Warum wartet eine DME-Bodenstation 50 Mikrosekunden?

Die FAA sagt, dass eine DME-Bodenstation genau 50 Mikrosekunden nach Erhalt einer Abfrage von einem Flugzeug eine Antwort sendet. Aus welchem ​​Grund gibt es eine Verzögerung von 50 Mikrosekunden?

Eine wichtige Frage ist: Sagt (und meint) es normalerweise , oder ist das eine bestimmte Verzögerung ?
Wenn Millisekunden ein Tippfehler sind, warum bearbeitet ihn dann niemand?
Es scheint, dass das "typisch" hier völlig falsch ist. (Siehe Henning unten.) Jemand sollte es bearbeiten.
@JoeBlow: Bei Math.SE, wo ich die meiste Zeit verbringe, zögern wir, Fragen zu bearbeiten, um Missverständnisse des OP zu beseitigen. Das Aufräumen der Missverständnisse sollte eher in Antworten geschehen , denn das Aufklären könnte der ganze Punkt für den Fragesteller sein (hier fragt das OP möglicherweise, weil er denkt, dass 50 ms eine seltsam lange Verzögerung sind - wer weiß?), und in Form einer Bearbeitung darauf hingewiesen zu werden, ist viel weniger sichtbar als eine tatsächliche Antwort. Ich weiß nicht, ob die Standards bei Aviation.SE anders sind, aber deshalb habe ich sie nicht bearbeitet.
das ist eine interessante Politik; verstanden. pädagogisch sinnvoll. Ich bin jedoch beunruhigt darüber, dass falscher Text an Google gesendet wird, wissen Sie: O
@JoeBlow Wie in Hennings Antwort erwähnt, kann die Verzögerung bei Verwendung mit ILS-Systemen reduziert werden, damit die Entfernung eher an der Landebahnschwelle als an der tatsächlichen Antenne der DME-Bodenstation zu liegen scheint, also scheint "normalerweise" genau zu sein. Für genaue Details des DME-Systems siehe Kapitel 4 von FAA AC 00-31A .
Ich fürchte, ich stimme Reirab nicht zu, Sie würden niemals "typisch" verwenden, um einen genau angegebenen Teil eines Systems zu beschreiben (wenn es absichtlich kürzer variiert wird, "simulieren" Sie immer noch genau diese von der Präzisionsspezifikation angegebene Zeit).

Antworten (2)

Die Verzögerung beträgt nicht 50 Millisekunden , sondern 50 Mikrosekunden .

Es dauert einige Zeit, bis die Bodenausrüstung das eingehende Signal dekodiert, entscheidet, dass sie antworten muss, und ihren Sender einschaltet. Damit die Entfernungsmessung zuverlässig ist, muss diese unvermeidliche Verzögerung genau definiert und für alle DME-Stationen gleich sein. Außerdem gibt es dem Verhör aus der Luft etwas Zeit, um seinen Sender abzuschalten und mit dem Abhören zu beginnen, selbst wenn es sich direkt über der Bodenstation befindet.

50 µs müssen sich wie ein geeignetes Intervall für die Standardisierung angefühlt haben, lang genug , damit es vernünftigerweise möglich ist, die Bodenstationen so zu konstruieren, dass sie es erfüllen (angesichts der Technologie zu der Zeit, als das Design erstellt wurde), aber kurz genug , dass eine DME-Station dies kann eine akzeptable Anzahl von Flugzeugen zu bedienen, ohne sich überschneidende Verzögerungen zwischen verschiedenen Abfragen handhaben zu müssen.

Die Standardverzögerung bedeutet auch, dass eine für ILS verwendete DME-Station auf halbem Weg zwischen den Schwellen der Landebahn angeordnet und so eingestellt werden kann, dass Flugzeuge die Entfernung zur Schwelle und nicht zur physischen Antenne sehen, indem die Verzögerung entsprechend reduziert wird. (Ein solches DME liefert keine nützlichen Messwerte für Flugzeuge, die nicht auf die Landebahn ausgerichtet sind).

Beachten Sie übrigens, dass die 50 µs die Zeit zwischen dem Empfang des zweiten Impulses eines Abfrageimpulspaares und dem Senden des zweiten Impulses der Antwort sind. Die Bodenstation muss also in weniger als 50 µs mit dem Senden der Antwort beginnen , nachdem sie weiß, dass sie eine vollständige Abfrage erhalten hat. Bei Y-Kanälen, bei denen zwischen den beiden Antwortimpulsen 30 µs liegen, hat die Bodenstation tatsächlich nur 20 µs Zeit, um zu reagieren.

