DE1190525B - Doppler radio beacon system with fine azimuth display on the receiver side - Google Patents
Doppler radio beacon system with fine azimuth display on the receiver sideInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
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Deutsche Kl.: 21 a4-48/01German class: 21 a4-48 / 01
Nummer: 1190 525Number: 1190 525
Aktenzeichen: J 22165IX d/21 a4File number: J 22165IX d / 21 a4
Anmeldetag: 28. Juli 1962Filing date: July 28, 1962
Auslegetag: 8. April 1965Opening day: April 8, 1965
Bei den bisher bekannten und vorgeschlagenen Doppler-Funkfeuern, bei denen durch die tatsächliche oder simulierte Bewegung einer Einzelantenne auf einem Kreise eine Frequenzmodulation der ausgesendeten Welle in einem Aufpunkt wahrgenommen und zur Richtungsbestimmung ausgewertet wird, ist im Gegensatz zu konventionellen Funkfeuern mit rotierenden Richtdiagrammen eine Feinanzeige des Azimuts bisher nicht möglich. Eine solche ist jedoch in vielen Fällen, besonders bei großen Entfernungen, wünschenswert.In the previously known and proposed Doppler radio beacons, in which by the actual or simulated movement of a single antenna on a circle a frequency modulation of the transmitted The wave is perceived at one point and evaluated to determine the direction is im In contrast to conventional radio beacons with rotating directional diagrams, a fine display of the azimuth not possible so far. However, in many cases, especially at great distances, this is desirable.
Die Maßnahmen, die es ermöglichen, bei konventionellen Funkfeuern eine Grob- und Feinmessung des Azimuts vorzunehmen, sind das zusätzliche Aussenden eines rotierenden mehrblättrigen Strahlungsdiagramms und eines entsprechenden Bezugssignals (Harmonische) auf der Senderseite sowie zusätzliche Schaltungsmaßnahmen auf der Empfangsseite zum Phasenvergleich der Harmonischen. The measures that make it possible to carry out rough and fine measurements with conventional radio beacons of the azimuth, the additional transmission of a rotating multi-leaf radiation diagram and a corresponding reference signal (harmonics) on the transmitter side as well as additional ones Circuit measures on the receiving side for phase comparison of the harmonics.
Um die bekannten Großbasis-Dopplersysteme für eine Azimutfeinmessung einzurichten, sind sowohl sende- als auch empfangsseitig einige zusätzliche Einrichtungen notwendig.In order to set up the known large-base Doppler systems for a fine azimuth measurement, both Some additional facilities are necessary on both the sending and receiving sides.
Es ist üblicherweise sendeseitig ein kreisförmiges Antennensystem mit einem Durchmesser von mehreren Wellenlängen vorgesehen, dessen Einzelantennen mittels einer Schalteinrichtung nacheinander in zyklischer Folge mit der Energie eines Hochfrequenzsenders einer bestimmten Frequenz F0 gespeist werden. Von einer weiteren Antenne, die in der Mitte der Kreisanordnung aufgebaut oder auch eine Antenne der Kreisanordnung sein kann, wird eine von der ersten Frequenz F0 verschiedene, aber innerhalb der Empfängerbandbreite liegende Frequenz F1 ausgestrahlt, die mit einer als Grobbezugsfrequenz dienenden Niederfrequenz amplitudenmoduliert ist.A circular antenna system with a diameter of several wavelengths is usually provided on the transmission side, the individual antennas of which are fed one after the other in cyclical sequence with the energy of a high-frequency transmitter of a specific frequency F 0 by means of a switching device. A frequency F 1 that differs from the first frequency F 0 but is within the receiver bandwidth and is amplitude-modulated with a low frequency serving as a coarse reference frequency is emitted from a further antenna, which can be set up in the middle of the circular arrangement or an antenna of the circular arrangement .
In der mit dem bisher beschriebenen Doppler-Großbasisdrehfunkfeuer zusammenarbeitenden Empfangsanlage wird die von den Antennen der Kreisanordnung ausgestrahlte Hochfrequenz (F0), die wegen der zyklischen und aufeinanderfolgenden Anschaltung auf Grund des Dopplereffektes frequenzmoduliert ist, empfangen, ebenso wie die zweite Hochfrequenz (F1), die mit den Bezugsfrequenzen amplitudenmoduliert ist. Durch Amplitudenmodulation und Filterung erhält man beide Bezugsfrequenzen getrennt.In the receiving system that works together with the Doppler large-scale rotary radio beacon described above, the high frequency (F 0 ) emitted by the antennas of the circular arrangement, which is frequency-modulated due to the cyclical and successive connection due to the Doppler effect, is received, as is the second high frequency (F 1 ). which is amplitude modulated with the reference frequencies. Both reference frequencies are obtained separately through amplitude modulation and filtering.
