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Dokumentenidentifikation DE3236973C2 13.06.1990
Titel TACAN-Bordgerät
Anmelder International Standard Electric Corp., New York, N.Y., US
Erfinder LeGrand, Jesse Sterling, 32780 Titusville, Fla., US;
Fockler, William, Wayne, N.J., US;
Jezo, Mairice Leon Jean, Cedar Grove, N.J., US
Vertreter Klunker, H., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schmitt-Nilson, G., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Hirsch, P., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 06.10.1982
DE-Aktenzeichen 3236973
Offenlegungstag 11.05.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.06.1990
IPC-Hauptklasse G01S 1/48

Beschreibung[de]

Die Erfindung geht aus von einem TACAN-Bordgerät mit einem Empfänger zum Empfang der TACAN-Signale, welcher ein Ausgangssignal, das die Modulationssignale, aus denen die Richtung ermittelt wird, abgibt.

Das TACAN-System ist allgemein bekannt. Eine ausführliche Beschreibung ist in MILSTD 291 B enthalten. Das TACAN-System besteht aus Bodengeräten und Bordgeräten. Ein mit einem TACAN-Bordgerät ausgerüstetes Flugzeug kann seine Position in bezug auf eine TACAN-Bodenstation ermitteln. Das TACAN- Navigationssystem ist vom Polarkoordinatentyp, bei dem ein Flugzeug seine Richtung in bezug auf die Bodenstation und seine Entfernung zu dieser Bodenstation ermittelt. Von dem TACAN-Bordgerät werden beide Größen (Richtung und Entfernung) angezeigt. Die Richtungsanzeige erfolgt in Grad und die Entfernungsanzeige erfolgt in nautischen Meilen. Kennt man an Bord des Flugzeuges die Richtung zu und die Entfernung von einem besonderen geographischen Punkt (im vorliegenden Fall ist dies der Ort des TACAN-Bodengerätes), dann kann der Pilot seine eigene Position auf einer Karte ermitteln.

Die Richtungsinformation erhält man aus Phasenmessungen. Für eine Phasenmessung muß eine Bezugsphase bekannt sein.

Das Signal mit dem Phasenbezug muß in allen Richtungen zur Bodenstation mit gleicher Phase empfangen werden. Wie dies realisiert wird, ist ebenfalls in der zitierten Literaturstelle enthalten. Die bordseitige Phasendifferenzmessung stellt numerisch die geographische Richtung des Flugzeugs in bezug auf eine Bezugsrichtung dar; normalerweise erfolgt die Messung im Uhrzeigersinn in bezug auf die Nordrichtung. Es ist lediglich nordseitig eine entsprechende Nulleichung für die Phasenmessung notwendig. Von der Bodenstation werden Nordbezugsimpulsgruppen abgestrahlt und diese dienen als Referenzsignal für die Phasenmessung des 15 Hz Modulationssignals der Einhüllenden.

Von der Bodenstation werden weiterhin Hilfs-Bezugsimpulssignalgruppen abgestrahlt, die die Referenz bilden für den Phasenvergleich mit dem 135 Hz Modulationssignal der Einhüllenden. Die Hilfs-Bezugssignalgruppen sind ähnlich den Nord-Bezugsimpulssignalgruppen und werden zeitcodiert abgestrahlt. Während einer Umdrehung des Strahlungsdiagramms der Bordstation werden 8 solcher Hilfsbezugsimpulssignalgruppen abgestrahlt, und zwar unter einer räumlichen Trennung von 40°. Die 9. Position nehmen die Nordbezugsimpulsgruppen ein.

TACAN-Bordgeräte enthalten Verstärker, die eine solche Verstärkung der TACAN-Impulse durchführen, daß der so erzeugte Signalpegel für eine Ermittlung der Richtung ausreicht. Hierbei muß gewährleistet sein, daß die Amplitudenmodulation des Impulszuges, die die Richtungsinformation enthält, erhalten bleibt. Es müssen Schwankungen der Eingangssignale um 90 dB verarbeitet werden können.