Ein kleiner Punkt: Das Problem der Überschneidung wäre irrelevant, denke ich. Wenn die Verzögerung (sagen wir) 20 Sekunden betragen würde, wäre es völlig trivial, jeden noch genau 20 Sekunden nach der entsprechenden Ankunft auszusenden, selbst wenn tatsächlich viele gleichzeitig ankamen. Mit anderen Worten in Bezug auf dieses Problem: "Behandeln Sie überlappende Verzögerungen zwischen verschiedenen Abfragen" , es ist ziemlich wahr, dass die Soft3are-Ingenieure das "behandeln" müssten, aber (A) es macht absolut keinen Unterschied, was die angegebene Verzögerung ist, und (B) wie es ist passiert, es ist sowieso trivial.
{Alle obskuren Racetrack-Bugs, die auftreten würden - würden trotzdem unabhängig von der eingestellten Verzögerung auftreten.}
@JoeBlow: Es ist in der Tat möglich , überlappende Verzögerungszeiten zu handhaben, wenn Sie einen Computer haben, um sie zu verfolgen - nicht ganz trivial, da die genauen Zeiten der Antworten mit einer Genauigkeit von annähernd Nanosekunden ausgeführt werden müssen, aber sicherlich machbar. Denken Sie jedoch daran, dass das System aus den 1950er Jahren stammt. Damals gab es noch keinen Computer, um die Bodenstation zu steuern; die Verzögerung würde mit analogen Schaltungen implementiert werden. In dieser Einstellung wäre es ein ganz anderes Problem, mehrere verschiedene Verzögerungen gleichzeitig aktiv zu halten.
@JoeBlow: Das Verzögern von 20 Sekunden, ganz unabhängig davon, dass die Bodenstation dies tun würde, würde lächerliche Anforderungen an die Taktstabilität der Luftausrüstung stellen . Jedes ppm Uhrdrift würde einen Messfehler von mehr als 3 NM verursachen.
Hallo Henning - zu 1950, fair genug, ich habe keine Ahnung, was sie damals hatten. (Es scheint seltsam, dass wir immer noch Konzepte von vor 70 Jahren verwenden? Wäre das nicht irgendwie aktualisiert worden?) Nur in Bezug auf die 20 reinen Beispielsekunden. Unklar ist noch, ob das Signal genau 50 ms später rauskommen soll, oder der Sinn der Richtlinie liegt, dass es "rund" 50 ms sein soll ... oder heißt es tatsächlich "bis zu 50 ms, je schneller desto besser". Niemand hat dies beantworten können.
@JoeBlow: Es sind genau 50 µs (immer noch keine 50 ms, was tausendmal länger als 50 µs ist). Das Prinzip von DME besteht darin, dass das Flugzeug misst, wie lange es dauert, bis die Antwort eintrifft, und diese mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert. Wenn die Bodenstation mit weniger als den angegebenen 50 µs Verzögerung antwortet, denkt das Flugzeug, dass es näher an der DME ist, als es tatsächlich ist. Wenn Sie beispielsweise 12 µs zu früh reagieren, wird der Messwert eine Seemeile zu kurz angezeigt.
@JoeBlow: Wie für "vor 70 Jahren": Das bestehende Protokoll funktioniert, und eine Änderung würde erfordern, dass alle Flugzeuge in einer Übergangszeit Empfänger für zwei verschiedene Systeme tragen - es könnte Jahre oder Jahrzehnte dauern, bis die Bodenstationen das alte implementieren Protokolle waren alle ersetzt worden. Die Kosten hierfür wären phänomenal, daher wird eine Änderung nicht stattfinden, es sei denn, sie bringt konkrete Vorteile . Nicht nur, weil „wir vielleicht eine andere Nummer gewählt hätten, wenn wir heute bei Null angefangen hätten“.
Ich sehe, es sind genau 50 ms. (Ich verwende hier ms für Mikrosekunden, wie in lol oder übrigens. Ich vermute, Sie verwenden die "offizielle" SI-Einheit, was auch nett ist.) Danke, dass Sie das geklärt haben. Sie können sehen, dass das „typisch“ in der Frage sehr verwirrend war!
