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Dokumentenidentifikation DE69622671T2 23.01.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0778469
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Funknavigationsgeräten mit Messgeräten und Generatoren für Normsignale
Anmelder Aérospatiale Société Nationale Industrielle, Paris, FR
Erfinder Simonnet, Jean-Paul, 91700 Sainte Geneviève des Bois, FR
Vertreter Patentanwälte Dr. Solf & Zapf, 81543 München
DE-Aktenzeichen 69622671
Vertragsstaaten DE, ES, GB, IT
Sprache des Dokument FR
EP-Anmeldetag 28.11.1996
EP-Aktenzeichen 964025662
EP-Offenlegungsdatum 11.06.1997
EP date of grant 31.07.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 23.01.2003
IPC-Hauptklasse G01S 1/02

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für den Test von Funknavigationsinstrumenten.

Sie findet vor allem - aber nicht ausschließlich - bei automatischen Testsystemen Anwendung, die für den Test der Funknavigationsinstrumente an Bord von Flugzeugen eingesetzt werden. Derartige Systeme beinhalten im Allgemeinen einen Rechner, der so ausgelegt ist, dass er automatisch Testsequenzen ausführen kann, in deren Verlauf Messgeräte und Signalgeneratoren vom Rechner gesteuert werden, um Stimuli an das zu testende Gerät anzulegen und deren Auswirkungen zu messen.

Wenn es darum geht, Funknavigationsinstrumente zu testen, ist es erforderlich, komplexe Signalformen erzeugen und analysieren zu können, die von diesen Instrumenten verarbeitet und/oder erzeugt werden.

Im Übrigen gibt es zahlreiche unterschiedliche Funknavigationsinstrumente, wie

- VOR (Visual Omnidirectional Range),

- ILS (Instrument Landing System),

- TACAN (Tactical Air Navigation),

- IFF (Identification Friend and Foe).

- DME (Distance Measuring Equipment),

- GPS (Global Positioning System),

- Radarsysteme,

- Funkhöhenmesser.

Insbesondere das Dokument "FIRMENSCHRIFT ROHDE UND SCHWARZ" Nr. 214 311 vom 1. Januar 1971 beschreibt ein Gerät, das speziell für den Test der Funktion VOR-ILS ausgelegt ist.

Alle diese Systeme verwenden ihnen eigene, komplexe Signalformen, die anhand von separaten und präzisen Normen definiert werden.

Für den Test von Funknavigationsinstrumenten hat man daher ebenso viele Geräte für die Erzeugung und Messung von Signalen entwickelt, wie es Signaltypen im Bereich der Funknavigation gibt.

Es hat sich erwiesen, dass diese Lösung sehr hohe Kosten und einen sehr hohen Platzbedarf verursacht. Einige Hersteller haben daher Geräte entwickelt, die in der Lage sind, mehrere Typen von Signalen zu erzeugen, wobei sie von der Feststellung ausgegangen sind, dass Funknavigationssysteme Signale im Bereich der Niederfrequenzen mit Signalen im Bereich der Hochfrequenzen miteinander verbinden. Diese beiden Bereiche lassen sich jedoch voneinander trennen, weil keinerlei Interaktion zwischen ihnen stattfindet. Tatsächlich ist das nützliche Signal ein einfaches niederfrequentes Signal, wie zum Beispiel eine Impulsfolge, wie sie in DME- und IFF-Systemen verwendet wird, oder aber ein niederfrequentes Mischsignal, wie z. B. eine Frequenzmodulation, wie sie im VOR-System verwendet wird. Alle diese Maßnahmen, die an niederfrequenten Signalen ausgeführt werden, bleiben jedoch einfach und sind auf Kombinationen von Modulationen und Additionen beschränkt.

Gleichwohl bleiben derartige Geräte auf einen oder zwei Typen von Funknavigationssignalen beschränkt.

In seinen Schlussfolgerungen zeigt das Dokument "Proceeding of Southeastcom, Williamsburg", April 7-10, 1991 die Komplexität von automatischen Testsystemen im Bereich des Militärs und der Avionik.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Behebung dieser Nachteile. Zu diesem Zweck schlägt sie ein Verfahren für den Test von Funknavigationsinstrumenten vor, das ein automatisches Testsystem verwendet, das Messgeräte und Geräte für die Erzeugung von elektrischen Signalen steuert, wobei die genannten Instrumente niederfrequente Signale mit komplexer Form verwenden, die eine hochfrequente Trägerwelle modulieren.

Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es folgendes beinhaltet:

- die Verwendung von mehreren Geräten für die Erzeugung von zufälligen und punktweise programmierbaren Signalen, die in der Lage sind, ein niederfrequentes Primärsignal zu erzeugen, das die Wellenformen von Signalen aufweist, die im Bereich der Funknavigation verwendet werden und das dazu bestimmt ist, um eine entsprechende Trägerwelle zu modulieren, die von einem Hochfrequenzbreitbandgenerator abgegeben wird,

- die Kombination von Primärsignalen, die von den genannten Geräten abgegeben werden, um niederfrequente Mischsignale zu bekommen, die verschiedenen Funknavigationssignalen entsprechen,

- für jedes der Funknavigationssignale die Auswahl einer Hochfrequenzträgerwelle, die anhand des niederfrequenten Mischsignals moduliert wird, um ein moduliertes Mischsignal zu bekommen.

- das Anlegen des modulierten Mischsignals an das zu testende Instrument,

- die Analyse der Signale, die von dem zu testenden Gerät abgegeben werden, durch Mess- und Analysegeräte,

wobei die genannten beliebigen Generatoren und der Hochfrequenzgenerator von einem Rechner gesteuert werden, der mit Umschaltmitteln verbunden ist, um die oben genannten Mischsignale selektiv zu erhalten, die geeignete Trägerwelle für diese Mischsignale auszuwählen, um die genannten modulierten Mischsignale selektiv zu erhalten, diese modulierten Mischsignale an das zu testende Instrument anzulegen und die entsprechenden Analysen dieser modulierten Mischsignale vorzunehmen und um Testsequenzen ausführen zu können, die anhand einer höheren Programmiersprache definiert werden.

Indem sie sich auf ein Konzept der virtuellen Instrumentierung stützt, ermöglicht diese Lösung dank der Herstellung einer einfachen Vorrichtung einfacher Konzeption die Erzeugung aller Signale, die man synthetisieren möchte.

Im Verhältnis zu der Lösung, die darin besteht, ebenso viele Signalgeneratoren herzustellen, wie es zu erzeugende Typen von Funknavigationssignalen gibt, vermeidet man auf diese Weise eine überflüssige Duplizierung der Basisfunktionen für die Signalerzeugung, wobei die Geräte für die Erzeugung von Basissignalen für andere Anwendungen verfügbar bleiben.

Diese Lösung ermöglicht auch das Einsparen einer Steuerschnittstelle für jeden zu erzeugenden Signaltyp.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für den Test von Funknavigationsinstrumenten, wobei diese Vorrichtung an Geräte für die Erzeugung und Messung von Signalen angeschlossen ist und Mittel beinhaltet, um ein niederfrequentes Mischsignal zu erzeugen, wobei niederfrequente Primärsignale, die von den genannten Generatoren stammen, Mittel für die Modulation einer hochfrequenten Trägerwelle, die von den genannten Geräten für die Erzeugung und Messung von Signalen stammen, anhand des niederfrequenten Mischsignals miteinander kombiniert werden.

Eine Art der Ausführung des Verfahrens und der Vorrichtung laut Erfindung wird nachstehend beispielhaft und nicht einschränkend unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die folgendes zeigen:

Abb. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines automatischen Testsystems, das eine Vorrichtung für die Erzeugung und Messung von Funknavigationssignalen gemäß Erfindung beinhaltet;

Abb. 4 zeigt im Detail einen Teil der Vorrichtung gemäß Erfindung.

Abb. 2 zeigt ein automatisches Testsystem, das einen Rechner 1 beinhaltet, der über einen Bus 8 an eine Mehrzahl von Testressourcen R1, R2, R3 angeschlossen ist, wie z. B. an Geräte für die Messung und Erzeugung von Signalen. Dieser Rechner 1 ist in der Lage, automatisch eine Testsequenz auszuführen und die verschiedenen Testressourcen R1, R2, R3 zu steuern, die an den Bus 8 angeschlossen sind. Die Signaleingänge und -ausgänge dieser Testressourcen werden an das zu testende Gerät 5 anhand eines Steckverbinders 2 angeschlossen, der zwei Verbindungselemente 6, 7 (Stecker und Buchse) und eine Testschnittstelle 4 beinhaltet.

Darüber hinaus beinhaltet dieses Testsystem - um Signale mit komplexer Form erzeugen und analysieren zu können, wie zum Beispiel Funknavigationssignale, wie sie in der Luftfahrt verwendet werden - eine Funknavigationsschnittstelle 3, die gemäß Erfindung in der Weise an den Bus 8 angeschlossen ist, dass sie sich anhand des Rechners 1 steuern lässt, und an die Eingänge und Ausgänge der Testressourcen R1, R2, R3 und an den Steckverbinder 2 angeschlossen ist.

