DE2222735B2 - System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in einem Radionavigationssystem, insbesondere einem Differential-OMEGA-System - Google Patents
System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in einem Radionavigationssystem, insbesondere einem Differential-OMEGA-SystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in einem Radionavigationssystem,
insbesondere in einem Differential-OMEGA-System, mit mindestens einer Referenz-Sendestation,
welche die Phasenkorrekturwerte in zeitmultiplexer, mit dem Format des Navigationssystems in synchroner Weise als Modulation einer
Trägerschwingung überträgt, wobei die übertragenen Phasenkorrekturwerte durch die Phasendifferenzen
zwischen den Phasen der von mehreren Hauptsendestationen empfangenen Signale und den theoretischen
Werten dieser Phasen festgelegt sind.
Ein derartiges System ist durch die Zeitschrift IEEE Transactions AES-4 (1968), 4 (Juli), Seiten 494 bis
498 bekanntgeworden. Bei diesem System werden die Phasenkorrekturwerte in Form von Polynomkoeffizienten
von jeder Korrekturphase übertragen. Die Übertragung der Koeffizienten erfolgt breitbandig mit
multiplexen Analogsignalen.
Die Erfindung befaßt sich mit Radionavigationssystemen, bei welchen die phasenmäßig zu untersuchenden
Signale sequentiell ausgesandt werden, wobei die Frequenzen dieser Signale relativ niedrige Radiofrequenzen
sind. Unter sequentiell soll In diesem Zusammenhang
verstanden werden, daß verschiedene Signale zeitmäßig hintereinander in einer vorgegebenen
Reihenfolge ausgesandt werden.
Bei der phasenmäßiger, Auswertung in Radionavigationssystemen wird davon ausgegangen, daß die tatsächliche
Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen
Wellen gleich der im Vakuum ist. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen
Wellen sei ferner bei einer vorgegebenen Frequenz konstant. Diese Annahme stimmt jedoch in
Wirklichkeit nicht ganz genau. Es treten nämlich Raumwellenphänomene auf, indem beispielsweise
Reflexionen an der Ionosphäre stattfinden, die zu bestimmten Abweichungen führen.
In diesem Zusammenhang ist bereits versucht worden, diese durch die Raumwellcn bedingten Abweichungen
durch mathematische Berechnungen in den Griff zu bekommen. Für das OMEGA-Radionavigationssystem
werden diesbezüglich von dem US Navy Oceanic Traffic Office Korrekturwerttabellen veröffentlicht.
Die Verwendung derartiger Korrekturtabellen erweist sich jedoch als nicht vollkommen zufriedenstellend.
Die Phasenmessungen an einem bestimmten Punkt zeigen nämlich, daß nach Durchführung derartiger
Korrekturen im Hinblick auf die Raumwellen Restabweichungen vorhanden sind. Diese Restabweichungen
treten dabei willkürlich auf, so daß sie rechnerisch nicht erfaßt werden können.
Beim OMEGA-Radionavigationssystem sind Untersuchungen
durchgeführt worden, welche gezeigt haben, daß die beobachteten Restabweichungen zwischen
zwei ziemlich nahe aneinanderliegenden Punkten mit Abständen in der Größenordnung von mehreren
hundert Kilometern nicht unabhängig voneinander sind, sondern im Gegenteil in einer bestimmten
Beziehung zueinander stehen. Es sind Versuche angestellt worden, diese gegenseitige Beziehung zu verwenden,
um bei einem beweglichen Radionavigationsempfänger Phasenkorrekturen mit Hilfe von
Phasenmessungen vorzunehmen, bei welchen ein Empfänger an einem relativ nahege'r.genen unbeweglichen
Ort angeordnet ist.
Beim OMEGA-Radionavigationssystem wird diese Korrektur im allgemeinen »Differential-Ω« genannt.
Im folgenden werden die Ausdrücke »differeniielle Auswertung« und »differentielles Radionavigationssystem«
für alle Radionavigationssysteme mit Phasenmessungen angewendet, und zwar unabhängig davon,
ob es sich dabei um Systeme mit hyperbolischem, kreisförmigem oder einem anderen Modus handelt.
Bis zum heutigen Tage gibt es keine Vorrichtungen, welche eine differentielle Auswertung eines Radionavigationssystems
auf breiter Basis gestatten, weil die vorhandenen Vorrichtungen keine automatische
Auswertung in kurzer Zeit und auf einfache Weise erlauben.
Demzufolge ist es Ziel der Erfindung, ein System der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, welches
die rasche Übertragung von Phasenkorrektupverten gestattet.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreich',
daß die Modulation eine Phasenmodulation mit geringem Modulationsindex und mit einer linearen
Abhängigkeit zwischen Phasenkorrekturwertcn und Phasenhub ist.
Zweckmäßig ist die Frequenz des Fhascnkorrekturwertsignals
das 10- bis 30fache des Reziprokwertes
der mittleren Dauer der Sendeperioden einer Hauptsendestation.
Die Merkmale eines kodierenden Modulators für ein solches System gehen aus den Ansprüchen 3 bis
8 hervor, während sich ein Phasenkorrekturempfänger für ein derartiges System aus den Ansprüchen \>
bis 13 ergibt.
