专利名称:先进的仪表着陆系统的制作方法本发明涉及一种先进的仪表着陆系统，更具体地说，是关于一类所有地面台按一定顺序辐射同频率引导脉冲的着陆系统的改进，这种改进使这样一种同频率着陆系统的地面台有可能在一个确定时钟系统里的指定时刻上辐射，并使该地面台能被一架既知道这样一个特定的指定时刻、又能获得利用该确定时钟系统时间的临场飞机唯一地识别。这种改进还对飞机给出了一个到地面站的精密距离。在单频着陆系统的一个地面台位于远离其它类似台的情况下，该地面台无需在一指定的时刻辐射，且临场飞机也不难识别该地面台。然而，如果在一紧凑的地理位置上有多个类似的着陆台彼此比较接近，则必须提供唯一地识别至少一个这样的同频率台以排除邻近的其它台的手段。在普通的着陆系统中，例如像在普通的仪表着陆系统(ILS)和FAA微波着陆系统(MLS)中，通过把一个波段中不同的频率分配给每个不同的台并将机上设备调谐到选定台的频率上来实现临场飞机和一特定地面台之间的唯一识别和信号交换。EAA MLS系统在5000到5250兆赫的频段上具有200个供其使用的单独频道，ILS系统在100到300兆赫范围里供其使用的成对频道中具有大约40个通道。因此，一个单频率着陆系统可分别识别的频道的适当数目被表明是在40至200个通道之间。在我的专利号为4429312、题为“独立的着陆监测系统”的美国专利中，讨论了一种不同型式的对一个同频着陆台的识别，在其中，为了识别该台，发射到飞机上的一些信号被脉冲编码。当飞机处在与其它地面站相隔离的偏远地区并且当飞机具有用以询问地面站的气象雷达、与雷达加在一起的一个译码电路及在飞机驾驶舱里的一个用于地面站选择的合适的密码选择转换器时，该系统一般是令人满意的。然而，并不是所有飞机都具有用于询问地面台的气象雷达。此外，如果在接近的地理位置上有若干个机场、或者同一机场具有若干个这种类型的着陆台时，来自所有这样的着陆系统的这些同频率信号会同时到达飞机，因此，为了单一的距离跟踪识别和进行引导的目的，这些信号不能适当地被分离开来。这基本上是为空中交通控制，由FAA所使用的普通空中交通控制雷达信标系统(ATCRBS)所遇到的同样问题，它被称为“混淆”。因而我的U.S.4429312专利所述的带有相应识别密码的气象雷达技术是非常适合于诸如近海石油钻架这样的隔离的远距离场所，但不适用于具有多个紧密相邻的同频率着陆系统的地方。这个问题的出现主要是由于这些系统和机上雷达全都使用一个共同的频率这样一个因素。因此，没有办法为了明确的识别目的去唯一地触发一个特定的台。因此，总是存在着不是令人希望的触发邻近台的风险，结果是该飞机会同时收到引起混淆的来自两个位置的对飞机的响应。除了一个能唯一地识别一个特定的同频率的地面台的方法外，对一个着陆系统来说，非常希望的特性是具有提供距离信息的能力。距离数据至少有三方面的主要用途1.用于警告飞行员接近着地点程度的一种手段;2.当飞机到着地点的距离变小时，为了保持闭环稳定性，距离数据可用于自动降低着陆台增益的手段(常常被称为“过程软化”);以及3.作为利用由着陆系统提供的仰角数据来确定着陆过程中飞机在跑道上方高度的一种手段。在普通的ILS系统中，至着陆点的距离一般由地面上与着陆点相隔一些确定距离的标誌信标台提供的。这些信标台辐射着陆飞机要穿过的垂直扇形波束，机上这样获得的距离信息用来警告飞行员并用于“过程软化”。在FAA MLS和普通的ILS的实际应用中，另一种更为精确的距离测量值是由几乎所有飞机都配有的普通的TACAN/DME(塔康/测距仪)询问器提供的。机上TACAN/DME装置询问一个与MLS或ILS地面台置在一起的DME信标台，并利用通常的DME技术从该信标台接收一个直接的距离测量值。在某些着陆应用下，需要一个非常精密的距离测量值，为此目的，采用了一个精密DME(通常称为PDME)。PDME类似于普通DME，可是采用更快上升沿的脉冲来获得更高的精度。这种PDME系统对于为获得一个需要的非常精密的距离测量而必须使它的飞机，增加了在机上安装相应的PDME机上设备的负担。在着陆系统中用于获得精密距离的另一个技术是由我的U.S.4429312专利中给出的技术教导。在该公开内容中，距离测量是由气象雷达询问着陆系统的地面台并触发脉冲角度引导信号的发送得到的。这些脉冲应答信号是与气象雷达的询问同步的并用普通的方式对它距离跟踪以在飞机上提供精密的距离。用快速上升沿的脉冲能够获得更高精密度的距离测量。