So ist auf Abb. 2 die Funknavigationsschnittstelle 3 an eine Reihe von Signalgeneratoren angeschlossen, wie z. B. an einen Generator für Hochfrequenzsignale 11 und an drei beliebige Generatoren 13, 14, 15.

Der HF-Generator 11 muss an seinem Amplitudenmodulationseingang ein Breitbandgenerator (mehr als 30 MHz) sein, damit er alle Trägerwellen liefern kann, die im Bereich der Funknavigation verwendet werden, und diese im Hinblick auf ihre Amplitude modulieren kann.

Die beliebigen Generatoren werden von Punkt zu Punkt programmiert und ermöglichen auf diese Weise die Erzeugung so gut wie aller Formen von Signalwellen. Zu diesem Zweck können sie durch Eingabe einer Punktsequenz mit einer bestimmten Länge und einer bestimmten Samplingfrequenz (z. B. 40 ns) programmiert werden. Diese Punktsequenz lässt sich je nach wählbarer Betriebsart unendlich oder während einer bestimmten Anzahl von Zyklen wiederholen.

Um die Analyse der Signale durchführen zu können, die von dem zu testenden Gerät 5 abgegeben werden, ist die Schnittstellenvorrichtung 3 an Messgeräte angeschlossen, wie z. B. an einen Digitizer 21, einen Frequenzmesser 22, ein Milliwattmeter 24 und an einen Spektralanalysator 23. Außerdem verwendet man eine Umschaltvorrichtung 25, mit der sich die verschiedenen Signalen, die von den Testressourcen und von der Testschnittstelle 4 stammen, orientieren oder kombinieren lassen.

Diese Geräte für die Messung und Erzeugung von Signalen sowie die Funknavigationsschnittstelle 3 werden anhand des Rechners 3 gesteuert. Zu diesem Zweck sind sie anhand von Bussen für die Übertragung von digitalen Daten, wie z. B. IEEE 12 für den HF-Generator 11 und die Messinstrumente 21 bis 24 und VXI 16 für die beliebigen Generatoren 13 bis 15 und die Schnittstellenvorrichtung 3 an den Rechner 1 angeschlossen.

Die Schnittstellenvorrichtung 3 beinhaltet eine Reihe von Umschaltern C1 bis C 11, die anhand des VXI-Busses 16 gesteuert werden und deren Ruheposition den Anschluss des Eingangs des Umschalters über einen Local Bus 30 an den Steckverbinder 2 ermöglicht.

Der Umschalter C1 hat zwei Schaltpositionen und ist an den Eingang des beliebigen Generators 13 angeschlossen. Im Übrigen ist der Ausgang dieses Umschalters C1 in aktiver Position einerseits über die Umschalter C6, C7 an die jeweiligen Eingänge des Phasen- und Amplitudenmodulationssignals des beliebigen Generators 15 angeschlossen und andererseits über einen Umkehrschalter 32 und den Umschalter C3 an den Amplitudenmodulationseingang des beliebigen Generators 14.

In aktiver Position ermöglicht der Umschalter mit zwei Schaltpositionen C2 das Trennen des Phasenmodulationseingangs des beliebigen Generators 14 vom Local Bus 30.

In aktiver Position ermöglicht der Umschalter mit drei Schaltpositionen C3 das Anlegen des Ausgangssignals des Umkehrschalters 32, dem ein Spannungsoffset 31 hinzugefügt wird, dessen Wert programmierbar ist, oder des Ausgangs des beliebigen Generators 15 auf dem Wege über den Umschalter C8 an den Amplitudenmodulationseingang des beliebigen Generators 14.

In aktiver Position ermöglicht der Umschalter mit zwei Schaltpositionen C4 das Umlenken des Ausgangs des beliebigen Generators 14 zum Eingang eines Addierglieds 34 und eines Hüllkurvendetektors 33, während der Umschalter mit zwei Schaltpositionen C5 das Anlegen des Auslöseeingangs des beliebigen Generators 14 an den Steuereingang eines analogen Multiplexers 35 ermöglicht.

In aktiver Position schließt der Umschalter mit zwei Schaltpositionen C6 den Phasenmodulationseingang des beliebigen Generators 15 an den Umschalter C1 an.

In aktiver Position ermöglicht der Umschalter mit drei Schaltpositionen C7 auch den Anschluss des Ausgangs des Hüllkurvendetektors 33 an den Amplitudenmodulationseingang des beliebigen Generators 15.

In aktiver Position ermöglicht der Umschalter mit drei Schaltpositionen C8 auch das Anlegen des Eingangs des beliebigen Generators 15 an den Eingang des analogen Multiplexers 35, dessen Ausgang an den Eingang des Addierglieds 34 angeschlossen ist.

In aktiver Position ermöglicht der Umschalter mit zwei Schaltpositionen C9 das Anlegen des Signals aus einem Schwellendetektor 39 an den Auslöseeingang des beliebigen Generators 15.

Der Umschalter C 10 ermöglicht den Anschluss des Amplitudenmodulationseingangs des HF- Generators 11 in aktiver Position an den Ausgang des Addierglieds 34 und in Ruheposition direkt an den Steckverbinder 2.

Der Umschalter 11 ermöglicht das Umlenken des Ausgangs des HF-Generators 11 entweder direkt an den Steckverbinder 2, in Ruheposition, oder in aktiver Position an den Sendeeingang eines Zirkulators 38, dessen Eingang/Ausgang für Senden/Empfangen an den Steckverbinder 2 und an den Empfängereingang eines Umschalters C 12 angeschlossen ist.

Der Umschalter C12 ermöglicht die Orientierung des Eingangssignals entweder an den Steckverbinder 2, oder an die Masse mit einer Impedanz von 50 Ω, um die Reflexion des Signals zur Quelle zu vermeiden, oder an einen Detektor 36, der die Demodulation des HF-Signals ermöglicht und dessen Ausgang an den Eingang eines Leistungsteilers 37 angelegt wird, mit dem sich das Signal in beide Leitungen absenden lässt, wobei deren jeweilige Impedanzen eingehalten werden.

Der Leistungsteiler 37 ist an den Ausgang des Schwellendetektors 39 und an die Umschaltvorrichtung 25 des Testsystems angeschlossen.

Die Umschaltvorrichtung 25 beinhaltet eine Reihe von Umschaltern mit mehreren Schaltpositionen C13, C14, C15, die mithilfe des VXI-Busses 16 vom Rechner 1 gesteuert werden, wobei der Umschalter C13 in Ruheposition die Trennung seiner Eingänge vom Steckverbinder 2 ermöglicht, während die jeweiligen Eingänge der Umschalter C14 und C15 in Ruheposition an den Steckverbinder 2 angeschlossen sind.

Die Anschlüsse des Umschalters C13 sind an die jeweiligen Pins des Steckverbinders 2 angeschlossen, während der Steckverbinder C14 in aktiver Position an den ersten Eingang des Digitizers 21 entweder ein internes Signal des zu testenden Geräts, oder den Ausgang des Leistungsteilers 37 anlegt.

In aktiver Position legt der Umschalter C15 an den zweiten Eingang des Digitizers 21 entweder ein internes Signal des zu testenden Gerätes, oder den Zwischenfrequenzausgang F1 des Spektralanalysators 23 an.

Im Übrigen sind die Eingänge des Spektralanalysators 23, des Frequenzmesser 22 und des Milliwattmeters 24 an die jeweiligen Pins des Steckverbinders 2 angeschlossen.

Abb. 4 zeigt eine Detailansicht des Addierglieds 34 und des analogen Multiplexers 35. Auf dieser Abbildung beinhaltet das Addierglied 34 zwei Eingänge, die jeweils an die Umschalter C4 und C8 angeschlossen sind, wobei diese Eingänge an zwei Signaladapter 54. 55 angeschlossen sind, deren Ausgänge über Widerstände 57, 58, die seine Verstärkung festlegen, an die Eingänge des eigentlichen Addierglieds 56 angeschlossen sind.

Der analoge Multiplexer 35 beinhaltet eine Steuerlogik 51, die drei Eingänge beinhaltet, nämlich zwei Eingänge, die anhand von Detektoren mit Umkehrhysterese 52, 53 an die Umschalter C4 und C8 angeschlossen sind, und einen Eingang, der an den Umschalter C5 angeschlossen ist.

Die Steuerlogik 51 beinhaltet zwei Ausgänge, die jeweils an den Steuereingang der beiden Signaladapter 54, 55 des Addierglieds 34 angeschlossen sind.

Die Steuerlogik 51 kann anhand von programmierbaren Bauteilen ausgeführt werden, z. B. vom Typ PAL oder EPLD. Sie wird mittels Programmierung über den VXI-Bus 16 konfiguriert.

