DE2009345A1 - Leitsystem für Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

Mein Zeichen: P 909

Anmelder: Forsvarets Forskningsinstitutt

Kjeller bei Lilleström

Norwegen

Leitsystem für Luftfahrzeuge

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Führung oder Lenkung von Flugzeusen während des Landens.

Es ist möglich, mit Hilfe von Hochfrequenz-Leitsystemen verschiedener Arten ein Flugzeug zu einem Flugplatz hin zu ■ leiten; für die eigentliche manuell' durchceführte Landung sind jedoch gute Sichtverhältnisse Voraussetzung, Der Pilot muß dabei verschiedene Steuerelemente betätigen, um auf der Flugbahn zu bleiben, und sodann die Fluggeschwindigkeit verringern, etc.. Es ist jedoch von großer Bedeutung, ein Flugzeug unabhängig von den jeweils vorliegenden Eichtbedingungen landen zu können. Dies betrifft sowohl den zivilen Luftverkehr als auch militärische Anwendungen während Kriegs- und Friedenszeiten. Das betreffende Problem ist seit verschiedenen Jahren ein zentrales Problem. Es ist bisher kein System geschaffen.worden, das eine vollständige Blindlandung oder automatische Landung ermöglicht.

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Es ist bereits on^ere^t worden, Durchdringun.sstrfhlen (Röntgen- und Gammastrahlen) von entsprechenden Ctrahlunprsnuellen auf dem Erdboden länrn der Flurbahn abzugeben. Ferner sind die Jtrahlun: feststellende Instrumente vorgeschlagen worden, die en dem Flugzeug befestigt sind. Kit Hilfe ai-jser Instrumente soll die Position und Höhe do:: betreffenden Flugzeugs bestimmt v/erden. Das Prinzio dieser Iysterne besteht; in wesentlichen darin, die ätrahlungsouellen so anzuordnen, dal sie ihre strahlung nach ober, abgeben, die somit von einem A.nzeigesvstem emofangen v/erden kann, das eine ^Qr.tsD:.echend einem Muster verteilte Anordnung von »Strahlungsempfängern oder eine Anzeigoschi --ra— anordnung mit einem Bildwandler aufweist. Der Ι,ν/ecV: dieser Maßnahmen besteht darin, lern Piloten ein Bild der ^trahlunfrsr-uellen unter eiern Flugzeug zu geben. An Hand -iioner Info ;■:::-- :;ionen vermag der 'Pilot s=ir.e Position zu bezeichnen. Der Pilot erhält ferner an Ea η α der Stärvie des Leicstrahls ooer Strahlenbündols eine Höhenanzeige. Diese Anzeige l-:ann in der Praxis nur eine I^iherungsanzeige sein, da sie von der Gtär.ie der Strahlungsouollen abhängt. Die 3t=ir>e der Strahlungsouellen nimmt rei Te^v/enclur., von Eadioisotooen mit der Zeit; ab.

Bei einem anderen bekannten System hän-^t die Positionsinformäoion in Bezug auf eine bestimmte Flus.bahn von der Breite und Form der Leitstrahl er. oder -Jtrahlunrsbündel ab. Jede »^trahlungs-uelle gibt einen einzigen Leitstrahl oder ein einziges Strahlungsbüncel ab, und jedes -Strahlungscündel mit Ausnahme der ersten beiden 3trahlungsbündel gibt die gleiche Information ab. Um eine Information aus den Strahlungsbündeln oder Le ^.t strahl en zu erhalten, ist es erforderlich, die Breite des ,jeweiligen Leitstrahls oder Strahlun^sbündeln genau zu messen, der bzw. das von einer bestimmten Flugbahn geschnitten wird.

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Die Messung der Zeitspanne, während der die Leitstrahlen durchflogen werden, führt su einer größeren relativen Ungen?uigr:eit (in Prozent des Zeitintervalls), wenn' die Zeitspanne oder öas Zeitintervall nicht relativ groß ist,' d.h. dak die Lpitstrahlen in !flugrichtung relativ weit auseinanderliegen müssen.. Dies bedeutet, da.C es schwierig ist, mehl" als einen Leitstrahl von jeder Strahlungsquelle in eine entsprechende L^ge zu bringen. Ferner würde, die Abgabe von mehr "Ir. ^ir.em Leitstrahl von ,jeder"Strahlungsquelle auf jeden Fall erfordern, die Logik und den Aufbau des Systems zu ändern. Ferner bedeutet die erwähnte Maßnahme, daß keil- ä

"for mir ρ- Strahlenbündel zu einer relativ starken Streustrahluiiß; in den oberen Höhen führen: Dadurch wird es schwierig, das Verfahren in Hohen anzuwenden, in denen die Streustrahlung so groi; ist, da:: die Ermittelun·;· der Strahlenbündel oder Leitstrahl en pr Vr lf>m?.tisch viird.

Ferner bringt der 'Verfall- der Radioaktivität srewisse Schwierigkeiten mit sich. Viird -die Höhe aus Strahlungsintensitätsmessungen bestimmt, so müssen zum Zeitpunkt des Durchlaufens oder purchfliegens eines entsprechenden Strahlungsbündels oder Leitstrahls Korrekturen bezüglich des Zerfalls der Hadioaktivität mit in Rücksicht gestellt werden, oder es muß ein Verfahren geschaffen werden., das die Strah- I lungsintensität konstant halt, .gegebenenfalls durch entsprechende Einstellung der Dicke der Behälterabschirmungen in Bs EUg auf die Strahlungsintensität".

Der Erfindung liegt nun die Aufgebe zu Grunde., die Nachteile der vorstehend betrachteten Systeme zu überwinden und ein Kodeirruppensystem anzuwenden, bei dem eine Abnahme oder ein Serfall der Radioaktivität entsorechender Strahlungsouellen keine Schwierigkeit er. hervorruft.

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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch ein Leitsystem für Luftfahrzeuge, bei dem Leitstrahlen eine kodierte Information enthalten und einen Flugkorridor sowie innerhalb des Plugkorridors Flugbahnen und längs von Start- und Landebahnen und von Rollbahnen Wege festlegen, unter Verwendung von Strahlungserzeugungseinrichtungen, die eine Vielzahl flacher divergierender kollimierter Leitstrahlen solcher Formen erzeugen, daß die einzelnen Flugbahnen innerhalb des Flugkorridors ,jeweils von einer eindeutigen Kombination von Leitstrahlen geschnitten werden, wobei diese Leirstrahlen so gelegt sind, daß sie den Flugkorridor schneiden, nicht aber sich untereinander innerhalb des Flugkorridors schneiden, und wobei eine zusätzliche Vielrrsnl flacher kollimierter Leitstrahlen erzeugt wird, die hinsichtlich des Schneidens von Flugbahnen innerhalb des Flugkorridors einander entsprechen. Dieses Leitsystem ist erfindunr-;sremä£ dadurch gekennzeichnet, daß die StrahlunKserzeugune-fieinrichtungen Strahlungsquellen enthalten, die mit Abdecl:blenden oder LeitstraKLdirektoren versehen sind, welche die jeweilige Strahlur.;;· au flachen kollimierten Leitstrahlen formen, d.?ß die AL-dec^vblenden oder Leitstrahldirektoren periodische Muster ar; weisen und innerhalb jedes Leitstrahls der Vielzahl von Leitstrahlen die Bildung entsprechender Leitstrahlgruppen bewirken und daß die Strahlungsauellen in einer Reiht* parallel zu einer imaginär η vertikalen Ebene länrs der Mitte des Flugkorridors un.^; nahe senkrecht zu dem Erdboden angeordnet sind.

Gemäß der Erfindung werden die den oben betrachteten Sv.jfcemen anhaftenden Schwierigkeiten vermieden, da im vorliegenden Fall die jeweilige Kessung nicht auf die Messung der Intensität der Strahlung-sbündel oder Leitstrahlen und ihrer Breite abgestellt ist, sondern weil es lediglich erforderlich ist, die Differenz des Abstands zwischen "flachen" kollimierten

oder Leitstrahlen festzustellen, um ver-

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schiedene Breiten von Strahlungsbündeln oder Leitstrahlen 11ar zu ermitteln.

Gemäß der Erfindung werden die aufgezeigten Probleme durch Verwendung feststehender Strahlungsquellen gelöst, die küilimierte Strahlen abgeben. Das Vorhandensein dieser ' Strahlen wird mit Hilfe von Instrumenten in dem jeweiligen Flugzeug festgestellt. Die Breite der kollimierten Strahlungsbündel und/oder der Abstand zwischen benachbarten Strahlungsbündeln ändert sich jedoch - gemessen in Flugrichtung in einer Schnittebene, die tangential zu der Flugbahn an einem Punkt verläuft, in welchem diese Flugbahn von der Strahlung gekreuzt wird und eine senkrecht zu der Flugbahn verlaufende Linie enthält - unzweideutig in Bezug auf die Verschiebung der Flugbahn durch diese Linie. Auf diese Weise werden nach entsprechender Ermittelung, Signale abgegeben, die sich mit der Querabweichung und Höhenabweichung der veränderten Flugbahn von der erstgenannten Flugbahn ändern.

