DE1002823B - Device for measuring the vertical component of the speed, possibly also the acceleration, of aircraft in connection with the altitude measurement - Google Patents
Device for measuring the vertical component of the speed, possibly also the acceleration, of aircraft in connection with the altitude measurementInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Es ist bereits bekannt, die vertikale Komponente der Geschwindigkeit von Flugzeugen auf Grund des Dopplereffektes durch Bestimmung der Frequenz einer Schwebung zu messen, die sich aus einer Überlagerung einer am Flugzeug erzeugten und zur Erde ausgestrahlten Schwingung mit der am Flugzeug empfangenen Reflexion dieser Schwingung ergibt. Wenn man jedoch für diesen Zweck die üblichen elektrischen Höhenmesser verwendet, die eine frequenzmodulierte Schwingung ausstrahlen, dann ergibt die Frequenz der Schwebung nicht die Geschwindigkeit des Flugzeuges in bezug auf die Erde, sondern den Abstand des Flugzeuges von der Erde, weil die Frequenz der Schwebung durch die Zeit bestimmt wird, die die Schwingung für die Überbrückung der Entfernung vom Flugzeug zur Erde und zurück braucht. Die Dopplersche Frequenzkomponente der Schwebung ist in diesem Fall, wenn überhaupt vorhanden, vernachlässigbar klein.It is already known that the vertical component of the speed of aircraft due to the Measure the Doppler effect by determining the frequency of a beat resulting from a superposition a vibration generated on the aircraft and radiated to earth with that on the aircraft received reflection of this oscillation results. However, if you use the usual for this purpose used electric altimeter that is a frequency modulated Radiate vibration, then the frequency of the beat does not give the speed of the aircraft in relation to the earth, but the distance of the aircraft from the earth because the frequency The beat is determined by the time it takes for the oscillation to cover the distance from the plane to the earth and back. The Doppler frequency component of the beat is negligibly small in this case, if present at all.
Bei den Höhenmessern der vorgenannten Art ist üblicherweise die Größe einer Gleichspannung das Maß für die Höhe des Flugzeuges über dem Erdboden. Es hat sich gezeigt, daß eine Differenzierung dieser Gleichspannung keine ausreichend genaue Geschwindigkeitsbestimmung ergibt, und zwar insbesondere dann nicht, wenn die differenzierte Spannung zwecks Feststellung der Beschleunigung noch einmal differenziert wird. Aus dem Grunde sind also die bekannten Einrichtungen mit Differenzierkreisen für die Geschwindigkeitsmessung in vielen Fällen nicht zufriedenstellend. In the case of altimeters of the aforementioned type, the magnitude of a direct voltage is usually that Measure of the height of the aircraft above the ground. It has been shown that a differentiation this direct voltage does not result in a sufficiently accurate speed determination, in particular then not if the differentiated voltage for the purpose of determining the acceleration is repeated is differentiated. For this reason, the known devices with differentiating circles for the In many cases the speed measurement is not satisfactory.
Es ist weiter bekannt, in einer Vorrichtung zur Entfernungsmessung mit frequenzmodulierten Wellen, die bei der Entfernungsmessung von beweglichen Zielen entstehende Dopplersche Komponente mittels Frequenztrennung auszuscheiden. Wie bereits erwähnt wurde, ist aber diese Komponente meistens so klein, daß ihre Messung erhebliche Schwierigkeiten bereitet.It is also known, in a device for distance measurement with frequency-modulated waves, the Doppler component produced when measuring the range of moving targets by means of To eliminate frequency separation. As already mentioned, this component is mostly like that small that their measurement causes considerable difficulties.
Es ist auch bekannt, eine mit frequenzmodulierten Wellen nach dem Rückstrahlprinzip arbeitende Vorrichtung derart zu ergänzen, daß durch einen phasenmäßig festliegenden Öffnungsimpuls je Modulationsperiode eine kurzzeitige Ausblendung der Schwebungswelle und Ableitung einer mit geschwindigkeitsproportionaler Frequenzamplituden modulierten Impulsreihe erfolgt. Bei dieser bekannten Einrichtung wechselt die Amplitude und die Polarität der durchgelassenen Impulse mit der Phasenlage der Schweburagswelle; die Amplitude wird dabei von unerwünschten Amplitudenänderungen der Schwebungswelle verfälscht. Zwar kann, die bekannte Einrichtung auch so abgeändert werden, daß sie durch Phaseneinstellung der kurzzeitigen Ausblendung Impulse unver-Einrichtung zum Messen der vertikalen Komponente der Geschwindigkeit, allenfalls auch der Beschleunigung, von Flugzeugen in Verbindung mit der Höhenmessung It is also known to employ a device operating with frequency-modulated waves according to the reflection principle to be supplemented in such a way that by a fixed phase opening pulse per modulation period a brief fade out of the beat wave and deriving a series of pulses modulated with frequency amplitudes proportional to the speed he follows. In this known device, the amplitude and the polarity of the transmitted changes Impulses with the phase position of the Schweburagswelle; the amplitude is thereby undesirable Changes in the amplitude of the beat wave are falsified. The well-known facility can, of course can be modified so that they are not set up by phasing the momentary blanking pulses for measuring the vertical component of the speed, possibly also the acceleration, of aircraft in connection with the height measurement
Anmelder:Applicant:
Hazeltine Corporation, Washington,
D. C. (V. St. A.)Hazeltine Corporation, Washington,
DC (V. St. A.)