Der Rechner 1 ist so konzipiert, dass er in der Lage ist, automatisch Testsequenzen auszuführen, die anhand einer höheren Programmiersprache definiert worden sind. Dazu beinhaltet er eine Software, deren Architektur auf Abb. 3 dargestellt ist. Diese Software beinhaltet eine erste Schicht 41 für die Steuerung der Testressourcen, die in der Lage ist, eine Testsequenz auszuführen, die Anweisungen auf einer höheren Befehlsebene für die verschiedenen Geräte zur Erzeugung und Messung von Signalen beinhaltet sowie Umschaltorgane, mit denen sich die notwendigen Verbindungen für die Konfiguration der Testsequenz zwischen den Geräten und den verschiedenen Testpunkten des zu testenden Gerätes herstellen lassen und die an der Testschnittstelle 4 zusammengefasst sind.

Diese Software beinhaltet eine so genannte "Treiberschicht" 42, in der alle jeweiligen "Treiber" 44 bis 48 der verwendeten Geräte zusammengefasst sind, wobei jeder Treiber die Übersetzung der Anweisungen der höheren Ebene in eine Befehlssprache der unteren Ebene des jeweiligen Gerätes für die Definition einer Testsequenz beinhaltet. Diese "Treiberschicht" 42 beinhaltet insbesondere den Treiber 48 der Funknavigationsschnittstelle 3, die die "Treiber" der Geräte 11, 13, 14, 15 und 21 bis 25 beinhaltet, die von der Vorrichtung 3 verwendet werden.

Diese Software beinhaltet auch eine Bus-Schicht 43, die das Absenden der verschiedenen Befehle der unteren Ebene ermöglicht, die von der "Treiberschicht" 42 anhand der Befehle der höheren Ebene festgelegt werden, über die verschiedenen IEEE-Busse 12 und VXI-Busse 16, abhängig vom Standort der Geräte, für die diese Befehle bestimmt sind.

Somit ist der "Treiber" 48 der Funknavigationsschnittstelle 3 in der Lage, einen Befehl für die Erzeugung von Funknavigationssignalen, der nur den Signaltyp und die verschiedenen Parameter angibt, die dieses Signal definieren, in eine Serie von elementaren Befehlen zu übersetzen, die die Funktionsparameter der Vorrichtung 3 und jedes zu verwendenden Signalgenerators 11, 13, 14, 15 definieren.

Die nachfolgende Beschreibung zeigt, wie die voranstehend beschriebene Schnittstellenvorrichtung 3 in der Lage ist, die Synthese und die Analyse der Funknavigationssignale zu ermöglichen, wie zum Beispiel von Signalen vom Typ VOR, ILS, DME, TACAN und IFF.

VOR-SIGNALE

Im Falle eines VOR-Signals, mit dessen Hilfe sich der Winkel zwischen dem magnetischen Nordpol und der Achse feststellen lässt, die durch die Position des Signalempfängers und die Funkbake verläuft, geht es darum, ein Niederfrequenzsignal zu synthetisieren, das mit Amplitudenmodulation auf dem VHF-Band zwischen 108 und 118 MHz gesendet wird, und dessen mathematische Gleichung wie folgt lautet:

VOR(t) = K cos (ωt - φ)]+ K cos ((332ωt - m sin(ωt)) + 0,5K cos (34ωt))

mit:

m = Index der Nennmodulation von 16,

K = Modulationsamplitude bei 30%,

ω = Pulsierung bei 30 Hz,

φ = Phasenverschiebung zwischen dem Referenzsignal und dem Azimutsignal bei 30 Hz.

Der letzte Term entspricht der Modulation von 1020 Hz des Erkennungssignals der VOR- Bake.

Das Signal VOR(t) zeichnet sich in der Tat durch eine Trägerwelle aus, die durch ein Signal mit 9960 Hz phasenmoduliert und durch ein Signal mit 30 Hz amplitudenmoduliert wird.

Um das Signal VOR(t) im statischen Modus zu synthetisieren, verwendet man den beliebigen Generator 14, um das Niederfrequenzsignal zu erzeugen und den HF-Generator 11, um die Trägerwelle im VHF-Band mit Modulation anhand des Niederfrequenzsignals zu erzeugen.

Wenn man ein solches Signal ohne das Kennsignal der Bake erzeugen möchte, genügt es, den beliebigen Generator 14 so zu programmieren, dass man die Wellenform erhält, die anhand der folgenden Gleichung definiert wird:

K cos (ωt - φ)] + K cos (332ωt - m sin(ωt))

Dazu muss man das Signal mit einer Frequenz samplen, die z. B. 10 Samples je Periode des Basissignals entspricht, d. h. 10 · 9960 Hz, mit einer Anzahl von Samples, die der Samplingrate geteilt durch 30 Hz entspricht, was 3320 Samples ergibt, wobei jedes eine Amplitude hat, die durch die voranstehende Gleichung angegeben wird.

Diese Wellenform kann vorteilhafterweise in den Speicher des beliebigen Generators 14 vorgeladen werden.

Wenn das Kennsignal der Funkbake vorhanden ist, verwendet man die gleiche Samplingrate und die gleiche Anzahl von vorgeladenen Samples. Es genügt ganz einfach zu der voranstehenden Gleichung den folgenden Term hinzuzufügen, um den Wert jedes dieser Samples zu berechnen:

0,5K cos (34ωt).

Sodann genügt es, den HF-Generator 11 so zu steuern, dass eine Trägerwelle mit der gewünschten VHF-Frequenz erzeugt wird, sowie die Funknavigationsschnittstelle 3 mithilfe der Umschalter C4 und C10 so zu steuern, dass das Ausgangssignal des Generators 14 die vom HF-Generator 11 erzeugte Trägerwelle moduliert, wobei der Umschalter C11 die Möglichkeit gibt, den Ausgang des HF-Generators 11 an den Umschalter 2 anzulegen.

Im dynamischen Modus geht es darum, das Signal zu simulieren, dass vom Flugzeug bei der Annäherung an eine VOR-Bake empfangen wird. In diesem Kontext empfängt das Bordgerät eine Trägerwelle, die anhand eines Signals mit 9960 Hz moduliert worden ist, das selbst anhand eines Signals mit 30 Hz und variabler Phase zwischen 30 Hz Phasenmodulation und 30 Hz Amplitudenmodulation phasen- und amplitudenmoduliert ist. Die Phasenabweichung zwischen diesen beiden Signalen gibt dem Bordgerät die Möglichkeit, daraus seine Richtung im Verhältnis zum magnetischen Nordpol abzuleiten.

Um ein solches modulierendes Signal zu synthetisieren, verwendet man die drei beliebigen Generatoren 13 bis 15, d. h.:

- den Generator 14, um das Signal mit 9960 Hz zu erzeugen, das anhand eines Signals mit 30 Hz phasenmoduliert ist, mit einem Modulationsindex von 16,

- den Generator 15, um das Signal mit 30 Hz zu erzeugen, das für die Amplitudenmodulation des Signals aus dem Generator 14 verwendet wird, und

- den Generator 13, um das Phasenmodulationssignal für das Signal aus dem Generator 15 zu erzeugen.

Die Vorrichtung 3 ermöglicht die Schleifenschaltung der Generatoren, wie voranstehend angegeben ist und die Übertragung des erzeugten Signals an den Amplitudenmodulationseingang des HF-Generators 11, der je nach den Parametern der Programmierung das amplitudenmodulierte HF-Signal an den Steckverbinder 2 liefert. Zu diesem Zweck werden die Umschalter C1 und C7 umgeschaltet, um den Ausgang des Generators 13 an den Amplitudenmodulationseingang des Generators 15 anzulegen, die Umschalter C8 und C3 werden so gesteuert, dass sie den Ausgang des Generators 15 an den Amplitudenmodulationseingang von Generator 14 anlegen, und die Umschalter C4 und C10 werden so umgeschaltet, dass sie den Ausgang von Generator 14 an den Amplitudenmodulationseingang des HF-Generators 11 abschicken.

ILS-SIGNALE

Die ILS-Signale werden beim Landen eines Flugzeugs verwendet und beinhalten tatsächlich drei Typen von Signalen, um drei separate Funktionen zu gewährleisten:

- eine Funktion LOCALIZER, die eine seitliche Führung im Verhältnis zur Achse der Landebahn,

- eine Funktion GLIDE. die eine Information über die Vertikale im Verhältnis zu einem bestimmten Gefälle gibt.

- und eine Funktion MARKER, die optisch und akustisch die Distanz des Flugzeugs an drei Punkten im Verhältnis zum Beginn der Landebahn anzeigt.

Die Funktion LOCALIZER verwendet ein niederfrequentes Mischsignal, das die Information über die Ausrichtung im Verhältnis zur Achse der Landebahn übermittelt, wobei dieses Signal die HF-Trägerwelle amplitudenmoduliert.

Dieses Signal beinhaltet zwei Komponenten mit jeweils 90 und 150 Hz, auf die ein Erkennungssignal mit 1020 Hz gelegt sein kann, und es wird im VHF-Bereich zwischen 108,1 und 111,9 MHz übertragen.

Die Information über die Ausrichtung wird durch die Dominanz der jeweiligen Komponenten mit 90 und 150 Hz geliefert.

