durchgeführt wird. Die Streckenabschnitte
und die Höhenschichten können deshalb sehr genau festgelegt werden.
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Eine der Möglichkeiten zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Radarsystems
für die Luftstraßenbildanzeige besteht darin, daß die wandförmigen Strahlungsdiagramme
der Radargeräte an den Grenzen der Streckenabschnitte vertikal sind und in Flugrichtung
eine schärfere Bündelung als quer zur Flugrichtung aufweisen. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, daß die wandförmigen Strahlungsdiagramme der Radargeräte an den Grenzen
der Streckenabschnitte jeweils aus zwei um entgegengesetzt gleiche Winkel schwach
gegen die Vertikale geneigten wandförmigen Strahlungsdiagrammen bestehen, deren
sich mit der Grenze der Streckenabschnitte deckende Schnittzone zum Weiterschalten
der Kennzeichen und zur Höhenbestimmung ausgenutzt wird.
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Von den entlang der Luftstraße aufgestellten und nach oben in die
Luftstraße strahlenden Radargeräten wird die Höhenmessung vorzugsweise nach Höhenschichten
gestaffelt durchgeführt, und die auf diese Weise ermittelten Höhenwerte werden zum
selbsttätigen Schalten der Höhenanzeigefelder des Luftstraßengleisbildes benutzt.
Zur gestaffelten Höhenbestimmung nach Höhenschichten wird vorteilhaft die Koinzidenz
zwischen empfangenden Radar-Echoimpulsen und auf die Höhenschichten zeitlich abgestimmten
Taktimpulsen ausgenutzt.
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Man wird zweckmäßig die entlang der Luftstraße aufgestellten Radargeräte
mit dem Luftstraßenbild über ein Obertragungssystem verbinden, von dem die Höhen-
und Abschnittssignale aller Radargeräte für das Schalten der Anzeigefelder kodiert
oder frequenzmäßig bewertet vorzugsweise über eine gemeinsame Leitung übertragen
werden. Da zweckmäßig für das Schalten der Gleisbildanzeige nur einfache niederfrequente
Schaltsignale in Form von Gleichstromsignalen (gegebenenfalls unterschiedlicher
Polarität) oder Tonfrequenzsignalen übertragen werden, genügen hierfür übliche Femsprechleitungen.
Im Prinzip kann dabei jedes einzelne Radargerät über eine eigene Leitung mit dem
Gleisbild verbunden werden. Man kann auch zwischen jedem einzelnen Radargerät und
dem Gleisbild jeweils zwei getrennte Leitungsadern vorsehen, von denen die eine
zur Übermittlung des Schaltsignals für die Streckenabschnitte und die andere für
das Schaltsignal der Höhenabschnitte dient. Da ein solches Leitungssystem jedoch
sehr viele Adem benötigen würde, ist es zweckmäßiger, die Höhen- und Abschnittssignale
aller Radargeräte in kodierter oder frequenzmäßig bewerteter Form über eine gemeinsamen
Leitung zu übertragen.
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Bisher wurde für den Normalfall angenommen, daß durch die gewonnenen
Schaltsignale jeweils die individuellen Kennzeichen der Luftfahrzeuge in Form von
Buchstaben, Zahlen od. dgl. in das Gleisbild eingespeist und selbsttätig entsprechend
der Bewegung der Luftfahrzeuge in die entsprechenden Felder oder Straßenabschnitte
des Luftstraßengleisbildes weitergeschaltet werden. Dies setzt aber voraus, daß
die individuellen Kennzeichen der mit Hilfe des erfindungsgemäßen Radarsystems festgestellten
Luftfahrzeuge bekannt sind. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann
man jedoch bei Feststellung eines Luftfahrzeuges mit unbekanntem Kennzeichen in
einem Streckenabschnitt so ver-
fahren, daß in dem entsprechenden Anzeigefeld des
Gleisbildes an Stelle der Einspeisung eines Kennzeichens ein Leerzeichen, z. B.
ein einfaches Leuchtzeichen, eingeschaltet wird, dessen selbsttätige Weiterschaltung
in gleicher Weise wie bei den individuellen Kennzeichen erfolgt. Es werden dann
alle festgestellten Luftfahrzeuge auf dem Luftstraßengleisbild angezeigt, gleichgültig,
ob ein Kennzeichen eingespeist wird oder nicht. Unbekannte Luftfahrzeuge werden
also ebenfalls angezeigt und geben somit auch eine Besetztmeldung des Streckenabschnittes.