Bei den bisher bekannten Doppler-Drehfunkfeuern wird nur die Phase der durch Frequenzdemodulation
aus der Hochfrequenz (F0) abgeleiteten Niederfrequenzspannung
mit der Phase der auf der Frequenz F1 als Amplitudenmodulation ausgestrahlten,
Doppler-Funkfeuersystem mit empfangsseitiger
Feinanzeige des AzimutsIn the previously known Doppler rotary radio beacons, only the phase of the low-frequency voltage derived from the high frequency (F 0 ) by frequency demodulation is matched with the phase of the Doppler radio beacon system emitted as amplitude modulation on the frequency F 1 at the receiving end
Fine display of the azimuth
Anmelder:Applicant:
International Standard Electric Corporation,International Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70
Als Erfinder benannt:
Charles William Earp, LondonNamed as inventor:
Charles William Earp, London
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Großbritannien vom 28. Juli 1961 (27 510)Great Britain July 28, 1961 (27 510)
einzigen Grobbezugsfrequenz verglichen. Die daraus sich ergebende Azimutanzeige ist zwar eindeutig, aber relativ grob.single coarse reference frequency compared. The resulting azimuth display is clear, but relatively rough.
Bei dem System gemäß der Erfindung wird die von der feststehenden Antenne des Funkfeuers ausgestrahlte Hochfrequenzwelle (F1) zusätzlich mit einer Harmonischen der Bezugsfrequenz als Feinbezugssignal amplitudenmoduliert, empfangsseitig wird das Feinbezugssignal, das im Ausgangssignal des Amplitudendemodulators enthalten ist, mittels eines Filters ausgesiebt; aus der mittels eines Bandpasses aus dem Ausgangssignal des Amplitudendemodulators ausgesiebten, mit dem Richtungssignal frequenzmodulierten Differenzfrequenz (F0-F1) wird mittels eines an sich bekannten Harmonischen-Diskriminators die dem Feinbezugssignal ordnungsgleiche Harmonische (Feinrichtungssignal) hergestellt und das Feinrichtungssignal sowie das Feinbezugssignal einer Phasenvergleichsvorrichtung zugeführt, deren Ausgangsgröße zur Feinanzeige des Azimuts verwendet ist.In the system according to the invention, the high-frequency wave (F 1 ) emitted by the fixed antenna of the radio beacon is additionally amplitude-modulated with a harmonic of the reference frequency as a fine reference signal; From the differential frequency (F 0 -F 1 ) , which is filtered out from the output signal of the amplitude demodulator by means of a bandpass and frequency-modulated with the direction signal, the harmonics (fine direction signal) that are identical to the fine reference signal are produced by means of a harmonic discriminator known per se, and the fine direction signal and the fine reference signal of a phase comparison device fed whose output is used for fine display of the azimuth.
Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to figures.
In F i g. 1 ist das Frequenzspektrum eines Doppier-Drehfunkfeuers aufgetragen;In Fig. 1 the frequency spectrum of a Doppier rotary radio beacon is plotted;
F i g. 2 zeigt einen Teil der Schaltung des mit dem Funkfeuer zusammenarbeitenden Empfängers als Blockschaltbild, undF i g. Figure 2 shows part of the circuitry of the receiver cooperating with the beacon as Block diagram, and
509 538/306509 538/306
F i g. 3 wiederum als Blockschaltbild einen Diskriminator zur Ableitung einer Harmonischen aus der Grundfrequenz. F i g. 3 again, as a block diagram, a discriminator for deriving a harmonic from the fundamental frequency.
Um die Arbeitsweise des hier beschriebenen Dopplersystems, insbesondere die Arbeitsweise der zusätzlichen Empfangseinrichtung zu erläutern, soll zunächst das Frequenzspektrum gemäß Fig. 1 betrachtet werden. In order to explain the mode of operation of the Doppler system described here , in particular the mode of operation of the additional receiving device, the frequency spectrum according to FIG. 1 should first be considered.
