DE1259969B - System for determining direction on the basis of two directional diagrams broadcast - Google Patents
System for determining direction on the basis of two directional diagrams broadcastInfo
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- G01S1/40—Systems for determining direction or position line using comparison of [1] the phase of the envelope of the change of frequency, due to Doppler effect, of the signal transmitted by an antenna moving, or appearing to move, in a cyclic path with [2] the phase of a reference signal, the frequency of this reference signal being synchronised with that of the cyclic movement, or apparent cyclic movement, of the antenna the apparent movement of the antenna being produced by cyclic sequential energisation of fixed antennas
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Description
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Int. α.:Int. α .:
Nummer: Aktenzeichen: Anmeldetag: Auslegetag:Number: File number: Registration date: Display day:
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Stl9460IXd/21a4
9. Juli 1962
1. Februar 1968Stl9460IXd / 21a4
July 9, 1962
1st February 1968
Es sind Systeme zur Richtungsbestimmung bei der Landung von Flugzeugen (Anflugfunkfeuer) bekannt, bei denen die der Navigation dienenden Richtdiagramme gleichartig und symmetrisch zu einer Mittellinie (Landebahn) liegen. Diese Diagramme können z. B. Modulationsgrad- oder Frequenzhub-Richtdiagramme sein. Bei diesen bekannten Systemen ist aber die zusätzliche übertragung einer Bezugsfrequenz notwendig. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System anzugeben, das durch Wegfall dieser Forderung vereinfacht werden kann.Systems for determining the direction when aircraft are landing (approach radio beacons) are known, where the directional diagrams used for navigation are similar and symmetrical to a center line (Runway). These diagrams can e.g. B. Modulation level or frequency deviation directional diagrams be. In these known systems, however, the additional transmission of a reference frequency necessary. The invention is based on the object of specifying a system which, by eliminating this requirement can be simplified.
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Richtungsbestimmung auf der Grundlage von zwei mit verschiedenen Frequenzen ausgestrahlten, zu einer Mittellinie symmetrischen Richtdagrammen, z. B. Doppelkreis-Richtdiagrammen, deren gemeinsame Tangenten parallel zur Symmetrielinie verlaufen. Die Richtdiagramme werden von zwei räumlich getrannten Antennensystemen erzeugt, deren Abstand groß gegen die Wellenlänge ist. Das Hauptmerkmal der Erfindung ist, daß das eine Richtdiagramm ein Amplitudenmodulationsgrad-Richtdiagramm, das anderen dagegen ein Frequenzhub-Richtdiagramm ist; die beiden Wellen, mit denen die Antennensysteme zur Erzeugung der Richtdiagramme gespeist werden, haben den Charakter eines Trägers bzw. eines Modulationsseitenbandes. The invention relates to a system for determining direction on the basis of two Directional diagrams transmitted with different frequencies and symmetrical about a center line, z. B. Double circle directional diagrams whose common tangents run parallel to the line of symmetry. The directional diagrams are generated by two spatially separated antenna systems, the distance between them is large against the wavelength. The main feature of the invention is that the one directional diagram Amplitude modulation degree directional diagram, while the other is a frequency deviation directional diagram; the two waves with which the antenna systems for generating the directional diagrams are fed, have the character of a carrier or a modulation sideband.
Für die empfangsseitige Auswertung der Modulationskomponenten bieten sich zwei in der Funknavigation bekannte Wege an, nämlich ein Amplitudenvergleich bzw. ein Phasenvergleich der Modulationskomponenten. Während der Amplitudenvergleich ohne weitere sendeseitige Maßnahmen in bekannter Weise möglich ist, sind zur Richtungsbestimmung durch Phasenvergleich erfindungsgemäß sendeseitig weitere Maßnahmen vorgesehen, nämlich: Den beiden Arten von Richtdiagrammen ist je ein Diagramm der gleichen Modulationsart überlagert, jedoch mit gegenüber den Richtdiagrammen phasenverschobener Modulationsspannung, insbesondere mit einer Phasen-Verschiebung von 90°.There are two options in radio navigation for evaluating the modulation components at the receiving end known ways, namely an amplitude comparison or a phase comparison of the modulation components. During the amplitude comparison without further measures on the transmitter side in known Way is possible, according to the invention, are on the transmitting side for direction determination by phase comparison further measures are provided, namely: Each of the two types of directional diagram is a diagram of the the same type of modulation superimposed, but with a phase-shifted modulation voltage compared to the directional diagrams, especially with a phase shift of 90 °.
Die zusätzlichen Modulationen können ungerichtet, d. h. als Rundstrahldiagramm, oder in einem Richtdiagramm ausgesendet werden.The additional modulations can be omnidirectional, i. H. as an omnidirectional diagram, or in a directional diagram be sent out.
Die Erfindung wird an Hand von Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to drawings.