如上所述的两种识别地面台的方法(即频率选择或脉冲编码)都需要附加设备以及或者用于调谐到地面台的频率、或者用于选择从那个地面站辐射的信号的译码法的可调节的驾驶舱控制。另外，采用标誌信标台或DME台进行距离测量，需要在着陆系统地面台处有合适的标誌信标台或DME信标台。非常精密的距离测量需要增加专门的空中和地面的PDME设备，而利用气象雷达来提供精密距离(如在我的U.S.4429312专利中教导的那样)消除了需要附加PDME设备，但并不是所有的飞机都配备有气象雷达。因此，所有普通的着陆系统都已趋向于需要增加机上设备、或者驾驶舱的控制装置、或者同时增加这两者，以便获得与选定地面台唯一的联系及离它的距离。
除了上面所讨论的两种获得距离的技术外(即飞机穿过标誌信标台和测量飞机的询问发射与飞机从位于着陆系统处的脉冲转发机获得的应答接收之间过去的时间)，还有计时站技术。该技术可以利用高精度和低精度时钟来实现。例如，像一个地面站或机上站中的一个参与单元中的设备，在一个确定的非常精密的时钟系统里的一个已知时刻发射一个信号，在第二个单元、比如飞机上的设备在同一确定的时钟系统里测量该发射信号的接收时间;由于知道发射信号的时间，所以在两个站之间信号的传播时间、因而也就是两个站之间的距离就可以计算出来。这种计时测距方法的一个已知的应用是美国空军AN/APN-169，站保持设备(SKE)(Station Keeping Equipment)。
建立一个共同时钟时间的另一个方法是给各个参与单元装上价格低的具有标称稳定度的时钟、并定期地使这些钟与一个共同的时间基准同步。这样一些低价格时钟的同步可以由一个最初的一般的双路测距过程来实现，这种双路测距过程确定了参与单元之间的距离，然后通过在有关联的时钟时间参与单元之间的交换利用被测量的距离数据。这样，各个参与单元的低价时钟对所有的参与飞机中的一个选定飞机上的时钟调整同步。该同步过程然后以周期性的时间间隔重复进行，该时间间隔应当频繁出现以使该共同的时间基准保持足够的精度。所有时钟对一个选定单元的时钟同步的方法的一个变形是将所有的时钟对同步过程开始时所有时钟时间的平均值同步。
因此，这种“就地”同步过程需要精密的测距以及数据交换或通讯系统，包括每个参与单元中的发射机和接收机。在所有的飞机上需要时钟同步设备在许多应用中不是令人希望的(即费用、重量和复杂性)。
利用共同的时钟系统的优点之一是可以通过利用“时间缝隙”实现识别。在这种开时间缝隙的构思中，每个参与单元被指定一个特定的辐射时钟时间，该时钟时间以特定的时间间隔重复。例如，一个特定的参与单元，如第3号，可以在每分钟的第三秒时辐射。与这种在一个特定时间上的辐射相组合的是随后的其它参与单元不得辐射的时间间隔或时间缝隙，这种由参与单元利用一个确定的时钟时间及一个对它规定的相应的时间缝隙就允许其它参与单元能接收到它的发射、用以实现该发射发送器的识别(即在该时间间隔里收到的任何发射必定是来自于指定在该时间间隔里发射的参与单元)。利用一个指定的时间缝隙或时间段来提供一个受保护的识别方法可以视作为类似于利用一个识别用的不同的频率，该频率不能被处于一特定地理位置区域中的其它站使用。
虽然使用确定的和具有精度为几分之一微秒数量级的精密时钟时间既可以提供精密测距，又可提供唯一的识别，但是当前使用这样一个共同的和精密的时钟时间受到非常稳定的时钟，如原子钟，带来的费用和复杂性的限制，或者受到较低价格时钟所需的同步设备(即通讯系统等)的费用和复杂性的限制。