Nur rein BTW. "kurz genug, dass eine DME-Station eine akzeptable Anzahl von Flugzeugen bedienen kann, ohne sich überschneidende Verzögerungen zwischen verschiedenen Abfragen bewältigen zu müssen" Beachten Sie Folgendes: Wenn Sie D kürzer machen , erhalten Sie mit geringerer Wahrscheinlichkeit Rennstrecken (einfache Statistiken), aber jeder, der ein solches System baut , müsste unbedingt rennstreckentauglich sein. Es ist möglich, dass im analogen Zeitalter (oder sogar heute) die Richtlinie lautet, dass Sie Rennstrecken (Gegenstände, die "während D" ankommen) wegwerfen - und das ist in Ordnung, wenn dies die Richtlinie ist -, aber es scheint zweifelhaft, dass dies die Richtlinie wäre.
Ich denke, dass der erste Satz Ihrer Antwort lauten sollte ... "Zur Verdeutlichung, die Verzögerung beträgt genau 50 µs und muss genau sein."
@JoeBlow Ich würde annehmen, dass der Hauptgrund dafür, dass das DME-System nicht darauf ausgelegt ist, mehrere überlappende Timer zu behalten, um auf verschiedene Flugzeuge zu antworten, darin besteht, dass jeder DME-Bodenstation nur ein einziger Funkkanal zur Verfügung steht. Wenn es versuchen würde, mehrere Timer zu behalten und auf verschiedene Flugzeuge zu reagieren, würde es auf zwei Probleme stoßen: 1) Die Antwortimpulse müssten sich wahrscheinlich überlappen, was nicht möglich ist, und 2) Die Flugzeuge würden beide die erste Antwort akzeptieren, was zu dem führt 2. Flugzeug zeigt näher an, als es tatsächlich ist.
@reirab: Das Flugzeug soll zu zufälligen Zeiten einen Strom von Befragungen aussenden und nur Antworten glauben, die nach jeder Befragung immer gleich lange eintreffen. (Das FAA-Dokument, das Sie gefunden haben, gibt sogar an, dass eine Bodenstation einen stetigen Strom zufälliger "Geister" -Antworten senden muss, wenn sie nicht genügend Abfragen hat, auf die sie antworten kann, sodass diese Funktion in den Luftempfängern die ganze Zeit ausgeübt wird ).
Richtig, ich wollte das gerade erklären, wie "GT3" funktioniert, um die Spieler zu synchronisieren :) Es ist das gleiche grundlegende Informatikkonzept, das verwendet wird, um (sagen wir) zu entscheiden, "wer der Server sein soll" in etwas wie Bonjour auf Ihrem Mac oder was auch immer. Offensichtlich hätte heute jedes Flugzeuggerät nur digitale IDs (zum Teufel, Sie würden sich einfach bei einem Webserver auf der Bodenstation anmelden :) ) .. Ingenieure müssen nicht mehr so ​​schlau sein. Es ist ein bisschen so, als wären "traditionelle" Automatikgetriebe wirklich clever; jetzt sind sie nur robotisiert, was nichts ist.
@HenningMakholm Ja, das stimmt. Das würde das zweite Problem eines Lufttransponders lösen, der nicht weiß, ob eine gegebene Antwort für ihn war oder nicht, aber es löst immer noch nicht das Problem, dass es nur einen Kanal gibt, auf dem eine bestimmte DME-Bodenstation senden kann, was immer noch im Allgemeinen der Fall ist beschränkt es darauf, jeweils nur mit einem Flugzeug zu sprechen. Es kann nicht gleichzeitig einen Antwortimpuls an zwei Flugzeuge senden (ohne eine Art Multiplexing durchzuführen, dessen Komplexität sich damals nicht gelohnt hätte). Selbst jetzt ist die Kanalarbitrierung jedoch immer noch ein Problem, das alle drahtlosen Protokolle lösen müssen.
@reirab: Das Channel-Arbitration-Protokoll besagt, dass jedes Flugzeug in zufälligen Abständen Abfragen sendet und robust genug sein soll, um weiter zu funktionieren, wenn einige von ihnen aufgrund von Kollisionen verloren gehen. Es dauert weniger als 0,1 ms, bis die Bodenstation auf eine Abfrage reagiert und für die nächste bereit ist, solange weniger als etwa 100 Flugzeuge aktiv eine bestimmte DME verwenden (mit jeweils höchstens 30 Abfragen pro Sekunde, einmal). Sie befinden sich im "Tracking-Modus" und haben eine Vorstellung davon, welche Reichweite zu erwarten ist), Kollisionen werden selten genug sein, um damit fertig zu werden.
@ Henning Makholm Richtig. Deshalb habe ich gesagt, dass es sich nicht gelohnt hätte, ein komplexeres Schiedsschema mit einer Form von Multiplexing zu versuchen. Das derzeitige „Nicht auf das zweite Verhör antworten“-Schema war gut genug und viel einfacher umzusetzen.