In F i g. 1 sind zwei Antennensysteme A und B dargestellt, deren Richtdiagramme symmetrisch zur Mittelsenkrechten auf die gemeinsame Verbindungslinie sind. Das Antennensystem A strahle beispielsweise eine Trägerschwingung (Frequenz F0), die mit der Signalfrequenz / amplitudenmoduliert wird, so System zur RichtungsbestimmungIn Fig. 1 shows two antenna systems A and B , the directional diagrams of which are symmetrical to the perpendicular to the common connecting line. The antenna system A emits, for example, a carrier oscillation (frequency F 0 ) which is amplitude-modulated with the signal frequency / amplitude, so the system for determining direction
auf der Grundlage von zwei ausgestrahltenon the basis of two broadcast
RichtdiagrammenDirectional diagrams
Anmelder:Applicant:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
7000 Stuttgart-Zuffenhausen,
Hellmuth-Hirth-Str. 42
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Dipl.-Ing. Günter Höfgen, 1000 BerlinDipl.-Ing. Günter Höfgen, 1000 Berlin
aus, daß der Amplitudenmodulationsgrad richtungsabhängig ist. Das Richtdiagramm habe Doppelkreischarakteristik. Dem Antennensystem B wird dann die Seitenbandschwingung (Frequenz F0 + JF) zugeführt. Das Antennensystem B besteht aus einer Zeile mit einer Anzahl von Einzelantennen, die in rhythmischer Folge nacheinander gespeist werden, so daß dadurch in bekannter Weise ein Bewegungsverlauf der Strahlung auf der Antennenzeile simuliert wird. Die Funktion der Geschwindigkeit sei dieselbe wie bei der Modulation der Trägerschwingung, also eine Sinusfunktion mit der Frequenz /. Der auf Grund des Dopplereffektes entstehende Frequenzhub ist richtunsabhängig. Er hat in Zeilenrichtung sein Maximum, während er senkrecht dazu Null ist. Das Richtungsdiagramm hat ebenfalls Doppelkreischarakteristik. from the fact that the degree of amplitude modulation is direction-dependent. The directional diagram has a double circle characteristic. The sideband oscillation (frequency F 0 + JF) is then fed to the antenna system B. The antenna system B consists of a line with a number of individual antennas, which are fed one after the other in a rhythmic sequence, so that a course of movement of the radiation on the antenna line is simulated in a known manner. The function of the speed is the same as for the modulation of the carrier oscillation, i.e. a sine function with the frequency /. The frequency deviation resulting from the Doppler effect is direction-independent. It has its maximum in the direction of the line, while it is zero perpendicular to it. The direction diagram also has a double circle characteristic.
Auf der Grundlage der beiden Richtdiagramme ungleichartiger Erzeugung, jedoch gleicher Charakteristik kann ein System zur Richtungsbestimmung abgeleitet werden, das für den Empfang mit Empfängern für VOR geeignet ist. Das kann dadurch realisiert werden, daß symmetrisch zur Mittellinie ein Feld von Linien konstanter Phasendifferenz zwischen dem aus der amplitudenmodulierten Trägerschwingung gewonnenen Signal und dem aus der frequenzmodulierten Seitenbandschwingung gewonnenen Signal erzeugt wird, wobei die Phasendifferenz auf der Mittellinie selbst Null ist. Zu diesem Zweck wird den beiden richtungsabhängigen Modulationen phasenverschoben noch je eine zweite Modulation gleicher Modulationsart, also Amplitudenmodulation beim Träger und Frequenzmodulation beim Seitenband, aber anderer Richtcharakteristik hinzugefügt. Es soll zunächst der Fall betrachtet werden (F i g. 2), daß die zusätzlichen Modulationen ungerichtet sind und daßOn the basis of the two directional diagrams, different generation, but the same characteristics a system for determining the direction can be derived for reception with receivers is suitable for VOR. This can be done by having a field symmetrical to the center line of lines of constant phase difference between the one from the amplitude-modulated carrier wave generated signal and the signal obtained from the frequency-modulated sideband oscillation with the phase difference on the center line itself being zero. To this end, the two will direction-dependent modulations phase-shifted a second modulation of the same type of modulation, So amplitude modulation for the carrier and frequency modulation for the sideband, but different Directional pattern added. The case should first be considered (FIG. 2) that the additional modulations are undirected and that
709 747/193709 747/193
die Phasenverschiebung zwischen den modulierten Schwingungen der Signalfrequenz / 90° beträgt. Die Ortsfunktion der im Punkt P vom Antennensystem A erzeugten Empfangsfeldstärke kann dann folgendermaßen dargestellt werden:the phase shift between the modulated oscillations of the signal frequency is / 90 °. The position function of the received field strength generated at point P by antenna system A can then be represented as follows:
e = E ■ (Tn1 ■ sin α · sin ωί + M2 · cos cot). e = E ■ (Tn 1 ■ sin α · sin ωί + M 2 · cos cot).
