DE2222735C3 - System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in einem Radionavigationssystem, insbesondere einem Differential-OMEGA-System - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in eine.ii 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 multiplexer! 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 phasenmäßigen 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 Raumwellen 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 Korrektlirtabellen 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 weichen ein Empfängei an einem relativ nahegelegenen unbeweglichen Ort angeordnet ist.

Beim OMEGA-Radionavigationssytlem wird diese Korrektur im allgemeinen »Differential-Ω« genannt. Im folgenden werden die Ausdrücke »differentielle 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 Auswertungeines 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 Phasenkorrekturwerten gestattet.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Modulation eine Phasenmodulation mit geiingem Modulationsindex und mit einer iinearen Abhängigkeit zwischen Phasenkorrekturwerten und Phasenhub ist.

Zweckmäßig ist die Frequenz des Phasenkorrekturwertsignalsdas 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 9 bis 13 ergibt.

Dr¹S erfindungsgemäße System zeichnet sich dadurch aus, daß die Übertragung der Phasenkorrekturen auf sehr einfache und ökonomische Wehe mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann, wobei das verwendete Frequenzband äußerst schmal ist. Die erzielbare Genauigkeit ist dabei so gut, daß insbesondere beim OMbGA-Radionavigationssystcm eine Schiffsnavigation in Küstennahe möglich ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer eriindungsgemäßen Schaltungsanordnung für die Übertragung von Korrekturwerten mit einem Empfängei des Radionavigationssystems und einem Korrekturwertsender,

Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Darstellung des Phasenmodulationsprinzips bei der in Fig. I dargestellten Schaltungsanordnung,

Fig. 3 ein Blockdiagramm des Phasenmodulators 25 gemäß Fig. 1,

Fig. 4 ein Blockdiagramm eines Korrekturwertempfängers in Verbindung mit einem bekannten Empfänger eines Radionavigationssystems, bei wel chem die entsprechende Korrekturenweite auf die empfangenen Phaseninformationen beaufschlagbar sind.

Fig. 5 ein Blockdiagramm der Empfangs- und Demodulationskreise 51-54 von Fig. 4, und

Fig. 6 ein Blockdiagramm des synchronen Detektors 55 und des Korrekturwertadditionskreises 56 von Fig. 4.

Für die folgende Beschreibung sei angenommen, daß das Radionavigationssystem, bei welchem die differentiellen Phasenkorrekturen vorgenommen werden, das Ω-System ist.

Bei der differentiellen Auswertung wird nur das Radionavigationssignal für die genaueste Messung mit einem Korrekturwert versehen. Im folgenden wird somit bei einem Radionavigationssystem nur die Aussendung eines derartigen Signals betrachtet.

Die Empfänger des Ω-Radionavigationssystems werden in der Regel im hyperbolischen Modus betrieben. Dabei müssen die Oszillatoren der Hauptsendestationen eine sehr große Stabilität aufweisen. Falls ebenfalls die Empfänger der Radionavigationssignale mit Steueroszillatoren großer Stabilität versehen sind, können dieselben auch in kreisförmigem Modus arbeiten. Die im folgenden noch zu beschreibende differentielle Auswertung kann demzufolge für den hyperbolischen und/oder kreisförmigen Modus durchgeführt werden.

Fig. 1 zeigt einen mit einer Antenne verbundenen Empfänger 1 in der Referenzstation, dessen Ausgangssignale phasenmäßig den von Hauptsendestationen des Ω-Systems ausgesandten Signalen entsprechen.

In der folgenden Beschreibung erfolgt eine Be-

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vier Hauptsendestationen des Ω-Systems empfängt, wobei diese Stationen mit A-D bezeichnet sind. Es sei jedoch wohl verstanden, daß diese Begrenzung willkürlich ist und sie mit den normalerweise beim konventionellen Ω-System vorhandenen Bezeichnungen nicht übereinstimmen muß.

Der Empfänger 1 weist einen Oszillator großer Stabilität auf. Dieser 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 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- ι gnalen getrennten Zeitintervall und beispielsweise dem einer im interessierenden Bereich nicht zu empfangenden Hauptsendestation.

Die am Ausgang des Empfängers 1 vorhandenen gemessenen Phaseninformationen werden mit 0_M be- , zeichnet, wobei zusätzlich die Indices A, B, C und D verwendet sind. Demzufolge treten Phasensignale 0_MA, 0_MB, 0_MC und 0_MD auf. Der Empfänger 1 gibt ebenfalls aufgrund der Phase seines sehr stabilen Oszillators ein Referen/phascnsignal 0_R ab. welches die gleiche Form wie clic gemessenen Phascnsignale 0_M aufweist.