Vertreter: Dipl.-Ing. W. Mouths, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Börsenstr. 17Representative: Dipl.-Ing. W. Mouths, patent attorney,
Frankfurt / M., Börsenstr. 17th
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 26. Dezember 1951Claimed priority:
V. St. v. America December 26, 1951
William John Shanahan,William John Shanahan,
Long Island City, N. Y. (V. St. A.),Long Island City, N.Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenhas been named as the inventor
änderlicher Amplitude abgibt. In diesem Falle stellt aber die dafür erforderliche Veränderung der Bezugs-Zeitpunkte das Maß der Geschwindigkeit dar, und die Vornahme und Messung der so erforderlichen Veränderungen bietet besondere Schwierigkeiten.variable amplitude emits. In this case, however, the necessary change in the reference times is made the measure of speed, and the making and measuring of the changes so required offers particular difficulties.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der eben beschriebenen Art, bei der durch einen phasenmäßig festliegenden Öffnungsimpuls je Modulationsperiode eine kurzzeitige Ausblendung der Schwebungswelle und Ableitung einer mit geschwindigkeitsproportionaler Frequenz modulierten Impulsreihe erfolgt, wobei die Impulse nur beim Vorliegen einer um^eränderten Phasenlage der Schwebung in diesen Zeitpunkten erzeugt werden. Gemäß der Erfindung sind Mittel vorgesehen, um die Schwebung auf eine feste Amplitude zu begrenzen und zusammen mit den ausblendenden Spannungsimpulsen einer die Impulsreihe erzeugenden Vorrichtung derart zuzuführen, daß Impulse nur beim Vorliegen einer vorgegebenen Phasenlage der Schwebung in den ausgeblendeten Zeitpunkten erzeugt und Impulsgruppen geschwindigkeitsabhängiger Wiederholungsfrequenz gebildet werden, die aus Impulsen unveränderlicher Amplitude und Polarität bestehen, und es sind ferner Mittel vorgesehen, um die Wiederholungsfrequenz der Impulsgruppen als Maß für die zu messende Geschwindigkeit auszuwerten. The invention relates to a device of the type just described, in which by a The opening pulse, which is fixed in phase, is temporarily suppressed for each modulation period Beat wave and derivation of a pulse series modulated with a frequency proportional to the speed takes place, the pulses only when there is a change in phase position of the beat in these times are generated. According to the invention means are provided to keep the beat on to limit a fixed amplitude and together with the fading out voltage pulses one of the pulse series generating device in such a way that pulses only when a predetermined phase position of the beat is present in the masked out Times generated and pulse groups of speed-dependent repetition frequency consisting of pulses of invariable amplitude and polarity, and there are also Means are provided to evaluate the repetition frequency of the pulse groups as a measure of the speed to be measured.
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Bei der Erfindung wird also von einer einfach durchzuführenden phasenstarren Ausblendung Gebrauch gemacht; infolge der besonderen Art der Auswertung ist es gleichzeitig möglich, die Schwebungswelle auf eine feste Amplitude zu begrenzen und damit etwaige Fälschungen der Messung auszuschalten. The invention therefore makes use of phase-locked masking that is easy to carry out made; Due to the special type of evaluation, it is also possible to use the beat wave to limit it to a fixed amplitude and thus eliminate any falsifications of the measurement.
Die Erfindung wird an Hand ihres in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail with reference to its embodiment shown in the drawing.
Fig. 1 zeigt ein vollständiges Schaltbild, und Fig. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise durch Diagramme.Fig. 1 shows a complete circuit diagram, and Fig. 2 illustrates the operation Diagrams.