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Wenn das Kennzeichen des unbekannten Luftfahrzeuges später ermittelt
wird, so kann man von diesem Zeitpunkt an sein Kennzeichen in die Anzeigenfelder
des Gleisbildes einspeisen.
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Die Erfindung und weitere Einzelheiten sind an Hand von Zeichnungen
näher erläutert, und zwar zeigen Fig. 1 und 2 verschiedene Ausführungsformen des
erfindungsgemäßen Radarsystems in Verbindung mit einem Luftstraßenbild in schematischer
Darstellung im Vertikalschnitt in Richtung der Luftstraße, Fig.3 bis 5 Beispiele
für die einzelnen entlang der Luftstraße aufgestellten Radargeräte zur gestaffelten
Höhenbestimmung, Fig.6 und 7 Antennensysteme für die verwendeten Radargeräte, Fig.
8 und 9 Beispiele für Strahlungsdiagramme der Radargeräte.
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Die Flugrichtung entlang der Luftstraße ist jeweils durch Pfeile
angedeutet.
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In F i g. 1 wird die Luftstraße zwischen zwei Flughäfen durch in
Abständen am Boden aufgestellte und mit ihren Strahlungen s1, S2, S3... senkrecht
nach oben gerichtete RadargeräteRl, R2, R3 . . . in Streckenabschnitte A1, A2, As
. . . unterteilt. Zur Vereinfachung der Darstellung ist angenommen, daß die Luftstraße
drei Höhenschichten (Gleise) hl, h2, h3 umfaßt. Das an zentraler Stelle angeordnete
Luftstraßenbild G enthält den Streckenabschnitten entsprechende Anzeigefelder al,
a2, a3... in verschiedenen Höhenzeilen hl, h2, h3... übereinander. Von jedem der
Radargeräte R1,R2, .... . führt eine LeitungLl, L2, L ... zu den Abschnittsfeldern
al, a2, a3... des Gleisbildes G, und die beim Oberfliegen der Strahlung S1, S2,
S3 . . . der Radargeräte sich ergebenden Signale schalten über diese Leitungen jeweils
ein eingespeistes Kennzeichen auf das zugehörige Streckenabschnittsfeld weiter.
Jedes der Radargeräte führt außerdem eine Höhenmessung des Luftfahrzeuges durch,
und die ermittelten Höhenwerte bewerten in einem Höhenbewerter HB die über die Leitungen
L1, L2, L3... übertragenen Schaltsignale auch nach der Höhe. Die Höhenbewertung
kann durch Frequenzen oder Kodierungen erfolgen. Auf der Empfangsseite ist am Luftstraßenbild
G ein Höhenauswerter HA an die Leitungen angeschlossen, der die übertragenen Signale
nach der Höhe auswertet und dadurch die Kennzeichen auf die entsprechenden Höhenzeilen
hl, h2, h3 schaltet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.2 ist das vieladrige Leitungssystem
durch eine gemeinsame Leitung Lg ersetzt. Jedes der Radargeräte R1, R2, R3 . . .
gibt über eine Abschnittsbewertungsschaltung AB und eine Höhenbewertungsschaltung
HB den beim Übertliegen ermittelten Höhen- undAbschnittswert auf diese gemeinsame
Leitung Lg, und am
Luftstraßenbild G dienen die Höhenauswerteschaltung
HA und die Abschnittsauswerteschaltung AA zur Auswertung der über die gemeinsame
Leitung kommenden verschieden bewerteten Signale und führen diese nach der Auswertung
den jeweiligen richtigen Strecken- und Höhenanzeigefeldern zu, denen die Bewertungen
entsprechen.
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Die in den einzelnen Streckenabschnitten aufgestellten Radargeräte
benötigen nur eine kleine Leistung, da sie nicht über eine große Entfernung zu wirken
brauchen. Hierdurch wird die Möglichkeit geboten, daß das erfindungsgemäße Radarsystem
trotz der Vielzahl der Stationen keinen größeren Aufwand erfordert als bei Verwendung
einer einzigen Radarstation, die in Richtung der Luftstraße strahlt und dementsprechend
große Leistung haben muß.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dient zur gestaffelten Höhenbestimmung
in den Höhenschichten hi, h2, pa... eine Schaltung, bei der die Koinzidenz von in
bestimmten zeitlichen Abständen gegebenen Taktimpulsen mit den empfangenen Radar-Echoimpulsen
ausgenutzt wird. Die Taktimpulse werden zweckmäßig aus den Radar-Senderimpulsen
abgeleitet. Ein Impulsgeneratorl des Radargerätes steuert den Hochfrequenzsender
2, der mit der Antenne 3 über die Sende-Empfangs-Weiche 4 verbunden ist, welche
andererseits an den Radarempfänger 5 angeschlossen ist. Die Impulse des Impulsgenerators
1 werden außerdem einer Reihe bzw. Kette weiterer elektronischer Impulsgeneratorstufen
6, 7, 8 zugeführt, welche jeweils mit Torkreisen9, 10, 11 in Verbindung stehen.