Diese beiden Anforderungen erfüllt man bei den bekannten Geräten mit einer automatischen Verstärkungsregelung (AGC). Diese ermöglicht einen linearen Amplitudenverlauf über einen Bereich von ungefähr 12-15 dB.

Solche bekannten Verstärker weisen zwei entscheidende Nachteile auf. Die AGC-geregelte Schleife macht den Verstärker sehr komplex und die Zeitkonstanten der AGC-Schleife stellen einen Kompromiß dar. Die Zeitkonstanten müssen so gewählt werden, daß das 15 Hz Modulationssignal des empfangenen Signals erhalten bleibt und daß die Schleife auf schnelle Signaländerungen anspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein TACAN-Bordgerät anzugeben, das eine schnelle Ansprechzeit ermöglicht.

Anstelle des linearen Verstärkers mit einer AGC, der nur einen begrenzten linearen Bereich aufweist, ist ein logarithmischer Verstärker vorgesehen. Bei dem neuen TACAN-Bordgerät ist keine AGC Regelschleife mehr notwendig. Durch die Verwendung des logarithmischen Verstärkers erfolgt keine zusätzliche Verfälschung eines Signals, das eine variable Amplitude aufweist. Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, das logarithmische Ausgangssignal des logarithmischen Verstärkers direkt für die Richtungsauswertung zu verwenden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis Fig. 4 Blockschaltbilder von mehreren Ausführungsbeispielen des neuen TACAN- Bordgeräts, bei denen jeweils ein logarithmischer Verstärker vorgesehen ist.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Teils eines TACAN- Bordgerätes zur Bestimmung der Richtung. Teile hiervon und ihre Funktionsweise sind aus der US-Patentschrift 38 36 864 bekannt und werden deshalb hier im einzelnen nicht näher erläutert. Der TACAN-Empfänger (1) enthält in seiner ZF- Stufe einen logarithmischen Verstärker. Dies macht es möglich, daß die Amplitudenmodulation des Impulszuges, die die Richtungsinformation enthält, erhalten bleibt und daß Signale mit großen Amplitudenschwankungen verarbeitet werden können. Das Ausgangssignal des Empfängers (1) wird zu einem Decoder für die Impulsgruppen geleitet, der die Nordbezugsimpulsgruppen trennt und diese einem phasengeregelten Oszillator 3 zuführt. Der Oszillator 3 wird bei einem Nulldurchgang getriggert, und zwar durch eine Gruppe von Impulsen, die von dem Decoder 2 abgegeben wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 3 wird zu einem Phasenschieber 4 geleitet, der das ihm zugeführte Signal so verschiebt, daß eine Koinzidenz mit der Einhüllenden des Ausgangssignals des Empfängers 1 entsteht. Das Ausgangssignal des Oszillators 3 und das Ausgangssignal des Phasenschiebers 4 werden unter anderem zu einer Schaltung, mit der die Richtung bestimmt wird, geleitet. Diese Schaltung ist beispielsweise eine Phasenvergleichseinrichtung.

Das Ausgangssignal des Empfängers 1 wird weiterhin zu einem Vergleicher 5 geleitet, der das Ausgangssignal des Empfängers 1 sowohl in bezug auf Amplituden als auch in bezug auf Phase mit dem im Bordgerät erzeugten Signal vergleicht. Der Vergleicher 5 erzeugt ein Fehlersignal, das dazu verwendet wird, die Amplitude und die Phase des im Bordgerät vom Oszillator 3 erzeugten Signals so zu verändern, daß eine Übereinstimmung (oder zunmindest angenähert eine Übereinstimmung) mit der Einhüllenden des Ausgangssignals des Empfängers 1 erzeugt wird. Das Fehlersignal besteht aus Abtastwerten, die man erhält durch Subtraktion der Einhüllenden des Ausgangssignals des Empfängers 1 von dem phasenverschobenen, im Oszillator 3 erzeugten Signal.