Die Einrichtung gemäß Fig. 1 enthält einen mit einer Sendeantenne 14 verbundenen, zweckmäßig als Klystronoszillator in Reflexschaltung ausgebildeten Sender 13 und einen mit einer Empfangsantenne 15 verbundenen, zweckmäßig als Kristallmischer ausgebildeten Empfänger 12, der mit dem Sender 13 über Leitungen 10,11 verbunden ist. An den Sender 13 ist ferner eine Schwingung rechteckiger Wellenform erzeugender Multivibrator 16 über einen Integrierkreis 17 angeschlossen, der die Schwingung des Multivibrators in eine Schwingung dreieckiger Wellenform verwandelt, durch welche die Frequenz des Senders 13 periodisch geändert wird. Die vorgenannten Teile sind in den in üblicher Weise am Flugzeug montierten, mit frequenzmodulierter Strahlung arbeitenden elektrischen Höhenmessern enthalten, deren Frequenzhub so gering ist, daß die Frequenzänderungen nur einige Prozent der mittleren Frequenz der Strahlung betragen. An den Empfänger 12 des Höhenmeßgerätes ist über einen Verstärker und Amplitudenbegrenzer 18 und einen Zählkreis 19 ein Höhenanzeiger 20 angeschlossen. Der Zählkreis 19 enthält zwei Dioden 21 und 22, die beide in entgegengesetzter Ausrichtung über einen verhältnismäßig kleinen Kondensator 23 an den Ausgangskreis des Verstärkers 18 angeschlossen sind. Die Anode der Diode 21 ist an den Verbindungspunkt der Kathodenwiderstände 24 und 70 einer Triode 71 angeschlossen, während in den Kathodenkreis der Diode 22 ein aus einem Widerstand 25 und einem im Verhältnis zum Kondensator 23 großen Kondensator 26 bestehendes Netzwerk eingeschaltet ist, dessen Zeitkonstante die Periodendauer der Ausgangsspannung des Verstärkers 18 übersteigt. Zu diesem Netzwerk ist ein aus einem Widerstand 27 und einem Kondensator 28 bestehendes Glättungsnetzwerk parallel geschaltet. Dieses Netzwerk ist mit dem Steuergitter der Röhre 71 verbunden, die ihre Betriebsspannung von der Spannungsquelle B erhält. Der Höhenmesser 20 ist ebenfalls an den Verbindungspunkt der Widerstände 24 und 70 der Röhre 71 angeschlossen.The device according to FIG. 1 contains a transmitter 13 connected to a transmitting antenna 14, expediently designed as a klystronic oscillator in reflex circuit, and a receiver 12 connected to a receiving antenna 15, expediently designed as a crystal mixer, which is connected to the transmitter 13 via lines 10, 11. A multivibrator 16, which generates an oscillation of a rectangular waveform, is also connected to the transmitter 13 via an integrating circuit 17 which converts the oscillation of the multivibrator into an oscillation of a triangular waveform, by means of which the frequency of the transmitter 13 is periodically changed. The aforementioned parts are contained in the electrical altimeters, which are mounted in the usual manner on the aircraft and operate with frequency-modulated radiation, the frequency deviation of which is so small that the frequency changes are only a few percent of the mean frequency of the radiation. An altitude indicator 20 is connected to the receiver 12 of the altimeter via an amplifier and amplitude limiter 18 and a counting circuit 19. The counting circuit 19 contains two diodes 21 and 22, both of which are connected in opposite directions via a relatively small capacitor 23 to the output circuit of the amplifier 18. The anode of the diode 21 is connected to the junction of the cathode resistors 24 and 70 of a triode 71, while in the cathode circuit of the diode 22 a network consisting of a resistor 25 and a capacitor 26 which is large in relation to the capacitor 23 is connected, the time constant of which is the period the output voltage of the amplifier 18 exceeds. A smoothing network consisting of a resistor 27 and a capacitor 28 is connected in parallel to this network. This network is connected to the control grid of the tube 71, which receives its operating voltage from the voltage source B. The altimeter 20 is also connected to the junction of the resistors 24 and 70 of the tube 71.