Die Gleichung für dieses Signal lautet wie folgt:

LOC(t) = K&sub1; cos (3ωt + cp) + K&sub2; cos (5ωt cos(5ωt) + K&sub3; cos (34ωt)

mit:

K&sub1; und K&sub2; = Amplituden für eine Modulation von 0 bis 40% der Komponenten mit 90 und 150 Hz, wobei K&sub1; + K&sub2; immer 40% entspricht.

K&sub3; = Amplitude für eine Modulation des Signals mit 1020 Hz zu 15% und

φ = Phasenverschiebung zwischen den Komponenten mit 90 und 150 Hz.

Im Falle der Funktion GLIDE verwendet man das gleiche Signal LOC(t), aber hier werden K&sub1; und K&sub2; so ausgewählt, das man eine Modulationsrate K&sub1; + K&sub2; von 80% erhält, wobei dieses Signal in einem UHF-Band zwischen 328,6 und 33,4 MHz übertragen wird.

Um die Signale LOCALIZER und GLIDE im statischen Modus zu synthetisieren, genügt es, den beliebigen Generator 14 so zu steuern, dass er das niederfrequente Mischsignal erzeugt und es an den Amplitudenmodulationseingang des HF-Generators 11 anlegt.

Um das Niederfrequenzsignal so zu bekommen, dass es absolut rekursiv und stabil ist, muss die Periode des zu erzeugenden Signals ein Untervielfaches der Frequenzen von 90 und 150 Hz sein, d. h. 30 Hz betragen, wenn man ein Signal ohne die Erkennungskomponente von 1020 Hz erzeugen möchte. Die Samplingfrequenz wird somit zum Beispiel 10 · 150 Hz und die Anzahl der notwendigen und zu berechnenden Samples wird 100 Hz geteilt durch 30 Hz gleich 50 betragen, wobei die Amplitude jedes dieser Samples unter Anwendung der Gleichung LOC(t) ohne die Kennkomponente berechnet wird.

Um ein Niederfrequenzsignal zu berechnen, das die Erkennungskomponente bei 1020 Hz beinhaltet, muss man eine Samplingfrequenz von 10 · 1020 Hz und eine Anzahl von Samples von 10200 Hz geteilt durch 30 Hz gleich 340 Samples verwenden, wobei jede eine Amplitude besitzt, die anhand der kompletten Gleichung LOC(t) berechnet wird,

Die auf diese Weise definierte Wellenform kann auch in den Speicher des beliebigen Generators 14 vorgeladen werden.

Sodann genügt es, die Schnittstellenvorrichtung 3 anzusteuern, um die Umschalter C4 und C10 in der Weise umzuschalten, um den Ausgang von Generator 14 an den Modulationseingang des HF-Generators 11 anzulegen und den Umschalter C11 so umzuschalten, dass der Ausgang des HF-Generators 11 an den Steckverbinder 2 angelegt wird, wobei der HF- Generator so gesteuert wird, dass die amplitudenmodulierte Trägerwelle erzeugt wird, die der gewählten Funktion LOCALIZER oder GLIDE entspricht.

Im dynamischen Modus geht es darum, das Signal zu simulieren, das von einem Flugzeug empfangen wird, das sich der Landebahn annähert und somit das Niederfrequenzsignal zu erzeugen.

Dazu verwendet man die drei beliebigen Generatoren 13 bis 15, wobei die jeweiligen Wellenformen vorab in ihre Speicher eingespeichert werden. Dabei dient der Generator 14 dazu, um die Komponente mit 150 Hz zu erzeugen, Generator 15, um die Komponente mit 90 Hz zu erzeugen, während der Generator 13 ein Signal erzeugt, das die Komponenten mit 90 und 150 Hz moduliert.

Auf diese Weise werden die in die drei beliebigen Generatoren 13 bis 15 eingespeicherten Wellenformen dank der folgenden Funktionen erhalten:

- cos(3ωt) für den Generator 14,

- cos(5ωt) für den Generator 15, und

- U/t) mit 0 < U(t) für den Generator 13.

Der Spannungsoffset 31, der die Spannung U1 abgibt, ist für das LOCALIZER-Signal auf 0,4 V programmiert und auf 0,8 V für das GLIDE-Signal, so dass Modulationen K&sub1; + K&sub2; mit jeweils 40 und 80% erhalten werden.

Der Ausgang des Generators 13 wird dank der Umschalter C1. C3 und C7 an den Amplitudenmodulationseingang der Generatoren 14 (Quelle für 150 Hz) und 15 (Quelle für 90 Hz) angelegt, wobei das an den Generator 14 angelegte Signal vorab mithilfe des Umkehrschalters 32 umgekehrt und anhand des Spannungsoffset 31 amplitudenverschoben worden ist, um eine konstante Summe der Koeffizienten K&sub1; und K&sub2; der Modulation der Komponenten 90 und 150 Hz zu bekommen.

Die resultierenden Signale der Generatoren 14 und 15 werden anhand der Umschalter C4 und C8 an die Eingänge des Addierglieds und der Ausgang des Addierglieds 34 anhand des Umschalters C 10 an den Eingang des HF-Generators 11 angelegt.

Wenn man auch das Erkennungssignal mit 1020 Hz einführen möchte, genügt es, den Generator 13 so zu programmieren, dass man ein Signal gemäß folgender Gleichung erhält:

U(t) + 0,15 Veffcos(34ωt),

wobei der Umkehrschalter 32 auch eine Filterung der Komponente mit 1020 Hz ermöglicht, so dass das Erkennungssignal 15 nur vom Generator 15 geliefert wird.

Die Funktion MARKER wird anhand von drei Baken am Boden realisiert, die Signale mit Morsecodierung aussenden, wobei die Frequenzen je nach Abstand des Flugzeugs von der Landebahn unterschiedlich sind. Der Bordempfänger des Flugzeugs empfängt somit ein VHF- Signal mit einer Frequenz von 75 MHz mit 95% Amplitudenmodulation. Die Modulationsfrequenzen und die MORSE-Manipulationen, die sie begleiten, hängen von der Position der Sendebake im Verhältnis zum Beginn der Landebahn ab.

So sendet die Bake OUTER MARKER ein Signal mit 400 Hz, dass anhand einer Abfolge von Strichen manipuliert wird, die Bake MIDDLE MARKER sendet ein Signal mit 1300 Hz, das mit einer Abfolge von Punkten und Strichen manipuliert wird und die Bake INNER MARKER sendet ein Signal mit 3000 Hz, das mit einer Abfolge von Punkten manipuliert wird, wobei ein Strich eine Dauer von 300 ms, ein Punkt eine Dauer von 100 ms und ein Zwischenraum eine Dauer von 100 ms hat.

Um ein solches Signal zu synthetisieren, genügt es, es zu samplen, um den beliebigen Generator 14 zu programmieren und es an den Eingang des HF-Generators 11 anzulegen.

Zwei Betriebsarten können in Betracht gezogen werden: ein wiederkehrender Modus (ständiges periodisches Signal) oder ein Modus mit festgelegter Dauer (periodisches Signal, dessen Sendedauer begrenzt ist).

Gleichwohl ist das Simulationsprinzip unabhängig von der Betriebsart, weil deren Auswahl nur von den Programmierparametern des beliebigen Generators 14 abhängt. Tatsächlich entspricht die erste Betriebsart einer Programmierung des zu erzeugenden Signals im wiederkehrenden Modus, während die zweite Betriebsart die Zählfunktion des Generators verwendet, womit sich die Sendedauer des Signals definieren lässt (Signalperiode · Anzahl Perioden).

Um das Signal zu synthetisieren, das von der Bake OUTER MARKER gesendet wird, muss man eine Samplingfrequenz verwenden, die beispielsweise dem Zehnfachen der Frequenz des Niederfrequenzsignals entspricht, also 4 kHz, und 1600 Samples speichern, die der Periode des MORSE-Signals entsprechen (Dauer eines Strichs (300 ms) und eines Zwischenraums (100 ms)), multipliziert mit der Samplingfrequenz.

Im Falle des Signals, das von der Bake MIDDLE MARKER ausgesendet wird, muss man eine Samplingfrequenz von 13 kHz mit einer Anzahl von 7,800 Samples verwenden, entsprechend einer Periode eines MORSE-Signals mit einer Länge von 600 ms (Dauer eines Punkts, eines Zwischenraums, eines Strichs und eines Zwischenraums).

In gleicher Weise beträgt die Samplingfrequenz für die Bake INNER MARKER 30 kHz und die Anzahl der Samples 6000.

Die Amplitude jedes Samples wird berechnet anhand der Gleichung:

0,95 sin(ωt),

wobei w die Pulsierung angibt, die je nach Fall den Frequenzen 400, 1300 oder 3000 Hz entspricht.

DME-SIGNALE

Das DME-System gibt dem Flugzeug die Möglichkeit, seine Distanz im Verhältnis zu einer Bake am Boden zu bestimmen. Es beruht auf der Messung der Antwortzeit der Signale, die vom Flugzeug ausgesendet werden und verwendet das Frequenzband von 962 bis 1213 MHz.