Die Amplitude des phasenverschobenen Signals, das am Ausgang des Phasenschiebers 4 vorhanden ist, wird durch einen Multiplizierer 6 verändert. Dessen Ausgangssignal wird mit den Korrekturen aufgrund der anderen Modulationssignale kombiniert. Diese Kombination erfolgt in einem Addierer 7. In dem Blockschaltbild der Fig. 1 sind nur die Teile zur Verarbeitung eines Modulationssignals, z. B. dem 15 Hz Modulationssignal, dargestellt. Korrekturen, die aufgrund der anderen Modulationssignale und von Harmonischen hiervon notwendig sind, werden auf dieselbe Weise und in einer ähnlichen Schaltung durchgeführt. Diese Signale werden dann dem Addierer 7 zugeführt.

Das Fehlersignal am Ausgang des Vergleichers 5 wird in einem Multiplizierer 8 mit dem im Bordgerät erzeugten phasenverschobenen Signal, das am Ausgang eines Begrenzers 9, welcher wiederum mit dem Phasenschieber 4 verbunden ist, multipliziert. Das Korrektursignal, das am Ausgang des Multiplizierers 8 vorhanden ist, hat eine solche Form, daß die Spitzenamplitude vergrößert wird. Dieses Signal wird in einem Integrator 10 integriert und zu dem Multiplizierer 6 geleitet. Die Amplitude des vom Multiplizierer 6 erzeugten Signals soll möglichst gut mit der Amplitude der Einhüllenden am Ausgang des Empfängers 1 übereinstimmen.

Einem Multiplizierer 11 wird außer dem Fehlersignal das Ausgangssignal des im phasengeregelten Oszillators 3 erzeugte Signal zugeführt, und zwar über den Phasenschieber 4 über eine weitere Phasenverschiebungseinrichtung 12, die eine Phasenverschiebung um 90° Grad erzeugt, und einen Begrenzer 13. Die von dem Multiplizierer 11 erzeugten Signale werden in einem Integrator 14 integriert und haben dann einen durchschnittlichen negativen Wert, durch den die Phase des in dem phasengeregelten Oszillator erzeugten Signals reduziert wird, wodurch die Phase in Richtung der Einhüllenden des Ausgangssignals des Empfängers 1 verschoben wird.

Um die von dem logarithmischen Verstärker im Empfänger 1 erzeugte Nichtlinearität zumindest teilweise zu kompensieren, ist im Videobereich ein logarithmischer Verstärker 15 vorgesehen, und zwar in der Regelschleife zwischen dem Ausgang des Addierers 7 und dem Eingang des Vergleichers 5.

Der logarithmische Verstärker des Empfängers 1 und der logarithmische Verstärker 15 sind Einrichtungen, die ein Ausgangssignal erzeugen, das angenähert proportional ist zu dem Logarithmus des Eingangssignals;

Ausgangssignal = K log(A + Eingang),

wobei K und A Konstanten sind. Zur Realisierung von logarithmischen Verstärkern gibt es mehrere Möglichkeiten; beispielsweise aufeinanderfolgende Gleichrichtung und Rückkopplung in jeder Stufe.

Die Wellenformen an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig. 3 sind in dem eingangs erwähnten Patent erläutert und deshalb wird hierauf nicht näher Bezug genommen.