Die Wirkungsweise der Schaltung geht aus der Impulsdiagrammdarstellung nach F i
g. 4 hervor. Auf der Zeitachse t ist der vom Impulsgenerator 1 ausgehende Senderimpuls
Is dargestellt, und Iht, Ih2, 1h3 bezeichnen reflektierte Echoimpulse nach Reflexion
an Luftfahrzeugen in den verschiedenen Höhenschichten hi, h2, h3. Die Impulsgeneratorstufen
6, 7, 8 erzeugen nacheinander die Taktimpulse Thi, Th2, Th3 über eine Zeitdauer,
die jeweils den Impulsrücklaufzeiten der Radarimpulse für die verschiedenen Höhenschichten
ht, h2, h3 entspricht. Dies geschieht in der Weise, daß durch den Senderimpuls Is
zunächst die Stufe 6 der Kette gezündet wird, und zwar für die Dauer des Taktimpulses
Tht. Nach Ablauf dieser Zeit erlischt die Stufe 6 und zündet gleichzeitig die Stufe
7 für die Dauer des Taktimpulses Th2. Nach Ablauf dieser Zeit erlischt die Stufe
7 und zündet die Stufe 8 für die Zeit des Taktimpulses Th3. Solange die Stufe 6
gezündet hat, ist das Tor 9 geöffnet. Sodann sperrt dieses, und die Stufe 7 öffnet
das Tor 10. Nach Sperren desselben öffnet die Stufe 8 das Tor 11. Auf diese Weise
wird der Empfänger 5 jeweils für eine bestimmte kurze Zeit über die Tore 9,10, 11
an Impulsauswerteschaltungen 12, 13 oder 14 angeschlossen, die bei Vorhandensein
eines Echoimpulses die Relais 15, 16, 17 zum Ansprechen bringen. Wenn der Empfänger
in der Zeit des Taktimpulses Thi, also wenn das Tor 9 geöffnet hat, einen reflektierten
Impuls aufnimmt, so zeigt dieser an, daß sich ein Luftfahrzeug in der Höhenschicht
h1 befindet. Tritt ein reflektierter Impuls in der Zeit des Taktimpulses Th2 auf,
also wenn das Tor 10 geöffnet hat, so befindet sich das Luftfahrzeug in der Höhenschicht
h2, und in der Zeit des Taktimpulses Th3 (Tor 11 geöffnet) entsprechend in der Höhenschicht
h3 usw. Die Relais 15, 16, 17
schalten den Höhenschichten zugeordnete Signalgeneratoren
18, 19, 20 unterschiedlicher Frequenz oder Kodierung auf die Leitungen Lg, und die
so zum Luftstraßenbild G übertragenen Signale schalten nach entsprechender Auswertung
die Höhenanzeige auf diejenige Höhenzeile ein, die der Höhenschicht entspricht,
in der auf diese Weise ein Luftfahrzeug festgestellt wurde.