An den Multivibrator 16 ist ferner über ein an den positiven Pol der Spannungsquelle B angeschlossenes, aus einem Kondensator 31 und Widerständen 32, 33 und 34 bestehendes Netzwerk ein weiterer Verstärker und Amplitudenbegrenzer 30 angeschlossen, der mit einem Differenzierkreis 35 verbunden ist. An diesen ist über einen Kondensator 60 und einen Gitterableitwiderstand 61 das äußere Steuergitter 37 einer Hexode 36 angeschlossen, das von der Spannungsquelle — B' eine negative Vorspannung erhält. Das innere Steuergitter 39 der Röhre 36 ist über einen Kondensator 40 und einen Gitterableitwiderstand 41 mit dem Verstärker 18 verbunden und erhält von der Spannungsquelle—B" eine negative Vorspannung. Die Röhre erhält ihre Anodenspannung von der Spannungsquelle +B über einen Arbeitswiderstand 42, und ihr Schirmgitter ist an eine Spannungsquelle + B' angeschlossen. Der Ausgangskreis der Röhre 36 ist über einen Amplitudendemodulator 44 und einen mit einem Amplitudenbegrenzer vereinigten Verstärker 45 mit einem Zählkreis 46 verbunden, der ebenso ausgebildet ist wie der Zählkreis 19 und aus den den Schaltelementen 21 bis 28 und 70, 71 dieses Zählkreises entsprechenden Schaltelementen 47 bis 54 und 72, 73 besteht. Der Ausgangskreis des Zählkreises 46 ist einesteils mit einem Geschwindigkeitsanzeiger 55 verbunden, der ähnlich dem Höhenanzeiger 20 ausgebildet sein kann, und steht überdies mit einem Auswertungskreis 29 in Verbindung, an den auch der Ausgangskreis des Zählkreises 19 angeschlossen ist. Dieser Auswertungskreis kann bekannter Art sein und liefert eine Ausgangsspannung gemäß der Gleichung:A further amplifier and amplitude limiter 30, which is connected to a differentiating circuit 35, is connected to the multivibrator 16 via a network which is connected to the positive pole of the voltage source B and consists of a capacitor 31 and resistors 32, 33 and 34. The outer control grid 37 of a hexode 36 is connected to this via a capacitor 60 and a grid bleeder resistor 61 and receives a negative bias voltage from the voltage source -B '. The inner control grid 39 of the tube 36 is connected to the amplifier 18 via a capacitor 40 and a grid bleeder resistor 41 and receives a negative bias voltage from the voltage source - B " . The tube receives its anode voltage from the voltage source + B via an operating resistor 42, and you The screen grid is connected to a voltage source + B ' . The output circuit of the tube 36 is connected via an amplitude demodulator 44 and an amplifier 45 combined with an amplitude limiter to a counting circuit 46, which is designed in the same way as the counting circuit 19 and from the switching elements 21 to 28 and 70, 71 of this counting circuit corresponding switching elements 47 to 54 and 72, 73. The output circuit of the counting circuit 46 is connected on the one hand to a speed indicator 55, which can be designed similar to the altitude indicator 20, and is also connected to an evaluation circuit 29 which is also connected to the output circuit of the counting circuit 19 ossen is. This evaluation circuit can be of a known type and supplies an output voltage according to the equation:
dt dßdt dß
in welcher A die Flughöhe, t die Zeit, K0, K1, K2 je eine von dem erwünschten Flugweg abhängige Konstante, Z die Impedanz der Belastung des Auswertungskreises und / der Ausgangsstrom des Auswertungskreises ist.at which A is the flight altitude, t is the time, K 0 , K 1 , K 2 is a constant depending on the desired flight path, Z is the impedance of the load on the evaluation circuit and / is the output current of the evaluation circuit.
Der Auswertungskreis ist gewöhnlich entweder an eine selbsttätige Steuereinrichtung des Flugzeuges oder an ein Meßgerät angeschlossen.The evaluation circuit is usually either connected to an automatic control device of the aircraft or connected to a measuring device.
Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 wird an Hand der Diagramme der Fig. 2 näher erläutert. Die Kurvet stellt die Ausgangsstellung des Multivibrators 16 dar, die beispielsweise eine Frequenz von 1000 Hz haben kann. Diese Spannung wird im Integrierkreis 17 in die durch die Kurve B dargestellte Spannung von dreieckiger Wellenform verwandelt, die die Frequenz des Senders 13 so moduliert, daß diese beispielsweise einen Frequenzbereich von 30 MHz bestreicht. Diese durch die Antenne 14 ausgestrahlte Schwingung ist durch die Kurve C dargestellt; ihre durch die strichpunktierte Linie fc dargestellte Mittelfrequenz kann beispielsweise bei 4300MHz liegen. Die Kurve D stellt die von der Erdoberfläche reflektierte und dem Empfänger 12 zugeführte Schwingung dar. Wie die Kurven C und D zeigen, sind die Augenblickswerte dieser beiden Schwingungen etwas verschieden voneinander. Die Schwingung C wird dem Empfänger über die Leitung 10,11 auch unmittelbar zugeführt, und aus der Überlagerung dieser beiden Schwingungen im Empfänger 12 ergibt sich die durch die Kurve £ dargestellte Schwebung, deren Frequenz gleich dem Unterschied der Augenblickswerte der Frequenzen der Schwingungen C und D ist. Da dieser Frequenzunterschied proportional der Flughöhe ist, gibt die Frequenz der Schwebung E die Flughöhe an. Diese Frequenz kann beispielsweise für Flughöhen zwischen 0 und 60 m zwischen den Werten 0 und 40 KHz veränderlich sein. Infolge von Ungleichheiten im Frequenzgang des Senders 13 ist die Schwebung E gewöhnlich auch amplitudenmoduliert, jedoch wird diese Amplitudenmodulation durch den Verstärker und Amplitudenbegrenzer 18 beseitigt, so daß man am Ausgang dieses Gerätes die durch die Kurve F dargestellte Schwingung rechteckiger Wellenform erhält.The mode of operation of the device according to FIG. 1 is explained in more detail with reference to the diagrams in FIG. The curve represents the starting position of the multivibrator 16, which can have a frequency of 1000 Hz, for example. This voltage is converted in the integrating circuit 17 into the voltage of triangular waveform shown by curve B , which modulates the frequency of the transmitter 13 so that it sweeps, for example, a frequency range of 30 MHz. This vibration emitted by the antenna 14 is represented by curve C ; its center frequency represented by the dash-dotted line f c can be, for example, 4300 MHz. Curve D represents the oscillation reflected from the earth's surface and fed to receiver 12. As curves C and D show, the instantaneous values of these two oscillations are somewhat different from one another. The oscillation C is also fed directly to the receiver via the line 10, 11, and the superposition of these two oscillations in the receiver 12 results in the beat represented by the curve £, the frequency of which is equal to the difference between the instantaneous values of the frequencies of the oscillations C and D. is. Since this frequency difference is proportional to the flight altitude, the frequency of the beat E indicates the flight altitude. This frequency can be variable between the values 0 and 40 KHz for flight altitudes between 0 and 60 m, for example. As a result of inequalities in the frequency response of the transmitter 13, the beat E is usually also amplitude modulated, but this amplitude modulation is eliminated by the amplifier and amplitude limiter 18, so that the oscillation of a rectangular waveform represented by the curve F is obtained at the output of this device.