Die Breiten, Richtungen, Krümmungen und Abstände der kollimierten Strahlungsbündel sind so gewählt, daß ein längs einer Flugbahn in dem Strahlungsfeld fliegendes Flugzeug die Abweichung seiner Flugbahn von einer gewünschten Flugbahn bestimmen kann (dies kann als die senkrechte Seitenabweichung in einer um die richtige Flugbahn gedrehten Ebene angesehen werden)., ·

Bei einer an anderer Stelle vorgeschlagenen Anordnung sind die Strahlungsquellen paarweise längs der Flugbahn angeordnet. Dabei sind die Strahlungsquellen jedes Strahlungsquellenpaares zu beiden Seiten einer vertikalen Ebene angeordnet, in welcher die Flugbahn liegt. Die Strahlen der Strahlungsquellen werden dabei derart kollimiert, daß bei Projektion auf eine Ebene unter rechtem Winkel zu der Flugbahn und durch beide Strahlungsquellen hindurch die Strahlung

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eines Strahlungsquellenpaares kollimiert ist und ein symmetrisches Viereck weitgehend abdeckt, welches einen Anflugkorridor definiert.

Gemäß der Erfindung wird nun lediglich eine Reihe von einzelnen Strahlungsquellen verwendet, die kodierte Gruppen von Strahlungsbündeln oder Leitstrahlen abgeben. Jede Strahlungsquelle ist dabei längs eines Teils des Flugkorridors oder längs eines Teils der Lande- und Startbahn oder des Rollweges wirksam. Die Logik oder Verknüpfungseinrichtung dieses jeweils einzelne Strahlungsquellen verwendenden Systems entspricht der Logik oder Verknüpfungseinrichtung bei dem Strahlungsquellenpaare verwendenden System, wobei in der Lopik vorgesehene Neuerungen sämtliche erforderlichen Informationen von einer Strahlungsquelle für einen Teil eines Flugbetriebs liefern. Bei Verwendung eines hinreichend hohen Anzahl von Strahlungsquellen in einer Reihe (hintereinander) längs des Flugkorridors, der Start- und Landebahn und des Rollweges wird einem Flugzeug durch entsprechende Feststellung und Dekodierung der Strahlungsmuster eine vollständige Information für eine sichere Landung oder einen sicheren Start geliefert". Die einzelnen Strahlungsquellen können entweder unterhalb oder zu einer Seite oder zu der anderen Seite des Flugkorridors, der Start- und Landebahn und des Rollweges angeordnet sein.

Wie bei dem System mit Strahlungsquellenpaaren wird auch hier die Information für das Flugzeug dadurch gewonnen, daß Strahlungsbündel aus der dreidimensionalen Anordnung der kodierten Gruppen von zusammen ein Strahlungsbündelmuster bildenden Strahlungsbündeln ermittelt und dekodiert werden.

Die Strahlungsbündel oder Leitstrahlen können durch Abdeckeinrichtungen oder durch Strahlungsdirektoren an der jeweiligen

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Strahlungsquelle gebildet werden. Die Strahlungsquelle gibt dabei entweder Gammastrahlen, Röntgenstrahlen, elektromagnetische Strahlen innerhalb des sichtbaren Spektrums, wie Ultraviolettstrahlen, sichtbare Strahlen und Infrarotstrahlen, oder kurzwellige Hochfrequenzwellen, vorzugsweise Mikrowellen ab. Laserstrahlen können als innerhalb des optischen Spektrums liegende Strahlen verwendet werden, und Maser-Strahlen können als in der Gruppe des Hochfrequenzspektrums liegende Wellen verwendet werden.

Das Landesystem gemäß der Erfindung basiert auf Strahlen, die von Strahlungsquellen außerhalb des Flugzeugs abgegeben werden, und zwar vorzugsweise von Strahlungsquellen, die auf oder nahe dem Erdboden angeordnet sind. Die betreffenden Strahlen werden unter Bildung dreidimensionaler Strahlungsmuster, die die gewünschten Flugbahnen enthalten, kollimiert. Während des Anflugs können einem Flugzeug mit SpezialinstruGienten z.B. fortwährend Informationen über seine Position und die Abweichung seiner Flugbahn von einer gewünschten Flugbahn zugeführt werden.

Bei einem Luftfahrzeug oder Flugzeug kann die Fluggeschwindigkeitin Bezug auf den Erdboden sowie die Richtung und der Winkel der Flugbahn und ebenso die Flughöhe in Bezug auf den | Srdbotteii an Hand der jeweils aufgenommenen Strahlen bestimmt werden. In dem Flugzeug vorhandene Detektoren ermitteln das Auftreten der Strahlungsbündel, und eine in dem Flugzeug enthaltene elektronische Dekodiereinrichtung, nachstehend auch nur Dekoder genannt, dient dazu, alle notwendigen Informationen zu liefern, wie die Entfernung von der Landebahn, die Flugzeughöhe und die relative Quer- und Höhenabweichung von einer gewünschten Flugbahn, die etwa in der Mitte des Anflugkorridors liegen kann, der durch die Strahlungsmuster festgelegt ist. Diese Information kann z.B. einer Sichtanzeigeeinrichtung zugeführt werden, die

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zur Führung des Piloten und/oder von Autopiloten beim automatischen Landen dient. Das Luftfahrzeug kann ferner mit Detektoren ausgerüstet sein, die lediglich das Auftreten von Gammastrahlen ermitteln. Dabei ist keine Dekodiereinrichtung vorgesehen. Gelangt ein Luftfahrzeugdurch ein Gammastrahlungsfeld hindurch, so könnte ein Kochfrequenzsigiifll der Flugkontrollstation auf dem betreffenden Flugplatz zugeführt werden. In dieser Flugkontrollstation könnte eine Dekodiereinrichtung die betreffenden Strahlungssignale dahingehend auswerten, dal? d-;S betreffende Luftfahrzeug mit Hilfe von Hochfrequenzbefehlen vom Ei'öboden aus entweder manuell oder automatisch l-at"^ unte-:; geführt oder geleitet wird.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer PersDektivansicht eine Anzahl von Strahlungsquelle^., die gemeinsam einen zu dem Landepunkt auf der Lande yjhn hinführenden Fli;·-'nrridor bilden, und ein mit einer Detektoreinrichtung eas<- erüstetes Luftfahrzeug.

Fig. 2 und 3 zeigen einen Kollimator na Längsschnitt bzw. von oben gesehen.

Fig. 4- und 4-A veranschaulichen die Erfindung an Hand einer Reihe von einzelnen Strahlungsquellen. Fig. 5 und 5A zeigen in perspektivischer Ansicht die Kollimation bzw. die Anwendung,von Laserstrahlen als Strehlungsquellen.

Fig. 6 zeigt schematisch in einer Seitenansicht das die Höhe eines Flugzeugs anzeigende Strahlungsfeld oder Strahlungsmuster einer einzigen Strahlungsquelle. Fig. 7 und 7A zeigen schematich eine Perspektivansicht des Strahlungsmusters einer einzigen Strahlungsquelle in einer senkrecht zu einer gewünschten Flugbahn verlaufenden Ebene, wobei die Strahlungsquelle in der Kitte des Flug-

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Corridors angeordnet ist, und eine horizontale Schnittf ιsieht dieses Strahlungsmusters.

Fig. 8 und 8A zeigen schematisch eine Perspektivansieht des Strahlungsmusters einer einzigen Strahlungsquelle in einer senkrecht zu einer gewünschten Flugbahn verlaufenden Eb ne, wobei die Strahlungsquelle auf einer Seite des T, l^korridors angeordnet ist, bzw. eine horizontale

Sjhnittansicht dieses Strahlungsmusters. ·

Fig. 9 zeigt eine Modifikation des Strahlungsmuster der in Fig. 7 und 8 dargestellten einzigen Strahlungsquelle.

Fig. 10 zeigt schematisch eine Perspektivansicht des durch ■ j

eine einzige Strahlungsquelle festgelegten Flugkorridors. '

In Fig. 1 ist gezeigt, wie ein Flugkorridor durch auf seiner Unterseite angeordnete Strahlungsquellen S festgelegt ist. Jede Strahlungsquelle S ist in einem Kollimator C angeordnet, der nachstehend noch näher beschrieben werden wird. In Fig.1 ist ein derartiger Kollimator lediglich schematisch angedeutet. Durch derartige Kollimatoren, die Gammastrahlen-Strahlungsbündelfächer oder Leitstrahlfächer GR zu erzeugen imstande sind, ist ein Luftfahrzeug imstande, einen Anflugkorridor zu ermitteln. Das LeitStrahlmuster des Leitsystems kann so ausgelegt sein, wie es für eine Bewegung in Richtung auf die Flugplatz!andebahn und längs dieser Landebahn erforderlich ist, um eine Information bereitzustellen, die für das Abfangen und das Aufsetzen erforderlich ist. Ferner gehört hierzu die Information, die längs der Start- und Landebahn RW und längs cLes Rollweges erforderlich ist. In Fig. 1 ist lediglich eine willkürliche Flugbahn innerhalb des Anflugkorridors angedeutet. Da die Strahlungsquellen S in Richtung zu der Landebahn RW hin in allmählich geringer werdenden gegenseitigen Abständen angeordnet sind, kann die Sendestärke der Strahlungsquellen zweckmäßigerweise in Richtung zu dem Landepunkt hin verringert werden j während.gleichzeitig nahe des Landepunktes höhere Strahlungsintensitäten

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vorhanden sind als an weiter weg liegenden Stellen in dem Anflugkorridor.

