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Der
Bereich der Erfindung ist die Herstellung von Datenverbindungen
zwischen Bordeinrichtungen auf einem Waffenflugzeug. Insbesondere
ging es darum, eine Datenverbindung zwischen der Trägheitsplattform
des Flugzeugs und derjenigen eines Geschosses oder einer gelenkten
Bombe herzustellen, das bzw. die die unter einem Flügel aufgehängt ist und
ursprünglich
nicht zur Bestückung
des betreffenden Flugzeugs vorgesehen war.
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Eine
solche Datenverbindung dient insbesondere kurz vor dem Abschuss
dazu, die beiden Navigationssysteme des Flugzeugs und des Geschosses
festzusetzen.
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Um
die für
das nicht vorgesehene Geschoss erforderliche Datenverbindung herzustellen,
versuchte man, den entsprechenden neuen Datenstrom zwischen die
Datenströme
auf den bestehenden Verkabelungen einzufügen, und zwar insbesondere
auf dem Übertragungsbus,
mit dem jedes Flugzeug ausgerüstet
ist. Die begrenzte Kapazität
des Busses verbot häufig
eine solche Lösung.
Außerdem
bot der Bus nicht immer die für
das neue Geschoss erforderlichen Übertragungsleistungen, und
deren Anderung, wenn sie möglich
war, war kostspielig.
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Man
kennt aus
GB 2 106 357 eine
Vorrichtung, die über
Funk Fernsehdaten zu einem sich bewegenden Fahrzeug von einer längs seines
Wegs vorgesehenen Boden-Infrastruktur
aus übertragen kann,
und eine Viertelwellenkopplungsleitung. Eine solche Lösung erfordert
es, spezielle Verkabelungen vorzusehen.
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Die
Lösung,
die darin bestand, im Flugzeug ein zusätzliches, für das Geschoss spezifisches
Kabel vorzusehen, war zwar sicherer, war jedoch in etwa gleichwertig.
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Eine
solche Lösung
war sehr nachteilig, da sie die Masse des Flugzeugs erhöhte, da
sie angesichts des beschränkten
Platzes schwer durchzuführen
war und da ihre Kosten zu hoch waren.
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Die
Anmelderin hat deshalb eine befriedigende Lösung für die Beseitigung dieses Fehlers
gesucht.
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Zu
diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Fahrzeug gemäß Anspruch
1.
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Unter
Trägerfahrzeug
ist natürlich
jeder Trägerfahrzeugtyp
und nicht nur ein Flugzeug zu verstehen.
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So
ist es die Struktur des Trägerfahrzeugs, die
die Übertragung
in dessen inneren wie äußeren Umgebung
gestattet. Die Lieferung kann also im Inneren des Trägerfahrzeugs,
außerhalb
oder auch durch dessen Hülle
hindurch vorgenommen werden. Infolgedessen können die beiden Einrichtung
autonom miteinander kommunizieren.
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Es
sei bemerkt, dass die Erfindung dem widerspricht, was eine rationelle
Herangehensweise an die Übertragungsprobleme
zu sein scheint, da sie darin besteht, dass die Umgebung des Trägerfahrzeugs durch
die Datensignale "verschmutzt" wird.
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Man
bleibt jedoch vorzugsweise innerhalb eines Geräuschnormrahmens, der von dem
eventuell vorhandenen empfindlichen Gerät in dieser Umgebung zugelassen
wird, d.h. man kann diesen Geräuschrahmen
als Übertragungskanal
verwenden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
findet die Übertragung
per Funk statt.
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Die
beiden Einrichtungen erfordern also keine Verbindung und bilden
nach Installierung ein Operationssystem.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
findet die Übertragung
längs der
Struktur des Trägerfahrzeugs
und über
einen elektrischen Leiter, vorzugsweise ein Versorgungskabel, statt.
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Ein
Versorgungskabel hat den Vorteil, einen Bus zu bilden, wie er in
jedem Fahrzeug üblich
ist.
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Das
Kabel, das durch direkte Verbindung oder durch Beeinflussung gekoppelt
ist, kann zu externen Geräten
des Systems gehören
oder ein gemeinsames Versorgungskabel sein, wie das 28-Volt-Gleichstromkabel.
Man verwendet so das für andere
Zwecke vorbehaltene Kabel, um die auf diesem gesendeten Daten zu
verbreiten, bis sie gegebenenfalls über andere Kabel, die mit diesem
gekoppelt sind, ihre Bestimmung erreichen.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung folgt eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Systems
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung. In dieser zeigen:
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1 eine
schematische Seitenteilansicht eines Trägerflugzeugs mit einer Sende-/Empfangs-Einrichtung
mit einer Trägheitsplattform
des Flugzeugs, die über
eine zur Struktur des Flugzeugs gehörende Drahtverbindung mit einer ähnlichen
Einrichtung verbunden ist, die in ein von einem Flügel des
Flugzeugs getragenes Geschoss integriert ist, und
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2 ein
Blockschaltbild der Einrichtung des Flugzeugs.