Bei 1 ist die von den Antennen der Kreisanord nung abgestrahlte Hochfrequenz F0 und bei 2 die von einer weiteren Einzelantenne, die z. B. in der Mitte der Kreisanordnung stehen kann, abgestrahlte Fre quenz F1 dargestellt. Die beiden Frequenzen F0 und F1 unterscheiden sich um einen festen Betrag, der, um das System mit dem eingeführten VOR-System compatibel zu machen, 9960 Hz beträgt. Auf Grund der zyklischen Anschaltung der Einzelantennen des Kreisantennensystems an den Sender ist in einem fernen Aufpunkt die bei 1 dargestellte Welle fre quenzmoduliert, und zwar unter Einhaltung eines bestimmten Frequenzhubes (± 480 Hz), der durch die punktierten Linien 3 und 4 dargestellt ist. Die Modulationsfrequenz beträgt 30 Hz, die Modulation selbst kann sinusförmig angenommen werden. Die bei 2 dargestellte Welle ist mit 30Hz amplituden- moduliert, wodurch zwei um 30 Hz nach oben und unten liegende Seitenbänder entstehen. Diese sind in Fig. 1 bei 5 und 6 dargestellt. At 1 is the radiated from the antennas of the Kreisanord voltage high frequency F 0 and at 2 that of a further single antenna, the z. B. can stand in the middle of the circular arrangement , emitted frequency F 1 shown. The two frequencies F 0 and F 1 differ by a fixed amount which, in order to make the system compatible with the introduced VOR system , is 9960 Hz . Due to the cyclic connection of the individual antennas of the circular antenna system to the transmitter, the wave shown at 1 is frequency-modulated in a distant reference point , while maintaining a certain frequency deviation (± 480 Hz), which is shown by the dotted lines 3 and 4 . The modulation frequency is 30 Hz, the modulation itself can be assumed to be sinusoidal. The wave shown at 2 is amplitude- modulated at 30 Hz, which results in two sidebands lying 30 Hz up and down. These are shown in FIG. 1 at 5 and 6.
Es sei noch bemerkt, daß das System so ausgelegt ist, daß der durch die Bezugszahlen 3 und 4 dargestellte Frequenzhub der Frequenz F0 (bei 1 dar gestellt) ± 480 Hz beträgt, damit für das System die heute in der Flugfunknavigation eingeführten VOR-Empfänger benutzt werden können. Allerdings be trägt nur der maximale Frequenzhub ± 480 Hz, und zwar in der Horizontalen; er nimmt, wie bekannt, nach größeren Erhebungswinkeln mit dem Cosinus dieses Winkels ab. It should be noted that the system is designed so that the provided by the reference numerals 3 and 4 represent frequency deviation of the frequency F 0 (at 1 is provided) is ± 480 Hz, so that now introduced in the aeronautical radio navigation VOR for the system Receivers can be used. However, only the maximum frequency deviation is ± 480 Hz, namely in the horizontal plane; As is known, after larger elevation angles it decreases with the cosine of this angle.
Soweit das Frequenzspektrum bis jetzt beschrieben worden ist, entspricht es einem bereits bekannten Dopplersystem. As far as the frequency spectrum has been described up to now , it corresponds to an already known Doppler system.
Bei dem System gemäß der Erfindung wird die bei 2 dargestellte Welle zusätzlich mit einer Harmo nischen von 30 Hz, beispielsweise mit 270 Hz, ampli tudenmoduliert, so daß zwei weitere, bei 7 und 8 in Fig. 1 dargestellte Seitenbänder entstehen. In the system according to the invention, the wave shown at 2 is additionally tudenmodulated with a Harmo niche of 30 Hz, for example at 270 Hz , so that two further sidebands shown at 7 and 8 in Fig. 1 arise.