Die durch die Sammastrahlen-Leitstrahlen GR Kepebene Information wird mit Hilfe von in dem Luftfahrzeug Ac enthaltenen strahlungsempfindlichen Instrumenten De ermittelt. Die betreffende Information kann dann z.B. umgesetzt werden, um Sichtanzeigen für die Führung oder Leitung des Luftfahrzeugpiloten zu liefern.

Nähert sich das Luftfahrzeug innerhalb des Korridors einem Flugplatz, so wird der Abstand zwischen den Leitstrahlen gemessen und ferner der Abstand zwischen den folgenden Leitstrahlpositionen und damit die Frequenz der LeitStrahlsignale. Die Detektoreinrichtung De kann das Auftreten oder ITichtauftreten von Strahlen längs des Flugkorridors oder längs der Flugbahn, entlang der sich dss Luftfahrzeug bewegt, feststellen und anzeigen. Dies kann längs der Flugbahn wiederholt werden, und zwar bis zum Landepunkt bei der Landebahn.

Die Signale treten in kurzen Intervallen wiederholt auf. Die Größe dieser Intervalle hängt von der Ausführungsform der Kollimatoren und von den relativen Positionen der Strahlungsquellen ab.

Zwischen Strahlungsquellen können

Paare von Strahlunesquellen angeordnet sein, die mit Hilfe geeigneter Kollimatoren nicht divergierende parallele Leitstrahlen oder Strahlungsbündel abgeben, d.h. Leitstrahlen oder Strahlungsbündel, deren entsprechende Seitenränder sich nicht in Bezug aufeinander fächerartig ausbreiten. Es ist auch möglich, diese Strahlungsbündel von den gleichen beiden Strahlungsquellen zu erhalten, von denen die anderen

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Strahlungsbündel oder Leitstrahlen abgegeben werden, und zwar jeweils einer von einer Strahlungsquelle, Ist "a" der Abstand zwischen den nichtdivergierenden Strahlungsbündeln, in Flugrichtung gemessen, und ist "t" die .Seitspanne für das Durchqueren des durch das erste und zweite nichtdivergierende Strahlungsbündel fenebenen Bereichs, so ist die Helativgeschwindigkeit bezogen auf den Erdboden (im folgenden Grund^eschwindigkeit genannt) durch den Ausdruck a/t gerieben.

Mit Hilfe von zwei derartigen nichtdivergierenden Strahlungs- ^ bündeln ist es möglich, die absolute Grundgeschwindifjkeit zu ™ ermitteln, und zwar als Grundlage für die Berechnung der Höhe des Luftfahrzeugs innerhalb des ITugkorridors. Biese Information zeigt zusammen mit der weiter unten erwähnten Information über die relative Position in dem Korridor (die Querabweichunp und die Höhenabweichung von der Mittellinie des Flupkorridors) unaweideutir; die absolute Position des betreffenden Luftfahrzeugs in dem 3EPlug:körri&or ar>₄ oder mit anderen Worten die tatsächliche I"lUf;bah&_e Die Hohe kann dadurch berechnet werden, daß die Zeitspanne für das Durchqueren des durch die beiden nichtdivergierenden Strahlungsbündel segebenen Bereichs während des Flugs, d,.h. eine Bestimmung der absoluten Geschwindigkeit des Luftfahrzeugs, mit der Zeit- ä spanne des Burchquerens des durch die beiden divergierenden Strahlungsbündel gegebeneil Bereichs verglichen wird. Unter Sugruiidelegung von JBlg» 6 handelt es sich, dabei zum einen um die Strahlungsbündel oder Leitstrahlen A und B oder um zwei entsprechende Strahlungsbündel oder Leitstrahlen. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen werden.

Wie dargestellt, durchquert ein Luftfahrzeug verschiedene Gruppen von Signalelementen, wenn es ein Paar von Strahlungsquellen durchquert. Die Frequenz der bei einer bestimmten

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Gvuncb-eschvn.nuirikcit empfangenen Signale ist umgekehrt proportional der Höhe. Mit anderen V/orten heißt dies, daß die Signalperiode proportional der Höhe ist. Die Grüner-epchwindi^x. ύ/ϋ kann somit mit der oignalperiode U21G einen konstanten Koeffizienten multipliziert werden, um dif absolute Höhe zu erhalten.

Eine Kcllimatorrnordimrr-, die eine Strahlungsquelle abzucer·.;. on imstande ist, ist in Fig. 2 und 3 dargestellt. Iv. I'ip. 2 i r.t c-'bei eine vertikale Hchnittansicht durch •f.ne derart:¹ ge LOllimatoranorcnun:; gezeigt. Ein KolliiEatorgeh-^:iuse oder Gnurlteil 22, das on einem 'träger befestigt iot, weist eine dachförmige Cffnun-.: für ^f]ie Abgabe von otmh]i;ng von einer Strahlungsquelle 7^l\ auf. Die otrahlui^sije]lc "A- : G" in der Kitte einer rlei-^l.schirmung 23 untergebracht, dir i:: de::i Gehäuse 22 angeordnet ist. Kollimatorelemer.te 7 ~it Schlitzen 25 beschränken die Strahlung auf ein bps^ii.'irntes Muster von 3trahlungrbündeln oder Leitstrahlen. I>ie drrr-estellte Ar.o. rir.'inr. erzeugt -i:: ''uster flacher Strahlungsbr^cel ο "..er Leitstrahl ^n, v/ie ^ie.-. in 3¹Ig. 1 dargestellt irt. Diese leitrtrshlan oder Straklung.v^ündel v/erden von einer uelle «bge~eber..

2ei der: gewählten Beispiel ist die strahlungsquelle 24 ein radioaktives Element, das in einer Ausnehmung eines Stabes ' T.i'r.c d^.TG^-n eines Ende untergebracht ist. Der Stab 28 v/ird curch eine rohr-un- in der Abschirmung 23 eingeführt und mit Hilfe einer .ralteeinrichtung 26 ir. seiner Stellung gehalten. Eine Schraubenspindel 29 dient zur Einstellung des Kollimators, und zwar zur genauen Ausrichtung der .Strahlungsbündel.

In Fig. 4 bis 10 isr die Erfindung an weiteren Einzelheiten veranschaulicht. V/ie in Fig. 4 schere"¹,isch dargestellt, sind die Etrahlungo^uelien Ξ längs des Flugkorridors ausgerichtet. Die Srrahlungs'ieilen 3 geben eine Reihe von Strahlungsbündeln

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oder Leitstrahlen ab, welche Strahlungsbüiidelmuster längs des Flugkorridors festlegen. Zum Zwecke einer leichteren Erkennung des in Pig. 4- dargestellten Prinzips, ist eine Landebahn RW mit einem von ihr wegführenden Rollweg TV/ dargestellt, wobei ein Luftfahrzeug FL auf der Flugbahn FP inrerhalb des Flugkorridors anfliegt.

Die einzige verwendete Strahlungsquelle kann eine Kollimatoranordnung sein, wie sie in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Dabei kann die Ab gäbe strahlung einer Strahlungsquelle, verwendet werden, oder es können Lichtstrahlen verwendet werden, wie sie von einem Laser abgegeben werden, wie dies in Fig* und 5A veranschaulicht ist. In Fig. 5 ist eine Reihe von Dioden-Lasern DL dargestellt, die in einer Reihe angeordnet sind. Dabei stellt jeder Dioden-Laser die Strahlungsquelle für ein Strahlungsbündel oder für einen Leitstrahl dar. Die Laser- Diode kann dann so angeordnet sein, daß sie das gleiche Strahlungsmuster abgibt wie die Gammastrahlungsquelle, die in Fig. 2 und 3äaig©stellt und mit Abschirmblenden versehen· ist. Da die von einer Laser-Diode abgegebene Strahlung im wesentlichen ein schmaler Strahl ist, kann dieser Strahl in in einer Ebene divergierende Strahlen anderer Formen umgesetzt werden, und zwar entsprechend dem gewünschten Strahlungsmuster, Hierzu dienen zylindrisch geformte Linsen oder andere optische Einrichtungen CTL. Diese Einrichtungen sind generell als Strahlungsdirektoren bekannt. Die in dem Luftfahrzeug enthaltenen Detektoren sind dabei imstande, die Laserstrahlen zu ermitteln und von Hintergrundstrahlung zu unterscheiden.

Wie aus der Anwendung der Strahlen des Gammastrahlensystems und der Strahlen des Laserstrahlensystems hervorgeht, laßt die Erfindung auch die Verwendung von Röntgenstrahlen oder Mikrowellen zu. Das, Röntgenstrahlensystem würde dem zuvor genannten Gammastrahlensystem weitgehend entsprechen, da

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1ft -

2 Ω O c ο /, r

*- ν-* ^ w O 'τ O

jede Strahlungsquelle :ir:? 3inricht*i.>c zur Erzeugung von Röntgenstrahlen umfassen würde. Bai Ίο ν Anv/on'.limg von i.ikrov/^llen künnie ein rüchtsnt ?nno:-nr3t?:n ho^l:"r:.:lic^;!.->r· Ausführunrrsform vorgesehen sein, b-3i -.".orr. die? ".itrahlon :■;:■ ";pfo:T. i^; sein konnten, cv^:. si ν in "-inor IDb en 9 civc- ":io ■"■">:. οuov i:~· "ondei-ie andere Form e:;ts"-:"~c:-9r.i -Ieζ .""ν."-.'.'!.:¹ — ·.·;!.:■_. ο G lib pi: jtrahlur.gsmr.Coor* snnahn^n.