U>as erfindungsgemäße System zeichnet sich dadurch
aus, daß die Übertragung der Phasenkorrekturen auf sehr einfache und ökonomische Weise mit hoher
Genauigkeit durchgeführt werden kann, wobei das verwendete Frequenzband äußerst schmal ist. Die erzielbare
Genauigkeit ist dabei so gut, daß insbesondere beim OMEGA-Radionavigationssystem eine
Schiffsnavigation in Küstennähe möglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dei
Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockd.ngramm einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für die Übertragung von
Korrekturwerten mit einem Empfänger des Radionavigationssystems und einem Korrekturwertsenilcr,
Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Darstellung des Phasenmodulationsprinzips bei der in Fig. 1 dargestellten
Schaltungsanordnung,
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Phasenmodulators 25 gemäß Fig. I,
Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Korrekturwerti'mpfängers
in Verbindung mit einem bekannten Empfänger eines Radionavigationssystems, bei welchem
die entsprechende Korrekturenweite auf die empfangenen Phaseninformationen beaufschlagbar ι
sind.
I ig. 5 ein Blockdiagramm der Empfangs- und Demodulationskreisc
51-54 von Fig. 4. und
I ig. (i ein Blockdiagrarnrn dos syin.liium.ii Detektors
55 und des Korrektiirwertadditionskreises 56 von
Fig. 4.
Fur die folgende Beschreibung sei angenommen, daß das Radionavigationssystem, hei welchem die difieicriiieiien
rhascnkorrckturen vorgenommen werden, das Ω-System ist
Bei der differentiellen Auswertung wird nur das Radionav -igationssigrial für die genauere Messung mit
einem Korrekturwert veisehen. Im folgenden wird somit
bei einem Radionavigationssystem nur die Aussendung eines derartigen Signals betrachtet.
Die Empfanger des Ω-Radionavigationssystems werden in der Regel im hyperbolischen Modus betrieben
DaK'i müssen die Oszillatoren der Hauptsendestationen
eine sehr große Stabilität aufweisen. Falls ebenfalls die Empfänger der Radionavigationssignale
mit Sieueroszilhitorcn großer Stabilität versehen sind.
können dieselben auch in kreisförmigem Modus arbeiten
Die im folgenden noch zu beschreibende different ielle Auswertung kann demzufolge für den hyperbolischen
und oder kreisförmigen Modus durchgeführt werden.
I ig. 1 zeigt einen mit einer Antenne verbundenen
Empfänger 1 in der Referenzstation, dessen Aus-.langssignale
phasenmäßig den von ILuiptsendcstationen
ties Ω-Systems ausgesandten Signalen entspre- :
s he η
In 'ler folgenden Beschreibung erfolgt eine Beschränkung
auf den Fall, in welchem der Empfänger 1 ■■ler I laupt-endestationcn des Ω-Systems empfängt.
wobei diese Stationen mit A-D bezeichnet sind. Es ; ^Ci jedoch wohl verstanden, daß diese Begrenzung
willkürlich M und sie mit den normalerweise beim
konventionellen Ω-System vorhandenen Bezeichnungen nicht übereinstimmen muß.
Der Empfanger 1 weist einen Oszillator großer Stabilität auf. Dir.ver Empfänger 1 kann auf einer
Mehrzahl von getrennten Leitungen Synchronisationssignale aufweisen, entsprechend der aufeinanderfolgenden
Aussendung von Signalen der Hauptsendestationen des Ω-Systems, wobei diese Signale als ί
Ω-Formatsignale bezeichnet werden können. Vier dieser Formatsignale A, B, C, D entsprechen den
Zeitintervallen der Aussendung der Signale von den vier Hauptsendestationen A, B, C und D. Das fünfte
Formatsignal R entspricht einem von den übrigen Si- -■
gnalen getrennten Zeitintervall und beispielsweise dem einer im interessierenden Bereich nicht zu empfangenden
Hauptsendestation.
Die am Aasgang des Empfängers 1 vorhandenen gemessenen Phaseninformationen werden mit 0„ be- r
zeichnet, wobei zusätzlich die Indices A, B, C und D
verwendet sind. Demzufolge treten Phasensignale 0yx. O1111, 0w und 0MD auf. Der Empfänger 1 gibt
ebenfalls aufgrund der Phase seines sehr stabilen Oszillators ein Referenzphascnsignal 0R ab, welches die
gleiche Form wie die gemessenen Phasensignale 0M
aufweist.
> Die Phaseninformationen 0M und 0R werden in
analoger Form - beispielsweise in Form eines Signals mit der Frequenz von ungefähr 1 kHz- ausgedrückt.
Der Phasenunterschied zweier Signale 0M entspricht
dem Phasenunterschied der von den entsprechenden
" Hauptsendestationen empfangenen Signale. In gleicher
Weise entspricht dem Phasenunterschied von einem der Signale (\, gegenüber dem Referenzsignal
(>R der Phase des Empfangssignals der betreffenden
ί tauptscndestation.
Die Signale 0M und 0R werden /u einem kodierenden
Modulator 2 geleitet. Dieser Modulator 2 empfangt ebenfalls über eine Mehrzahl von Synchronisationsleitungen
elektrische Signale entsprechend den fünf Segmenten des von dem Empfänger 1 benützten
Ω-Systems, d. h. die vier Segmente A, B, C und I). welche den vier Hauptsendestationen entsprechen.
Das Segment R entspricht vorzugsweise dem Signal
einer nicht verwendeten bzw. empfangenen Hauptsendestation. Beispielsweise sind fünf Formatierungen
vorgesehen, wobei jede mit einem der Segmente verbunden ist. Demzufolge können zwei verschiedene
Signale übertragen werden, je nachdem, oh das dazugehörige Segment anliegt oder nicht. Selbstverständlich
kann nur eine der fünf Leitungen gleichzeitig ein Sendesegment aufweisen.
Der E'mpfänger 1 gibt ferner ein Zeitsignal hoher Frequenz, beispielsweise 100 kHz ah, wobei dieses Signal
in Frequenz- und Phasenbeziehung zu dem Referenzsignal 0R steht.