Dazu sendet das Flugzeug Impulspaare mit einer Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs von 102 bis 1150 MHz aus, diese Impulse werden von der Bake am Boden empfangen und sodann mit einer Differenz von 63 MHz im Verhältnis zur Sendefrequenz zurück übermittelt.

An Bord des Flugzeugs misst ein Empfänger die Antwortzeit zwischen den Sendeimpulsen und den Empfangsimpulsen, wobei die Entfernung aus der Antwortzeit der Bake am Boden abgeleitet wird.

Es handelt sich somit darum, Impulspaare zu simulieren, die erst nach Empfang eines Signals gesendet werden, mit einer konstanten Verzögerung von 50 us, zu der die Zeit für die Simulation der Signalausbreitung hinzugefügt wird:

Verzögerung = 50 us + 2d/c,

wobei c die Lichtgeschwindigkeit und d den Abstand des Flugzeugs von der Bake angibt. Im Übrigen ist dem Signal, das die Impulse enthält, ein Erkennungssignal der Bake mit 1020 Hz zugeordnet.

Die Impulse werden von dem beliebigen Generator 15 synthetisiert. Zu diesem Zweck ist es für die Definition der vorab eingespeicherten Wellenform angezeigt, eine Samplingfrequenz - von beispielsweise 2 MHz - zu verwenden, die mit den Charakteristiken der Impulse kompatibel ist, d. h. mit der Anstiegszeit (2 bis 3 us), der Dauer eines Impulses (3 bis 4 us) und der Dauer zwischen zwei Impulsen (12 us) ein und desselben Impulspaares.

Die Anzahl der zu speichernden Samples wird aus der Gesamtlänge eines Impulspaares abgeleitet, zu der die Verzögerung (50 us + 2d/c) hinzuzurechnen ist, geteilt durch die Samplingfrequenz. Das ergibt für eine gewünschte Distanz von 100 km:

737,5 us/0,5 us = 1475 Samples

Das vom Generator 15 abgegebene Signal wird anhand der Umschalter C8 und C10 an den Eingang des HF-Generators 11 angelegt, für die 100%-ige Amplitudenmodulation des HF- Signals. Das Signal am Ausgang des HF-Generators 11 wird anhand des Umschalters C11 an den Zirkulator 38 übermittelt, der das Signal des HF-Generators 11 gleichzeitig an den Steckverbinder 2 und an den Umschalter C12 weiterleitet. Der Umschalter C12 legt das empfangene Signal an den Detektor 36 an. Das Signal am Ausgang des Detektors 36 wird über den Leistungsteiler 37, den Schwellendetektor 39 und den Umschalter C9 an den Auslöseeingang des beliebigen Generators 15 angelegt, um am Generator 15 das Absenden des gespeicherten Signals auszulösen, das den Antwortimpulsen entspricht.

Im Übrigen legt der Leistungsteiler 37 das Signal des Detektors 36 über den Umschalter C14 an einen Eingang des Digitizers 21 an, um die Beobachtung (Messung der Anstiegszeit und der Dauer) der empfangenen Impulse zu ermöglichen.

Vorteilhafterweise kann man einen analogen Tiefpassfilter (auf der Abbildung nicht dargestellt) mit einer kritischen Frequenz von 500 kHz verwenden, um die Wellenform des Signals am Ausgang des Generators zu glätten.

Wenn man außerdem das Erkennungssignal mit 1020 Hz einfügen möchte, genügt es, den Generator 14 entsprechend zu programmieren. Das Signal am Ausgang des Generators 14 wird mithilfe des Addierglieds 34 zu dem vom Generator 15 erzeugten Signal addiert.

Anzumerken ist, dass jede andere Wellenform für das Erkennungssignal vorstellbar ist, vorausgesetzt, man hält sich mindestens an die Shannon-Gleichung für die Samplingfrequenz und überschreitet nicht die Speicherkapazität des verwendeten beliebigen Generators.

Im dynamischen Modus besteht das Ziel darin, das Signal zu simulieren, das ein Flugzeug im Anflug auf eine Bake empfängt. Es geht somit darum, das NF-Signal zu erzeugen, das die Information trägt. Die Bordausrüstung des Flugzeugs empfängt je nach Abstand von der Bake am Boden mit mehr oder weniger großer Verzögerung ein Impulspaar. Die Verzögerung zwischen den Sendesignalen und Empfangssignalen gibt ihr die Möglichkeit, daraus ihren Abstand im Verhältnis zur Bake abzuleiten.

Wir werden somit wie im statischen Modus den beliebigen Generator 14 verwenden, um das Erkennungssignal der Bake zu erzeugen - es kann sich insbesondere um ein Sinussignal mit einer Frequenz von 1020 Hz handeln -, wobei der beliebige Generator 15 für die Erzeugung des Antwortimpulspaares verwendet wird. Darüber hinaus wird der Generator 13 eingesetzt, um ein Signal zu erzeugen, das für die Phasenmodulation des von Generator 15 erzeugen Signals verwendet wird. Dieses Signal variiert zwischen -1 und +1 Volt, um die Phase des Signals, das von Generator 15 erzeugt wird, zwischen 0 und 180º zu variieren, um auf diese Weise die Annäherung oder Entfernung des Flugzeugs im Verhältnis zur Bake zu simulieren.

TACAN-Signale

TACAN ist ein Navigationssystem, das in der Lage ist, gleichzeitig die magnetische Richtung anzuzeigen, wobei das Prinzip dem VOR ähnelt (der Azimut wird an Bord anhand einer Phasenmessung errechnet), und die Entfernung, wobei das Prinzip mit dem DME identisch ist. Die DME-Signale werden - sofern vorhanden - als Träger der TACAN-Signale verwendet.

Die Bake am Boden sendet in einem Frequenzbereich zwischen 962 und 1213 MHz ein Primärreferenzsignal, das in Phase mit dem magnetischen Nordpol ausgesendet wird, und 8 Sekundärreferenzzwischensignale im Abstand von 40º, um die Azimut-Präzision zu steigern. In ein und demselben Augenblick werden diese Signale von allen Flugzeugen, die sich in Funkreichweiter der Bake befinden, von allen Flugzeugen auf identische Weise empfangen, unabhängig von ihrer Position.

Dieses Signal wird überlagert von einem Signal mit variabler Amplitude, die von der Position des Flugzeugs abhängt, wodurch es seine Richtung im Verhältnis zur Bake ableiten kann (und somit im Verhältnis zum magnetischen Nordpol). An einem bestimmten Augenblick werden diese Signale je nach Position des Flugzeugs im Verhältnis zur Bake mit einer unterschiedlichen Amplitude empfangen.

An Bord des Flugzeugs vergleicht ein Empfänger das variable Signal mit den Referenzsignalen und bestimmt auf diese Weise den Winkel, den die Richtung des Flugzeugs - Bake im Verhältnis zum magnetischen Nordpol bildet.

Zwei Arten von Codierungen werden verwendet (eine für die X-Kanäle und eine für die Y- Kanäle) Diese Arten von Codierung unterschieden sich durch ihr Frequenzband und durch ihre Übertragungsart (Boden/Luft oder Luft/Luft).

Gleichwohl sind die verwendeten Prinzipien unabhängig von der Art der Codierung und können auch auf andere Betriebsarten angewendet werden, so dass bei der Simulation nur die Parameter für die Programmierung der verwendeten Instrumente unterschiedlich sind.

Die Simulationsvorrichtung soll die Erzeugung des NF-Mischsignals ermöglichen, das die Informationen über Azimut und Entfernung trägt und das für die Modulation eines HF- Signals verwendet wird.

Das Flugzeug empfängt gleichzeitig drei Arten von Informationen:

- eine Referenzinformation, bestehend aus dem Primärreferenzsignal und den 8 Sekundärreferenzsignalen, wobei das Primärreferenzsignal aus einer Impulsfolge besteht, die 12 Impulspaare im Abstand von 12 us (für den X-Kanal) umfasst. Dabei besteht jedes Sekundärreferenzsignal aus einer Impulsfolge von 6 Impulspaaren im Abstand von 24 us (für den X-Kanal),

- eine Azimut-Information, deren Frequenz mit dem Referenzsignal identisch ist, d. h. 15 Hz für die Primärreferenz und 135 Hz für die Sekundärreferenz, wobei die Abstände zwischen den Referenzimpulsfolgen von so genannten Füllimpulsen belegt werden.

- eine Distanzinformation, die zwischen zwei Referenzimpulsfolgen anstelle der Füllimpulse eingeschoben wird.

Das Primärreferenzsignal, dessen Frequenz der Rotationsfrequenz der Antenne (15 Hz) entspricht, wird immer dann ausgesendet, wenn die Antennenkeule in Richtung des magnetischen Nordpols weist. Die Sekundärreferenzsignale werden in regelmäßigen Intervallen zwischen zwei Primärreferenzsignalen ausgesendet. Diese Technik ermöglicht das Zerlegen des Referenzsignals in 9 äquidistante Segmente, entsprechend einer Frequenz für das Auftreten der Referenzsignale (Impulsfolgen) von 9 · 15 Hz = 135 Hz. Diese Referenzsignale werden von der Bordausrüstung auf identische Art und Weise empfangen und unabhängig von der Position des Flugzeugs im Verhältnis zur Bake.