Anhand der Fig. 2, 3 und 4 werden nachfolgend drei Ausführungbeispiele erläutert, bei denen jeweils ein Rechner verwendet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist der Ausgang des Empfängers 1, der den logarithmischen Verstärker enthält, mit einem linearen Analog-Digital-Wandler 16 verbunden. Dessen digitales Ausgangssignal enthält die Richtungsinformation in digitaler Form und dieser Analog-Digital-Wandler 16 ist mit dem Rechner 17 verbunden. In dem Rechner 17 erfolgt vor einer Bestimmung der Richtung in einem Algorithmusteil 18 eine Delogarithmierung in einem Delogarithmierteil 19.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Rechner 20 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Empfänger 1 mit einem exponentiellen (delogarithmierenden) Analog-Digital-Wandler 21 verbunden, dessen digitales Ausgangssignal die Richtungsinformation enthält und der direkt mit einem Rechner 20 verbunden ist, in dem mittels eines bekannten Algorithmus 22 zur Bestimmung der Richtung die Richtung ermittelt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Empfänger 1 mit einem linearen Analog-Digital-Wandler 23 verbunden. Das digitale Ausgangssignal des Wandlers 23 enthält die Richtungsinformation und ist mit einem Rechner 24 verbunden. Innerhalb eines Blocks 25 zur Ermittlung der Richtung wird ein Signal in einem Block 26 gebildet, das die erwartete Amplitude am Empfängerausgang in digitaler Form wiedergibt.

Das Signal mit der erwarteten Amplitude wird in einem Block 27 logarithmiert und das logarithmierte Signal wird anschließend einem Vergleicher 28 zugeführt, der als weiteres Eingangssignal das Ausgangssignal des Wandlers 23 erhält. Das Ausgangssignal des Vergleichers 28 wird dann zu einem Block 29 geleitet, in dem mittels bekannter Algorithmen die Richtung, die im digitalen Ausgangssignal des Wandlers 23 enthalten ist, ermittelt wird.

Es ist auch möglich, das Signal, das von einem linearen Analog-Digital-Wandler erzeugt wird, direkt zum Rechner zu leiten und dort mit diesem Signal direkt die bekannte Richtungsermittlung durchzuführen. Bei dem Rechner wird angenommen, daß er so ausgelegt ist, daß er normalerweise das Eingangssignal eines linearen Empfängers verarbeitet. In diesem Fall erhält man natürlich bei extremen Signalpegeln ein verschlechtertes Ergebnis.