Der Modulator 2 empfängt ferner theoretische Werte von Phaseninformationen On, welche von einer
nicht dargestellten Einrichtung hergeleitet werden. Für jede Referenzsendestation werden die theoretischen
Werte in Abhängigkeit der bekannten Positionen von Hauptsendestationen und der Referenzsendestation
festgelegt. Die Auswertung wird nach den theoretischen Beziehungen im Hinblick auf die Ausbreitung
von Wellen durchgeführt. Die Wahl der theoretischen Phasenwerte O0 wird im wesentlichen
durchgeführt, sobald die Referenzsendestation an einem bestimmten Ort in Betrieb genommen wird.
Die gemessenen Phasensignale 0M und die theoretischen
Signale O0 werden einem Phasenkorrekturauswertkreis
21 zugeführt, in welchem die Phasenkorrekturwerte in Form von Anaiogsignalen mit e:ner
Frequenz von 1 kHz auftreten. In diesem Kreis 21 wird die Differenz des gemessenen Phasensignals 0M
und dazugehörigen theoretischen Phasensignals O0
ge bilde·. Dieser Phasendifferenzwert kann auf ver-
', schiedene Weise gebildet werden. Zweckmäßigerweise werden die gemessenen Phasensignale 0M drehbaren
Phasenschiebern zugeführt, welche im Hinblick auf die dazugehörigen theoretischen Phasenwerte 0o
mechanisch verstellt werden.
t, Auf diese Weise treten auf den oberen vier Ausgängen
des Phasenkorrekturauswertkreises 21 Phasenkorrektursignale 0C auf. Diese PhasenkoiTektursignale
0ς sind im Verhältnis zu den gemessenen Phasensignalen 0M und den dazugehörigen theoreti-
". sehen Phasensignalen (JL in der Phase versetzt.
Diese Phasenbeziehung von zwei beliebigen der Korrektursignale 0c entspricht dabei der relativen
Phasenbeziehung von zwei gemessenen Phasensigna-
len Oy, verringert um den Betrag der Differenz der
dazugehörigen theoretischen Phasensignale On. Es ergibt
sich, daß die Phasenkorrektursignale 0C und die gemessenen Phasensignale 0M Phaseninformationen
auf dieselbe Weise enthalten, d. h. die gleiche Analogkodierung aufweisen.
Die Phasenkorrektursignale 0C entsprechen ebenfalls
de:· Phasenkorrekturen der Hauptsendestationen,
und zwar im Hinblick auf eine Phasenverschiebung gegenüber dem Referenzphasensignal 0R.
Gemäß Fig. 1 wird das Refcrcnzphascnsignal O11 direkt
durch den Kreis 21 hindurchgeführt, wobei es nicht verändert wird.
Solange kein Referenzsignal 0R übermittelt wird,
d. h. wenn es nicht gewünscht wird, einen kreisförmigen Modus zu verwenden, brauchen die theoretischen
Phasenwerte O0 nicht in Form von theoretischen Phasenwerten
eines empfangenen Signals vorliegen, sonuci Ii küiiiicii in rum'i eiiici Diiieiun/. von iheoreiischen
Phasenwerten zweier Empfangssignalc dargestellt werden. Demzufolge ist es möglich, einen der
Phasenschieber des Kreises 21 fortzulassen.
Die von dem Phasenkorrekturauswertkreis 21 gebildeten Phasenkorrektursignale O0 und das Referenzsignal
0K werden einem Multiplexer 22 zugeführt,
an welchen ebenfalls die Formatleiter angelegt sind. Der Multiplexer 22 spricht auf die Signale bei Aussendung
eines der Segmente A, B, C, D und R an. Der Multiplexer 22 bildet dann an seinem Ausgang, während
den vier ersten Segmenten, Phasenkorrektursignale 0L der entsprechenden Hauptsendestation und
während des fünften Segments das Referenzsignal 0R.
Für den Zweck ist eine Mehrzahl von gesteuerten Schaltern vorgesehen.
Das Ausgangssignal des Multiplexers 22 ist demzufolge ein Signal von 1 kHz, das synchron mit dem Ω-Format
die Phasenkorrekturwerte 0C und das Referenzsignal
0R als Analogkodierung enthält.
Das am Ausgang des Multiplexers 22 abgegebene Phasenkorrektursignal wird einem Frequenzwandler
23 zugeführt, welchem ein von dem Zeitsignal abgeleitetes Signal von 100 kHz nach Frequenzteilung in
einem Frequenzteiler 24 zugeführt wird, so daß das dem Frequenzwandler 23 zugeführte Oberlagerungssignal
eine Frequenz von im wesentlichen 980 Hz aufweist.
Der Frequenzteiler 24, dem das Zeitsignal in Form von Impulsen zugeführt wird, enthält numerische Teiler
für die gewünschte Frequenz. An den Ausgängen dieser numerischen Teiler werden rechteckförmige
Signale abgegeben, aus denen das Überlagerungssignal gebildet ist.
Im allgemeinen erscheint es vorteilhaft, wenn das Zeitsignal eine Frequenz- und Phasenbeziehung zu
dem Referenzsignal 0R aufweist. Dies kann dadurch
erreicht werden, indem diese beiden Signale von demselben stabilisierten Generator des Empfängers 1 abgeleitet
werden.