Der Zweck der Verzögerung von 50 Mikrosekunden besteht darin, die Möglichkeit eines unkoordinierten Betriebs zu eliminieren, wenn sich das Flugzeug sehr nahe an der Bodenstation befindet

Von AVweb - DME-Grundlagen

Nachtrag

Ich habe keine klare Erklärung dafür gefunden, was mit "unkoordiniertem Betrieb" im Zusammenhang mit DME gemeint ist. Was folgt, ist Spekulation:

Wenn Sie sich Patente im Zusammenhang mit DME ansehen, scheint diese vorhersehbare Verzögerung sicherzustellen, dass die ursprüngliche Übertragung vom Flugzeug vollständig empfangen wurde, bevor die Antwort von der Basisstation gesendet und am Flugzeug empfangen wurde.

Ich glaube, eine DME-Antwort muss mit dem Muster der DME-Abfrage übereinstimmen, damit der Empfänger im Flugzeug erkennen kann, auf welche Antwort das Timing angewendet werden soll, wenn sich mehrere mit DME ausgestattete Flugzeuge in Reichweite befinden.

Der Impulsabstand beträgt 12 µs 1 und dies ist die gleiche Größenordnung wie die Rundreise-Übertragungszeit bei 1 Meile. Eine einzelne DME-Abfrage enthält mehrere Impulse. Es kann schwierig sein, eine Bodenstationsausrüstung zu entwerfen, die mit der Übertragung einer passenden Antwort beginnen kann, wenn sie das Datenmuster, das sie reproduzieren muss, noch nicht empfangen hat. Die Alternative bestünde darin, mit der Übertragung der Antwort so schnell wie möglich zu beginnen, nachdem das Ende des Empfangs einer gültigen DME-Abfrage erkannt wurde.

Es gibt Verzögerungen bei der Verarbeitung innerhalb der Bodenstationsausrüstung, die variieren können (zumindest von Station zu Station, abhängig von der Ausrüstung) und die daher konstant gemacht werden müssen, damit genaue Entfernungen durch den luftgestützten Empfänger berechnet werden können. Jegliche Abweichungen wären bei geringeren Entfernungen signifikanter.

Es könnte auch einfacher sein, luftgestützte Ausrüstung zu entwerfen, wenn sie nicht mit dem Empfang der Antwort beginnen muss, bevor sie die Übertragung der Abfrage beendet hat.

Verweise

  1. US-Patent 3226714
  2. PPRuNe-Diskussion

Ich glaube, DME wurde um 1944-45 erfunden, kann aber so früh keine Patente finden. Es gibt einige Patente zu diesem Thema.