Von der Borausrüstung aus betrachtet erreicht das Azimut-Signal eine maximale Amplitude, wenn die Antennenkeule in Richtung auf das Flugzeug weist. Dies läuft vom elektrischen Standpunkt aus betrachtet auf eine Amplitudenmodulation von 15 Hz hinaus, die von einer anderen Amplitudenmodulation mit 135 Hz überlagert wird. Es ist die Phasenverschiebung zwischen den Referenzsignalen und den Modulationssignalen mit 15 und 135 Hz, die den Azimut anzeigt.

Was die Distanzinformation betrifft, ist das Prinzip mit dem des DME identisch, d. h. die Distanz wird aus der Hin- und Rücklaufzeit der vom Flugzeug ausgesendeten Welle abgeleitet, zu der 50 us als inhärente Ausbreitungszeit innerhalb der Bake am Boden hinzuzurechnen sind. Da es sich um Signale handelt, die von der Bordausrüstung ausgesendet werden und die sich im Verhältnis zu den Referenzsignalen asynchron verhalten, wird letzteren Priorität eingeräumt, damit die Ausrüstung die Azimut-Information kontinuierlich empfangen kann. Somit werden die Distanzsignale die in den Zeitraum für das Aussenden einer Referenzimpulsfolge fallen, von der Bake nicht zurück geschickt, und es ist die Bordausrüstung, die die Aufgabe übernimmt, die Impulsart zu identifizieren und zu erkennen.

Das NF-Mischsignal besteht aus einer Abfolge von Impulsfolgen, deren Amplitude sich im Rhythmus der Signale mit 15 und 135 Hz verändert, der eine doppelte Amplitudenmodulation ausführen kann.

Somit folgt die Impulsamplitude der folgenden Gleichung:

AMP(t) = K&sub1; + K&sub2; cos(2π15t) + K&sub3; cos(2π135t)

K&sub1; ist ein Offset, K&sub2; und K&sub3; sind die jeweiligen Amplituden für eine Modulationsrate zwischen 7 und 30% der Signale mit 15 und 135 Hz, K&sub1; + K&sub3; ist die Amplitude für eine Modulationsrate zwischen 15 und 55%, wobei K&sub1; folgender Gleichung entspricht:

1 - (K&sub2; + K&sub3;).

Für die Synthese derartiger Signale im statischen Modus verwendet man den Impulsgenerator 14 mit einer Samplingfrequenz von 4 MHz und einer Anzahl von Samples, die einem kompletten Zeitraum von 15 Hz entspricht, also 266.666 Samples. Die Signalamplitude ergibt sich aus der Formal AMP (t+φ) x f(t), wobei f(t) der Impulsfolge mit einem Zeitraum von 15 Hz entspricht.

Der beliebige Generator 14 muss so programmiert werden, dass er zusätzlich an seinem Auslöseausgang TRIG OUT ein Signal abgibt, das eine Begrenzung der Augenblicke ermöglicht, die den Totzeiten entsprechen. Dieses Signal wird von einem analogen Multiplexer 35 verwendet, um die Aussendung der DME-Impulse nur während des Zeitintervalls zwischen zwei Referenzimpulsfolgen zu autorisieren.

Außerdem verwendet man den beliebigen Generator 15 mit einer identischen Programmierung, wie sie für die Erzeugung der DME-Signale verwendet wird, entsprechend einer Samplingfrequenz von 2 MHz und einer Anzahl von Samples, die auch die Notwendigkeit berücksichtigt, einen zusätzlichen Impuls zu erzeugen, der dem analogen Multiplexer 35 anzeigt, dass eine Antwort auf eine DME-Abfrage erfolgen muss, was eine Sample-Anzahl von 1475 für eine Distanz von 100 km ergibt.

Das resultierende Signal wird durch die Kombination der Signale erhalten, die aus den beliebigen Generatoren 14 und 15 stammen, mithilfe des Addierglieds 34. Die Impulse vom Typ DME, die als Antwort auf die Distanzimpulse gesendet werden, ersetzen die Füllimpulse, die sich an die obige Formel AMP(t) halten müssen. Zu diesem Zweck filtert der Hüllkurvendetektor 33 die Impulse des Signals, das vom Generator 14 erzeugt worden ist, um nur das Signal der Hüllkurve der Impulsamplituden wiederzugeben. Dieses Signal wird so an den Amplitudenmodulationseingang des beliebigen Generators 15 angelegt, dass die Amplitude der DME-Impulse in einem bestimmten Augenblick mit der Hüllkurve des Signals mit 15 und 135 Hz übereinstimmt. Der analoge Multiplexer 35 ermöglicht auch das Durchlassen dieser Impulse während der Totzeiten zwischen zwei Referenzimpulsfolgen.

Anzumerken ist, dass der analoge Multiplexer 35 und das Addierglied 34 eine besondere Funktion erfüllen müssen, um ein Füllimpulspaar durch ein DME-Antwortimpulspaar zu ersetzen. Dazu muss dem Antwortimpulspaar, das vom Generator 15 stammt, ein Steuerimpuls vorausgehen, der der Steuerlogik 51 anzeigt, dass sie das Füllimpulspaar auf dem Wege über den Umschalter C8 durch das DNIE-Antwortimpulspaar ersetzen muss, das aus dem beliebigen Generator 15 stammt.

Ganz allgemein wird die Steuerlogik 51 in der Weise programmiert, dass sie das Hüllkurvenzeitintervall der Füllimpulse und der DME-Impulse des Generators 15 dank der Hysteresedetektoren 52, 53 feststellt, und die Absendung der DME-Impulse und der TACAN-Impulse dank der Signaladapter 54, 55 autorisiert. Das Addierglied 34 hat die Aufgabe, die Signale am Ausgang der Generatoren 14 und 15 mit dem Rhythmus der Steuersignale zu kombinieren, die von der Steuerlogik 51 stammen und an den Steuereingang der Signaladapter 54, 55 angelegt werden.

Wenn man eine Zeitverzögerung von 50 us verwendet, was einer DME-Distanz gleich null entspricht, begrenzt das Signal am Ausgang TRIG OUT von Generator 14 den Moment, in dem die DME-Impulse gesendet werden können. Dieses Signal kann programmiert werden, um zum Beispiel nach dem letzten Impulspaar einer Referenzfolge aktiviert zu werden und um an der absteigenden Front des letzten Füllimpulses deaktiviert zu werden.

Das Eintreffen des Steuerimpulses bewirkt ein Sperren des Signaladapters 54 und das Freischalten des Signaladapters 55, wodurch das Füllimpulspaar hinter dem Steuerimpuls durch das DME-Impulspaar ersetzt werden kann, das die Distanz des Flugzeugs zur Bake am Boden angibt. Das Eintreffen der letzten Front des DME-Impulspaares sperrt den Signaladapter 55, während das Eintreffen der letzten Front des ersetzten Füllimpulspaares den Ausgang des Signaladapters 54 frei schaltet.

Wie bei den DME-Signalen wird das Signal am Ausgang des HF-Generators 11 dank des Umschalters C11 und des Zirkulators 38 an den Sende-/Empfangskanal des Steckverbinders 2 angelegt. Das empfangene Signal (DME-Abfrage) wird über den Empfangskanal des Zirkulators 38 zugleich an den Auslöseeingang des Generators 15 angelegt, um das Absenden des gespeicherten Signals auszulösen, das den Antwortimpulsen entspricht, und an den Eingang des Digitizers 21, um die Beobachtung der empfangenen Impulse zu ermöglichen.

Im dynamischen Modus ermöglicht die vorgestellte Lösung das Erzeugen des DME-Signals, oder des Azimut-Signals des TACAN-Systems.

Wenn man das DME-Signal erzeugen möchte, um das Signal zu simulieren, das von einem Flugzeug bei der Annäherung an eine Bake empfangen wird, geht es darum, das NF-Signal zu erzeugen, das die Distanzinformation trägt, da das Azimut-Signal im statischen Modus erzeugt wird.

Der Generator 15 wird in diesem Fall verwendet, um das Antwortimpulspaar zu erzeugen, der Generator 14, um das Azimut-Signal unter den gleichen Bedingungen wie im statischen Modus zu erzeugen, und der Generator 13, um ein Signal zu erzeugen, das für die Phasenmodulation des von Generator 15 erzeugen Signals verwendet wird.

Die Programmierung der Samplingfrequenz und der Amplituden der NF-Signale der beliebigen Generatoren 14 und 15 ist identisch mit der Programmierung, die im statischen Modus verwendet wird. Im Übrigen verhält sich die Phase des Signals, das von Generator 15 stammt, proportional zu der Spannung, die an seinen Phasenmodulationseingang angelegt wird und kann zwischen 0 und 180º variieren, um die Annäherung oder Entfernung des Flugzeugs im Verhältnis zur Bake zu simulieren.