V/io in Fig. 6 dargestellt, verlaufen flache diverrie:--';ri':o 3trohlun:_:;sbündel oder Leitstrahl en -uor zu der Flugrichtung, so da3 ihre Schnittlinie mit der* Flugbahn horizontal verlnuft (v/eshalb auch ihre Schnittlinien mit ir "onaoi::O ■ horizontalen Ebene parallel verlaufen). Ir. diesem Fall ist der. Abstand zwischen zwei derartigen otrahlurgsbür .<>]; κ:: Leitstrahlen längs der Flugbahnen gesessen proportional der Höhe über der Strahlungsquelle.

Diese Beziehung kann für· die beiden re-ebener. Str-j bür.del oder Leitstrahlen (einer. Pasr von Strehlungsbüncel:.

Λ und 3 oder G und D) wie fol?;t ausgedrückt v/erden:

H = l:li

Hierii: bedeuten I_x. den horizontalen Abstand z;-/isehen den beiden p-esebenen Strahlungsbündelr. I".r.gs einer bestimmten Flugbahn und k eine Konstante für diase ot-"ehlur.gsbür.'lol, deren Qr'oP.& vom V/inkel zv/isehen diesen Stsahlungsoündein und von der Vektorrichtung der Flugbahn abhängt, .nter der Ar nähme einer konstanten Gruna-esch-./indiekeit v innerhalb des kurzen Zeitintervalls t-. zwischen den ^rJtrahlungsbündeln ist

*1 * ^Vg ^{= 1}I

und ferner ist in Fig. 6

1 = I₁ cosf ,

worin ^ der Gleitneigungswinkel und I^ und Ip dio Abstände zwischen einem so angeordneten Paar von otrahlungsbündeln

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sind, oiiid die beiden Paare von Strahlungsbündeln A und B oder C und I) so ausgerichtet, daß I^ und l_p den Werten H^ und I!_o entlang eines normalen Gleitnei/mngswinkels entsprechen, dann gelangt man zu:

^H1 ^{= k V}g ^t1
und H₀ = k ν t~

C- (Z, C.

Ist die Abweichung des Gleitnei-Tungswinkels vernachlässig- . bar odo" klein, etwa einige wenige Grad, so gelangt man -näherungsweise zu:

W. - Ic ν t. für diese Gleitneigungen, π g ι

Sind weitere Paare von Strahlungsbündeln von ein und der- ~ selben Strahlungsquelle oder von anderen Strahlungsauellen in der gleichen V/eise angeordnet, so daif der Abstand zwischen jeweils swei dieser Strahlungsbünaei in Richtung der gleichen Vektorflupl "im der gleichen Höhen-Ahstands-Besiehung H = kl genügt, so erhält ein Luftfahrzeug durch Messunr der Zeitintervalle t wiederholt eine .Eöhenbestimmunp· durch Ausführung der Rechnung H = k ν^ t, V/enn die Schnittachse der ei^wähnten Strahlungsbündel eine andere Sichtung besitzt, wie ε.B. eine vertikale Richtung, so wird der Flugbahnabstand D au einer Eh*me durch die Achse in der gleichen Weise an Hand eines entsorechenden Ausdrucks ermittelt:

¹

^k' ν

Um eine Infol-mation über die Seitenrosition der Flu~bahn eines Luftfahrzeugs in Bezar auf den Flugrkorridor zu erhalten, sei eine willkürlich .rewählte Elucbahn eines Luftfahrzeugs, wie die Flurbahn F in fir. 7 bis Sk vorausgesetzt. Das Zeitintervall zwischen dem Durchqueren des durch die Leitstrahler: P und U gegebener. Bereichs durch das Luftfahrzeug ist rl eich t, , und die Zeitspanne des Durchouerens des durch die Leitstrahlen R und U perebenen Bereichs ist bleich t , und swar entsnrechend der. Flugbahn el em-ent en 1-und a. Die

ti - ^

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Leitstrahlen oder Strahlbündel P und U verlaufen parallel in einer horizontalen Ebene, und der Leitstrahl oder das Strahlbündel R verläuft unter einem Winkel zu den Leitstrahlen P und U. Damit zeigt die Beziehung zwischen den beiden Zeitintervallen t /t, unter Voraussetzung einer konstanten Grundgeschwindigkeit ν die winkelmäßige Querabweichung des Luftfahrzeugs an, und zwar wie sie von der Strahlungsquelle S auf dem Erdboden aus gesehen wird. Der rleiche Winkel wird für sämtliche Flugbahnen erzielt, die die gleiche Zeitbeziehung oder den gleichen Zeitquotienten haben. Demgemäß ist der Zeitquotient ein Seitenwinkel-Maß der Flugbahn eines Luftfahrzeugs in Bezug auf die Position der Strahlungsquelle bei der bestimmten Auslegung des Systems.

In Fig. 7 und 7A ist die Strahlungsquelle auf dem Erdboden in der Mitte des Flugkorridors angeordnet. Die seitliche V/inkelabweichung der Flugbahn F von der vertikalen Ebene W durch den mittleren Weg des Korridors ist dabei proportional (IjL - -LZfL.). Hierin ist- =f= = 1 ^e^r Quotient von Flugbahn-

elementen für ein Luftfahrzeug, das längs der Ebene W fliegt.

Da die absolute Position von den Abmessungen der Flugbahnelemente abhängt, die der Höhe H proportional sind, gelangt man unter der Annahme, daß Y der seitliche Abstand zu der mittleren Ebene W ist, zu folgender Beziehung:

ν ν r^a 1\ w ⁼ 2 "Γ ~ 2^J

worin Kp eine Konstante ist.

Durch Heranziehen der Beziehung zwischen 1 und H:

π = iv^X
gelangt man zu

2 u " 2^ 1

und bei konstanter Grundgeschwindigkeit ν zu

³ *ϊ ²' β 1 _ΒΛ0 ORlGlNAL 009842/1106

worin K, = K₁K₂ für die bestimmte Auslegung des Systems ist. Y ist dann ein absolutes Maß (in Fuß oder Meter) der seitlichen Verschiebung, und zwar als positive oder negative Größe, entsprechend einer gewählten positiven Seitenrichtung.

In Pig. 8 und 8A ist die Strahlungsquelle in einem horizontalen Abstand A von der Bodenprojektion der Flugkorridor-Mittellinie aus angeordnet, und zwar in einer Höhe H . Die mittlere Flugbahn (bei der a = ^ ist) befindet sich in der mittleren Ebene W. Setzt man eine Ebene Z voraus, die parallel zur Flugrichtung durch die Strahlungsquelle ver- läuft, und nimmt man an, daß die mitttlere Flugbahn in der " mittleren Ebene liegt, so ist y der Abstand in der horizontalen Ebene von der willkürlich gewählten Flugbahn F in der Höhe Ey. zu der betreffenden Ebene Z hin.

Unter Heranziehung der gleichen geometrischen Beziehung, wie sie in Fig. 7 und 7 A oben aufgezeigt worden ist, gelangt man zu: . " . ■ ■

In der Höhe H,., in der das Luftfahrzeug fliegt, ist die mittlere Entfernung von der genannten Ebene Z zu der mittleren Ebene W hin A.. Damit gelangt man zu folgender Be- ~ ziehung: . *

. A₁: A = (H₀ - H₁) : H₀

Damit gelangt man zu

_A _

Um die seitliche Entfernung Ί dieser Flugbahn F von der mittleren Ebene W zu erhalten, wird folgende Zusammenfassung durchgeführt.

'*«» λ ■ ^llrs - ^K* -v t_n

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Hierbei sind ν , H₀ und A als bestimmte Information beim Überfliegen der bestimmten Strahlungsquelle S ge-eben. Die Größen y. und A haben positive oder negative Werte, und zwar in Abhängigkeit von der erewHhlten positiven Seitenrichtung. Die Größen K₅. und K. können für eine bestimmte Auslegung des Systems Konstanten sein. Durch Messen der Zeitintervalle t und t-, kann somit die absolute Seitenposition berechnet werden.

Durch eine solche Auslegung des Systems, daß die Mittelebene W für die Strahlungsmuster sämtlicher Strahlungsquellen die gleiche ist, weist das System eine feste Mittelebene als Bezugsebene auf. In diesem Fall kann die seitliche Entfernung oder Seitenentfernung zu irgendeiner Flugbahn hin von dieser Mittelebene berechnet werden. Durch genaue Messungen der Seitenentfernung und der Höhe kann somit die Position des Strahlungsdetektors in einem Luftfahrzeug gewonnen werden.