广泛地认为，由于所有台址处的工作通常是在单独一个频率上进行的，所以着陆系统原本并不需要使用多个频率。单一频率工作是个优点，因为如果实际的引导着陆系统对不同的场址总能工作在同一个频率上，那么机上设备的复杂性和价格就可能极大地简化。例如，机上接收机可以是一个固定频率的装置。
因此，应该认识到，当仅仅使用安装在一个IFR(仪表飞行控制)飞机上的机上设备时，在一个固定频率的着陆系统中，就需要有一个既可以提供站选择又可以提供测距数据的着陆系统。而且，这样的一个系统应该是简单和低价的。在除了最小的飞机以外、所有的飞机上都实际增加了“导航星”(NAVSTAR)或“全球定位”(Global Positioning System)(GPS)导航装置的情况下，也非常希望找到利用GPS的方法、为单一频率的着陆系统提供通道化(即识别)和距离数据。这一点因为这样一些固定频率着陆系统固有的低价格以及在遍及世界更多的地方都可以找到而变得特别实际。因此就存在需要一个先进的仪表引导系统。
根据本发明的一个实施方案，给出了一个着陆系统，它包括每个配备GPS接收机的一个地面台和一个机上台，该接收机产生一个代表GPS系统时间的触发信号，一个辐射发射信号序列的地面台，该序列包含帮助飞机着陆的精密引导信息，以及一个具有接收机和处理器的机上台，该处理器用来变换这些精密引导信号，给飞机驾驶员提供引导飞机着陆的指示。更具体地讲，由地面台上的GPS接收机来的触发信号被进一步处理，在对一特定地面台指定的一个特定时间上给出一个第二触发信号或激励信号。作为对这个激励信号的响应，该地面台辐射飞机引导信号。在机载台中，由机用GPS接收机得到的触发信号被进一步处理，在一个特定的时间上(即相当于选择一个希望从它那里接受着陆引导的特定地面站和选择一个时间间隔或时间缝隙，在此时间间隔里可以从这样被选择的地面站有效地接收信号)提供一个激励该处理器，使它产生着陆引导信息的信号。这种使用GPS时钟时间的技术，由于该时钟时间对GPS接收机不用增加费用就可得到，所以该技术对被选取的低价格单频率着陆系统的地面站提供可靠的识别。
在本发明的一个具体的实施方案中，从地面台辐射的信号序列包含了一个测距基准信号，这些测距基准信号和相关联的引导脉冲在机上被接收到时是对飞机上所产生的GPS时钟时间触发信号同步重复的。于是，测距基准信号在飞机上被收到的时间可以用普通的同步距离跟踪电路测量，所以可以精确地计算出飞机和地面台之间的距离。因此，GPS时钟时间提供了到一个选定的低价格单频率地面站的精密距离数据。
随着GPS的出现，精密同步化的机用时钟将在航空飞行器中变得很平常。可以获得这样的通用时间使得以更广阔的规模来考虑应用这样的时钟技术是非常合适的。本发明的其它一些优点和特征将从本发明的详细描述、例举的实施例、附图和
权利要求
1.一种使飞机沿一条由预定的下滑斜度和中心线规定的最佳着陆引导路线着陆的系统，包括有(a)一个或多个地面台，每个包括有一个发射机，收到一个触发信号而工作，用于对飞机辐射一个发射信号序列，该发射信号包括通过沿引导路线指向的定向引导天线辐射的精密引导信号；(b)一个机上台，包括接收所说发射信号的无线电装置以及处理器装置，响应于一个激励信号、处理所说的发射信号，以便提供用于引导飞机着陆的引导指示；(c)在每个地面和机上台处的一个GPS接收机，用于产生代表GPS系统时间的GPS信号；(d)在每个地面台处的同步装置，响应于所说GPS信号而工作，用于产生一个激励所说发射机的触发信号；以及(e)在每个机上台处的同步装置，响应于所说的GPS信号而工作，用于产生一个激励所说处理器装置的触发信号，由此，所接收到的对于GPS时间同步的发射信号也对所说处理器装置的工作同步。
2.如权利要求
1所述的系统，其中所说的地面台同步装置包括时间缝隙选择装置，用于选择所说发射机激励信号被产生的时间，起GPS系统时间的作用，基此使每个地面台在指定的时间上发射。