Obwohl es keine Details enthält, sollte dies die akzeptierte Antwort sein. Insbesondere würde der "unkoordinierte Betrieb" auftreten, wenn der Sender immer noch den zweiten Abfrageimpuls sendet, wenn die erste Antwort von einem Flugzeug in unmittelbarer Nähe empfangen wird. 50 µs entsprechen ungefähr 4 NM, innerhalb derer Flugzeuge ohne die Verzögerung unzuverlässige Messwerte anzeigen würden.
@Simon: Es ist nicht die richtige Antwort. Der DME-Interrogator an Bord bestimmt die Schrägreichweite, indem er die Zeit misst, die das Signal benötigt, um die Bodenstation (Transponder) zu erreichen, plus die Zeit, die die Bodenstation benötigt, um die Antwort zu senden (nennen Sie diese hier T), plus die Zeit für die Antwort auf den Verhörer an Bord erreichen. Dann muss der Interrogator, der nur an der Zeit für die Hin- und Herbewegung des Signals interessiert ist, T entfernen. Wenn T variabel ist (abhängig vom Stationsdesign), dann ist dies nicht möglich. Daher muss T standardisiert werden.
Eigentlich habe ich gerade festgestellt, dass diese "Referenz" nur aus einem ziemlich beschissenen, 20 Jahre alten Artikel in einem Magazin von allgemeinem Interesse stammt! Entschuldigung, ich habe zuerst kommentiert, dass es sachlich zu sein schien.
Hallo Min. Haben Sie eine tatsächliche Referenz, die besagt, dass die 50 ms standardisiert sind? Was ist der zulässige Fehler für Gerätehersteller? (Wenn es sich um einen ISO-Standard oder so etwas handelt, ist es heutzutage undenkbar, dass er nicht mit einem Fehlerbereich angegeben wird.)
@JoeBlow: Die 50 µs (nicht ms) sind in ICAO Anhang 10, Band I, Abschnitt 3.5.4.4 standardisiert. (Dies scheint nicht öffentlich verfügbar zu sein, aber es gibt Raubkopien, die herumschwirren, wenn Sie hart genug googeln). Die angegebene Toleranz beträgt ±1 µs (Abschnitt 3.5.4.5), was einem Fehler von 500 Fuß im Ergebnis entspricht. Die meisten installierten DMEs sind besser.
„ICAO Anhang 10, Band I, Abschnitt 3.5.4.4“, das ist großartig
sollte sicherlich in deiner Antwort stehen
Ich habe diese Antwort nicht akzeptiert, weil mir der Ausdruck "unkoordinierter Betrieb" unklar erscheint.
@HenningMakholm Laut FAA Advisory Circular 00-31A ist die 50 +/- 1 us-Nummer veraltet. Dieser AC gibt eine Spezifikation von 56 +/- 0,25 us an und ändert die Definition so, dass sie von der ansteigenden Flanke des ersten Impulses der Abfrage bis zur ansteigenden Flanke des ersten Impulses der Antwort statt jeweils dem zweiten Impuls verläuft. Siehe Absatz 131 auf Seite 22.
@reirab: Ja, die ICAO-Spezifikation enthält nur Mindestempfehlungen, die weltweit gelten, aber ein Land darf mit seinen eigenen Navigationshilfen eine bessere Genauigkeit anstreben. DME/P, wie es für das Microwave Landing System spezifiziert ist, hat sogar noch kleinere Toleranzen, bis hinab zu einigen zehn Nanosekunden. (Da ein Zyklus der Trägerfrequenz etwa eine Nanosekunde dauert, muss dies eine ernsthafte HF-Technik erfordern - zusätzlich zu einer genaueren Neudefinition, wann genau die "ansteigende Flanke" ist!)
Beachten Sie, dass die 56 µs nur in Y-Kanälen zwischen den ersten Impulsen liegen. Da die Sekundenimpulse in allen Modi immer noch einen Abstand von 50 µs haben (obwohl es sich nicht primär um einen spezifizierten Abstand handelt), habe ich meine Diskussion darauf beschränkt, um Verwirrung zu vermeiden.
Was die Bearbeitung betrifft: Die Bodenstation darf nicht mit dem Senden beginnen, bis sie beide Impulse empfangen und überprüft hat, ob sie den richtigen Abstand haben. Anderenfalls könnte es externe Impulse mit Abfragen verwechseln – jede Abfragefrequenz wird zwischen einem X-Kanal und einem Y-Kanal geteilt, die durch die Trennung zwischen den Abfrageimpulsen unterschieden werden. Schlimmer noch, dieselbe Frequenz überträgt Antworten für einen anderen Y-Kanal, sodass zwei Stationen möglicherweise unbegrenzt auf die Impulse der anderen reagieren, es sei denn, sie warten, bis sie den zweiten Impuls decodiert haben.
der Satz von "AVWeb" ist völliger Mist und sollte gelöscht werden. (Ich weiß nicht, warum Sie es nicht gelöscht haben, RGB!) Der Rest der Antwort ist fantastisch.
@ Joe: Dieser Satz erscheint in mehreren Quellen. Wenn ich etwas Besseres finde, werde ich diesen Teil bearbeiten. Immer noch suchend.
Warum wartet eine DME-Bodenstation 50 Mikrosekunden?
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