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Das
Flugzeug 20 trägt
Einrichtungen 1 und 21 seiner Umgebung, die durch
eine Drahtverbindung 30 verbunden sind, die im vorliegenden
Fall aus zwei getrennten elektrischen leitenden Kabeln 31 und 32 zur
Versorgung der Einrichtungen 1 und 2 mit elektrischer
Gleichstromenergie 28 V bestehen, wobei diese Kabel auf einer gewissen
Länge nebeneinander
verlegt sind und deshalb eine gegenseitige elektromagnetische Kopplung
oder Beeinflussung in der Zone 33 aufweisen.
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Bei
diesem Beispiel sind es intelligente Trägheitsplattformen des Trägerflugzeugs 20 und
eines von diesem getragenen Geschosses 22, die den Datenübertragungseinrichtungen 1 bzw. 21 zugeordnet sind
und im vorliegenden Fall sogar in diese integriert sind. Die Einrichtungen 1 und 21 besitzen
identische Strukturen und deshalb wird nur die Einrichtung 1 ausführlich beschrieben.
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Die
Trägheitsplattform 4 der
Einrichtung 1 wird aus dem Kabel 31 über ein
Tiefpassfilter 2 versorgt, das am Kopf eines Kreises 3 zur
Versorgung der Einrichtung 1 angeordnet ist.
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Eine
Zentraleinheit CPU 5 verwaltet die Einrichtung 1 und
ist über
nicht dargestellte Verbindungen mit ihren verschiedenen Bestandteilen
verbunden.
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Eine
Datenempfangskette 6, 7, 8 verbindet das
Kabel 31 mit der zentralen Einheit 5, von der
ein Ausgang mit dem Kabel 31 über eine Datensendekette 11, 12, 13 zurückverbunden
ist.
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Die
Empfangskette umfasst in der Richtung der Ausbreitung der Informationen
einen Mehrkanal-Bandfilter 6 oder eine Filterbank mit k
Kanälen, einen
Demodulator 7 für
die k Kanäle
und einen Datenabnehmer auf den k Kanälen. Ein Mikroprozessor zur
Verarbeitung des Signals kann als Filterbank 6 zur Durchführung einer
digitalen Filterung verwendet werden.
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Die
Sendekette umfasst einen Datenspeicher 11, der durch den
Ausgang der CPU 5 adressiert wird und diese Daten einem Übertragungsprotokoll-Verwalter 12 liefert,
der einen mit dem Kabel 31 gekoppelten Modulator 13 steuert.
Der Modulator 13 umfasst einen Sender mit einer Vielzahl
k von durch die Signale oder die zu sendenden Daten modulierten
Trägerwellen.
Trägerwellen
sind vorzugsweise auf anharmonischen Frequenzen der Frequenzen der
an Bord des Flugzeugs existierenden Funkgeräusche (getaktete Versorgungen,
Videoschirme).
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Der
Tiefpassfilter 2 ist ausgebildet, um die hohen Frequenzen
(die Trägerwellen)
zu blockieren, indem er eine hohe Eingangsimpedanz aufweist, also
ohne am Eingang das an das Kabel 31 angelegte Wechselstromsignal,
das von dem Filter 6 empfangen wird, kurzzuschließen.
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Der
Modulator 13 ist im vorliegenden Fall mit dem Kabel 31 durch
einen Transformator wechselstromgekoppelt, der es gestattet, in
dieses einen bestimmten Strom einzuführen, der mit den Anforderungen
der Geräuschnormen
auf dem Kabel 31 kompatibel ist, im vorliegenden Fall weniger
als 1 mA, und sich durch die zur Struktur des Flugzeugs 20 gehörenden Kabel 31, 32 auf
diesen ausbreitet. Eine kapazitive Kopplung könnte verwendet werden. Bei
einem anderen Beispiel könnte
es sich um dem System der Erfindung fremde Kabel handeln, die eine Versorgung
oder Signale übertragen
und in Nähe
der Einrichtungen 1, 21 verlaufen.
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Das
Konzept der Erfindung besteht darin, die Sender und die Empfänger der
Einrichtungen mit einem Medium zu koppeln, das in der Lage ist,
die gesendeten Signale zu übertragen,
und zwar gegebenenfalls durch Kopplung eines Mediums mit einem anderen,
um die Daten durch die Struktur des Trägerflugzeugs 20 zu übertragen.