In Fig. 2 ist die den üblichen VOR-Empfanger ergänzende Apparatur dargestellt. Das empfangene und in üblicher Weise verstärkte und umgesetzte Signal wird einem Amplitudendemodulator 10 zu- geführt. Eine Einrichtung 11 liefert, nötigenfalls nach einer Verstärkung, ähnlich wie beim bekannten VOR-Empf anger, die von der Amplitudenmodulation der Trägerwelle Fiherrührende Niederfrequenzspan nung von 30Hz (Bezugsspannung) und die Schwe- bungsfrequenz von 9960 Hz. Diese Frequenzen wer den mittels Filtern 13 bzw. 12 voneinander getrennt. Die bei einem Frequenzhub von ± 480 Hz mit 30 Hz frequenzmodulierte Niederfrequenz von 9960 Hz wird, wie bekannt, in einem Frequenzdiskriminator 17 demoduliert, und die so erhaltene 30-Hz-Span- nung wird mittels eines (nicht gezeichneten) Phasenkomparator mit der 30-Hz-Bezugsspannung phasen mäßig verglichen. Der Phasenwinkel zwischen den beiden 30-Hz-Spannungen ist gleichbedeutend mit dem Azimut (Grobanzeige). In Fig. 2 , the conventional VOR receiver supplementary equipment is shown. The received signal, which is amplified and converted in the usual way , is fed to an amplitude demodulator 10. Means 11 supplies, if necessary after amplification, similar to the well-known PRE-recipient, the Fiherrührende of the amplitude modulation of the carrier wave low frequency clamping voltage of 30Hz (reference voltage), and the sulfur beat frequency of 9960 Hz. These frequencies who the means of filters 13 or 12 separated from each other. The frequency-modulated low frequency of 9960 Hz with a frequency deviation of ± 480 Hz at 30 Hz is demodulated in a frequency discriminator 17 , as is known, and the 30 Hz voltage obtained in this way is compared with the 30- Hz reference voltage compared in phases. The phase angle between the two 30 Hz voltages is synonymous with the azimuth (rough display).
Um eine Feinanzeige durchführen zu können, ist ein Diskriminator 14 mit nachgeschaltetem 270-Hz-Filter und ein weiteres 270-Hz-Filter 16 zur Aussiebung der als Amplitudenmodulation auf der Trägerfrequenez F1 ausgestrahlten Feinbezugsfrequenz 270 Hz vorgesehen.In order to be able to carry out a fine display , a discriminator 14 with a downstream 270 Hz filter and a further 270 Hz filter 16 for filtering out the fine reference frequency 270 Hz emitted as amplitude modulation on the carrier frequency F 1 is provided.
Eine der neunten Harmonischen der Modulation der Trägerwelle F0, die in Fig. 1 dargestellt ist, entsprechende Niederfrequenzspannung (9 · 30 Hz = 270 Hz) wird mittels des speziellen Diskriminators 14 bereitgestellt und durch das Filter 15 ausgesiebt.A low-frequency voltage (9 * 30 Hz = 270 Hz) corresponding to the ninth harmonics of the modulation of the carrier wave F 0 , which is shown in FIG. 1, is provided by means of the special discriminator 14 and filtered out by the filter 15.
Die 270-Hz-Bezugsspannung wird am Ausgang der Einrichtung 11 abgenommen und mittels des Filters 16 ausgesiebt. Durch Phasenvergleich der beiden 270-Hz-Spannungen ist, wie an sich bekannt, eine Feinmessung des Azimuts möglich. Während nämlich beim Vergleich der 30-Hz-Spannungen 360° Phasendrehung einem Azimut von 360° entsprechen, ist beim Vergleich der 270-Hz-Spannungen eine Phasendrehung von 9 · 360° für 360° Azimutdrehung notwendig. Es ergibt sich so, wie an sich bekannt, eine neunmal größere Ablesegenauigkeit. Für sich allein ist diese Anzeige naturgemäß mehrdeutig; die Mehrdeutigkeit wird aber durch die Grobanzeige beseitigt.The 270 Hz reference voltage is taken from the output of the device 11 and by means of the Filters 16 sifted out. By comparing the phases of the two 270 Hz voltages, as is known per se, a fine measurement of the azimuth is possible. Whereas, when comparing the 30 Hz voltages, 360 ° Phase rotation corresponding to an azimuth of 360 ° is one when comparing the 270 Hz voltages Phase rotation of 9 · 360 ° necessary for 360 ° azimuth rotation. It turns out, as is known per se, a reading accuracy nine times greater. On its own, this display is naturally ambiguous; the Ambiguity is eliminated by the coarse display.
In Fig. 3 ist der Diskriminator 14 im einzelnen als Blockschaltbild dargestellt. Dieser besteht aus einer Verzögerungsleitung 25 und einer Schaltungsanordnung 26 mit zwei Eingängen 27 und 28 und einem Ausgang 29. Eine derartige Schaltungsanordnung, die an ihrem Ausgang Harmonische der Modulation der Eingangsspannung liefert, ist in der deutschen Patentschrift 1019 356 beschrieben. Dem Eingang 27 wird die vom Bandpaß 12 abgegebene, frequenzmodulierte Welle mit der Mittenfrequenz 9960 Hz direkt, dem Eingang 28 dagegen zeitverzögert (Verzögerungsleitung 25), zugeführt.In Fig. 3, the discriminator 14 is in detail shown as a block diagram. This consists of a delay line 25 and a circuit arrangement 26 with two inputs 27 and 28 and one output 29. Such a circuit arrangement, which supplies harmonics of the modulation of the input voltage at its output is in German Patent Specification 1019 356 described. The input 27 is the frequency-modulated output from the bandpass filter 12 Wave with the center frequency 9960 Hz direct, the input 28 on the other hand time-delayed (Delay line 25).