Wenn man das Azimut-Signal erzeugen möchte, um die Annäherung an eine Bake zu simulieren, löscht man das Distanzsignal und verändert die Impulspaare, die die Azimut-Information tragen, im Rhythmus eines Signals mit 15 Hz, das man mit einem 135 Hz Signal überlagert. Die Phase zwischen diesem Signal und den Referenzimpulspaaren ermöglicht die Bestimmung des Azimut einer Position im Verhältnis zur Bake.

Zu diesem Zweck verwendet man den Generator 15, um das Signal zu erzeugen, dass die Signale mit 15 Hz und mit 135 Hz kombiniert, den Generator 14, um ein Referenzsignal zu erzeugen, das aus Referenzimpulspaaren und Füllimpulspaaren besteht, wie im statischen Modus, wobei die Ausgangsamplitude anhand des von Generator 15 abgegebenen Signals moduliert wird, und Generator 13, um ein Signal zu erzeugen, das für die Phasenmodulation des Signals von Generator 15 verwendet wird.

Die Samplingfrequenz und die Amplituden der Samples, die von den beliebigen Generatoren 13, 14, 15 verwendet werden, werden anhand der gleichen Regeln wie im statischen Modus berechnet. Im Übrigen verhält sich die Phase am Ausgang von Generator 15 proportional zu der Spannung, die an seinen Phasenmodulationseingang angelegt wird und kann zwischen 0 und 180º variieren, um die Veränderung des Azimut des Flugzeugs im Verhältnis zur Bake zu simulieren.

Gleichgültig ob man das DME-Distanzsignal, oder das Azimut-Signal erzeugt, gewährleistet die Funknavigationsschnittstelle 3 die Schleifenschaltung der Generatoren wie oben angegeben und überträgt das resultierende NF-Signal an den Amplitudenmodulationseingang des HF-Generators 11, der gemäß den Parametern der Programmierung das amplitudenmodulierte HF-Signal liefert, wobei dieses Signal auf dem Weg über den Zirkulator 38 an den Sende- /Empfangskanal des Steckverbinders 2 angelegt wird. Die Signale, die am Steckerbinder 2 über den Empfangskanal des Zirkulators 38 empfangen und an den Detektor 36 übertragen werden, können auf diese Weise zum Beispiel anhand des Digitizers 21 analysiert werden.

IFF-Signale

Das IFF-System ermöglicht die Identifizierung eines Flugzeugs. Es besteht aus einem Identifikationsprozess, der auf dem Frage-Antwort-Prinzip basiert und der von einem Abfragesystem am Boden initialisiert wird, das eine Abfragemitteilung erzeugt, die durch Modulation einer Trägerwelle mit 1030 MHz über eine rotierende Richtantenne ausgestrahlt wird.

Als Antwort sendet das Flugzeug eine Identifikationsmitteilung auf einer Trägerwelle mit 1090 MHz.

Darüber hinaus gibt die Abfragemitteilung dank der Sendecharakteristiken der Antenne (gute Antennenrichtwirkung in Bezug auf den Azimut und breiter Strahl am Ausgangspunkt) dem Flugzeug die Möglichkeit, seinen Azimut und seine Entfernung im Verhältnis zur Bake zu identifizieren, wobei der Azimut aus der Antwortzeit im Verhältnis zur Winkelposition der Antenne abgeleitet wird und die Entfernung - wie bei der DME-Funktion - durch Messung der notwendigen Hin- und Rückzeit anlässlich des Signalaustauschs.

Wir werden daher die Abfragesignale simulieren und die Erkennungsmitteilung erfassen und decodieren.

Da die Informationen über Azimut und Distanz in den Zuständigkeitsbereich des Bodensystems fallen, werden wir uns nur darum kümmern, die Signale zu simulieren und zu erfassen, wie sie von den Bordgeräten gesehen werden.

Die Abfragesignale bestehen aus einem Impulspaar P1 und P3, deren Abstand von der Abfrageart abhängt, und einem Impuls P2, der zwischen P1 und P3 angeordnet ist.

Tatsächlich ist die Hauptkeule der Antenne von Nebenkeulen begleitet, die sich für die Bordgeräte durch multiple Echos äußern, die das Erkennungssystem stören. In diesem Kontext wird zur Verbesserung des Systems der Impuls P2 zwei us nach dem Impuls P1 von einer Rundstrahlantenne mit einer Energie ausgestrahlt, die höher ist als die der Sekundärkeulen, aber unterhalb der Energie der Hauptkeule.

Es gibt acht standardisierte Abfragemodi, die sich durch den Zeitabstand (3 bis 25 us) zwischen den Impulsen P1 und P3 unterscheiden.

Was das Identifikationssignal betrifft, so handelt es sich um ein Hyperfrequenzsignal, das durch Impulse im Abstand von 1,45 us moduliert wird, wobei die Identifikationsmitteilung auf 12 Bit codiert ist, die in Serie gesendet werden und 4096 mögliche Kombinationen bieten. Es wird eingefasst von zwei Rahmenimpulsen F1 und F2 mit einem Abstand von 20,3 us und abgeschlossen durch einen Impuls SPI im Abstand von 4,35 us zu Impuls F2.

Die Abfrage- und Antwortsignale sind normalerweise durch einen Zeitraum t voneinander getrennt, der sich aus der folgenden Formel ergibt:

t = 2d/c + 3 us ±0,5 us

wobei d die Distanz zwischen dem Flugzeug und der Bake angibt und c die Lichtgeschwindigkeit.

Da es darum geht, die Bordausrüstung zu kontrollieren, wird man eine Distanz gleich null wählen. Infolgedessen wird das Identifikationssignal von der zu testenden Bordausrüstung 3 us ±0,5 us nach der aufsteigenden Front des Impulses P3 des Abfragesignals gesendet.

Zu diesem Zweck verwendet man den beliebigen Generator 14, um das Abfragesignal zu erzeugen, wobei man die Wellenform jedes Impulses P1, P2, P3 vorab in seinen Speicher eingespeichert hat. Diese Impulse werden über die Funknavigationsschnittstelle 3 an den Amplitudenmodulationseingang des HF-Generators 11 übertragen und das am Ausgang erhaltene, modulierte Signal wird an den Eingang des Zirkulators 38 angelegt, mit dem sich die Abfragesignale von den Identifikationssignalen trennen lassen, die als Antwort übermittelt werden.

Die Samplingfrequenz, die von Generator 14 zu verwenden ist, muss mit den zu erzeugenden Wellenformen kompatibel sein und leitet sic aus der Mindestanstiegszeit der Abfrageimpulse von 50 ns ab, was 20 MHz entspricht. Die Anzahl der zu speichernden Samples entspricht einer Dauer, die dem Abstand zwischen den Impulsen P1 und P3 entspricht, d. h. 8,1 us (für den Modus A). Zu dieser Dauer müssen die Anstiegszeit von P1 (0,1 us), die Abstiegszeit von P2 (0,2 us) und die Dauer von P3 (0,9 us) hinzugerechnet werden, entsprechend insgesamt 9,3 us).

Die Anzahl der zu speichernden Samples entspricht also 9,3 us/50 ns = 186 Samples.

Die Amplitude jedes Sample wird aus der Wellenform des Abfragesignals anhand der Amplituden abgeleitet, die für jeden Impuls gewünscht werden.

Der HF-Generator muss so programmiert werden, dass er eine Trägerwelle mit 1030 MHz erzeugt, die durch das Signal aus Generator 14 amplitudenmoduliert wird.

Die Erfassung des Antwortsignals erfolgt durch den Digitizer 21, wobei das Antwortsignal durch den Zirkulator 38 vom Abfragesignal getrennt und nach Demodulation durch den Detektor 36 an den Digitizer 21 übermittelt wird.

Das vom Digitizer 21 digitalisierte Signal wird sodann an den Testrechner 1 übertragen, der nach Verarbeitung die empfangene Mitteilung zwecks Analyse decodiert.

Zu diesem Zweck wird der Digitizer so programmiert, dass er die Erfassung des Signals bei dessen erstem Eingang auslöst. Im Gegensatz zum beliebigen Generator ermöglicht der Digitizer die Erfassung und Digitalisierung eines Signals im Rhythmus einer Samplingfrequenz, die anhand der Programmierparameter definiert wird. Diese Frequenz muss so berechnet werden, dass sie mindestens die Erfassung eines Samples bei jedem Bit ermöglicht, aus dem die Antwortmitteilung besteht, d. h. mindestens 1/1,45 us = 689,65 kHz, was der Sendefrequenz der Mitteilung entspricht.

Unter diesen Bedingungen genügt es, 17 Samples zu speichern. Die erhebliche Speicherkapazität der heutigen Digitizer wird genutzt, um mehrere aufeinanderfolgende Antwortmitteilungen zu speichern.