Die Struktur eines Trägerfahrzeugs
oder selbst eines Raums weist insbesondere zahlreiche Kabel auf,
die zu diesem Zweck verwendet werden können. Mit anderen Worten, ein Sender
ist einem Sendevolumen zugeordnet, das von dem oder den Medien seiner
Umgebung abhängig
ist, mit denen er eine Kopplung vornehmen kann, und ein Empfänger hat
ebenso ein Empfangsvolumen. Es genügt, dass diese beiden Volumen
einen gemeinsamen Teil besitzen, der die beiden Einrichtungen enthält, damit
diese kommunizieren können.
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Diese
Volumen können
mit der Frequenz der Trägerwelle
variieren, d.h. die Errichtung einer Verbindung bei einer bestimmten
Frequenz garantiert nicht, dass eine Verbindung in entgegengesetzter Richtung
mit Sicherheit in der anderen Richtung funktioniert. Dies muss also überprüft werden.
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Nun
wird die Arbeitsweise des Systems ausführlich erläutert.
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Es
geht darum, Informationen, im vorliegenden Fall digitale Daten,
die von der Trägheitsplattform 4 des
Flugzeugs 20 kommen, zur Trägheitsplattform des Geschosses 22 zu übertragen.
Die CPU 5 empfängt
zyklisch Positions- und Richtungsdaten, die von der Trägheitsplattform 4 kommen,
und ordnet sie im Speicher 11 ein. Kurz vor Abschuss des
Geschosses 22 steuert der Pilot über einen nicht dargestellten
Knopf die Übertragung
der erwähnten
Daten zur Einrichtung 21 des Geschosses 22. Der
Protokollverwalter 12 gewährleistet die Verwaltung der Austausche
auf der Verbindung 30, die als ein Bus in diesem Beispiel
mit wahlfreiem Zugriff betrachtet werden kann, der über mindestens
zwei solche Einrichtungen zugänglich
ist.
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Das
Protokoll umfasst die folgenden Schritte:
- – man sendet
von der rufenden Einrichtung (12) eine vorbestimmte Synchronisations-Datennachricht
auf jeder der Trägerwellen
der Vielzahl von Hin-Trägerwellen
(13),
- – in
der gerufenen Einrichtung (21) erfasst man die Trägerwellen
und sucht auf diesen die Nachricht, um in einem solchen Fall eine
Empfangsbestätigung
auf jeder der Trägerwellen
einer Vielzahl von Rück-Trägerwellen
zurückzusenden,
- – in
der rufenden Einrichtung erfasst man (6–8, 5) die
Bestätigung,
um nun die zu übertragenden Daten
zu senden (12), und
- – in
der gerufenen Einrichtung (21) erfasst man (6–8, 5)
als zu empfangende Daten die Daten, die von den nach Sendung der
Bestätigung
empfangenen Hin-Trägerwellen
getragen werden.
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Bei
diesem Beispiel hat man die Möglichkeit gewählt, Vielzahlen
von Trägerwellen
zu senden, um die Wahrscheinlichkeit, eine korrekte Übertragung
zu erhalten, zu erhöhen,
die durch ein Fehlererfassungscodewort CRC überprüft wird, da man über eine
Vielzahl von Paaren von Sendevolumen und Empfangsvolumen verfügt. Es ist
im vorliegenden Fall also unnötig,
eine Trägerwelle
einzustellen, die eine einzige wäre.
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Diese
Synchronisationsdatennachricht wird im vorliegenden Fall gleichzeitig
auf den verschiedenen Trägerwellen
gesendet, aber aufeinander folgende Sendungen auf diesen sind bei
anderen Beispielen nicht auszuschließen.
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Der
Empfang der Daten durch die Einrichtung 21 wird unter Bezugnahme
auf die Empfangskette 6 bis 8 der Einrichtung 1 erläutert, die
als einzige dargestellte ist.
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Der
Filter oder die Filterbank 6 wählt nur die k vorgesehenen
Trägerwellen
aus und legt sie an den Demodulator 7 an. Im vorliegenden
Beispiel hat man bei dem Modulator 13 eine Phasenwinkelmodulation gewählt, d.h.
eine eigentliche Phasenmodulation oder eine Frequenzmodulation,
die zur Wirkung hat, dass auch der Phasenwinkel moduliert wird,
statt eine Amplitudenmodulation, die geräuschempfindlicher ist. Wie
oben erklärt
wurde, können
die Sende- und Empfangsvolumen bei manchen Frequenzen schlecht zusammenfallen,
was nur den Empfang eines schwachen Signals an der Erfassungsgrenze
gestattet. Da außerdem
das mit Hilfe der Kabel 31, 32 übertragene
Signal tatsächlich
ein Geräusch
gegenüber
dem Gleichstromversorgungs-"Signal" von 28 Volt darstellt,
wurde der Pegel des gesendeten Stör- oder Phantomsignals absichtlich
begrenzt, um die geltenden Normen einzuhalten, d.h. den nicht zu überschreitenden
Amplituden/Frequenz-Rahmen.