Am Ausgang des Frequenzwandlers 23 tritt ein multiplexes Modulationssignal von 20 Hz auf. Dieses
Signal wird dazu verwendet, eine Trägerschwingung zu modulieren, die für einen Teil des geographischen
Bereiches des Radionavigationssystems ausgesandt wird. In diesem Zusammenhang ist bereits erwähnt
worden, daß die an einem bestimmten Punkt geltenden Korrekturwerte auch in der Nähe dieses Punktes
verwendet werden können, wobei die Größe des Bereiches von den bestimmten Eigenschaften des Radionavigationssystems
abhängt.
Demzufolge kann die Wahl des Bereiches für die Aussendung von Phasenkorrckturwerten vorgenommen
werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die Modulation der Trägerschwingung
durch das Modulationssignal mit 2(1 Hz in einem Modulator 25 durchgeführt. Dabei wird eine Phasenmodulation
mit geringem Modulationsindex in der Größenordnung von 0,8 verwendet, was im folgenden
unter Bezugnahme auf Fig. 2 und 3 noch näher erläutert
werden soll.
Die Phasenmodulation wird zweckmäßig von einem Pilotoszillator 2Sl gesteuert, dessen Frequenz Fo der
Frequenz des Trägers des multiplcxcn Korrckturphasensignais
- d. h. 20 Hz - entspricht.
Das eine Frequenz von Fo aufweisende Signal wird
einem durch 8 dividierenden Frequenzteiler 52 zugeiiihri,
weicher demzufolge ein Signal mit der Frequenz Fo/8 abgibt. Dieses Signal mit der Frequenz Fo/8
wird einem eine Phasenverschiebung von 90° bewirkenden Phasenschieber 253 und einem Addierkreis
254 zugeführt. Das Modulationssignal mit der 20 Hz-Frequenz des Frequenzwandlers 23 wird einem
am Eingang des Moc'ulators 25 vorgesehenen Filter
255 zugeführt, dessen Mittenfrequenz 20 Hz beträgt. (Dieser Filter 255 kann ebenfalls als Teil des Frcquenzwandlers
23 angesehen werden). Das Ausgangssignal des Filters 255 wird als Modulationssignal
einem Amplitudenmodulator 256 zugeführt, welcher als Modulationssignal das in Quadratur vorhandene
Signal des Phasenschiebers 253 erhält. Am Ausgang des Amplitudenmodulators 256 ist demzufolge die in
Quadratur befindliche Komponente Fo/8 nach Modulation erhältlich; diese wird ebenfalls dem Addierkreis
254 zugeführt, welcher eine gewichtete Addition der in Quadratur modulierten Komponente Fo/8 und
der nicht phasenverschobenen und nicht modulierten Komponente Fo/8 des Frequenzteilers 252 durchführt.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Addition mit einem Verhältnis der in Quadratur befindlichen, modulierten
Komponente und der nicht modulierten Komponente in der Größenordnung von 0,1 durchgeführt.
Durch vektorielle Zusammensetzung ergibt sich demzufolge ein phasenmäßiger Modulationswinkel α
in der Größenordnung von 6°. Das Endresultat der Multiplikation mit einem Amplitudenwert in Quadratur
und anschließender gewichteter Addition mit einer nicht phasenverschobenen Komponente kann als
Phasenmodulation angesehen werden, wenn man die in Quadratur befindliche, in Fig. 2 dargestellte Komponente
als Kreisbogen ansieht, dessen Radius die nicht phasenverschobene Komponente ist. Das am
Addierkreis 254 vorhandene, phasenverschobene Signal wird daraufhin einer Multiplikation mit 8 unterzogen,
indem indem Kreis 257 Rechtecksignale gebildet
werden und anschließend in einem monostabilen Kreis 258 eine relative Amplitudenverstärkung der
achten Harmonischen in bezug auf die dan ;benliegenden
Harmonischen durchgeführt wird. Dieser monostabile Kreis 258 weist ein Tastverhältnis von 7/16
bei der Frequenz von Fo/8 auf. Schließlich wird in einem Filter 259 eine Filterung bei der Frequenz Fo
vorgenommen.
Am Ausgang des ebenfalls den Ausgang des Modulators 25 bildenden Filters 259, tritt eine sinusförmige
Trägerschwingung auf, welche entsprechend den Phasenkorrekturen phasenmoduliert ist. Dieses Signal
wird dem Sendekreis 3 von Fig. 1 zugeführt.
Bei der Übertragung der Phasenkorrekturen mit Hilfe des Multiplexers, des Frequenzwandlers und des
Modulators sind äußerst gute Resultate bezüglich der Qualität erreicht worden. Bei einem erfindungsgemä-Ben
Differential-Q-System war die erzielbare Genauigkeit
im Verhältnis zu einer klassischen Auswertung um einen Faktor 2-5 besser.
Es ist einleuchtend, daß die Übertragung der Phasenkorrekturen im Hinblick auf eine Auswertung im
Differentialmodus mit sehr großer Genauigkeit durchgeführt werden muß. Es sei in diesem Zusammenhang
bemerkt, daß gemäß dem bisherigen Stand der Technik diese Übertragung mit einem breiten
Frequen/spektrum für jedes Korrektursignal durchgeführt worden ist. Es hat sich jedoch herausgestellt,
daß eine Übertragung dieser Korrekturwerte in Form eines Modulationssignals mit einem schmalen Frequenzband
vorteilhaft erscheint, solange die Trägerwelle mit den multiplexen Phasenkorrekturen mit sehr
großer Linearität moduliert ist. Obwohl andere Arten von Modulation der Trägerwelle im Rahmen der vorliegenden
Erfindung verwendet werden können, so ist es trotzdem sicher, daß eine Phasenmodulation mit
geringem Modulationsindex - so wie dies unter Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschrieben worden ist - einen
günstigen Einfluß auf die Güte der Übertragung der Phasenkorrekturen hat.