Analyse der Signale

Die Funknavigationsschnittstelle 3 ermöglicht auch eine detaillierte Analyse der Signale, die von den zu testenden Funknavigationsinstrumenten stammen. Zu diesem Zweck wird das zu analysierende Signal an den Steckverbinder 2 auf dem Sende-/Empfangskanal des Zirkulators 38 angelegt, der es an den Umschalter C12 weiterleitet. Der Umschalter C12 lenkt dieses Signal sodann zum Hüllkurvendetektor 36, der seine Demodulation vornimmt, um das NF-Signal für die Modulation der Trägerwelle zu rekonstruieren. Das demodulierte Signal wird auf dem Wege über den Leistungsteiler 37 an den Eingang der Umschaltvorrichtung 25 angelegt. Die Umschaltvorrichtung 25 ermöglicht sodann die Weiterleitung des demodulierten und zu analysierenden Signals an den Digitizer 21. Wenn man das komplette (nicht demodulierte) Signal analysieren möchte, genügt es, den Umschalter C12 so zu steuern, dass das Signal direkt an die Umschaltvorrichtung 25 angelegt wird, die das Signal sodann an den Spektralanalysator 23, den Frequenzmesser 22, oder den Milliwattmesser 24 weitergibt.

Auf diese Weise ermöglicht der Digitizer 21 die Erfassung und Speicherung eines Signals für die Durchführung der Datenverarbeitungen durch den Rechner 1.

Der Spektralanalysator 23 wird verwendet, um Leistungen von Signalen mit durchgehender Wellenform, Frequenzen und das Leistungsspektrum im Bereich der Frequenzen zu messen. Er ermöglicht auch die Durchführung von Frequenzumsetzungen an seinem Hilfsausgang OUT, die mithilfe des Digitizers 21 die Durchführung von Messungen im Zeitbereich zulassen. Diese Vorrichtung besitzt den Vorteil, dass sie Messungen an HF-Signalen zulässt, deren Frequenz oberhalb des Durchgangsbandes des Digitizers 21 liegt.

Der Milliwattmesser 24 wird verwendet, um die Leistungen von Signalen mit durchgehender Wellenform und von Impulssignalen zu messen, mit der Möglichkeit, den zu analysierenden Impuls in einem Frame auszuwählen.

Der Frequenzmesser wird verwendet, um Frequenzen von Signalen mit durchgehender Wellenform und von Impulssignalen zu messen, die anhand eines HF-Signals moduliert worden sind, mit der Möglichkeit, einen Impuls aus einem Frame auszuwählen und die Impulsbreiten eines Impulssignals zu messen, das anhand eines HF-Signals moduliert worden ist.

Die voranstehende Beschreibung zeigt, dass es mit einer Vorrichtung mit einer relativ einfachen Konzeption möglich ist, komplexe Signale, wie sie in der Funknavigation verwendet werden, zu erzeugen und zu analysieren.

Natürlich kann die Struktur dieser Vorrichtung verändert werden, um andere Signaltypen zu erzeugen, ohne sich dadurch vom Konzept der Erfindung zu entfernen, wie es voranstehend beschrieben worden ist.


Anspruch[de]

1. Verfahren für den Test von Funknavigationsinstrumenten, das ein automatisches Testsystem verwendet, welches Messgeräte (21 bis 24) und Geräte für die Erzeugung von elektrischen Signalen (11, 13, 14, 15) steuert, wobei die genannten Instrumente Funknavigationssignale verwenden, die aus Niederfrequenzsignalen mit komplexer Form bestehen, die einen Hochfrequenzträger modulieren, dadurch gekennzeichnet, dass es folgendes beinhaltet:

- die Verwendung von mehreren Geräten für die Erzeugung von beliebigen Signalen, die Punkt für Punkt programmierbar sind, wobei die Geräte jeweils in der Lage sind ein niederfrequentes Primärsignal zu erzeugen, das die Form von Signalwellen besitzt, wie sie im Bereich der Funknavigation verwendet werden und das dazu bestimmt ist, um einen entsprechenden Träger zu modulieren, der von einem Breitband-Hochfrequenzgenerator abgegeben wird,

- die Kombination von Primärsignalen, die von den genannten Geräten abgegeben werden, um niederfrequente Signalgemische zu bekommen, die unterschiedlichen Funknavigationssignalen entsprechen,

- für jedes der Funknavigationssignale, die Auswahl eines Hochfrequenzträgers und die Absendung dieses Hochfrequenzträgers, der anhand des niederfrequenten Signalgemisches moduliert worden ist, um ein moduliertes Signalgemisch zu bekommen,

- das Anlegen des modulierten Signalgemisches an das zu testende Instrument,

- die Analyse der von dem zu testenden Instrument abgegebenen Signale anhand von Mess- und Analysegeräten,

wobei die genannten beliebigen Generatoren und der Hochfrequenzgenerator von einem Rechner gesteuert werden, dem Umschaltvorrichtungen zugeordnet sind, um selektiv die oben genannten Signalgemische zu erhalten, um den Träger auszuwählen, der sich für diese Signalgemische eignet, um selektiv die genannten modulierten Signalgemische zu erhalten, um diese modulierten Signalgemische an das zu testende Instrument anzulegen und um die Analysen durchzuführen, die diesen modulierten Signalgemischen entsprechen und um die definierten Testsequenzen anhand einer höheren Programmiersprache ausführen zu können.

2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oben genannten Mess- und Analysegeräte ein Digitalisiergerät und/oder ein Frequenzmessgerät und/oder ein Milliwattmessgerät und/oder einen Spektralanalysator beinhalten.

3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es die Durchführung einer Testsequenz beinhaltet, definiert anhand einer Sequenz von Anweisungen auf hoher Ebene, wobei die genannte Durchführung die Übersetzung jeder Anweisung auf hoher Ebene in eine Serie von spezifischen elementaren Befehlen der zu verwendenden Geräte für die Durchführung der genannten Anweisung und die Absendung jedes elementaren Befehls an das betreffende Gerät beinhaltet.

4. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die Demodulation eines Funknavigationssignals im Hinblick auf dessen Analyse mithilfe eines Messgerätes (21 bis 24) beinhaltet.

5. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die Verwendung von Punkt für Punkt programmierten Signalgeneratoren (13 bis 15) beinhaltet, um niederfrequente Primärsignale mit einer vorgegebenen Wellenform zu erzeugen.

6. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die Erzeugung eines niederfrequenten Signalgemisches beinhaltet, unter Verwendung eines Primärsignals, das von einem ersten Signalgenerator (13 bis 15) erzeugt worden ist, für die Phasen- oder Amplitudenmodulation eines Primärsignals, das von einem zweiten Signalgenerator (14, 15) erzeugt worden ist.

7. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es die Erzeugung eines niederfrequenten Signalgemisches beinhaltet, durch Addition von zwei niederfrequenten Primärsignalen, die von zwei Signalgeneratoren (14, 15) erzeugt worden sind.

8. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung eines niederfrequenten Signalgemisches die Synchronisation eines Generators (15) für niederfrequente Signale mithilfe des niederfrequenten Signalgemisches beinhaltet, das durch Demodulation des erzeugten Funknavigationssignals erhalten wird.

9. Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie an Geräte für die Erzeugung und Messung von Signalen (11, 13 bis 15, 21 bis 24) angeschlossen ist und dass sie Mittel für die Erzeugung eines niederfrequenten Signalgemisches durch Kombination der niederfrequenten Primärsignale beinhaltet, die von den genannten Standardgeräten (13 bis 15) stammen, und Mittel für die Modulation eines Hochfrequenzträgers, der von einem (11) der genannten Geräte für die Signalerzeugung und -messung erzeugt werden, anhand des niederfrequenten Signalgemisches.

10. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie Umschaltmittel (C1 bis C11) beinhaltet, mit deren Hilfe sich jeder der Generatoren (11, 13, 14, 15) getrennt verwenden lässt.

11. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie Umschaltmittel (C1 bis C9) beinhaltet, mit denen sich die Signale untereinander kombinieren lassen, die von den Generatoren für niederfrequente Signale (13, bis 15) abgegeben werden.

12. Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Addierglied (34) beinhaltet, mit dem sich zwei niederfrequente Primärsignale addieren lassen.

13. Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Demodulator (36) beinhaltet, mit dem sich das niederfrequente Signalgemisch vom Hochfrequenzträger trennen lässt.

14. Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie ebenso wie die genannten Signalmessgeräte und -generatoren (11, 13 bis 15, 21 bis 24) über einen Bus (12, 16) an einen Rechner (1) angeschlossen ist, wobei der genannte Rechner (1) für die Steuerung der Vorrichtung (3) und der Geräte (11, 13 bis 15, 21 bis 24) ausgelegt ist.

15. Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie an drei Punkt für Punkt programmierte Signalgeneratoren (13 bis 15) angeschlossen ist, die die Erzeugung eines niederfrequenten Signalgemisches ermöglichen, und an einen Hochfrequenz-Breitbandgenerator mit Amplitudenmodulation (11), mit dem sich ein Träger erzeugen lässt, der anhand des niederfrequenten Signalgemisches moduliert wird.

16. Vorrichtung gemäß einem der Patentansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zirkulator (38) beinhaltet, mit dem sich ein von der Vorrichtung (3) erzeugtes und an einen Kanal des zu testenden Gerätes angelegtes Signal von einem Antwortsignal trennen lässt, das von demselben Kanal stammt, für dessen Analyse anhand der Messgeräte (21 bis 24).







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