专利名称:测定远程罗兰—c导航系统和有关信号的到达时间及在发射机现场测定本地信号的有效 ...的制作方法
本发明涉及如下目的的方法和装置，即测定来自远程导航发射机，例如罗兰(Loran)-C系统的，或是此类发射机现场的同步链路中有关类型的信号到达时间(TOA)，以及测定在所述链路的一个发射机现场作本地发射的各信号的有效发射时间(TOT)。
只要不怎么保密，本发明使用距离-距离(“Rho-Rho”)系统却是特别方便，该系统使用配备以原子标准的铯频率标准用来控制罗兰-C网络及该网络中通过网络传输控制移动电台的导航，该系统将从主台TOT到所述移动电台TOA的时间间隔以及从主台TOT到从动台发射机的TOA的时间间隔进行计数，并把它们变换为距离，例如，象A·威廉·马歇尔的《深海技术》一书(1971年4月出版)中“采用距离-距离方式的罗兰C系统”一节所描述的那样。该后者变换包括，将在移动电台从主台和从动台信号TOA之间的计数减去从主台到从动台发射机的基线延迟以及从动台中的编码时延(CD)。
然而，实际上在来自远程发射机的信号的TOT和TOA的正确测量方面存在一些问题，这类问题是由于存在大型反射发射机天线结构或者现场的其他物体以及接收天线所在现场的近场中的无用的相移所造成的，另一类则属于该接收机精确地处理由该现场近处的发射机所发射的大幅度信号的问题，这两种问题都在TOA以及现场TOT的测量中引进了误差。
在将要采用的发射机链路中，例如在上述用于距离导航的发射机链路中，相对于某种绝对时间基准精确地控制定时发射是必要的。在这样进行时，把监控接收机与发射机共位设置是方便的。首先，这避免了必需为该接收机准备单独的机房、电源等。而且还减少了控制问题所涉及的变量的数目。
与TOA测量相联系的一个问题是属于从共位设置的发射机所发射的信号的大幅度问题，大部分接收机不能精确地处理这种信号。为了解决这个问题，本发明的一个特点包括导出具有相对于本地发射信号有固定的、已知时间关系的模拟罗兰信号，并根据这种模拟信号测量远程信号的TOA。通过使该模拟信号出现在本地发射信号未占据的时隙中的安排，上述大幅度信号就不会损害所述测量。此外，最好是把该模拟信号引入到监控接收机中尽可能地靠近天线的地方。这是因为远程信号在与其他信号进行时间比较之前通过天线、天线耦合器、通向接收机的连接电缆以及该接收机内部的电路进行渡越。在这传送过程中，远程信号经历了可能不随或者可能随时间、温度等变化的相移。由于在天线处引入第二个信号，因此，这种信号也经历了和远程信号相同的相移，从而可将各误差减至最小。
该模拟技术在其他更广泛的应用场合中，即，在人们把远程信号的到达时间与任何本地时钟相比较的任何距离测量中也是有用的。本发明利用时钟产生模拟的罗兰(或者其他)信号，并将此信号耦合到天线中，而不是在接收机电路中做这种比较。
当在大反射体附近进行TOA测量时，在引入模拟信号时下述直角环路的采用减弱了其他误差源的影响。从这些大反射体所散射的在附近的监接收机所接收的远程信号并在附近的监视接收机所看到的该合成信号中引进相移，本发明的特征则消除了这种现象。
虽然模拟技术和直角环路技术论述不同的测量误差源，并且可以彼此单独使用，但是也可以如上所述协合使用。
因此，本发明的一个目的是提供一种用于消除这种TOA和TOT测量误差而不受接收天线位于发射机现场的限制的新的、改进的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供新颖的TOA和TOT测量技术以及具有更普遍的适用性的有关的测量技术。
本发明的再一个目的是提供一种新颖的本地模拟技术，这种模拟技术可有效地单独使用，而且也可消除由共位设置的发射机发射的大幅度信号，而通常不能为大多数接收机所精确地处理的问题。