Während jeder negativen Halbwelle der Schwingung F wird der Kondensator 23 des Zählkreises 19 über die Diode 21 und den Kathodenkreis der Röhre 71 aufgeladen. Diese Ladungen fließen während der positiven Halbwellen der Schwingung F über die ■■" Diode 22 zum Kondensator 26 ab. Infolge des weiterDuring each negative half- cycle of the oscillation F , the capacitor 23 of the counting circuit 19 is charged via the diode 21 and the cathode circuit of the tube 71. During the positive half-waves of the oscillation F, these charges flow off via the diode 22 to the capacitor 26. As a result, further
obenerwähnten Größenunterschiedes dieser beiden Kondensatoren sind jedoch die Spannungsänderungen am Kondensator 26 klein im Verhältnis zu denjenigen am Kondensator 23. Die Zeitkonstante des aus dem Widerstand 25 und dem Kondensator 26 bestehenden Netzwerkes ist so bemessen, daß während jeder negativen Halbwelle der Schwingung F ein kleiner Teil der Ladung des Kondensators 26 über den Widerstand 25 abfließt. Sobald die Ladung des Kondensators 26 einen Wert erreicht, bei dem der durchschnittliche Ladestrom dieses Kondensators gleich seinem durchschnittlichen Entladestrom wird, bleibt fernerhin die durchschnittliche Spannung am Kondensator 26 konstant, da die Größe dieser durchschnittlichen Spannung von den Frequenzänderungen der Schwingung F abhängt. Am Kondensator 26 ergibt sich also eine Gleichspannung, deren Größe ein Maß für die Flughöhe des Flugzeuges ist. Diese Gleichspannung wird durch das Netzwerk 27, 28 geglättet und dann über den Kondensator 28 dem Steuergitter der Röhre 71 zugeführt. Der Stromfluß durch diese Röhre erzeugt die gleiche Spannung am Kathodenwiderstand 24, die als Regelspannung der Anode der Diode 21 zugeführt wird, um die lineare Arbeitsweise des Zählkreises 19 über einen weiten Frequenzbereich zu sichern. Weiterhin gelangt diese Spannung auch zum Höhenanzeiger 20, der unter ihrer Einwirkung die Flughöhe des Flugzeuges anzeigt.However, due to the difference in size of these two capacitors mentioned above, the voltage changes across the capacitor 26 are small in relation to those across the capacitor 23. The time constant of the network consisting of the resistor 25 and the capacitor 26 is such that during each negative half-cycle of the oscillation F a small part of the Charge of the capacitor 26 flows through the resistor 25. As soon as the charge of the capacitor 26 reaches a value at which the average charge current of this capacitor becomes equal to its average discharge current, the average voltage on the capacitor 26 furthermore remains constant, since the size of this average voltage depends on the frequency changes of the oscillation F. A DC voltage is thus produced at the capacitor 26, the magnitude of which is a measure of the altitude of the aircraft. This direct voltage is smoothed by the network 27, 28 and then fed to the control grid of the tube 71 via the capacitor 28. The current flow through this tube generates the same voltage at the cathode resistor 24, which is fed as a control voltage to the anode of the diode 21 in order to ensure the linear operation of the counting circuit 19 over a wide frequency range. Furthermore, this voltage also reaches the altitude indicator 20, which, under its influence, indicates the flight altitude of the aircraft.