Anspruch[de]
  1. 1. TACAN-Bordgerät mit einem Empfänger (1) zum Empfang der TACAN-Signale, welcher ein Ausgangssignal, das die Modulationssignale, aus denen die Richtung ermittelt wird, abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (1) einen logarithmischen Verstärker enthält, und daß eine erste mit dem Empfänger verbundene Einrichtung vorgesehen ist, die die durch den logarithmischen Verstärker verursachte Nichtlinearität vor der Ermittlung der Richtung zumindest teilweise beseitigt.
  2. 2. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen Mischoszillator (3) zur Erzeugung eines Mischsignals, das hinsichtlich Phase und Amplitude in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal gebracht wird, enthält, daß eine zweite Einrichtung (2) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Mischoszillator (3) und andererseits mit dem Empfänger (1) verbunden ist und die den Mischoszillator (3) an einer bestimmten Stelle des Ausgangssignals triggert, daß eine dritte Einrichtung (5) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Ausgang des Mischoszillators und andererseits mit dem Empfänger verbunden ist und die das Mischoszillatorsignal mit dem Ausgangssignal vergleicht, und zwar zur Erzeugung eines Fehlersignals, wenn das Mischoszillatorsignal und das Ausgangssignal nicht koinzident sind, daß eine Phasenverschiebungseinrichtung (4) vorgesehen ist, daß eine vierte Einrichtung (6) vorgesehen ist, die einerseits mit dem Ausgang der Phasenverschiebungseinrichtung und andererseits mit der dritten Einrichtung (5) verbunden ist und die das Fehlersignal erhält, und zwar zur Regelung so erfolgt, daß eine Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal erzeugt wird, daß ein zweiter logarithmischer Verstärker (15) vorgesehen ist, der zwischen der vierten (6) und der dritten (5) Einrichtung angeordnet ist, und daß eine fünfte Einrichtung vorgesehen ist, die einerseits mit der dritten Einrichtung (5) und andererseits mit der Phasenverschiebungseinrichtung (4) verbunden ist, und der das Fehlersignal zugeführt wird, um die Phasenverschiebungseinrichtung zu steuern.
  3. 3. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung (6) einen ersten Multiplizierer (8) enthält, der mit der dritten Einrichtung (5) und der Phasenverschiebungseinrichtung (4) verbunden ist, und der das Fehlersignal mit einem phasenverschobenen Signal am Ausgang der Phasenverschiebungseinrichtung (4) multipliziert, um ein mittleres Amplitudenkorrektursignal zu erhalten, und daß die vierte Einrichtung einen zweiten Mulitplizierer (6) enthält, der zwischen die Phasenverschiebungseinrichtung (4) und den zweiten logarithmischen Verstärker (15) geschaltet ist und der das Ausgangssignal des ersten Multiplizierers (8) erhält, um das phasenverschobene Signal mit dem Amplitudenkorrektursignal zu multiplizieren, damit die Amplitude dieses Signals so verändert wird, daß sie in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal ist.
  4. 4. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung (6) einen Amplitudenbegrenzer (9) enthält, der zwischen dem Ausgang der Phasenverschiebungseinrichtung (4) und einem Eingang des ersten Multiplizierers (8) geschaltet ist, und daß weiterhin ein Integrator (10) vorgesehen ist, dessen Eingang mit dem Ausgang des ersten Multiplizierers (8) verbunden ist und dessen Ausgang mit einem Eingang des zweiten Multiplizierers (6) verbunden ist.
  5. 5. TACAN-Bordgerät nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung einen 90°-Phasenschieber (12) enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang der Phasenverschiebungseinrichtung (4) verbunden ist, und daß sie weiterhin einen Multiplizierer (11) enthält, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des 90°-Phasenschiebers (12) verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang der dritten Einrichtung (5) verbunden ist, um zu ermöglichen, daß das Fehlersignal zugeführt wird, und daß sein Ausgang mit der Phasenverschiebungseinrichtung (4) verbunden ist, um die Phasenverschiebung zu steuern.
  6. 6. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung weiterhin einen Amplitudenbegrenzer (13) enthält, der zwischen dem Ausgang des 90°- Phasenschiebers (12) und den ersten Eingang des Multiplizierers (11) geschaltet ist, und daß weiterhin ein Integrator (14) vorgesehen ist, der zwischen den Ausgang des Multiplizieres (11) und die Phasenverschiebungseinrichtung (4) geschaltet ist.
  7. 7. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen linearen Analog-Digital- Wandler (16) enthält, der mit dem Ausgang des Empfängers (1) verbunden ist, um dessen Ausgangssignal in ein digitales Signal umzuwandeln, und daß ein Rechner (17) vorgesehen ist, der mit dem Analog-Digital-Wandler (16) verbunden ist und der aus der Richtungsinformation, die in dem digitalen Signal enthalten ist, die Richtung ermittelt, wobei in diesem Rechner eine Delogarithmierung durchgeführt wird zur Bearbeitung der digitalen Signale, und zwar vor der Ermittlung der Richtung.
  8. 8. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen exponentiellen Analog-Digital-Wandler (21) enthält, der mit dem Ausgang des Empfängers (1) verbunden ist, um dessen Ausgangssignal in ein digitales Signal umzuwandeln, und daß ein Rechner (20) vorgesehen ist, der mit dem Analog-Digital-Wandler (16) verbunden ist und aus dem digitalen Signal die Richtung ermittelt.
  9. 9. TACAN-Bordgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen linearen Analog-Digital- Wandler (23) enthält, der mit dem Ausgang des Empfängers (1) verbunden ist und der das Ausgangssignal in ein digitales Signal umwandelt, und daß ein Rechner (24) vorgesehen ist, der mit dem Analog-Digital-Wandler verbunden ist und der aus der Richtungsinformation, die in dem digitalen Signal enthalten ist, die Richtung ermittelt, wobei in dem Rechner vor der eigentlichen Richtungsermittlung ein Vergleich des digitalisierten Signals mit einem logarithmierten und digitalisierten weiteren Signal, das der erwarteten Amplitude entspricht, durchgeführt wird.






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