Das in 3'ig. 9 veranschaulichte Strahlungsmuster ist den in Fig. 7 bis 8A dargestellten Strahlunersmustem ähnlich. Gemäß Fir:. 9 sind zwei divergierende Leitstrahlen oder Strahlungsbündel P und U vorgesehen, die parallel in einer bestimmten Ebene längs der Flugbahn verlaufen. Ein dritter divergierender Leitstrahl oder ein drittes divergierendes Strahlungsbündel O, der bzw. das die bestimmte Ebene schneidet, erzeugt eine gekrümmte Strahlungsbahn, derzufolge das Flugbahnelement zwischen den betreffenden drei Leitstrahlen oder Strahlungsbündeln eindeutig die Winkelposition der Flugbahn in Bezug auf die Strahlungsquelle festlegt. Sind die , Position der Strahlungsquelle und die die gekrümmte Strahlungsbahn beschreibende Funktion bekannt, so kann die absolute Seitenposition der Flugbahn durch entsprechende mathematische Ausdrücke ermittelt werden, wie sie oben aufgezeigt worden sind.

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• .- 19 -

Es ist während des Landeanflugs und während des Abhebens eines Luftfahrzeugs von einer Startbahn von Vorteil, daß das Luftfahrzeug sämtliche notwendigen Informationen längs des Flugkorridors sowie auf der Start- und Landebahn oder auf der Rollbahn mit hoher Genauiglcext zur Verfügung hat. Derartige Informationen, die bei einer bestimmten Position in dem Flugkorridor für sämtliche Flugbahnen oder Wege von gleichem Wert sind, sollten durch Signale gegeben sein, die für sämtliche Flugbahnen und Bodenwege oder -bahnen gleich sind. Diese Signale werden durch die Leitstrahlen oder Strahlungsbündel abgegeben, die quer über die gesamte Breite des Flugkorridors und der Start- und Landebahn und des Roll- ä weges verlaufen. Da die Abstände zwischen den Leitstrahlen mit dem Abstand von der Strahlungsquelle proportional zunehmen, können die absoluten Entfernungen nicht für eine solche Information herangezogen werden. Der Quotient der Entfernungen zwischen jeweils zwei Leitstrahlen oder zwischen zwei Leitstrahlen in einer Gruppe von drei Leitstrahlen kann jedoch so gewählt werden, daß er für sämtliche Bahnen oder Wege konstant bleibt, wenn die Leitstrahlen in einer Ebene längs der Flugrichtung parallel" verlaufen (d.h. die Schnitte mit der Ebene verlaufen parallel). Die Größe dieses.Quotienten kann der Größe der betreffenden Information entsprechen. Daher kann die Information in dem Luftfahrzeug durch Messen der Zeitintervalle gewonnen werden, die den genannten Ent- § feraungen entsprechen, wenn das Luftfahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit drei flache querverlaufende divergierende Leitstrahlen durchquert, die in einer bestimmten Ebene parallel verlaufen, welche parallel zur Flugbahnrichtung verläuft. Dabei sind konstante Flugbahnrichtung und relativ kleine Winkel zwischen den Leitstrahlen angenommen. Die Größe des betreffenden Quotienten kann von Leitstrahlgruppe zu Leitstrahlgruppe geändert werden. Auf diese Weise wird jeweils eine andere Größe der fraglichen Information bereit-

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gestellt. Bei einer einfachen Ausführungsform kann die Größe der Information linear proportional dem Quotienten des Zeitelements sein. Allgemeiner gesagt kann die Größe der Information eindeutig von dem Quotienten der Zeitelemente durch bestimmte mathematische Gleichungen abgeleitet worden.

Ein bestimmter Informationsteil, der mit Hilfe der zuvor genannten drei Leitstrahlen oder Strahlungsbündel erhalten werden kann, ist die Höhe eines bestimmten mittleren Pegels in dem Flugkorridor. Dieser Pegel könnte als Bezugshöhe bezeichnet werden, in der das Luftfahrzeug vorzugsweise fliegen sollte. Wenn das Luftfahrzeug längs des Flugkorridors anfliegt, sollte sich dieser Pegel ändern, und zwar entsprechend dem tatsächlichen Flugbahnpegel in Bezug·auf die Entfernung des Luftfahrzeugs von der Landebahn. Die neue Eezugshöhe könnte von drei entsprechenden Leitstrahlen oder Strahlungsbündeln in einer folgenden Gruppe von Strahlungsbündeln oder Leitstrahlen erhalten werden, und zwar durch derartige Anordnung der Winkel zwischen den drei -^eitstrahlen oder Strahlungsbündeln, daß der betreffende Quotient den richtigen Wert in Bezup- auf die neue Bezugshöhe besitzt. Wenn die Identifizierung der Leitstrahlen erfolgt ist, kann die Information sowohl beim Landeanflug als auch beim Abflug des Luftfahrzeugs in dem Flugkorridor gewonnen werden.

Verschiedene Typen von Luftfahrzeugen benutzen vorzugsweise unterschiedliche Anflugwege. Ferner werden bei einem Luftfahrzeug in unterschiedlichen Flugsituationen verschiedene Flugbahnen gewählt werden, und zwar weiten einer Änderung des Gewichts des Luftfahrzeugs, wegen einer Änderung des Windes, etc.. Ferner wird für ein Luftfahrzeug vorzugsweise eine von der Abhebestartbahn abweichende Landeanflugbahn gewählt. Diese Probleme können durch unterschiedliche Beziehungen

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. ·■■■. - 21 -

zwischen den gegebenen Quotienten und Höhen gelöst werden. Auf diese Weise erhält man die relevanten Bezugshöhen für den jeweiligen Fall. Dies kann durch entsprechende Änderung der Parameter in den mathematischen Gleichungen erfolgen.

Obere und untere Höhengrenzen, innerhalb welcher, das jeweilige Luftfahrzeug fliegen sollte, können ebenfalls durch einen Rechner geliefert werden, und zwar durch -eine mathematische Beziehung zu der Bezugshöhe oder gesondert durch Quotienten von entsprechenden drei Leitstrahlanordnungen.

Gemäß Fig. 10 weist z.B. der Quotient — des Flugbahnelements einen konstanten Wert für sämtliche Flüge auf, und zwar unabhängig von der Höhen- und Seitenposition. Dieser Quotient kann dazu herangezogen werden, eine bestimmte Information zu liefern, die eine mittleren Höhe entsprechend folgender Gleichung liefert:

^Ho ■ ^f Φ

_und mit konstanter Grundgeschwindigkeit gelangt man zu:

TT _ -p ( I^

Worin t, und t die entsprechenden Zeitintervalle sind. Der Ausdruck kann vereinfacht werden zu

H₀ = K ~~ (Fuß oder Meter) worin K eine Konstante ist.
Mit konstanter Grundeeschwindigkeit erhält man

In entsprechender Weise können weitere Informationen, die für sämtliche Flüge erforderlich sind, eingeführt werden, wie z.B. die Entfernung zum Aufsetzen auf der Landebahn oder

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zu einer bestimmten wichtigen Stelle oder Position im Flugbetrieb. Wird der Abstand oder die Entfernung zu dieser Stelle mit L bezeichnet und wird in diesem Zusammenhang Fig. 10 betrachtet, so ergibt sich, daß der Quotient c^ der Flugbahnelemente C₁ und d. für sämtliche Flugbahnen der gleiche ist. Es ist damit möglich, eine solche.Anordnung zu schaffen, daß die Entfernung L eine Punktion dieees Quotienten ist. Dabei gilt:

L = f2(C₁Zd₁) (Fuß oder Meter)

In vereinfachter Form gelanr-t man zu:

L=K (c/d) (Fuß oder Meter}.

Wobei K eine Konstante ist.

Unter der gleichen Annahme einer konstanten Geschwindigkeit gelangt man zu:

L = f_o (t /t. ) (Fuß oder Meter)

1 1
und vereinfacht zu

L = K (t /t, ) (Fuß oder Meter) C₁ d₁

Die Anordnung kann dabei so getroffen werden, daß diese Entfernung von einen vertikalen Leitstrahl oder Strahlungsbündel gemessen wird, der bzw» 'das senkrecht zur Flugrichtung verläuft.