本发明的又一个目的是提供一种新颖的直角环路模拟信号引入技术，当在大反射体附近进行TOA测量时，这种技术减弱了误差源的影响。该大反射体散射由附近的监视接收机所接收的远程信号和对附近的监视接收机所接收的合成信号引入相移。
下文中将说明其它和进一步的目的，并且在所附权利要求
书中更具体地描述。
简言之，从其一个着眼点出发，本发明包括在位于同一现场的本地发射处远程发射机的罗兰信号和相似信号的到达时间(TOA)的方法，而在所述现场的该远程信号被配置在本地发射机天线电磁场的近距离范围内的接收天线所接收，这种方法包括在接收天线处，接收来自所述远程发射机的远程信号;在所述现场产生一种模拟罗兰信号，该信号与由本地发射机发射的本地信号之间具有固定的、已知的时间关系;把该模拟信号耦合到接收天线中;测量在接收天线中接收到的、来自上述同一远程发射机的远程信号的到达时间，并且把该远程信号的到达时间同模拟信号相比较;以及记录该模拟信号的时间，使它出现在未被来自本地发射机的信号所占据的时隙中。
从另一个着眼点出发，本发明还包罗兰在大的反射体和散射体附近进行到达时间测量时，采用新颖的直角环路模拟信号注入技术，用于减轻误差源。下面将描述最佳实施例和最佳方式的细节和装置。
现在将参照本发明，其中图1是本发明以最佳形式给出的示意电路和系统图;而图2A和2B是所述图1系统中用于定义测量方法的定时图。
参照图1，在一条链路的从动发射机现场S，该链路包括一台几百英里远的、受设置在中间位置的铯时钟控制台控制的距离-距离罗兰-C主发射机N，本地发射机天线1和本地接收及监视天线2均展示于同一现场。用于100千赫的罗兰-C频率时，通常所述天线1可以用220为高度，其散射场延展至远超过该天线1的300米左右(约一个波长)，所述接收天线2设置在该处。如众所周知，从所述电台N发射的信号将在2处被接收，并被馈送给监视接收机4。所述发射机天线1将在其发射机3的控制下根据铯时间标准5和定时器7所确定发射其罗兰-C脉冲，而且如众所周知，该发射机可以是例如与本发明同一受让人的美国专利证书第3，786，334号、第3，889，263号和第4，151，528号中所公开的那种类型。所述接收机可以是例如美国专利证书第3，921，076号中所说明的那种型式。
就首先提出的问题来说，当离开天线只有300米远时，要在2-4精确地测定来自一台250千瓦发射机的信号的TOT是困难的。因此，本发明提供一种技术，用以间接地测定该TOT。来自控制发射机3的定时器7的定时脉冲，通过100千赫模拟振荡器6被用于产生模拟的罗兰信号。当然，所用定时脉冲必须合时地同所述发射机有效TOT保持固定关系。这是一个合理的前提，如习惯作法那样，因为所述发射机里面的控制环路在定时脉冲和天线电流之间是保持着一个固定关系的。
模拟的罗兰信号经过延时，然后通过电缆6′发往小环形天线2′把模拟信号紧密地耦合到接收环2中。这样做是为了保证，出现在接收天线2和接收机4之间的任何相位变化，将同时由来自N的远程接收信号和来自6的模拟信号这两者所承受。
于是，如前所述，从共位设置的发射机天线1辐射出来的高强度信号不能损害在接收机4的TOA测定。在所述模拟振荡器6中产生的模拟罗兰信号同本地发射的信号的时间关系是固定的、已知的，而所接收的来自发射机N的远程信号的TOA则在接收机4中根据该模拟信号进行测定。如前所述通过把所述模拟信号安排成出现在没有被在1处的本地发射信号占用的时隙中，则防止了大信号损害所述测量过程。
所述远程信号，在将它同另外的信号作时间比较之前，通过接收天线2、天线耦合器、连接到接收机4的电缆以及该接收机中的某些电路进行渡越。如前所述在此渡越期间，要经受相移，该相移对时间、温度等变化而言也许稳定，也许不稳定。通过在天线2引入模拟信号，该信号经受如同远程接收信号同样的相移，从而可把误差减到最小。所述本发明的技术是利用时钟定时器7产生模拟罗兰信号，并把该信号耦合到接收天线2中，而不是在接收机电路中进行比较。