Die Frequenz der Ausgangsspannung des Empfängers 12 und damit auch die Ausgangsspannung des Verstärkers 18 hängt von der Flughöhe des Flugzeuges und von der Geschwindigkeit der Frequenzänderungen der Ausgangsspannung des Senders 13 ab. Andererseits hängt der jeweilige augenblickliche Phasenunterschied zwischen der ausgestrahlten und der empfangenen reflektierten Schwingung, also die Phase der Schwebung E, von der Flughöhe des Flugzeuges und von dem Augenblicks wert der Frequenz der ausgestrahlten Schwingung ab. Bei gleichbleibender Flughöhe ergibt sich die gleiche Phase der Schwebung E in jedem Bezugszeitpunkt, der vom Zeitpunkt des Beginns eines Frequenzmodulationszyklus der ausgestrahlten Schwingung im selben zeitlichen Abstand liegt, da die Frequenz der ausgestrahlten Schwingung in diesen Zeitpunkten immer die gleiche ist. Wenn sich die Flughöhe um die Hälfte der der Frequenz der ausgestrahlten Schwingung entsprechenden Wellenlänge ändert, so ändert sich die Phase der Schwebung E im vorgenannten Bezugszeitpunkt um 360°, da sich die Länge des Weges, den die ausgestrahlte Schwingung zum Erdboden und von dort zurück zum Flugzeug zurücklegt, um eine ganze Wellenlänge geändert hat. Bei Änderungen der Flughöhe, die von einer halben Wellenlänge abweichen, ändert sich also die Phase der Schwebung E in den Bezugszeitpunkten um einen gewissen Winkel. Infolgedessen ist also eine Spannung, die von der Geschwindigkeit abhängt, mit welcher sich die Phase der Schwebung £ von einem Bezugszeitpunkt zum anderen ändert, ein Maß für die vertikale Komponente der Geschwindigkeit des Flugzeuges.The frequency of the output voltage of the receiver 12 and thus also the output voltage of the amplifier 18 depends on the altitude of the aircraft and on the speed of the frequency changes in the output voltage of the transmitter 13. On the other hand, the instantaneous phase difference between the emitted and the received reflected oscillation, i.e. the phase of the beat E, depends on the altitude of the aircraft and on the instantaneous value of the frequency of the emitted oscillation. If the flight altitude remains the same, the same phase of the beat E results in each reference point in time, which is at the same time interval from the point in time of the start of a frequency modulation cycle of the emitted oscillation, since the frequency of the emitted oscillation is always the same at these points in time. If the flight altitude changes by half the wavelength corresponding to the frequency of the emitted oscillation, the phase of the beat E changes at the aforementioned reference time by 360 °, since the length of the path that the emitted oscillation takes to the ground and from there back to the Airplane travels changed by an entire wavelength. In the event of changes in flight altitude that deviate from half a wavelength, the phase of the beat E changes by a certain angle at the reference times. As a result, a voltage that depends on the speed with which the phase of the beat changes from one reference point in time to the other is a measure of the vertical component of the speed of the aircraft.
Die vertikale Komponente der Fluggeschwindigkeit kann mit ausreichender Genauigkeit auf Grund der Änderungen der Flughöhe um je ein Viertel der der Frequenz der ausgestrahlten Schwingung entsprechenden Wellenlänge bestimmt werden. Man kann sich also die Höhe, in der sich das Flugzeug über dem Erdboden befindet, in Schichten unterteilt denken, deren Höhe je eine Viertelwellenlänge beträgt, wobei sich dann die in den Bezugszeitpunkten gegebene Phase der Schwebung E beim Übergang des Flugzeuges von einer dieser Schichten in die nächste um 180° ändert. Die Geschwindigkeit dieser Phasenänderungen ist dann ein Maß für die Größe der vertikalen Komponente der Fluggeschwindigkeit.The vertical component of the airspeed can be determined with sufficient accuracy on the basis of the changes in the flight altitude by a quarter of the wavelength corresponding to the frequency of the emitted oscillation. One can thus the height at which the aircraft is on the ground, think divided into layers whose height is a quarter of a wavelength, whereby then the meaning given in the reference instants phase of the beat E at the transition of the plane of one of these layers in the next changes by 180 °. The speed of these phase changes is then a measure of the size of the vertical component of the airspeed.