An Hand dieser von zwei verschiedenen Positionen oder Stellen gewonnenen Information, wie z.B. von zwei benachbarten Strahlun^squellen länps der Flugbahn, wird die Entfernung zwischen diesen Strahlungquellen als Differenz (L₁ - Lp) zwischen den Entfernungen zu der bestimmten Stelle oder Position gewonnen. Ist die Zeitspanne bekannt, so kann die mittlere Grundfeschwindigkeit wie folgt berechnet werden:

*1-2

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Weitere bedeutende Informationen, die in entsprechender Weise ermittelt werden können, sind:

1) Die Kummer des bestimmten Anflugkorridors zu der zu benutzenden Landebahn,

2) die Höhe des bestimmten Strahlungsquellen-Kollimators in Bezug auf die Höhe der Landebahn,

3) die seitliche Abweichung oder Verschiebung einer Strahlungsquelle von der Mittellinie unterhalb des Flugkorridors,

4) im Falle gekrümmter Anflügbahnen der Krümmungsradius und die Krümmungsrichtung, und

5) die Höhe von Hindernissen. Q

Bei den unter 2), 3)» 4·) und 5) aufgeführten Merkmalen tritt neben der Information über die Böhe noch die Fra^e auf,ob positive oder negative Werte vorliegen. Bezogen auf die unter 2) genannten Merkmale heißt dies, ob die Höhe oberhalb (plus) oder unterhalb (minus) der Landebahnhöhe liegt, und bezogen auf die unter 3)* Ό und 5) aufgeführten Merkmale bedeutet dies, welche Richtung als positive Richtung bezeichnet ist. Diese Information kann durch die Beziehung der jnformation zu bestimmten Quotienten von Bahn- oder Wegelementen festgelegt sein. Zurückkommend auf Fig.10 sei bemerkt, daß ZvB. in dem Fall, daß die Bahn- oder Weg- ; elemente c und d für eine bestimmte Information sind und " die Information durch die Funktion f (c/d) erhalten wird, in der Ausführung der FunktionsbeZiehung so vorgegangen werden kann, daß dann, wenn c/d größer ist als ein gegebener Quotient q, der Wert der Funktion positiv ist oder eine bestimmte Sichtung in Bezug auf den Flugkorridor, die Stkrt-* und Landebahn oder den Rollweg festlegt. Ist der Wert c/d kleiner als der bestimmte Wert q, so ist die Funktion negativ oder eine Anzeige in entgegengesetzter Richtung liegt vor. Ist der Wert c/d gleich q, so liegt keine Abweichung vor. Dies heißt im Falle des unter 2) aufgeführten

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Merkmals, daß sich der Strahlun^squellenkollimator in der gleichen Höhe befindet wie die Landebahn. Bezogen auf das unter 3) aufgeführte Merkmal bedeutet dies, daß keine Verschiebung von der Strahlungsquelle vorliegt, bezogen auf das unter 4) aufgeführte Merkmal bedeutet dies, daß keine Krümmung der Anflugwee-e oder -bahnen vorhanden ist, und bezogen auf das unter 5) aufgeführte Merkmal bedeutet dies, daß keine Hindernisse vorhanden sind.

Eine Identifizierung an Hand der relativen Leitstrahlbreite kann dadurch erfolgen, daß die Winkelöffnung oder Winkelbreite bestimmter Leitstrahlen in Bezu^ auf die jeweils anderen Leitstrahlen längs irgendwelcher Bahnen oder Wege in diskreten Werten geändert wird. Dies kann erfolgen, da die relative Breite der Leitstrahlen längs einer Richtung mit zunehmender Entfernung von der Strahlungsquelle die gleiche ist (da die absolute Breite im gleichen Verhältnis zunimmt). Da die Breite der Leitstrahlen bei dem vorliegenden System nicht für die Abgabe anderer Informationen herangezogen wird, kann die betreffende Breite für eine Kodeidentifizierung ausgenutzt werden. In diesem Fall besteht keine Forderung nach sehr genauen Messungen der Leitstrahlbreiten. Die Leitstrahlen können z.B. mit relativen Breiten von 1:2:4 im Verhältnis zueinander ausgeführt sein. Für Identifizierungszwecke muß die Genauigkeit in der Leitstrahlbreitenmessung lediglich ausreichend sein, um zuverlässig diese Breiten voneinander unterscheiden zu können. Da es vergleichsweise einfach ist, diese Identifizierung vorzunehmen, ist es ferner möglich , relativ schmale Leitstrahlen oder Strahlungsbündel in Flugrichtung zu verwenden. Die Breite kann z.B. im Winkelmaß ein 1/4°, 1/2° und 1° betragen, wenn drei verschiedene diskrete Breiten verwendet werden.

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Da jeder Leitstrahl oder jedes Strahlungsbündel lediglich einen kleinen Teil des Luftraums über der Strahlungsquelle erfordert, ist es möglich, eine Vielzahl von.Strahlungsbündeln oder Leitstrahlen von jeder Strahlungsquelle abzugeben. - ■

In die Leitstrahlgruppen können zusätzliche Leitstrahlen eingeführt werden, und zwar als Bezugsleitstrahlen. Diese Bezugsleitstrahlen können dabei so in die LeitStrahlgruppen eingeführt werden, daß der Quotient des Abstands zwischen zwei und zwei Leitstrahlen von drei Leit strahlen den (|

gleichen Wert längs irgendeiner Flugbahn besitzt. Dies kann dadurch erzielt werden, daß ein dritter Leitstrahl in eine geeignete Lage bezogen auf die anderen beiden gegebenen Leitstrahlen gelegt wird. Darüber hinaus können mehr als drei Leitstrahlen in festen relativen Positionen längs der Bahnen für den gleichen Zweck angeordnet werden. Eine Eigenschaft sollte dabei sein, daß alle diese Leitstrahlen parallel in einer Ebene verlaufen, die parallel zur Flugrichtung verläuft. Diese Bezugsleitstrahlen bringen eine zusätzliche Zuverlässigkeit bei der Erkennung der kodierten Leit Strahlgruppen mit sich.' *

Die von den ±>e±tStrahlgruppen oder dem 'Leitstrahlmuster , gelieferte Informationsfolge kann entsprechend den Regeln n^rmiert werden, die für das betreffende System festgelegt sind. So können z.B. die LeitStrahlgruppen oder das Strahlungsmuster bzw. Leitstrahlmuster so ausgelegt sein, daß in jedem bestimmten Intervall lediglich ein bestimmter Leitstrahl auftritt. Wird von einem in dem betreffenden Intervall befindlichen Luftfahrzeug kein Leitstrahl oder werden zwei Leitstrahlen ermittelt, so ist,die betreffende Ermittelung fehlerhaft. Eine entsprechend vorgesehene Fehlerdetektoreinrichtung sollte in diesem Fall ein Alarmsignal abgeben.

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Die Kodeidentifizierung kann ferner dadurch erzielt werden, daß den einzelnen Leitstrahlen Strahlung unterschiedlicher Eirenschaft zugeordnet wird. Werden Gammestrahlen-Leitstrahlen unterschiedlicher Quantenenergie verwendet, so !rönnen Gammastrahlendetektoren so angeordnet werden, daß sie zwischen den verschiedener, ?ypen oder Arten von Leitstrahlen zu unterscheiden imstande sind und damit die betreffenden Leitstrahlen unterscheiden können. Das gleiche ist auch möglich, indem £ichtwellen oder Mikrowellen unterschiedlicher Wellenlänge verwendet werden.

Es ist ferner möglich, kodierte Gruppen von unterschiedlichen Leitstrahltypen einander zu überlagern, wobei ,jede derartige Gruppe einer bestimmten Information zugeordnet ist. Die Kodegrtippen oder kodierten Gruppen können mit Hilfe von Detektoren unterschieden v/erden, die zwischen den verschiedenen Typen oder Arten von Strahlen zu unterscheiden imstande sind.

Die Bedeutung der ersten drei Identifizierungsverfahren dieser Kodeidentifizierungsverfahren kann an Hand eines Beispiels verdeutlicht werden: In diesem Zusammenhang sei eine Gruppe von sechs Leitstrahlen angenommen, die von einer Strahlungsquelle abgegeben werden. Die Leitstrahlen haben zwei verschiedene Breiten; der relative Breitenunterschied möge 1:2 betragen. Die Leitstrahlen sind in

mit

folgender Reihenfolge angeordnet, in der/n schmale Leitstrahlen und mit W breite Leitstrahlen bezeichnet sind: W,-η ^nJf/^n JnL-. Ferner liegt der Abstand zwischen W. und VZ. in einem konstanten Verhältnis zu dem Abstand zwischen W₂, und Wg, in Flugbahnrichtung gemessen. Ist eine bestimmte Information durch diese bestimmte Gruppe von Leitstrahlen darzustellen, so macht die betreffende Reihenfolge von breiten und schmalen Leitstrahlen W bzw. η die Erkennung der betreffenden Gruppe möglich und damit die Dokodierung

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der bestimmten Information. Die Erkennung der Abstandsbzw. Entfernungsbeziehung zwischen den breiten Leitstrahlen W.W. und Wg dient der Unterstützung der Identifizierung. Der Kode kann weiter dadurch identifizierbar gemacht werden, daß z.B. der Leitstrahl n~ innerhalb der ersten Hälfte des Intervalls zwischen den Leitstrählen W. und Wi₁ auftritt und dass der Leitstrahl n-, in der zweiten Hälfte des betreffenden Intervalls auftritt. Werden zwei Leitstrahlen oder kein Leitstrahl innerhalb der ersten oder zweiten Hälfte ermittelt, so ist die Ermittelung fehlerhaft. In diesem Fall sollte eine elektronische" Fehlerdetektoreinrichtung ein Alarmsignal abgeben.