现在还需要确定发射机1～3的有效TOT和接收天线处模拟信号TOA之间的精确的延时。上方图2A为本地发射机1的定时图，假定远在所述基线延长线上八个或更多波长的地方测定在记录延时TD(S)期间的编码时延(CD)，将能够计算出所述模拟器延时。类似情况存在于所述主现场N，在那里编码时延加上两倍的电台N和S之间的传播时间(PTNS)在所述基线延长线上测定。
所述模拟信号在电台S的时延(SSIM)示于图2A上，等于来自电台或现场N的远程信号的TOA和所述模拟信号(SIM)在现场S产生的时刻之间在电台S的延时(TD〔S〕)，减去前面提到的编码时延(CD)。在图2B中，很明显，类似地会在电台或现场N产生的模拟信号(NSIM)的延时，等于在电台N的时延(TD〔N〕)加上CD，再加上两个PTNS(上面已定义)。
一旦按此方式校准了在N和在S的各模拟器，所述网络的计算机控制装置(如PDP/11)现在就可以从监视器的各延时和所述已知的各延时连续地计算出编码时延和PTNS。
如前所述，在所述网络的每台发射机处，在不得不把接收天线设置在本地发射机现场的情况下，需要测量其TOT和来自远程发射机信号的TOA之间的时间间隔。这样，尽管接收天线2可以设置在罗兰发射天线1的地平面以外，但它还是可能在所述大天线1的300米范围内。有两个问题与接收天线的这种定位相关。第一个问题是，由发射天线1产生的电磁场非常大(超过正常接收机的动态范围)，而且受到某些分量的损害，而这些分量在离开若干波长的更远的场中是不存在的。此外，如上所述，来自现场N被接收的远程信号由于大天线1和其他反射体的反射而发生散射，而由接收天线2看到的合成场则可能包含不希望有的相移。
先前的工作表明，由220米调谐天线1产生的300米散射场不会大于入射场大小的十分之几。如果该散射场与入射场在相位上相差1/4周期(最坏的情况)并且大小是入射场的0.3，就将导致500毫微秒的相移。尽管这个关系在某些条件下可能是稳定的，但最好还是通过放置环形接收天线2，比如说在离开大天线1300米处，并且如所示，取向垂直于在1处(现场S)和现场N两发射机之间的基线，来识别所述的两个场。就这样可以在实际上获得入射场和散射场之间大于40分贝的鉴别率，此种鉴别使由该散射场引起的任何相移减小到小于5毫微秒。
如上所述，虽然所述本发明的模拟技术和所述直角环路的取向可以互相独立，但如所述它们可以协同地一起使用。当在一个大型反射物体附近测定TOA时，直角环路2的使用减轻了误差的一个源，由于大型反射体而使所述远程信号被散射，即，这种被散射的信号另外被附近监视接收机4所接收，而且在由该附近监视接收机4所看见的合成信号中引入相移。
本领域的技术人员易于想到许多另外的改型，但这类改型被认为是属于所附权利要求
书中所定义的本发明的精神和范围之内。
权利要求
1.在一本地发射机的同一现场测量来自远程发射机的罗兰C和类似信号的到达时间(TOA)的方法，在该现场该远程信号将在配置在本地发射机天线电磁场的近距离范围内的接收天线中被接收，其特征在于包括以下步骤-在接收天线处，接收来自所述远程发射机的远程信号；-在所述现场产生一种模拟罗兰信号，该信号与由本地发射机发射的本地信号之间具有固定的、已知的时间关系；-把该模拟信号耦合到接收天线中；-测量在接收天线中接收到的、来自上述同一远程发射机的远程信号的到达时间，并把该到达时间同模拟信号相比较；-记录该模拟信号的时间，使它出现在未被来自本地发射机的信号所占据的时隙中。
2.如权利要求
1中所要求的一种在一本地发射机的同一现场测量待在该现场接收的来自远程发射机的罗兰C和类似信号的到达时间的方法，其特征在于所述来自远程发射机的运程信号的接收是在设置在本地发射机天线及其他反射体附近的所述现场的环形天线中完成的，所述反射体也把所述远程信号的散射分量引入环形天线中;-确定该环形天线的取向，使它基本上位于与发射机之间的方向成直角的平面内，用以消除可能由远程信号的这种散射在接收信号中引起的相移，以便消除到达时间测量上的误差。