Eine Phasenmodulation mit schmalem Frequenzspektrum erscheint hingegen deshalb zweckmäßig,
weil ein derartiges Frequenzspektrum sich genügend weit von der Frequenz der Trägerschwingung befindet,
wodurch das Auftreten von Phasenfehlern aufgrund von Schwunderscheinungen (Fading) vermieden
werden kann. Bei Verwendung einer derartigen Modulation ergibt sich ferner die Möglichkeit, eine
Kette von Referenzsendestationen vorzusehen, deren Trägerschwingungen nahe aneinanderliegende Trägerfrequenzen
aufweisen, wobei jedoch eine genügende Trennung zwischen den Sendefrequenzen der
einzelnen Stationen der Kette vorhanden ist.
Die Trägerschwingung der multiplexen Korrektursignale, welche am Ausgang des kodierenden Modulators
2 auftritt, wird einem Sender 3 zugeführt, welcher eine Sendeantenne aufweist. Da das Modulationssignal
eine Frequenz von 20 Hz besitzt, ist die Spektralenergie des übertragenen Signals im wesentlichen
auf die Trägerwelle und die beiden Seitenbänder +16 Hz, d. h. 20 Hz x 0,8 beschränkt, wobei der
Wert 0,8 der sich ergebende Modulationsindex ist.
Bei Verwendung von mehreren Referenzsendestationen werden dieselben genau auf dieselbe Weise mit
Ausnahme der Hauptsendestationen für den Ω-Empfänger, den theoretischen Phasenwerten für den
Modulator und der Frequenz der Trägerschwingung der multiplexen Korrektursignale um 20 Hz - ausgelegt.
Wie bereits erwähnt, ist die Breite des notwendigen Frequenzbandes für jede Korrekturwertträgerschwingung
kleiner als 40 Hz. Die einzelnen Frequenzen der Korrekturwertträgerschwingungen können
somit sehr nahe aneinandergeiegt werden. Ausgezeichnete
Resultate sind beispielsweise mit Trägerschwingungen erreicht worden, die 150 Hz voneinander
auseinanderliegen.
Ein Sendenetz für Phasenkorrekturwerte mit etwa
10 Referenzsendestationen benötigt soiidi ein Frequenzband
von ungefähr 1,5 kHz, was bei Frequenzen
in der Größenordnung von einigen Megahertz einen äußerst schmr.ten Frequenzbereich darstellt.
Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 4-6 ein beweglicher Empfänger für das Ω-System beschrieben
werden, welcher auch im kreisförmigen Modus arbeiten kann, und welcher einen Korrekturwertempfangskreis
gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist.
Gemäß Fig. 4 weist ein im kreisförmigen Modus arbeitender Ω-Empfänger 4 in an sich bekannter
Weise Ernpfangskreise 41 für die Signale der Hauptsendestationen des Ω-Systems auf, welche in bezug
auf dieselben gemessene Phasensignale abgeben. Diese Signale entsprechen einer äußerst präzisen
Messung. Über diese Empfangskreise 41 wird ebenfalls ein stabiles Referenzsignal abgeleitet. In Jem
Fall, daß der Empfänger 4 nicht im kreisförmigen Modus arbeiten soll, kann dieses Referenzsignal unterdrückt
werden.
Die Kodierung der Fhaseninformationen und des
Referenzsignals kann beliebiger - das heißt analoger oder numerischer - Art sein. Zur Erläuterung sei angenommen,
daß diese Kodierung analog und auf dieselbe ArI; erfolgt, wie beim Empfänger I, welcher für
die Korrekturwertsendestation verwendet wird.
Der Empfänger 4 gemäß Fig. 4 weist ebenfalls in an sich bekannter Weise einen Zeitsignal kreis 42 auf,
welcher Signale abgibt, die den Sendesegmenten des Ω-Formats entsprechen, wobei vier dieser Signale mit
den Basissendestationen A, B, C und D verbunden sind, die eine Aussendung von Korrekturwerten ergeben,
während das fünfte Segment dem Referenzsegment R der Korrekturwertsendestation entspricht. In
diesem Zusammenhang sei darauf hingeweisen, daß der in Fig. 4 dargestellte Empfänger 4 mit denselben
Basissendestationen wie die verwendeten Korrekturwertsendestation verbunden ist.
Dabei ergibt sich jedoch, daß dies nicht absolut notwendig ist, weil die Wahl der Segmente A, B, C, D
- d. h. der Basisstation, weiche eine Aussendung von Phasenkorrekturwertsignalen ergeben - einzig und
allein von den Ω-Empfängern abhängt, welche mit den Kreisen gemäß der vorliegenden Erfindung in
Verbindung stehen, und zwar sowohl im Zustand der Aussend ung von Korrekturwerten, als auch bei deren
Empfang.
So wie sich dies im folgenden noch ergeben wird, werden im Bereich der Korrekturwertempfänger nur
die Phasenkorrekturen wieder hergestellt, welche gemäß den mit dem Empfänger 4 verwendeten Segmenten
verbunden sind. Der Korrekturwertempfänger muß demzufolge eine Korrekturwertsendestation
empfangen, welche wenigstens für alle in dem bekannten Empfänger 4 verwendeten Basisstationen
Korrekturwerte aussendet.
Unter der Annahme, daß die Korrekturwertsendestationerj
Korrekturwerte für alle Sendestationen des Basisnettes abgeben - was jedoch im Fall des Ω-Systems
sehr schwer erreichbar ist — ergibt sich, daß die von dem Zeitsignalkreis 42 des Empfängers 4 abgehenden
Leitungen eine automatische Wahl der Korrekturwerte ermöglichen, weiche im Bereich des
Empfängers 4 mit den ausgewählten Basissendestationen verbunden sind.