Zwecks Erzeugung einer Spannung, die die Geschwindigkeit der Änderung der Phase der Schwebung E von einem Bezugszeitpunkt zum anderen darstellt, wird eine im Multivibrator 16 erzeugte, negative Impulse enthaltende Spannung, wie sie durch die Kurve G dargestellt ist, dem Netzwerk 31 bis 34 zugeführt, an dessen Widerständen 32 und 33 sich als Folge der im Eingangskreis des Verstärkers 30 fließenden Stromes die durch die Kurve H dargestellte Spannung ergibt, die ebenfalls negative Impulse aufweist. Die negativen Impulse der Spannung G können beispielsweise eine der Frequenz der durch dieKurvevi dargestellten Ausgangsspannung des Multivibrators gleiche Wiederholungsfrequenz von 1000 Hz haben, wobei dann die negativen Impulse der Spannung H mit derselben Widerholungsfrequenz erscheinen, jedoch kürzer und steiler sind als die negativen Impulse der Spannung G. Die Spannung H wird im Verstärker und Amplitudenbegrenzer 30 in eine Spanas nung / mit rechteckigen Impulsen verwandelt, die synchron mit dem Beginn der Frequenzmodulationszyklen der durch den Sender 13 ausgestrahlten Schwingung auftreten. Die Spannung / wird im Differenzierkreis 35 differenziert, wobei sich die Spannung / ergibt, die einen negativen Impuls für die Vorderflanke und einen positiven Impuls für die Rückflanke jedes Impulses der Spannung/ aufweist. Die Spannung/ wird dem äußeren Steuergitter der Röhre 36 zugeführt, und ihre positiven Impulse, die die obenerwähnten Bezugszeitpunkte bestimmen, machen die Röhre 36 für die Zeitdauer ihres Auftretens durchlässig. Dem inneren Steuergitter der Röhre 36 wird die durch die Kurve/7 dargestellte Ausgangsspannung des Verstärkers 18 zugeführt. Die Elektroden der Röhre 36 erhalten eine solche Vorspannung, daß diese Röhre nur durchlässig wird, wenn die ihren beiden Steuergittern zugeführten Spannungen in einem vorbestimmten gegenseitigen Phasenverhältnis stehen, und zwar so, daß die dem äußeren Steuergitter zugeführten Steuerimpulse mit den positiven Halbwellen der Spannung/7 zusammenfallen. Infolgedessen ergibt sich im Ausgangskreis der Röhre 36 die durch die Kurve K dargestellte Spannung, die in den Zeitpunkten ij und t2 auftretende negative Impulse enthält. Die Wiederholungsfrequenz dieser negativen Impulse ist ebenfalls 1000 Hz und bleibt unverändert, solange die Flughöhe unverändert bleibt.For the purpose of generating a voltage which represents the speed of the change in the phase of the beat E from one reference point in time to another, a voltage generated in the multivibrator 16 and containing negative pulses, as shown by the curve G , is fed to the network 31 to 34, at its resistors 32 and 33, as a result of the current flowing in the input circuit of amplifier 30, the voltage shown by curve H results, which also has negative pulses. The negative pulses of voltage G can, for example, have a repetition frequency of 1000 Hz equal to the frequency of the output voltage of the multivibrator represented by the curve vi, in which case the negative pulses of voltage H appear with the same repetition frequency, but are shorter and steeper than the negative pulses of voltage G . the voltage H is voltage in the amplifier and amplitude 30 in a Spanas / transformed with rectangular pulses which occur in synchronism with the start of frequency modulation cycles of the emitted by the transmitter 13 oscillation. The voltage / is differentiated in the differentiating circuit 35, the voltage / being obtained which has a negative pulse for the leading edge and a positive pulse for the trailing edge of each pulse of the voltage /. The voltage / is applied to the outer control grid of the tube 36, and its positive pulses, which determine the above-mentioned reference times, render the tube 36 transparent for the duration of its occurrence. The output voltage of the amplifier 18 represented by the curve / 7 is fed to the inner control grid of the tube 36. The electrodes of the tube 36 are biased in such a way that this tube only becomes permeable if the voltages applied to its two control grids are in a predetermined mutual phase relationship, namely in such a way that the control pulses applied to the outer control grid have the positive half-waves of the voltage / 7 coincide. As a result, the output circuit of the tube 36 results in the voltage represented by the curve K , which contains negative pulses occurring at the times ij and t 2. The repetition frequency of these negative pulses is also 1000 Hz and remains unchanged as long as the flight altitude remains unchanged.