Mit einem Detektor an der Vorderseite und einem Detektor an der Hihterseite des Luftfahrzeugs und durch Messung der Zeitspanne, innerhalb der die Dettektoren einen vertikalen Leitstrahl durchqueren, der senkrecht zu den Flugbahnen verläuft, kann bei bekanntem Abstand zwischen den Detektoren in dem Luftfahrzeug die Qrunde:eschv/indigkeit ermittelt werden, indem dieser Abstand durch das betreffende Seitintervall dividiert wird. Wie weiter oben ausgeführt, /¹CLIe in dem System erhaltene PositionsInformation die Position der Detektoren in dem Luftfahrzeug. Bei Verwendung eines Detektors an der Vorderseite und eines Detektors an der Hinterseite des Luftfahrzeugs geben die Positionen der beiden Detektoren die Information über die Fluglage der Hauptachse des Luftfahrzeugs in Bezug auf die Flugbahn und die sogenannte Steigung und den Steuerkurs des Luftfahrzeugs an. Mit Hilfe eines zusätzlichen Detektors an der Seite dieser Detektoren wird der Hollwinkel erhalten und damit die volle Fluglage des Luftfahrzeugs.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. /Leitsvstem für Luftfahrzeuge, bei dem Leitstrahlen

   eine kodierte Information enthalten und einen Flugkorridor sowie innerhalb des Flugkorridors Flugbahnen und längs von Start- und Landebahnen und von Rollbahnen Wege festlegen, unter Verwendung von Strahlungserzeugungseinrichtungen, die eine Vielzahl flacher divergierender kollimierter Leitstrahlen solcher Formen erzeugen, daß die einzelnen Flugbahnen innerhalb des Flugkorridors jeweils von einer eindeutigen Kombination von Leitstrahlen geschnitten werden, wobei diese Leitstrahlen so gelegt sind, daß sie den Flugkorridor schneiden, nicht aber sich untereinander innerhalb des Flugkorridors schneiden, und wobei eine zusätzliche Vielzahl flacher kollimierter Leitstrahlen erzeugt wird, die hinsichtlich des Schneidens von Flugbahnen innerhalb des Flugkorridors einander entsprechen, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungserzeugungseinrichtungen (S) Strahlungsquellen (S bzw. 24) enthalten, die mit Abdeckblenden (27) oder Leitstrahldirektoren versehen sind, welche die ,jeweilige Strahlung zu flachen kollimierten Leitstrahlen (A,B,G,D) formen, daß die Abdeckblenden (27) oder LeitStrahldirektoren periodische Muster aufweisen und innerhalb jedes Leitstrahls der Vielzahl von Leitstrahlen die Bildung entsprechender Leitstrahlgruppen bewirken und daß die ßtrahlungsquellen in einer Reihe oarallel zu einer imaginären vertikalen Ebene längs der Mitte des Flugkorridors und nahezu senkrecht zu dem Erdboden angeordnet sind.

   2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Strahlungsquellen (S) an der Seite oder in der imaginären Ebene längs einer gewünschten Flugbahn angeordnet sind und LeitStrahlmuster bilden, die

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   im wesentlichen den Leitötrahlmustern entsprechen, die durch die erstgenannten Strahlungsquellen (S) gebildet sind, und daß die zusätzlichen,Strahlungsquellen (S) so angeordnet sind, daß sie flache divergierende Leitstrahlen abgeben, die quer zu der gewünschten Flugbahn und unter bestimmten Winkeln in Bezug auf den Erdboden verlaufen.

   3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen (S) auf einer oder beiden Seiten des Flugkorridors, der Start- und Landebahn (RW) und der Sollbahn axial ausgerichtet angeordnet sind.

   4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquellen in Richtung der Flugbahn in größer werdenden gegenseitigen Abständen angeordnet sind. ■ ,'

   5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die bei zwei Strahlungs quell en ein Paar nicht divergierender '-paralleler flacher Leitstrahlen erzeugen, welche in Richtung der Flugbahn hintereinander angeordnet sind, wobei der relative Abstand zwischen den nicht divergierenden Leitstrahlen und einem bestimmten Paar der divergierenden kollimierten flachen Leitstrahlen längs · irgendeiner bestimmten Flugbahn in dem Flugkorridor als ^: Anzeigegröße der Höhe der betreffenden Flugbahn heranziehbar ist.

   6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Strahlungsquelle für die Erzeugung wiederholter Gruppen kollimierter flacher Leitstrahlen zugeordnete Abdeckblendeneinrichtung quer zu der gewünschten

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   und

   Flugbahn verlauft /daß jode dieser Gruppen zwei divergierende Leitstrahlen, die parallel zu einer Ebene längs der Flugbahn verlaufen, und einen dritten divergierenden Leitstrahl enthält, der unter einem bestimmten Winkel bezogen auf den ersten und zweiten Leitstrahl in der betreffenden Ebene verläuft, wobei die Messung des relativen Abstands zwischen dem ersten und zweiten Leitstrahl und dem zweiten und dritten Leitstrahl längs einer bestimmten Flugbahn in dem Flugkorridor als Anzeige für die Winkellage der Flugbahn in Bezug auf die Strahlungsquelle dient.

   7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Strahlungsquellen zur Erzeugung eines Paares nicht divergierender paralleler kollimierter flacher Leitstrahlen Einrichtungen zugeordnet sind, die quer zu der gewünschten Flugbahn verlaufen, und daß die Zeitspanne, innerhalb der ein in dem Flugkorridor befindliches Luftfahrzeug die beiden nicht divergierenden Leitstrahlen durchquert, ein Kafi für die Grundgeschwinaigkeit des Luftfahrzeugs ist.

   8. System nach Ansoruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, fe daß die die Leitstrahlen bildenden Grupoen von Leitstrahlen eine durch deren absolute und relative Ereite längs der Flugbahn festgelegte kodierte Information über den absoluten und relativen Abstand voneinander enthalten und daß ein durch die Leitstrahlen sich hindurchbewegendes Luftfahrzeug mit Hilfe eines Strahlungsdetektors und eines Dekoders die betreffende Information festzustellen bzw. zu dekodieren imstande ist und eine Information durch Zeitelemente gewinnt, die den Abständen und Breiten der Leitstrahlen sowohl bei Lande- als auch bei Startvorfangen entsprechen, und zwar in einem Flug-

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   20G9345

   korridor und längs einer Start- und Landebahn und einer Rollbahn.

   9. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen kollimierter divergierender Leitstrahlen --.(U,P) einen ersten und einen zweiten flachen kollimierten divergierenden Leitstrahl (U,P) enthalten, daß die Leitstrahlen in einer horizontalen Ebene und quer zur Flugrichtung parallel verlaufen, daß der Abstand zwischen den Leitstrahlen in Flugrichtung proportional der Höhe in Bezug auf die Höhe der Strahlungsquelle (S) ist, wobei nach Feststellen der von einem Luftfahrzeug für das Durchqueren des durch die beiden Leitstrahlen gegebenen Bereichs benötigten Zeitspanne die Höhe bei einem Lande- oder Startvorgang durch Multiplikation der betreffenden Zeitspanne mit der Grundgeschwindigkeit und einem von dem Winkel zwischen dem ersten und zweiten Leitstrahl abhängigen konstanten Faktor bestimmbar ist.

   10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem ersten und zweiten flachen kollimierten divergierenden Leitstrahl (U,P) ein dritter divergierender Leitstrahl (R) vorgesehen ist, der in einer horizontalen Ebene unter einem bestimmten Winkel in Bezug auf den ersten und zweiten Leitstrahl (U,P) verläuft, wobei der relative Abstand zwischen dem ersten und zweiten Leitstrahl (U,P) und dem zweiten und dritten Leitstrahl längs einer bestimmten Flugbahn ein Anzeigemaß für die seitliche Winkellage der Flugbahn bezogen auf die Strahlungsquelle und bezogen auf einen in dem jeweiligen Luftfahrzeug/enthaltenen Detektor (DE) ist, das mit konstanter Geschwindigkeit längs der Flugbahn fliegt, wobei durch Ermittelung der entsprechenden Durchquerungs-Zeitspannen zwischen den Leitstrahlen die seitliche Winkellage des in dem betreffenden Luft-

   009842/1106 ^

   fahrzeug enthaltenen Detektors in Bezug auf die Strahlungsquelle und zusammen mit der Höhe der Strahlungsquelle die Höhe der absoluten Lage des Luftfahrzeugs bestimmbar ist.

   11. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Grupoen kollimierter flacher divergierender Leitstrahlen die Flugbahnen quer schneiden, daß jede Leitstrahlgruppe einen ersten, zweiten und dritten divergierenden Leitstrahl (U,P,R) enthält, daß sämtliche Leitstrahlen in einer bestimmten Ebene längs der Plugrichtung parallel verlaufen, daß bei konstanter Grundgeschwindigkeit und Flugrichtung eines Luftfahrzeugs (Ac) beim Durchfliegen der Leitstrahlen längs einer bestimmten Flugbahn der Quotient aus dem Abstand zwischen dem ersten und zweiten Leitstrahl (U,P) und dem Abstand zwischen dem zweiten und dritten Leitstrahl weitgehend der gleiche ist und als Information über die ggfs. einen mittleren Bezugspegel darstellende Höhe des betreffenden Luftfahrzeugs heranziehbar ist, daß durch Ändern des Quotienten der entsorechenden Leitstrahlen in der nächsten Gruppe von Leitstrahlen eine neue Höhe für den Bezugspegel entsprechend der änderung des Luftkorridorbezugspe£:els längs des Flugkorridors erziel_bar ist und daß die Beziehung zwischen den Quotienten und den Bezugspegeln für ein Luftfahrzeug (Ac) sowie für einen bestimmten Flup und für bestimmte Lande- und Startbedingungen individuell einstellbar ist, und zwar durch eine solche Einstellung eines in dem ,jeweiligen Luftfahrzeug enthaltenen elektronischen Dekoders, daß die Bezugspegel die gewünschten Flurjbahnpegel bei dem jeweiligen Flug darstellen.