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Bei der entsprechend wirkenden Schaltung nach F i g. 5 sind die Torkreise
mit Hilfe von Koinzidenzröhren 21, 22, 23 verwirklicht. Ein Gitter dieser Röhren
ist jeweils mit dem Empfänger 5 verbunden, und an je ein weiteres Gitter der Koinzidenzröhren
werden die auf die Höhenschichten zeitlich abgestimmten Taktimpulse Thi, Th2, Th3
gemäß Fig.4 angelegt. Diese Taktimpulse können wiederum mit Hilfe von Impuls stufen
erzeugt werden, man kann jedoch an den Impulsgenerator 1 hierfür auch ein Phasendrehglied
bzw. eine Laufzeitverzögerungskette 24 anschließen, die Anzapfungen bei verschiedenen
Laufzeitverzögerungswerten hat. Die im Gitterkreis der Koinzidenzröhren eingeschalteten
Schaltungsglieder 25 sind Impulsverformungsglieder, die den Senderimpuis I2 bis
zur Dauer der Taktimpulse Thj, Th2, Th3 verlängern. Diese Schaltung erzeugt ebenfalls
nacheinander Taktimpulse beliebiger Länge, die die Koinzidenzröhren 21, 22, 23 nacheinander
an einem Gitter steuern. Bei gleichzeitig am anderen Gitter auftretenden Echoimpulsen
werden die Koinzidenzröhren leitend. Es spricht jeweils dasjenige der an den Koinzidenzröhren
angeschlossenen Relais 26, 27, 28 an, für welches Koinzidenz zwischen den Taktimpulsen
Thl, Th2, Th3 und den vom Empfänger aufgenommenen Echoimpulsen besteht, so daß auch
hier jeweils ein der ermittelten Höhe entsprechendes Signal von den Signalgebern
29, 30, 31 über die Leitung Lg zum Gleisbild gegeben wird. Als Koinzidenzröhren
können Hochvakuumröhren oder gittergesteuerte Gasentladungsröhren mit Selbstlöschung
verwendet werden. Überall, wo in den Schaltungen Relais eingezeichnet sind, kann
man grundsätzlich auch Schaltröhren verwenden.
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Zur Markierung der Streckenabschnitte verwendet man zweckmäßig an
den nach oben strahlenden Radargeräten Richtantennensysteme besondererAusbildung,
wofür in Fig. 6 und 7 Beispiele gezeigt sind. Bei der Antenne nach F i g. 6 sind
mehrere Dipole 32 in einer Zeile in der Brennlinie eines zylindrischen Reflektors33
angeordnet. Bei der ähnlich wirkenden Antenne nach F i g. 7 sind mehrere Dipolzeilen
34 über einem Flächenreflektor 35 angeordnet. Bei der letztgenannten Ausführungsform
hat jede Zeile wesentlich mehr Dipole als Dipolzeilen vorgesehen sind. Die Antennensysteme
nach F i g. 6 und 7 ergeben Strahlungsdiagramme, wie sie in F i g 8 gezeigt sind,
d. h. wandförmige Strahlungen mit wesentlich schärferer Bündelung in Flugrichtung
als quer zur Flugrichtung, wie dies in F i g. 8 durch Einzeichnung eines vertikalen
Schnittes 36 und eines horizontalen Schnittes 37 angedeutet ist. Diese Diagramme
ermöglichen eine ausreichend genaue Feststellung der Lage eines das Radargerät überfliegenden
Luftfahrzeuges, da die Strahlungsbreite in Flugrichtung nur gering ist, während
die Antennensysteme quer zur Flugrichtung breit strahlen, um zu berücksichtigen,
daß die Luftstraßen meist eine gewisse Breite aufweisen. Die Bündelung in der einen
Achse wird durch die Länge der Zeilen bestimmt und di
Bündelung
in der anderen Achse durch den Reflektor 33 bzw. die Anzahl der parallelen Zeilen
34.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.9 werden Radarstrahlungen verwendet,
die sich überschneiden.
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Hierfür erzeugen die RadargeräteR1... gegeneinander versetzte oder
gegeneinander gewinkelte Strahlungen mit den Diagrammen 38 und 39, und die Schnittzone
40 gleicher Feldstärke wird für die Markierung der Streckenabschnitte ausgenutzt.
Zwei gegeneinander gewinkelte Antennen 41, 42 erzeugen diese Strahlungsdiagramme
38, 39, und zwar entweder gleichzeitig oder in bestimmtem Umtastrhythmus abwechselnd.
Die Zone 40 gleicher Feldstärke wird empfangsseitig durch Amplitudenvergleich ermittelt.
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Obwohl für den Normalfall angenommen ist, daß die als Markierungsbaken
entlang der Luftstraße wirkenden Radargeräte für gewöhnlich stillstehen, kann es
unter Umständen auch vorteilhaft sein, daß die Strahlungen dieser Geräte bestimmte
Bewegungen ausführen, z. B. quer zur Luftstraße oder in Richtung der Luftstraße
hin- und hergehende Pendel- oder auch rotierende Bewegungen.
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Die Radarstrahlungen brauchen ferner nicht unbedingt genau senkrecht
nach oben in die Luftstraße zu strahlen, sie können vielmehr auch schräg, z. B.
von der Seite her, in die Luftstraße gerichtet werden bzw. quer durch die Luftstraße
strahlen.