Im Fall des Ω-Systems verwendet man im allgemeinen als vorgegebenen Navigationsbereich nur einen
Teil der Basisstationen. Dies ist der Grund, warum die Anzahl der Basisstationen für die Aussendung von
Korrekturwerten gemäß der vorliegenden Erfindung
gleich 4 ist.
Der Fmpfänger 4 weist schließlich einen Anseigekreis
43 für die gemessenen Phasenwerte auf.
Man weiß, daß nach dem bekannten, d. h. mchtdifferehtiellen
Verfahren bei dem Empfänger 4 von Fig. 4, die Phaseninformation des Empfangskreises
41 direkt dem Anzeigekreis 43 zugeführt werden. Gemäß
der vorliegenden Erfindung wird eine Phasenkorrektur durchgeführt, bevor eine Anzeige in dem
Anzeigekreis 43 erfolgt. Dabei ist es als zulässig angesehen worden, die entsprechenden inneren Verbindungen
des Empfängers 4 zu ändern.
Fig. 4 zeigt ebenfalls einen Phasenkorrekturwertempfängerf,
welcher Signale von einer Antenne 6 erhält. Der Korrekturwertempfänger 5 empfängt
ebenfalls ein Steuersignal für die Wahl der Korrekturwertsendestationen,
wobei dieses Signal von einem Wahlschalter 7 abgeleitet ist. Die Anzahl der Referenzsendestationen
für die Korrekturwerte ist entsprechend Fig. 4 gleich S. Die Durchlaßbreitc der
Antenne 6 und der Eingangskreise des Korrekturwertempfängers 5 ist hingegen entsprechend der Anzahl
der Sendestationen und der Durchlaßbreite von jeder der einzelnen Stationen gewählt.
Ein weiterer Vorteil der geringen spektralen Bandbreite der Referenzsendestationen ergibt sich deshalb,
weil es dadurch möglich ist, eine relativ hohe Anzahl solcher Sendestationen mit Hilfe derselben Empfangsstufen
zu empfangen.
Gemäß Fig. 4 und 5 besteht der Korrekturwertempfänger 5 aus einem Hochfrequenzverstärker 51
mit großer Bandbreite und einer Mittenfrequenz von 1,6 Megahertz. Dieser Hochfrequenzverstärker 51
kann demzufolge alle Trägerwellen des Sendestationennetzes empfangen. Anschließend an diesen Hochfrequenzverstärker
51 ist eine erste Frequenzwandlerstufe 52 vorgesehen, welche einen ersten Ortsoszillator
221 mit einer starren Frequenz von 1,7 MHz aufweist, die durch einen Quarz stabilisiert ist. Die
Bandbreite der ersten Frequenzwanderstufe 52 wird auf ungefähr 100 kHz eingestellt, damit diese Stufe
nur das gesamte Spektrum aller Trägerfrequenzen in der Nähe der Referenzsendestationen durchläßt,
während die Spiegelfrequenzen eliminiert werden.
Die Ausgangssignale der ersten Frequenzwandlerstufe 52 werden einer zweiten Frequenzwandlerstufe
53 zugeführt, deren Durchlaßbereich bei 7,2 kHz auf 40 Hz eingestellt ist. Der dazugehörige Ortsoszillator
531 weist eine Frequenz bei 107,2 kHz±k. 160 Hz auf, welche durch den Wahlschalter 7 - beispielsweise
mit Hilfe eines Synthetisierers - verändert werden kann. Die zweite Frequenzwandlerstufe 53 muß eine
in etwa rechteckföpnige Durchlaßcharakteristik aufweisen, um eine gute Seitensperrung zu ergeben, ohne
dabei die Phase der übertragenen Signale zu verändern.
Der Ausgang der zweiten Frequenzwandlerstufe 53 ist mit einem Demodulator 54 verbunden, dessen
Aufbau von der Art der Modulation der Korrekturträgerschwingung abhängt. Im Fall einer Phasenmodulation
mit geringem Modulationsindex ist dieser Demodulator ein an sich bekannter Phasendiskriminator
541, an welchem sich ein Filter 542 anschließt, dessen Mittenfrequenz 20 Hz beträgt.
Das Ausgangssigna! des Demodulators 54 wird einem
Trennkreis 55 zugeführt, welcher die fünf Ω-Segmente
erhält und an seinen getrennten Ausgängen die Korrekturphasensignale 0C in Form von kontinuierli-
chen Signalen entsprechend den notwendigen Phasenkorrekturen abgibt.
Im folgenden soll ein einzelner Phasenkorrei.turkanal
mit dem Demultiplexer 55 und einem Korrekturwertadditionskreis 56 beschrieben werden. In
Fig. 4 ist der Demultiplexer 55 in Form von gesteuerten Schaltern dargestellt. Wie sich dies anhand der
folgenden Beschreibung ergibt, kann dieser Demultiplexer 55 zweckmäßigerweise neben dem eigentlichen
Demultiplexieren gleichzeitig eine Demodulation zur synchronen Feststellung der Phasenkorrektursignale
mit 20 Hz vornehmen.
Gemäß Fig. 5 gibt ein Quarzoszillator 551 eine
Frequenz von 230,4 kHz ab, welche in einem Frequenzteilerkreis 552 durch 1 I 520 dividiert wird, so
daß sich ein Bezugssignal von 20 Hz ergibt. Durch einen Phasenschieber 553 wird ein anders 20 Hz-Signal
erzeugt, welches in Phasenquadratur zu dem ersteren steht.