Hierin ist JM1 = der maximale Modulationsgrad der richtungsabhängigen Amplitudenmodulation, Tn2 = der Modulationsgrad der zusätzlichen Amplitudenmodulation, ω = 2 π · / = Kreisfrequenz der modulierenden Schwingung.Here, JM 1 = the maximum degree of modulation of the direction-dependent amplitude modulation, Tn 2 = the degree of modulation of the additional amplitude modulation, ω = 2 π · / = angular frequency of the modulating oscillation.
Die Zeitfunktion sowie die reine Trägerschwingung, die ungerichtet abgestrahlt wird, sind nicht dargestellt, da sie nach der Gleichrichtung im Empfänger nicht mehr in Erscheinung treten. Der vom Antennensystem B im Punkt P erzeugte Frequenzhub ist entsprechend: The time function and the pure carrier oscillation, which is radiated in an undirected manner, are not shown, since they no longer appear in the receiver after rectification. The frequency deviation generated by antenna system B at point P is accordingly:
h = H1 ■ sin β ■ sin ωί + H2 · cos ωί. h = H 1 ■ sin β ■ sin ωί + H 2 · cos ωί.
Hierin ist: H1 = der maximale Frequenzhub der richtungsabhängigen Frequenzmodulation, H2 = der Frequenzhub der zusätzlichen Frequenzmodulation. Here: H 1 = the maximum frequency deviation of the direction-dependent frequency modulation, H 2 = the frequency deviation of the additional frequency modulation.
Die Frequenzmodulation der Seitenbandschwingung ist nach der Gleichrichtung im Empfänger in der aus Träger und Seitenband gebildeten Differenzschwingung (Frequenz AF) enthalten und wird mittels Diskriminator in eine dem Frequenzhub proportionale Schwingung der Signalfrequenz / verwandelt, so daß man damit zwei Schwingungen gleicher Frequenz hat, deren Phasenlage miteinander verglichen wird. Die Bedingung, daß die Phasenverschiebung auf der Mittellinie Null ist, ist dann erfüllt, wennAfter rectification in the receiver, the frequency modulation of the sideband oscillation is contained in the differential oscillation (frequency AF) formed from carrier and sideband and is converted by means of a discriminator into an oscillation of the signal frequency proportional to the frequency deviation, so that you have two oscillations of the same frequency and their phase position is compared with each other. The condition that the phase shift on the center line is zero is fulfilled if
H1 H2 H 1 H 2
3535
ist. Das Feld von Linien konstanter Phasendifferenz ist gegeben durch die Beziehung:is. The field of lines of constant phase difference is given by the relationship:
sin α — sin β -τ- + k ■ sin α sin β sin α - sin β -τ- + k ■ sin α sin β
k = k =
TTl2 TTl 2
H7/H 7 /
4545
Als Beispiel ist in F i g. 4 das Feld von Linien konstanter Phasendifferenz für k = 2 dargestellt.As an example in FIG. 4 shows the field of lines of constant phase difference for k = 2 .
Es soll nun noch der Fall betrachtet werden, daß die zusätzliche Modulation ebenfalls richtungsabhängig ist. Die Richtdiagramme sollen beispielsweise Doppelkreischarakterjstik haben, wie in Fig. 3 dargestellt. Wenn man wieder eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den modulierenden Schwingungen annimmt, so erhält man mit denselben Bezeichnungen wie oben für Empfangsfeldstärke und Frequenzhub im Punkt P:Let us now consider the case that the additional modulation is also direction-dependent. The directional diagrams should have, for example, double circle characteristics, as shown in FIG. 3. If one again assumes a phase shift of 90 ° between the modulating oscillations, one obtains with the same designations as above for the received field strength and frequency deviation at point P :
e = E(In1 ■ sin α · sin ωί + Tn2 ■ cos α · cos ωί),
h = H1 ■ sin β · sin ωί + H2- cos β ■ cos ωί. e = E (In 1 ■ sin α · sin ωί + Tn 2 ■ cos α · cos ωί),
h = H 1 ■ sin β · sin ωί + H 2 - cos β ■ cos ωί.
Das Feld von Linien konstanter Phasendifferenz ist in diesem Falle gegeben durchThe field of lines of constant phase difference in this case is given by
ig φ = ig φ =
tgq-tgjjtgq-tgjj
lc — -iiä- — ϋί- lc - -iiä- - ϋί-
/ν — —■ ττ / ν - - ■ ττ
65 Als Beispiel ist ein Feld von Linien konstanter Phasendifferenz für k = 2 in Fig. 5 dargestellt.65 As an example, an array of lines of constant phase difference for k = 2 is shown in FIG.
Die Realisierung der Richtdiagramme kann beim tennensystem A mittels gekreuzter Dipole, beim Antennensystem B mit einer elliptischen Umlaufbahn der simulierten Seitenbandstrahlung (Anordnung der Einzelantennen auf einer Ellipse) erfolgen. With antenna system A, the directional diagrams can be realized by means of crossed dipoles, with antenna system B with an elliptical orbit of the simulated sideband radiation (arrangement of the individual antennas on an ellipse).
Claims (5)
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