   12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zu jeweils einer Gruppe von Leitstrahlen gehörenden drei Leitstrahlen (ü,P,R) in einer horizontalen Ebene üarallel verlaufen.

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   13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Quotienten die Pegel . oberhalb oder unterhalb des Pegels bezeichnen, auf welchem das Luftfahrzeug vorzugsweise fliegen sollte.

   14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 1,3, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus den Abständen zwischen dem ersten und zweiten Leitstrahl und dem zweiten und dritten Leitstrahl bei einer bestimmten Flugbahn weitgehend der gleiche ist und daß der Quotient zur Lieferung einer Information an das Luftfahrzeug über den Abstand von einem vertikalen Leitstrahl heranziehbar ist, der senkrecht zu den Flugbahnen verläuft sowie zu der Schwelle der Start- und Landebahn und irgendeines anderen Bezugspunkts in dem Flugkorridor, auf der Start- und Landebahn (RW) und auf der Rollbahn (W).

   15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende Quotienten zur Abgabe einer Information an das Luftfahrzeug (Ac bzw. PL) über die Größe von .

   a) durch den Aufstellungsort der Strahlungsquelle (S) in Bezug auf die Hohe der Start- und Landebahn (RW),

   b) durch die seitliche Verschiebung des Aufstellungsorts der Strahlungsquelle (S) in Bezug auf den Mittelpunkt unterhalb der Flugbah_neilj

   c) durch die Nummer des Flugkorridors, der Start- und Landebahn (RW) und der Rollbahn (TW),

   d) durch den Krümmungsradius und die Richtung der Krümmung der gekrümmten Anflugbahnen

   e) und/oder durch die Höhe von Hindernissen gegebenen Charakteristiken heranziehbar sind.

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   16. System nach Anspruch 14,· dadurch gekennzeichnet, daß das Luftfahrzeug (Ac bzs. Pl) auf die Aufnahme einer Information über die Abstände zu einem Bezugspunkt von zwei verschiedenen rechtwinkligen vertikalen Leitstrahlen aus die Zeitspanne zwischen dem Durchqueren dieser Leitstrahlen mißt und daraus die mittlere Grundgeschwindigkeit zu bestimmen vermag.

   17. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gruppe kollimierter divergierender Leitstrahlen einen ersten und einen zweiten flachen kollimierten divergierenden Leitstrahl (ü,P) enthält, daß die beiden divergierenden Leitstrahlen der .jeweiligen Gruppe so gelegt sind, daß sie parallel in einer bestimmten Ebene verlaufen, daß bei bekannter Grundgeschwindigkeit des Luftfahrzeugs längs einer gewählten Flugbahn die Zeitspanne des Durchquerens des ersten und zweiten Leitstrahls (U,P) proportional dem Abstand von einer durch die Strahlungsquelle (S) und parallel zu der bestimmten Ebene verlaufenden Ebene zu der betreffenden Position des Flugbahnelements der Flugbahn zwischen den beiden divergierenden Leitstrahlen (U,P) ist und daß in dem Luftfahrzeug: (Ac bzw. PL) bei Durchqueren und Feststellen der Leitstrahlen der betreffende Abstand feststellbar ist.

   18. System nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckblenden den Öffnungswinkel bestimmter Leitstrahlen in diskreten Werten längs einer Bahn bzw. eines Weges zur Identifizierung der betreffenden Leitstrahlen und damit zur Erzielung einer InformationskodiexTing ändern.

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   19· System nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Leitstrahlen (R) vorgesehen sind, die jeweils von'einer Bezugsstelle für zumindest zwei bestimmte Leitstrahlen (U,P) derart abgegeben werden, daß die relativen Abstände zwischen dem jeweils einen dieser zusätzlichen Leitstrahlen und jeweils zwei der bestimmten Leitstrahlen die gleiche Größe längs sämtlicher Bahnen besitzen und daß zur Erhöhung der Zuverlässigkeit der Kodierungsidentifizierung und der Dekodierung der Information in dem jeweiligen Luftfahrzeug beim Fliegen auf Jj einer Flugbahn innerhalb des Flugkorridors sowie auf der Start- und Landebahn oder Rollbahn jeder der zusätzlichen Leitstrahlen als Bezugs- oder Erkennungsleitstrahl für die beiden bestimmten Leitstrahlen der betreffenden Leitstrahlen in den kodierten Gruppen von Leitstrahlen heranziehbar ist.

   20. System nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 "bis 19ν dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch aufeinanderfolgenden Gruppen von kollimierten Leitstrahlen und dis LeitStrahlmuster der Gruopen von Leitstrahlen für eine bestimmte Auslegung in einer solchen Folge längs der Flugbahnen angeordnet sind, daß sich %

   eine erhöhte Zuverlässigkeit hinsichtlich der Kodierungsinformation und hinsichtlich der Dekodierun5 der Information in einem Luftfahrzeug beim Fliegen längs einer Flugbahn in dem Flupkorridor sowie auf der Start- und Landebahn (RVf) und Rollbahn (IW) bei Lande- und Startvorgangen ergibt.

   21. System nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als kollimierte divergierende Leitstrahlen von radioaktiven Strahlungsquellen abgegebene

   ■■'■«Gaömiiastrahlen verwendet werden.

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   ?'■■. Sy et en nach einem der AnsOrüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, da£ als kollirnierte divergierende Leitstrahlen von Röntnenstrahleneinrichturgen abge- -"ebene yUJntgenstmhlen verwendet v/erden.

   23. oysten: r.::ch ein^r. der Ansprüche 2-bin 20, dadurch go.-.orr.zoicimet, daf; als kollimierte divergieren; a T e:x, s ζ? ^hI ei: Vltmviclettstrahle:. vorv/endet werden.

   ■'ι. 3.7sten :.Gch ei::em der Ansnrüche 2 his 20, dadurch gekennzeichnet, daE sis kollirnierte divergierende leitstrahlen sichtbare Strahlen verwendet v/erden.

   "^c·. System nach einen: der Ansprüche ? bis 20, dadurch gekennzeichnet, da£ als kollimierte divergierende Leitr~rahlen Infrarotstrahlen verwendet werden.

   "^;::. System r.nch einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, da2 als kollimierte divergierende Leirstr^hlen 2adiov/ellen verwendet worden, und :;v;^rjr vorzu^sv/oiso solche in Kikrowellencereich.

   27. Systor. nach einer, der AnsD::^>:icho 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß als kollinierte divergierende Leitstrahlen in verschiedenen Bereichen unterschir. .-liehe Arten vor. Leitstrahl en verwendet v/erden, die r^railel und länrs des ."'ev/oili^en Bereichs verlaufen, un, 'l'il. η it Hilfe eines Detektors, der zwischen den verschiedener. Strahlungnarten zu unterscheiden und diese Srrshien gesondert festzustellen vernag, entsprechende Signale von den verschiedenen Leitstrahlen gesondert ermittelt v/erden.

   BAD ORIGINAL

   0 C — L 2 ι ' 1 0 6

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   28. System nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß kollimierte divergierende Leitstrahlen unterschiedlicher Arten in verschiedenen Bereichen verwendet werden, daß die Leitstrahlen längs der betreffenden Bereiche parallel verlaufen und daß mit Hilfe von zumindest zwei Detektoren, deren jeder auf eine bestimmte Strahlungsart anspricht, Signale von den verschiedenen Leitstrahlen gesondert ermittelt werden. ■ - - :

   29· System nach einem der Ansprüche 2 bis 28, dadurch J>

   gekennzeichnet, daß ein erster Leitstrahldetektor an der Vorderseite und ein zweiter Leitstrahldetektor an der Hinterseite des jeweiligen Luftfahrzeugs (Ac bzw. PL) angeordnet ist und daß durch Messung¹ der Zeitspanne, innerhalb der beide Detektoren einen vertikalen Leitstrahl durchqueren, und Division des Abstands zwischen den beiden Detektoren durch die betreffende Zeitspanne die Grundgeschwindigkeit des betreffenden Luftfahrzeugs (Ac bzs. PL) bestimmt wird.

   50. System, nach einem der Ansprüche 2 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Leitstrahldetektor an der fj Vorderseite und ein zweiter Leitstrahldetektor an der Hinterseite eines Luftfahrzeugs (Ac bzs. PL) angeordnet ist, daß aus einer Information über die Lagen der Flugbahnen der Detektoren die Fluglage der Hauptachse des Luftfahrzeugs (Ac bzs. PL) in Bezug auf den Flugkorridor und damit die Steigung und der Steuerkurs des Luftfahrzeugs (Ac bzw. PL) gewonnen"-werden und daß mit Hilfe eines dritten Detektors, der an der Seite der Achse des ersten und zweiten Detektors angeordnet ist, der Rollwinkel und damit die volle Fluglage des Luftfahrzeugs (Ac bzw. PL) ableitbar sind.

   , BAD

   00 9 842/1106