Sobald sich die Flughöhe jedoch um eine Viertelwellenlänge ändert, ändert sich die Phase der Schwebung E in den durch die positiven Impulse der Spannung / bestimmten Bezugszeitpuiikten um 180°, so daß diese Impulse jetzt mit negativen Halbwellen der Schwingung F zusammenfallen und sich infolgedessen keine negativen Impulse K ergeben. Wenn also das Flugzeug beispielsweise an Höhe verliert und dabei mehrere Schichten passiert, deren Höhe je eine Viertelwellenlänge beträgt, werden die negativen Impulse K während des Passierens der einen Schicht auftreten, während des Passierais der nächsten Schicht verschwinden, während des Passierens der dritten Schicht wieder auftreten usw. Wenn das Flugzeug mit konstanter Geschwindigkeit sinkt, treten also im Ausgangskreis der Röhre 36 die durch die Kurve L dargestellten, periodisch wiederkehrenden Gruppen vonAs soon as the flight altitude changes by a quarter wavelength, however, the phase of the beat E changes by 180 ° in the reference time puiikten determined by the positive pulses of the voltage / so that these pulses now coincide with negative half-waves of the oscillation F and consequently no negative pulses K result. If, for example, the aircraft loses altitude and passes several layers, each with a height of a quarter wavelength, the negative impulses K will occur while passing one layer, disappear while passing the next layer, and reappear while passing the third layer etc. When the aircraft is descending at constant speed, the periodically recurring groups of represented by the curve L occur in the exit circle of the tube 36
negativen Impulsen auf. Die Kurve L ist gegenübernegative impulses. The curve L is opposite
der Kurve K in Richtung der Zeitachse zusammengedrängt, in Wirklichkeit erscheinen die Impulse L immer in den Bezugszeitpunkten tv t2. Die Wiederholungsfrequenz der Impulsgruppen L ist proportional der Vertikalkomponente der Fluggeschwindigkeit und kann sich beispielsweise zwischen 30 Hz für eine vertikale Geschwindigkeitskomponente von 1 m/s und 180 Hz für eine vertikale Geschwindigkeitskomponente von 6 m/s ändern.of the curve K compressed in the direction of the time axis, in reality the pulses L always appear at the reference times t v t 2 . The repetition frequency of the pulse groups L is proportional to the vertical component of the airspeed and can vary, for example, between 30 Hz for a vertical speed component of 1 m / s and 180 Hz for a vertical speed component of 6 m / s.
Die Impulse L werden dem Demodulator 44 zugeführt, in dessen Ausgangskreis sich dann die durch die Kurve M dargestellte Spannung ergibt. Diese wird im Verstärker und Amplitudenbegrenzer 45 in die durch die Kurve N dargestellte Spannung rechteckiger Wellenform verwandelt, deren Frequenz der Wiederholungsfrequenz der Impulsgruppen L entspricht und daher ein Maß für die vertikale Geschwindigkeitskomponente des Flugzeuges darstellt. Diese Spannung gelangt in den Zählkreis 46, der ebenso arbeitet wie der Zählkreis 19. Infolgedessen erscheint im Ausgangskreis dieses Zählkreises eine Gleichspannung, deren Größe der Frequenz der Spannung ΛΓ., also der Größe der vertikalen Komponente der Flugzeuggeschwindigkeit proportional ist. Diese Spannung wird einesteils dem Geschwindigkeitsanzeiger 55 zugeführt, der unter ihrer Einwirkung die Größe der vertikalen Geschwindigkeitskomponente des Flugzeuges anzeigt, andernteils gelangt sie zur Auswertungsvorrichtung 29,, der auch die Ausgangsspannung des Zählkreises 19 zugeführt wird. In der Auswertungsvorrichtung wird aus der Ausgangsspannung des Zählkreises 46 durch Differenzierung eine die Beschleunigung des Flugzeuges darstellende Spannung abgeleitet, und aus den die Geschwindigkeit, die Beschleunigung und die Flughöhe des Flugzeuges darstellenden Spannungen kann eine resultierende Spannung abgeleitet werden, die ein Maß für die Abweichung des Flugzeuges von einem vorgeschriebenen Flugweg, beispielsweise von der Gleitbahn für die Landung, darstellt. Diese resultierende Spannung kann dann entweder ein Anzeigeinstrument beeinflussen oder aber eine selbsttätige Steuervorrichtung betätigen. The pulses L are fed to the demodulator 44, in whose output circuit the voltage represented by the curve M is then obtained. This is converted in the amplifier and amplitude limiter 45 into the voltage of rectangular waveform represented by curve N , the frequency of which corresponds to the repetition frequency of the pulse groups L and therefore represents a measure of the vertical speed component of the aircraft. This voltage reaches the counting circuit 46, which works in the same way as the counting circuit 19. As a result, a DC voltage appears in the output circuit of this counting circuit, the magnitude of which is proportional to the frequency of the voltage Λ Γ ., Ie the magnitude of the vertical component of the aircraft speed. This voltage is fed partly to the speed indicator 55 which, under its influence, shows the size of the vertical speed component of the aircraft, and partly to the evaluation device 29 to which the output voltage of the counting circuit 19 is also fed. In the evaluation device, a voltage representing the acceleration of the aircraft is derived from the output voltage of the counting circuit 46 by differentiation, and a resulting voltage can be derived from the voltages representing the speed, the acceleration and the altitude of the aircraft, which is a measure of the deviation of the Aircraft from a prescribed flight path, for example from the slide for landing, represents. This resulting voltage can then either influence a display instrument or operate an automatic control device.
Claims (3)
Französische Patentschrift Nr. 947 388;
britische Patentschrift Nr. 656 094.Considered publications:
French Patent No. 947,388;
British Patent No. 656 094.
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Patent Citations (2)
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