Das Ausgangssignal des Filters 542 wird einer Mehrzahl von synchronen Detektorenkreisen 554 zugeführt,
von welchen ein einziger in Fig. 6 dargestellt ist. Diese synchronen Detektorenkreisc 554. von welchen
fünf vorhanden sind, empfangen von dem Zeitsignalkreis
42 des bekannten Empfängers 4 die fünf Segmente A, B, C, R und D des Ω-Systems. In dem
synchronen Detektorkreis 554 wird eine synchrone Feststellung in Abhängigkeit des dazugehörigen Segmentes
durchgeführt. Jeder synchrone Detektor 554 behandelt somit ein 20-Hz-Signal, welches mit einem
einzigen Phasenkorrekturwert in Beziehiingstcht, was einer Demultiplexierung entspricht.
Die synchronen Detektorenkreise 554 empfangen die nicht phasenverschobenen und in Quadratur stehenden
2ü-Hz-Signale, um eine synchrone Feststellung in an sich bekannter Weise durchzuführen und
zwei kontinuierliche Signale zu bilden, welche dem Sinus und dem Cosinus der durchzuführenden Phasenkorrektur
entsprechen.
Die am Ausgang des synchronen Detektorkreises 554 vorhandenen Signale, welche nur während des
dazugehörigen Segments anwesend sind, werden innerhalb eines integrierenden Filters 555 eier Integrationsfiltrierung
mit großer Zeitkonstante ausgesetzt, wodurch sie gespeichert werden. Dies setzt voraus, daß der synchrone Detektorkreis 554 bei Abwesenheit
eines Steuersignals beispielsweise in Form des Segmentes A ein Ausgangssignal O abgibt. Was
die Filterung mit großer Zeitkonstantc betrifft, so ist das sich ergebende Problem dasselbe wie für bekannten
Empfang von sequentiellen Radionavigationssystemen, so daß der Fachmann sehr leicht eine Lösung
finden kann.
Die kontinuierlichen Sinus- und Cosinussignale für
die Phasenkorrektur am Ausgang des integrierenden Filters 555 werden einem Phasenschieber 56 zugeführt,
welcher die gemessenen Phasensignale für die Sendestation A von dem Empfangskreis 41 empfängt.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausf ührur.gsform weisen die gemessenen Phasensignale Signale mit einer Frequenz
von 1 kHz auf, weiche in gleicher Weise phasenmäßig entsprechend den dazugehörigen, gemessenen
Phasen moduliert sind. Der Phasenschieber 56 ist hingegen ein elektronischer Phasenschieber mit Sinus-
und Cosinussteuerung.
Am Ausgang jedes Phasenschiebers 56 liegt gemäß der korrigierten Phase ein moduliertes Phasensignal
von 1 kHz an. Es sei bemerkt, daß die Phasenbezie-
hungen zwischen der ganzen Übertragungskette für Korrekturinformationen zwischen den Phasensignalen
der dazugehörigen Referenzsendestationen und denselben Signalen und dem Phasenreferenzsignal
eingehalten werden. Dies ist wichtig, damit die auftretenden Phasendifferenzen nach Durchführung der
Korrektur für den hyperbolischen Modus verwendbar sind.
Da im kreisförmigen Modus das Referenzsignal des Empfängers 4 normalerweise nicht genau in Phase mit
dem Referenzsignal der Referenzsendestation ist, muß dasselbe vor seiner Auswertung ebenfalls einer
Phasenkorrektur unterzogen werden.
Die korrigierten Informationen werden dem An-
ze ige kreis 43 zugeführt, damit nach Durchführung dei
Korrektur im Differentialmodus eine kontinuierliche Anzeige für jede gemessene Phase möglich ist.
Es ist angenommen worden, daß sowohl in der Re ferenzsendestation als auch in jedem beweglicher
Empfänger, der Empfangskreis Phaseninformationei kontinuierlich für jede Sendestation abgibt, und dal
der Anzeigekreis 43 deshalb vorgesehen ist, um di< kontinuierlichen Informationen bildlich darzustellen
wobei das Ω-Radionavigationssystem vom sequen tiellen Typ ist.
Im Bereich der Referenzsendestation können di< von dem Empfänger 1 abgegebenen Phaseninfonna
tionen sequentieller Natur sein.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in einem Radionavigationssystem, insbesondere
in einem Differential-OMEGA-System, mit mindestens einer Referenz-Sendestation, welche
die Phasenkorrekturwerte in zeitmultiplexer mit dem Format des Navigationssystems synchroner
Weise als Modulation einer Trägerschwingung überträgt, wobei die übertragenen Phasenkorrekturwerte
durch die Phasendifferenzen zwischen den Phasen der von mehreren Hauptsendestationen
empfangenen Signale und den theoretischen Werten dieser Phasen festgelegt sind, dadurch
gekennzeichnet,daß die Modulation eine Phasenmodulation mit geringerem Modulationsindex
und mit einer linearen Abhängigkeit zwischen Phasenkorrekturen und Phasenhub ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dato die Frequenz des Phasenkorrekturwertsignals
das IU- bis 3Ofache des Reziprokwertes
der mittleren Dauer der Sendeperioden einer Hauptsendestation beträgt.