Die Phaseninformationen Ü_M und O₁, werden in analoger Form - beispielsweise in Form eines Signals mit der Frequenz von ungefähr 1 kHz - ausgedrückt. Der Phasenunterschied zweier Signale 0_M entspricht dem Phasenunterschied der von den entsprechenden Hauptsendestationen empfangenen Signale. In gleicher Weise entspricht dem Phasenunterschied von einem der Signale 0_M gegenüber dem Referenzsignal 0_R der Phase des F.mpfangssignals der betreffenden Hauptsendestation.

Die Signale 0_M und 0_R werden zu einem kodierenden Modulator 2 geleitet. Dieser Modulator 2 empfängt ebenfalls über eine Mehrzahl von Synchronisationsleitungen elektrische Signale entsprechend den fünf Sp.ompnten des, von ilrm F.mnfiinppr 1 rwMiiit/ti-n Ω-Systems, d. h. die vier Segmente A, B. C und D. welche den vier Hauptsendestationen entsprechen. Das Segment R entspricht vorzugsweise dem Signal einer nicht verwendeten bzw. empfangenen Hauptsendestation. Beispielsweise sind fünf Formatleitungen vorgesehen, wobei jede mit einem der Segmente verbunden ist. Demzufolge können zwei verschiedene Signale übertragen werden, je nachdem, ob das dazugehörif? Segment anliegt oder nicht Selbstverständlich kann nur eine der fünf Leitungen gleichzeitig ein Sendesegment aufweisen.

Der Empfänger 1 gibt ferner ein Zeitsignal hoher Frequenz, beispielsweise 1 (K) kHz ab, wobei dieses Signal in Frequenz- und Phasenbeziehung zu dem Referenzsignal 0_R steht.

Der Modulator 2 empfängt ferner theoretische Werte von Phaseninformationen O₀, 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 Weiien durchgeführt. Die Wahi der theoretischen Phasenwerte Q₀ wird im wesentlichen durchgeführt, sobald die Referenzsendestation an einem bestimmten Ort in Betrieb genommen wird.

Die gemessenen Phasensignale 0_M und die theoretischen Signale O₀ werden einem Phasenkorrekturauswertkreis 21 zugeführt, in welchem die Phasenkorrekturwerte in Form von Analogsignalen mit einer Frequenz von 1 kHz auftreten. In diesem Kr~is 21 wird die Differenz des gemessenen Phasensignals 0_M und dazugehörigen theoretischen Phasensignals O₀ gebildet. Dieser Phasendifferenzwert kann auf verschiedene Weise gebildet werden. Zweckmäßigerweise werden die gemessenen Phasensignale 0_M drehbaren Phasenschiebern zugeführt, weiche im Hinblick auf die dazugehörigen theoretischen Phasenwerte O₀ mechanisch verstellt werden.

Auf diese Weise treten auf den oberen vier Ausgängen des Phasenkorrekturauswertkreises 21 Phasenkorrektursignale 0_C auf. Diese Phasenkorrektursignale 0_C sind im Verhältnis zu den gemessenen Phasensignalen 0_M und den dazugehörigen theoretischen Phasensignalen 0_O in der Phase versetzt.

Diese Phasenbeziehung von zwei beliebigen der Korrektursignale Q- entspricht dabei der relativen Phasenbeziehung von zwei gemessenen Phasensigna-

icn 0_μ, verringert um den Betrag der Differenz der dazugehörigen theoretischen Phasensignale 0_O. Es ergibt sich, daß die Phasenkorrektursignale 0_C und die gemessenen Phastnsignale 0_M Phaseninformationen auf dieselbe Weise enthalten, d. h. die gleiche Analogkodierung aufweisen.

Die Phasenkorrektursignale 0_c entsprechen ebenfalls dr>' Phasenkorrekturen der Hauptsendestationen, und /.war im Hinblick auf eine Phasenverschiebung gegenüber dem Referenzphasensignal 0_R. Gemäß Fig. 1 wird das Referenzphasens^;gnal 0_R direkt durch den Kreis 21 hindurchgeführt, wobei es nicht verändert wird.

Solange kein Referenzsignal 0_R 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, son-

Hrrn k<»nnpn in pnrm pinpr Oiffprpn? vnn thCOfCti ·

sehen Phasenwerten zweier Empfangssignale dargestellt werden. Demzufolge ist es möglich, einen der Phasenschieber des Kreises 21 fortzulassen.

Die von dem Phasenkorrekturauswertkreis 21 gebildeten Phasenkorrektursignale 0_n und das Referenzsignal 0_R 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 rt- der entsprechenden Hauptsendestation und während des fünften Segments das Referenzsignal 0_R. 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 0_C und das Referenzsignal 0_R 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 0_R 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 Pcnktes 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 Phasenkorrekturwerten vorgenommen werden.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird die Modulation der Trägerschwingung durch das Modulationssignal mit 20 Hz in einem Modulator 25 durchgefühlt. 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 251 gesteuert, dessen Frequenz Fo der Frequenz des Trägers des multiplexen Korrekturphasensignals - d. h. 20 Hz - entspricht.