Ist die 9960-Hz-Welle unmoduliert, dann sind die den Eingängen 27 und 28 der Anordnung 26 zugeführten Spannungen um 90° phasenverschoben. Die Zeitverzögerung der Leitung 25 beträgt 3,5 Millisekunden. Das am Eingang 28 liegende Signal ist also gegenüber dem am Eingang 27 liegenden um 3,5 Millisekunden verzögert. Bei einem Frequenzhub von ± 480Hz, den die 9960-Hz-Welle normalerweise besitzt, variiert also die Phasenbeziehung zwischen den beiden an den Eingängen 27 und 28 liegenden Spannungen um 10,5 Radians, d. h. um 10,5/π ganze Wellenzüge. Es kann gezeigt werden, daß bei diesen Bedingungen die neunte Harmonische der Modulationsfrequenz der 9960-Hz-Welle, d. h. 270 Hz, am Ausgang 29 der Anordnung 26 die größte Amplitude hat. Die elfte Harmonische (330 Hz) ist zwar auch vorhanden, jedoch mit bedeutend geringerer Amplitude. Diese und auch andere Harmonische mit ungerader Ordnungszahl können leicht mittels eines Filters unschädlich gemacht werden.If the 9960 Hz wave is unmodulated, then the inputs 27 and 28 of the arrangement 26 are supplied Voltages 90 ° out of phase. The time delay of line 25 is 3.5 milliseconds. The signal present at input 28 is therefore around compared to the signal present at input 27 3.5 milliseconds delayed. With a frequency deviation of ± 480Hz, which the 9960 Hz wave normally does possesses, so the phase relationship between the two lying at the inputs 27 and 28 varies Stresses around 10.5 radians, i.e. H. by 10.5 / π whole Wave trains. It can be shown that under these conditions the ninth harmonic of the modulation frequency the 9960 Hz wave, i.e. H. 270 Hz, at the output 29 of the arrangement 26 the greatest amplitude Has. The eleventh harmonic (330 Hz) is also present, but with a significantly lower amplitude. These and other harmonics with an odd ordinal number can easily be checked by means of a Filters are rendered harmless.
Wenn der Empfangsort unter einem beträchtlichen Höhenwinkel liegt, wie dies bei Flugzeugempfangsanlagen der Fall ist, erreicht der Frequenzhub nicht seine maximale Größe. Bei einem Höhenwinkel von 45°, zum Funkfeuer hin gerechnet, geht die Amplitude der 270-Hz-Welle ungefähr auf die Hälfte des maximalen Wertes zurück. Bei Höhenwinkeln um und über 45° erhält man aus der Grobanzeige, wie bisher bei den bekannten Systemen, eine genügende Ablesegenauigkeit. Bei sehr kleinen Erhebungswinkeln und bei großen Entfernungen ist eine Feinanzeige des Azimuts jedoch sehr nützlich.When the receiving location is at a considerable angle of elevation, as is the case with aircraft receiving systems is the case, the frequency deviation does not reach its maximum size. At an elevation angle of 45 °, counted towards the beacon, the amplitude of the 270 Hz wave is about half of the maximum value. In the case of elevation angles around and over 45 °, the rough display shows how so far with the known systems, a sufficient reading accuracy. In the case of very small elevation angles and large distances, there is a fine display of the azimuth, however, is very useful.
Anstatt der neunten Harmonischen können natürlich auch solche mit kleinerer Ordnungszahl, z. B. die fünfte Harmonische, benutzt werden, wenn die dabei zu erreichende Ablesegenauigkeit als genügend erachtet wird.Instead of the ninth harmonic, of course, those with a smaller ordinal number, e.g. B. the fifth harmonic, can be used if the reading accuracy to be achieved is sufficient is considered.
Sollen Harmonische mit geraden Ordnungszahlen herangezogen werden, so müssen die den Eingängen und 28 zugeführten Spannungen gleichphasig sein.If harmonics with even ordinal numbers are to be used, they must correspond to the inputs and 28 voltages supplied to be in phase.
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