3. Kodierender Modulator für ein System nach Anspruch 1 oder 2, welcher mit einem Sendekreis
zur Übertragung der Phaseckorrekturwerte in Verbindung steht, und in einer Referenzsendestation
vorgesehen ist, die einen Empfänger enthält, welcher der Phase, der von der Hauptstation ausgesendeten
Signale entsprechende Signale und eine Synchron^.ationsinfoi rnaiiun in bezug auf die
Reihenfolge der Aussendung rbgibt, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Elemente vorgesehen
sind:
a) eine Mehrzahl von Phasenkorrekturauswertkreisen (21), weiche die Differenz zwischen
den empfangenen Phasensignalen und deren theoretischen Werten bildet, um Phasenkorrektursignale
zu erzeugen,
b) ein Multiplexer (22), welcher diese Phasenkorrektursignale und die Synchronisationsinformation erhält und ein Phasenkorrektursignal
abgibt, welches synchron in der Reihenfolge der Sendesignale der Hauptstationen multiplexiert ist,
c) ein an den Multiplexer (22) angeschlossener Frequenzwandler (23) für das multiplexe
Phasenkorrektursignal zur Erzeugung eines Modulationssignals, der dessen Frequenz auf
das K)- bis 3()fache des Reziprokwertes der mittleren Dauer der Sendeperioden einer
Hauptsendestation umsetzt und
d) ein dem Frequenzwandler (23) nachgcschaltcter Modulator (25) für die Trägerschwingung
mit der Frequenz Fo.
4. Kodierender Modulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (25)
einen Pilotoszillator (251) enthält, welcher ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz gleich einem
Achte! der Frequenz Fo der Trägerschwingung abgibt, daß für dieses Signal ein Phasenmodulator
(256) vorgesehen ist, und daß ein mit acht multiplizierender Frequenzvervielfacher vorgesehen
ist, welcher mit dem Phasenmodulator verbunden ist.
5. Kodierender Modulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (25)
einen Phasenschieber (253) enthält, welcher das von dem Pilotoszillator (251) abgegebene sinusförmige
Signal um 90° phasenverschiebt, daß ein an den Phasenschieber (253) angeschlossener
Amplitudenmodulator (256) für die derart erhaltene, in Quadratur befindliche Komponente vorgesehen
ist und daß ein Addierkreis (254) vorgesehen ist, welcher das von dem Pilotoszillator
(251) angegebene Signal zu dem modulieren Signal addiert, wobei das Verhältnis der maximalen
Amplituden dieser beiden Signale in der Größenordnung von 0,1 liegt.
6. Kodierender Modulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Multiplikation
mit acht durchführende Frequenzvervielfacher einen Kreis (257) aufweist zur Umwandlung
der Additionssignale in Rechtecksignale, an weichen ein monostabiler Kreis (258) angeschlossen
ist, der bei der Frequenz Fo/8 Signale mit einem Tastverhältnis von 7-Ί6 erzeugt.
7. Kodierender Modulator, nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei der Empfänger einen sehr
stabilen Zeitimpulskreis aufweist, welcher zusätzlich ein Referenzsignal abgibt, das dieselbe Frequenz
wie die empfangenen Phasensignale aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal
dem Multiplexer (22) zugeführt wird, welcher dieses als Referenphasensignal während
eines Zeitintervalls außerhalb der Phasenkorrektursignale abgibt.
8. Kodierender Modulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall
außerhalb der Phasenkorrektursignale einer Sendeperiode einer nicht empfangenen Hauptstation
entspricht, wobei die Steuerung durch die Synchronisationsinformation vorgenommen wird.
9. Phasenkorrekturempfänger für ein System nach Anspruch 1 oder 2, mit einem kodierenden
Modulator in einer Referenzsendestation nach Anspruch 3, dadurch geKennzeicnnet, daß ein
Empfänger (5) und ein Demodulator (54) für die Trägerscliwingung vorgesehen sind, und daß der
Demodulator (54) an einen Demultiplexer (55) angeschlossen ist, welcher das demodulierte Signal
und die Synchronisationsinformation des Empfängers (5) erhält und an parallelen Ausgängen
die Phasenkorrektursignale bereitstellt, die phasenmäßig entsprechend den durchzuführenden
Phasenkorrekturen moduliert sind.
10. Empfänger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß der Demultiplexer (55) aus einem synchronen Detektorkreis (554) und einem
l.ieran angeschlossenen integrierten Filter (555) für jedes Phasenkorrektursignal besteht, welches
Filter ein kontinuierliches Signal entsprechend der durchzuführenden Phasenkorrektur abgibt.
11. Empfänger nach Anspruch K), in Verbindung mit einem Empfänger für die von den
Hauptstalionen ausgesandten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes von einer Hauptstation
empfangene Phasensignal ein Phasenschieber (56) vorgesehen ist, welcher an das Filter (555)
angeschlossen ist und durch das kontinuierliche Phasenkorrektursignal gesteuert wird.
12. Empfänger nach einem der Ansprüche 9 bis
11 mit einem sehr stabilen Zeitimpulskreis nach den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß Kreise vorgesehen sind, welche von dem
demodulierten Referenzphasensignal der Referenzsendestation ein Phesenkorrektursignal für
den stabilen Zeitsignalkreis innerhalb des Empfängers (6) bilden.
13. Empfänger nach einem der Ansprüche 9 bis ~<
12, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (5) einen Hochfrequenzverstärker (51) mit großer
Bandbreite aufweist, daß der Hochfrequenzverstärker (51) auf eine erste Frequenzwanrilerstufe
(52) geschaltet ist, welche auf dieses Frequenz- in band abgestimmt ist, und daß an die erste eine
zweite Frequenzwandlerstufe (53) mit einem etwa rechteckförmigen auf das Modulationsspektrum
einstellbaren Durchlaßbereich angeschlossen ist, wozu deren Überlagerungsfrequenz entsprechend ι ~>
den verschiedenen, möglicherweise zu empfangenden Trägerschwingungen einstellbar ist.
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