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Der
Demodulator 7 wandelt den erfassten Winkelmodulationswert
in einen Spannungsamplitudenwert um und das auf diese Weise erhaltene
analoge Signal wird von dem Abnahmekreis 8 in einen logischen
Wert 0 oder 1 umgewandelt, je nachdem, ob es eine vorbestimmte Schwelle überschreitet
oder nicht. Die CPU 5 gewährleistet das Erkennen der
auf diese Weise empfangenen Datennachrichten und identifiziert auf
diese Weise die Trägerwelle
bzw. -wellen, die einen operationellen Übertragungsunterkanal (eine
Trägerwelle)
für die
späteren
Austausche bieten.
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Die
Daten des Speichers 11 werden auf diese Weise gesendet,
nachdem durch Empfang der Bestätigung
der Nachricht oder der Bestätigung
eines Synchronisationskopfs verifiziert wurde, dass mindestens ein
verwendbarer Unterkanal existiert. Man hätte jedoch auch eine Direktsendung
der Daten gemäß einem
bestimmten Format oder Block, zur Synchronisation, vorsehen können, die
der Einrichtung 21 gestattet, eine solche Emission zu erkennen und
eine Bestätigung
des Empfangs der Daten zu senden.
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Man
stellt fest, dass die von den Einrichtungen 1 und 21 gesendeten
jeweiligen Trägerwellen identisch
mit vorzugsweise einem Wechselbetrieb oder verschieden sein können. Außerdem können mehr
als zwei Sender/Empfänger
mit Stelladressen oder Validierung der gesendeten Informationen
vorgesehen sein. Im Fall von besonderen Trägerwellen bei jeder Einrichtung
bereitet ein Vollduplexbetrieb keine Schwierigkeit und gestattet
insbesondere einen den Daten vorhergehenden Synchronisationskopf "im Flug" zu validieren (11).
Bei anderen Anwendungen, die das bei diesem Beispiel erforderte
Zuverlässigkeitsniveau
nicht erfordern, kann eine Einrichtungsübertragung ausreichen.
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Um
bei Empfang das Signal besser von Rauschen zu unterscheiden, kann
vorgesehen sein, eine bestimmte Anzahl von empfangenen Trägerwellen zusammenzufassen,
bevor bei diesen die Informationen gesucht werden. Dies besteht
im vorliegenden Fall beispielsweise darin, dass getrennte oder nicht getrennte
Untergruppen von mehreren demodulierten Trägerwellen mit vorzugsweise
benachbarten Frequenzen, d.h. also mit im Wesentlichen miteinander
homogenen Übertragungsqualitäten, gebildet werden.
Zu diesem Zweck addiert man die entsprechenden, vom Demodulator 7 kommenden
analogen Signale. Eine solche Integration maskiert vorübergehende
Fehler, die auf den verschiedenen Einzelträgerwellen nacheinander erscheinen
würden
und die andernfalls jede entsprechende Einzelverbindung mit einem übermäßigen Fehlergrad
behaften könnten, der
jede Korrektur durch eine Autokorrekturcodierung verhindert.
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Außerdem kann
jede Trägerwelle
auf diese Weise auf eine so kleine Amplitude fixiert werden, dass
der oben genannte Rahmen eingehalten wird.
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Das
System der Erfindung kann an Bord jedes Fahrzeugs oder auch in einem
Raum installiert werden, sofern deren Umgebung die Herstellung der Verbindungen
gestattet.
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Im
Fall von Funk werden die Frequenzen so gewählt, dass sie die Herstellung
von Verbindungen durch die Struktur des Flugzeugs und insbesondere durch
die Zellen des Flugzeugs gestatten.
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Wenn
die Trägheitsplattform 4 einen GPS-Empfänger (globales
Positionierungssystem) umfasst, passt man seine Antenne so an, dass
sie auch auf der oder den Frequenzen der Verbindung unter Sendung
arbeitet (also das sie bidirektionell ist) und/oder unter Empfang.
Es versteht sich jedoch, dass die Trägheitsplattform 4 des
oben ausführlich beschriebenen
Beispiels einen GPS-Empfänger
enthalten kann, der über
die Drahtverbindung 30 seine Informationen zur Plattform
des Geschosses rücküberträgt, die
mit einem anderen GPS-Empfänger ausgerüstet ist
oder nicht.