3.如权利要求
2所述的系统，其中所说的机上台同步装置包括时间缝隙选择装置，用于选择GPS系统时间的时间间隔，在该选择的时间间隔里，所说的处理器装置被驱动去处理所说的发射信号序列。
4.如权利要求
3所述的系统，其中所说的时间间隔以一个选择的地面站辐射所说的发射信号开始，并且其中所说的时间间隔持续一个足够长的时间长度，足以保证接收到由一个预定工作范围中的所说选定地面站的发射信号。
5.如权利要求
4所述的系统，其中所说的地面站的指定时间由对于其它地面台的发射信号是可调的所说时间缝隙选择器装置确定的，使得对于所说的选定的地面站的辐射，在一个足以排除来自其它地面站的发射信号干扰来自所选定地面站发射信号的适当处理的时间长度上，不允许其它地面站辐射。
6.如权利要求
1所述的系统，其中由一个地面站辐射到飞机上的发射信号序列包括一个由地面台接收到所说激励触发信号后发射的基准信号;以及其中所说的机上处理器装置包括根据接收到的GPS系统时间和所说的基准信号之间的时间间隔来确定飞机到所说地面台距离的装置。
7.如权利要求
3所述的系统，其中所说的机上处理器装置包括距离门跟踪装置，该装置响应于所说的时间缝隙选择装置，且响应于所说的基准信号和所说的精密引导信号到达飞机的时间，用以排斥由所说无线电装置接收到的落在所选择的时间间隔内、并且如果对其处理会产生无关引导指示的信号。
8.如权利要求
6所述的系统，其中每个地面台包括一个全方向性的天线，且所说基准信号由所说地面台通过它的全方向性天线辐射。
9.如权利要求
6所述的系统，其中所说的由每个地面台辐射的基准信号被编码，用于识别各个地面台。
10.如权利要求
1所述的系统，其中所说的在每个地面台处的引导天线包括多个成对安置并辐射对引导路线是成对的引导波束的定向辐射装置，所说定向辐射装置包括重叠的成对的定向信标辐射装置，该装置指向水平面上的中心线相对的两侧，还包括重叠配对的下滑斜度辐射装置，该装置指向所说预定下滑斜度的上方和下方;以及其中每个地面台包括信号计时和开关装置，利用所说的发射机激励信号，将不同的辐射装置耦合到发射机上，由各个定向信标和下滑斜度辐射装置辐射每个接连的引导信号波束。
11.如权利要求
10所述的系统，其中每个机上台包括用来指示飞机偏离着陆路线的指示器装置，且其中所说的处理器装置(a)响应于所说的由所说无线电装置接收的引导信号，且响应于每个信号序列中的时间位置;(b)将所接收到的引导信号波束配对，且比较这些信号对的强度;(c)对所说的指示器装置产生和传送用于指示对所说着陆引导路线偏差的输出信号。
12.如权利要求
1所述的系统，其中所说机上台中的GPS接收机包括用于确定所说飞机地理位置的装置，由此，在知道地面台地理位置的情况下，能够确定该飞机和地面台之间的距离。
13.如权利要求
1所述的系统，其中所说机上台的GPS接收机包括响应于所说触发信号的产生与所说飞机上接收到所说精密引导信号之间的时间差、用于确定所说飞机到一个地面台的距离的装置。
14.如权利要求
1所述的系统，其中在所说地面台中的所说GPS接收机位于一个已知的位置并包括(a)响应于被接收的来自于卫星一个星座的信号、用来确定所说地面台位置的装置;(b)用来测量所说已知位置和所说确定位置之间差值的装置;以及(c)用于贮存和向所说机上台发射表征所说位置差值的校正信号的装置。

一种用于飞机着陆的系统，它利用了由GPS系统时间同步的一个地面台和一个机上台。地面台包括一个辐射信号序列的发射机，该信号序列向飞机提供了精密引导信号，机上台包括一个无线电接收机和一个处理器，用于接收和处理被发送的引导信号，为了在飞机着陆时向驾驶员提供指示帮助飞机着陆，还包括一个机上GPS接收机和地面GPS接收机以产生代表GPS系统时间的信号，包括一个机上的通道选择器用以启动处理器使其与地面台发射机同步。