Das eine Frequenz von Fo aufweisende Signal wird einem durch 8 dividierenden Frequenzteiler 52 zugeführt u/f»lrhf»r ' ·

folm» pin ^inrml mitHpr Frpni
β —-_β..— .--,

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 Modulators 25 vorgesehenen Filter

255 zugeführt, dessen Mittenfrequenz 20 Hz beträgt. (Dieser Filter 255 kann ebenfalls als Teil des Frequenzwandlers 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,i 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 in dem Kreis 257 Rechtecksignale gebildet werden und anschließend in einem monostabilen Kreis 258 eine relative Amplitudenverstärkung der achten Harmonischen in bezug auf die danebenliegenden 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

909 683/157

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 erfindungsgemäßen Differentiale-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 Frequenzspektrum 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 muitipiexen 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 muitipiexen Korrektur- «ionale welrhe am Ai.-oano He« kodierenden Modiilators 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 Phasenwerteri für den Modulator und der Frequenz der Trägerschwingung der muitipiexen 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 aneinandergelegt werden. Ausgezeichnete Resultate sind beispielsweise mit Trägerschwingungen erreicht worden, die 150 Hz voneinander auseinanderliegen.

Ein Sendenetz für Phasenkorrekturwerte mit etwa 10 Referenzsendestationen benötigt somit e:n Frequenzband von ungefähr 1,5 kHz, was bei Frequenzen in der Größenordnung von einigen Megahertz einen äußerst schmalen Frequenzbereich darstellt.

Im folgend?n 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 Empfangskreise 41 für die Signale der Hauptsendestationen des Ω-Systems auf, welche in bezug auf dieselben gemessene Phasensignal·: abgeben. Diese Signale entsprechen einer äußerst präzisen Messung. Über diese Empfangskreise 41 wird ebenfalls ein stabiles Referenzsignal abgeleitet. In dem Fall, daß der Empfänger 4 nicht im kreisförmigen Modus arbeiten soll, kann dieses Referenzsignal unterdrückt werden.

Die Kodierung der Phaseninformationen und des

Referenzsignals kaiui bciicuigci' — das hcißi aüalugci oder numerischer - Art sein. Zur Erläuterung sei angenommen, daß diese Kodierung analog und auf dieselbe Art erfolgt, wie beim Empfänger 1, welcher für die Korrekturwertsendestation verwendet wird.

Der Empfänger 4 gemäß Fig. 4 weist ebenfalls in an sich bekannter Weise einen Zeitsignalkreis 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, welche 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 7war snwohl im Zustand der Aussendung 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 Korrekturwerttmpfänger muß demzufolge eine Korrekturwertsenciestation empfangen, welche wenigstens für alle in dem bekannten Empfänger 4 verwendeten Basisstationen Korrekturwerte aussendet.

Unter der Annahme, daß die Korrekturwertsendestationen Korrekturwerte für alle Sendestationen des Basisnetzes 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 Empfänger 4 weist schließlich einen Anzeigekreis 43 für die gemessenen Phasenwerte auf.

Man weiß, daß nach dem bekannten, d. h. nichtdifferentiellen 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 Phasenkorrekturwertempfänger 5, 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 entFig. 4 gleich S. Die Durchiaßbreite 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 Band- breite 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 Korrekturwert- ;mpfänger 5 aus einem Hochfrequenzverstärker 51 mit großer Bandbreite und einer Mittenfrequenz von 1,6 Megahertz. Dieser Hochfrequenzverstärker Sl 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 Hf»r Nühe dir P^efsrerizssnds^inticncr· 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 rechteckförmige 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 Ausgangssignal des Demodulators 54 wird ei- ι nem Trennkreis 55 zugeführt, welcher die fünf Ω-Segmente erhält und an seinen getrennten Ausgängen die Korrekturphasensignale 0_C in Form von kontinuierlichen Signalen entsprechend den notwendigen Phasenkorrekturen abgibt.

Im folgenden soll ein einzelner Phasenkorrekturkanal 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 35 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 11 520 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 Ausgaiigssigiiai lies Fiiieis 542 wnu eiiiei

Mehrzahl von synchronen Detektorenkreisen 554 zugeführt, von welchen ein einziger in Fig. 6 dargestellt ist. Diese synchronen Detektorenkreise 554, von welchen fünf vorhanden sind, empfangen von dem Zeit">ignalkreis 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 Beziehung steht, was einer Demultiplexierung entspricht.

Die synchronen Detektorenkreise 554 empfangen die nicht phasenverschobenen und in Quadratur stehenden 20-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.

ι Die am Ausgang des synchronen Detektorkreises 554 vorhandenen Signale, welche nur während des dazugehörigen Segments anwesend sind, werden innerh?)!"¹ pinpe intporiprp.nrlen Filters 555 einer Integrationsfiltrierung mit großer Zeitkonstanu ausge-

. setzt, 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 Zeitkonstante betrifft, so ist

ι das sich ergebende Problem dasselbe wie für bekannten Empfang von sequentiellen Radionavigationssystemen, so daß der Fachmann sehr leicht eine Lösung finder; 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 Ausführungsform weisen die gemessenen Phasensignale Signale mit einer Frequenz von 1 kHz auf, welche 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-

zeigekreis 43 zugeführt, damit nach Durchführung de: Korrektur im Differentialmodus eine kontinuierliche Anzeige für jede genesene Phase möglich ist.

Es ist angenommen worden, daß sowohl in der Referenzsendestation als auch in jedem beweglicher Empfänger, der Empfangskreis Phaseninformationer kontinuierlich für jede Sendestation abgibt, und daO der Anzeigekreis 43 deshalb vorgesehen ist, um die kontinuierlichen Informationen bildlich darzustellen wobei das Ω-Radionavigationssystem vom sequentiellen Typ ist.

Im Bereich der Referenzsendestation können die von dem Empfänger 1 abgegebenen Phaseninformationen sequentieller Natur sein.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. System zur Übertragung von Phasenkorrekturen in einem Radionavigationssystem, insbe- ϊ sondere in einem Differential-OMEGA-SysEem, mit mindestens einer Referenz-Sendestation, welche die Phasenkorrekturwerte in zeitmultiplexer mit dem Format des Navigationssystems synchroner Weise als Modulation einer Trägerschwingung i< > 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 i> 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 gekenn- >o zeichnet, daß die Frequenz des Phasenkorrekturwertsignals das 10- bis 30fache des Reziprokwertes der mittleren Dauer der Sendeperioden einer Hauptsendestation beträgt.

3. Kodierender Modulator für ein System nach r> Anspruch 1 oder 2, welcher mit einem Sendekreis zur Übertragung der Phaseäkorrekturwerte in Verbindung steht, und in einer Referenzsendestation vorgesehen ist, die einen Empfänger enthält, welcher der Phase, der von der Hauptstation aus- «1 gesendeten Signale entsprechende Signale und eine Synchro.iisationsinformation in bezug auf die Reihenfolge der Aussendung ".bgibt, dadurch gekennzeichnet, daß folgerde Elemente vorgesehen sind: r.

a) eine Mehrzahl von Phasenkorrekturauswertkreisen (21), welche die Differenz zwischen den empfangenen Phasensignalen und deren theoretischen Werten bildet, um Phasenkorrektursignale zu erzeugen, w

b) ein Multiplexer (22), welcher diese Phasonkorrektursignale und die Synchronisationsinformation erhält und ein Phasenkorrektursignal abgibt, welches synchron in der Reihenfolge der Sendesignale der Hauptsta- π tionen multiplexiert ist,

c) ein an den Multiplexer (22) angeschlossener Frequenzwandler (23) für das multiplexe Phasenkorrektursignal zur Erzeugung eines Modulationssignals, der dessen Frequenz auf ■> <> das 10- bis 30fache des Reziprokwertes der mittleren Dauer der Sendeperioden einer Hauptsendestation umsetzt und

d) ein dem Frequenzwandler (23) nachgeschalteter Modulator (25) für die Trägerschv/in- vi gung 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 ei- mi nem Achtel der Frequenz Fo der Trägerschv/ingung abgibt, daß für dieses Signal ein Phasenmodulator (256) vorgesehen ist, und daß ein mit acht multiplizierender Frequenzvervielfacher vorgesehen ist, welcher mit dem Phasenmodulator ver- _h-; bunden 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 Pilctoszillator (251) angegebene Signa! 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 7/16 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 gekennzeichnet, daß ein Empfänger (5) und ein Demodulator (54) für die Trägerschwingung 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 hieran angeschlossenen integrierten Filter (555) für jedes Phasenkorrektursignal besteht, welches Filter ein kontinuierliches Signal entsprechend der durchzuführenden Phasenkorrektur abgibt.

11. Empfänger nach Anspruch 10, in Verbindung mit einem Empfänger für die von den Hauptstationen 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 Phasenkorrektursignal für den stabilen Zeitsignalkreis innerhalb des Empfängers (6) bilden.

13. Empfängernach 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 Frequenzwandlerstufe (52) geschaltet ist, weiche auf dieses Frequenzband 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 den verschiedenen, möglicherweise zu empfangenden Trägerschwingungen einstellbar ist.