3.一种相对于位于同一现场中的本地时钟系统测量来自远程发射机的无线电信号的到达时间的方法，在所述现场，远程信号将在接收天线中被接收，所述方法的特征在于包括以下步骤-在接收天线处接收来自所述远程发射机的远程无线电信号;-在所述现场，从该时钟系统产生模拟的、相似的无线电信号，该信号与本地时钟系统之间具有一种固定的、已知的时间关系，-把该模拟无线电信号耦合到接收天线中;-测量在接收天线中接收到的来自所述远程发射机的远程无线电信号的到达时间，并且把该到达时间与模拟无线电信号相比较。
4.如权利要求
1中所要求的方法，其特征在于其中发射机以距离-距离罗兰C主-从方式工作。
5.一种在本地发射机现场测量来自远程发射机的罗兰C和相似的信号的到达时间的方法，在该现场，远程信号是在本地发射机的天线电磁场的近距离范围内被接收，该方法的特征在于包括以下步骤-在所述现场上的接收天线系统中接收所述远程信号，-在所述现场上产生一种本地模拟罗兰C信号，该模拟信号与在所述现场上由本地发射机发射的信号有一个编码时延关系;-以紧耦合的方式把该模拟信号耦合到所述接收天线系统中;-将远程信号的所述到达时间和模拟信号的到达时间之间的时延减去本地发射机处的编码时延，以确定本地发射机的信号发射时间。
6.一种位于与接收远程信号同一现场的、本地发射机处测量来自远程发射机的罗兰C和相似信号的到达时间的方法，其特征在于包括以下步骤-在位于所述现场的本地发射机天线和其他反射体附近的环形天线中接收来自远程发射机的远程信号，这些反射体也把所述远程信号的散射分量引入该环形天线;-测量所述远程信号在该环形天线中被接收时的到达时间;-确定该环形天线的取向，使它基本上位于与发射机之间的方向成直角的平面内，用于消除由远程信号的这种散射在接收信号中可能引起的相移，以便消除到达时间测量上的误差。
7.用于根据位于待以接收天线接收所述远程信号的同一现场的本地时钟系统测量来自远程发射机的无线电信号的到达时间的装置，该装置的特征在于包括-用于在接收天线处接收来自所述远程发射机的远程无线电信号的设备;-用于从位于所述现场的时钟系统产生与本地时钟之间具有一种固定的、已知的时间关系的模拟的、相似的无线电信号的设备，-用于把所述模拟无线电信号耦合到接收天线中的设备，-用于测量在接收天线中接收到的、来自所述远程发射机的远程无线电信号的到达时间，并且把该到达时间与模拟无线电信号相比较的设备。
8.如权利要求
7中所要求的装置，其特征在于其中，所述信号是罗兰C信号，并且本地发射机与配置在本地发射机的天线电磁场的近距离范围内的所述接收天线位于同一现场中，所产生的模拟信号是模拟罗兰信号，以及提供了为记录模拟信号，使它出现在未被来自本地发射机的信号所占据的时隙中的设备。
9.如权利要求
8中所要求的装置，其特征在于其中所述接收天线是环形天线，其取向基本上位于与发射机之间的方向成直角的平面内，用以消除由远程信号的这种散射在接收信号中可能引起的相移，以便消除到达时间测量上的误差。
专利摘要
用于在罗兰发射机现场，通过使用在本地产生的、并且被耦合到接收天线系统中的模拟罗兰信号(该天线系统接收未被来自本地发射信号占据的时隙中的远程信号)测量远程罗兰C和有关信号的到达时间以及本地信号的有效发射时间的方法和装置。
文档编号G01S1/00GK87104969SQ87104969
公开日1988年1月27日 申请日期1987年7月14日
发明者罗伯特·B·戈达德 申请人:兆脉冲公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan