DE1100730B - Radargeraet zur Geschwindigkeitsmessung unter Ausnutzung des Dopplereffektes - Google Patents

Description

Radargerät zur Geschwindigkeitsmessung unter Ausnutzung des Dopplereffektes

In der Radartechnik findet die Ausnutzung des Dopplereffektes Anwendung, um die Geschwindigkeit eines beweglichen Körpers in bezug auf ein zweites Objekt, beispielsweise eine Bodenstation, festzustellen. Eine solchen Zwecken dienende Anlage sieht vor, daß die Sendesignale kohärente höchstfrequente Signale sind und die empfangenen Echosignale mit den kohärenten Schwingungen eines örtlichen Oszillators überlagert werden. Eine etwas anders geartete bekannte Anordnung dient dem Zweck, die Geschwindigkeit eines Flugzeuges über dem Erdboden zu bestimmen. Zu diesem Zweck sind auf dem Flugzeug Geräte vorgesehen, die in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung, bezogen auf das Flugzeug, Strahlungen aussenden und empfangen. Die Echosignale, die in beiden Richtungen aufgenommen werden, werden miteinander kombiniert, und der Unterschied der Dopplerverschiebungen, die die Echosignale in den genannten beiden Richtungen aufweisen, wird zur Auswertung gebracht. Hierbei ist an sich eine Kohärenz der Sende-

signale nicht erforderlich. _: ■

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die den ~

verschiedenen Koordinatenrichtungen entsprechenden

Geschwindigkeitskomponenten der Fortbewegung effektes nach verschiedenen Koordinatenrichtungen eines beweglichen Körpers, dessen Geschwindigkeit 25 abgestrahlt werden, können durch Empfang der Echo- und Bewegungsrichtung gegenüber dem Erdboden signale die den verschiedenen Koordinatenrichtungen k entsprechenden Geschwindigkeitskomponenten des be

weglichen Körpers getrennt ausgewertet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die auf diese Weise abgeleiteten Geschwindigkeitskomponenten mit Meßwerten kombiniert werden, die

K hii

Anmelder:

Laboratory for Electronica, Inc.,
Boston, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 10. September 1956

Maurice Abraham Meyer, Natick, Mass. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

und Bewegungsrichtung gegenüber dem nicht exakt aus den Antriebsgrößen des Körpers zu ermitteln sind, getrennt zur Anzeige zu bringen. Das erfindungsgemäße Radargerät kennzeichnet sich dadurch, daß auf dem beweglichen Körper Mittel vorgesehen sind, um eine Mehrzahl scharf gebündelter, in verschiedene Koordinatenrichtungen weisender Hochfrequenzstrahlungen, vorzugsweise gleicher Frequenz, auszusenden, und daß Mittel vorgesehen sind, lh di Ei d i

die momentane Lage des Körpers charakterisieren, beispielsweise mit Meßwerten, die die Höhe des Flugzeuges, den Kurswinkel und die Neigungswinkel des

g , zeuges, den Krswe gg

welche die Energie der von einer reflektierenden Fläche 35 Flugzeuges charakterisieren, so kombiniert werden, ükthlt Ehil fh d i d b F

zurückgestrahlten Echosignale aufnehmen und mit dem Signal des örtlichen Oszillators überlagern und die den verschiedenen Koordinatenrichtungen entsprechenden Geschwindigkeitskomponenten des Körpers getrennt zur Anzeige bringen.

Vorzugsweise liegt der Anwendungszweck einer erfindungsgemäßen Anordnung in der Verwendung auf Flugzeugen, es sind jedoch auch Verhältnisse möglich, unter denen bei sich zweidimensional bedaß laufend die Weiterbewegung des Flugzeuges längs des gewünschten Kurses und die Abdrift desselben in bezug auf den Kurs sowie die Geschwindigkeitskomponenten in bezug auf ein ortsfestes Koordinatensystem zur Anzeige gebracht werden.

In besonderer Weise eignet sich die Erfindung für die Anwendung auf Hubschraubern, deren Geschwindigkeit in bezug auf den Erdboden unter Umständen Null, gegebenenfalls sogar rückwärts gerichtet ist

, gg g g

wegenden Fahrzeugen eine Abdrift auftritt, wobei die 45 und bei denen sich Abdrifterscheinungen durch Winde tbt Vtil ih bfll ik Slh

erstrebten Vorteile sich ebenfalls auswirken. Solche Verhältnisse liegen grundsätzlich bei Seefahrzeugen vor, aber auch bei Landfahrzeugen, z. B. Schlittenfahrzeugen und Kurven fahrenden erdgebundenen F

besonders störend auf die Navigation auswirken.

Weiterbildungen der Erfindung beziehen sich auf eine zur Durchführung der Erfindung besonders günstige Antennenanordnung, die die Ausnutzung der

g sige Antnnenanordnung, die die Ausnutzung der

Fahrzeugen, ergeben sich ähnliche Verhältnisse. Die 50 nach verschiedenen Koordinatenrichtungen weisenden Erfindung wird jedoch nachstehend in erster Linie bei Hochfrequenzstrahlungen ermöglichen und räumlich ihrer Anwendung auf Flugzeugen zur Erörterung ge- besonders gedrängt ausgebildet sein soll, wie dies langen. zwecks Verwendung auf Fahrzeugen, insbesondere

Dadurch, daß Signale zur Ausnutzung des Doppler- Flugzeugen, wünschenswert ist.

109 528/528

Die Erfindung geht davon aus, daß die Dopplerverschiebung einer von einem Flugzeug aus erzeugten
Radarstrahlung proportional der Projektion der
Flugzeuggeschwindigkeit -auf die Richtung der elektromagnetischen Strahlung ist.'.Das Verhältnis der gemessenen Dopplerverschiebung zur Sendefrequenz
dividiert durch den Kosinus des Winkels zwischen
dem Geschwindigkeitsyektpr und der Strahlrichtung
ist andererseits ein Maß für die Geschwindigkeit. Da

und der Horizontalebene des Flugzeuges Θ ist. Die Richtung, in welche der Hubschrauber zu fliegen bestrebt ist, ist als X-Achse angegeben, die Vertikalachse ist die Z-Ächse, und senkrecht zu beiden liegt 5 die F-Achse. Eine Bewegung längs der F-Achse stellt daher die Seitenbewegung des Hubschraubers dar. Abgesehen davon, daß durch die Mikrowellenlinse 13, die an der Unterseite des Hubschraubers 11 vorgesehen ist, die Sendestrahlungen fokussiert die tatsächliche Bewegung -des "Flugzeuges nicht mit io werden, dient die Linse auch dazu, die Energie von seiner Vorwärtsbewegung* zusammenfällt, weil die den drei betreffenden Strahlen zu den Strahlungs-Windgeschwindigkeit Komponenten senkrecht zu der hörnern wieder zurückzuführen. Indem die Dopplergewünschten Bewegungsrichtung aufweist, ist es verschiebungen der drei Strahlungen verglichen wichtig, daß auf dem Flugzeug eine zusätzliche Rieht- werden, die bekannte Orientierung der Strahlungen strahlung vorgesehen wird, deren reflektiertes Signal 15 in bezug auf den Hubschrauber berücksichtigt wird die Flugzeuggeschwindigkeit senkrecht zu ihrer-Vor- und die Schlinger- und Stampfbewegung des Hubwärtsgeschwindigkeitskomponente mißt.. Wenn man schraubers in Rechnung gezogen werden, können diese beiden Geschwindigkeitskomponenten unter In- die Geschwindigkeitskomponenten in Richtung der rechnungsetzen der Vorwärtsgeschwindigkeit und der Achsen X, Y und Z bestimmt werden. Die Geschwin-Richtung, wie sie durch einen Kreiselkompaß bei- 20 digkeitskomponenten werden mit der Kursrichtung, spielsweise angezeigt wird, kombiniert und den die man beispielsweise von einem Kreiselkompaß Startort des Flugzeuges in Rechnung setzt, kann erhält, kombiniert, um in Verbindung mit der verder jeweilige Standort des Flugzeuges berechnet strichenen Flugzeit genau den Flugzeugstandort werden. Gewisse Flugzeugarten, insbesondere Hub- relativ zu einem vorgegebenen Punkt zu bestimmen, schrauber, unterliegen bei ihrem Flug starken 25 Die Position kann in Ausdrücken der geographischen relativen Schwankungen ihrer Höhe sowie ihrer Länge und der Breite oder auch der Entfernung längs Winkellage in bezug auf· die Längsachse und die einer vorgegebenen Kurslinie und der Abweichung Querachse des Flugzeuges. Gegenüber den Steuer- nach rechts oder links derselben angegeben werden, bewegungen des Flugzeugführers ist ein solches Hierzu sind Mittel vorgesehen, um die Richtung und Flugzeug zu träge, so daß^:-stets mit dem Auftreten 30 die Größe der Geschwindigkeit anzuzeigen, derartiger Schwankungen, zu rechnen ist. Daraus er- Die zur Anzeige gelangenden Geschwindigkeits-

gibt sich, daß die Orientierung der von dem Flugzeug werte werden zweckmäßigerweise in bezug auf feste ausgesendeten Strahlungsbündel bei den Schwan- geographische Achsen der Erde angegeben. Die Richtkungen des Flugzeuges sich in bezug auf die Vertikal- Strahlungen indessen besitzen feste Lage in bezug auf achse eines im Raum festliegenden Koordinaten- 35 das Flugzeug, denn sonst wäre es notwendig, komplisystems ändert. Die Erfindung sieht in einer Aus- zierte Stabilisierungsmittel vorzusehen, um die Strahführungsform vor, die Genauigkeit der Standort- lungen in fester Lage zu den raumfesten Koordinatenanzeige des Flugzeuges sowie die Anzeige seiner richtungen zu halten. Es ist daher erforderlich, in Geschwindigkeit in der Horizontalrichtung dadurch genauer Weise die Schlingerbewegung und die zu erhöhen, daß bei der Bestimmung die Schlinger- 40 Stampfbewegung des Hubschraubers zu bestimmen, bewegungen (Schwankungen um die Längsachse bzw. um in jedem Augenblick genau die Flugzeugum die Querachse des Flugzeuges) und die Schwan;- geschwindigkeit in bezug auf die Erde zu bestimmen, kungen der momentanen Höhe in Rechnung gezogen In Fig. 2A ist der Einfluß der Stampfbewegung

werden. Handelt es sich beispielsweise um ein Flug- des· Hubschraubers in bezug auf Drehung des Vorderzeug, welches Strahlungen nach vorn und nach hinten 45 und Hinterteiles des Hubschraubers um die Mittel- und nach links und nach rechts aussendet und emp- oder F-Achse des Flugzeuges gezeigt; die Achsen des fängt, so ergibt sich, wenn die Flugzeugnase bei einer Hubschraubers fallen bei Horizontalflug mit den X-, Schlingerbewegung um die Querachse des Flugzeuges Y-, Z-Achsen des raumfesten Systems zusammen, angehoben wird, eine entsprechende Vergrößerung Wenn der Hubschrauber um einen Winkel P stampft, oder Verkleinerung der Dopplerverschiebung der nach 50 behält die F-Achse ihre ursprüngliche Lage bei vorwärts und der nach rückwärts gerichteten Strah- (F₁=F), aber die X- und Z-Achsen nehmen neue lung; diese Unterschiede werden elektronisch aus- Stellungen ein, die mit X₁ und Z₁ bezeichnet sind, gewertet und bei der Bestimmung der Horizontal- In Fig. 2 B ist der Einfluß einer Schlingerbewegung

geschwindigkeit berücksichtigt. In gleicher Weise um die Längsachse gezeigt, wobei die Längsachse mit werden Frequenzverschiebungen, die auf Schlinger- 55 X₁ angenommen ist, nachdem das Flügzeug in bezug bewegungen zurückgehen, welche ein Pendeln um die auf die Querachse F um einen Winkel P, wie beLängsachse des Flugzeuges darstellen, durch eine ent- schrieben, gestampft hat. Nachdem ein Schlingern um sprechende Anordnung, die auf die Dopplerverschie- den Winkel R stattgefunden hat, hat die X₁-AcIiSe ihre bungen der nach der Seite gerichteten Strahlung vorige Richtung beibehalten (X₂=X₁),.indessen wurden anspricht, berücksichtigt. Weitere Einzelheiten der 60 die Z₁- und die F₁-Achsen in die neuen Richtungen Z₂ Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be- und F₂ geschwenkt. Um genau die Flugzeuggeschwinschreibung und der Erörterung der Figuren. digkeit in bezug auf die geographischen Koordinaten

In Fig. 1 ist ein Hubschrauber dargestellt, der sich anzuzeigen, verwendet das Rechengerät die Inforin horizontalem Flug befindet und eine Anordnung mationen betreffend Schlingern, Stampfen und Kursbesitzt, die eine gebündelte Strahlung 1 nach vorn 65 richtung, die von auf Trägheit beruhenden Organen abstrahlt und eine zweite gebündelte Strahlung 2 nach im Zusammenhang mit Geräten zur Anzeige der links und eine dritte gebündelteStrahlung 3 nach rechts, Dopplerfrequenz im Echosignal gewonnen werden, wobei eine Mikrowellenlinse 13 Anwendung findet. und es wird so eine genaue Anzeige der Geschwindig-

Sämtliche drei Strahlungen sind nach unten ge- keit erreicht. In der Praxis kommt diese Umrechnung richtet, wobei der Winkel zwischen den Strahlungen 70 darauf hinaus, die Dopplerverschiebungen, welche den

Geschwindigkeitskomponenten in den X₂-, Y₂- und Z₂-Achsen des schlingernden und stampfenden Hubschraubers entsprechen, in Geschwindigkeitskomponenten längs den X-, Y-, Z-Achsen als Funktion des Schlinger- und Stampfwinkels des Flugzeuges umzurechnen.

Hat man die in Fig. 2 A gezeigten rechtwinkligen raumfesten Achsen X, Y, Z und findet eine Rotation in bezug auf die F-Achse, um den Stampfwinkel P, wie in Fig. 2 A gezeigt, statt, so ergibt sich eine erste Transformation daraus; daß die Einheitsvektoren T, J, k längs den Achsen X, Y, Z in Form ihrer Komponenten längs den neuen Achsen X₁, F₁, Z₁ ausgedrückt werden.

X₁=COsP-XH-O-F-Si_nP-Z,

F₁=O-XH-I-FH-O-Z,

Z₁ = sinP-X + O-F + cosP-Z.

Die Rotation um die X₁-AcIaSe mit dem Schlingerwinkel R liefert

Dabei bedeutet

Da

-(Jf₁)

In Matrizenalgebra lautet diese Beziehung

20

so wird

'X,

Χ^λ

Y₂ I = (M₂) · (M₁) - I Y

cos P 0 —sin P (M₁) = ( 0 1 0

sin P 0 cos P

Es sei nun

30 dann wird

(M) = (M₂) · (M₁),

/0

0 0

cos R —sin R sin R cos R

cos P 0 —sin P

0 1 sin PO cos P

cos P 0 — sin P

= | — sinÄ-sinP cos Pv —sin R -cos P
cos P. · sin P sin R cos P. · cos P

= cos P · (cos² R · cos P + sin² R · cos P) — 0 —sin P · (—sin² R · sin P — cos² R · sin P) = cos² P ■ (sin² R + cos² R) + sin² P ■ (sin² P. + cos² R) = 1.

Da (M) = 1, so wird (M)j = (M)₇-, wobei die Indizes / und T die invertierte bzw. konjugierte Matrix bedeuten. Es wird daher

(M)₁ =

cos P —sin Pt-sin P

0 cos P.

— sinP — sinPv-cosP

cos Pl · sin P

sin R cos R · cos P ,

welche dem schlingernden und stampfenden Bezugssystem angehören, zu dem sie eine feste Lage besitzen. Um das skalare Produkt auszuführen, müssen die Komponenten B auf die X-, Y-, Z-Achsen mittels der Transformationsmatrix Mi transformiert werden.

Sind die drei Strahlungen gegenüber der Horizontalebene des Flugzeuges, wie in Fig. 1 angedeutet, um den Winkel Θ nach unten gerichtet, so ergibt sich die zugehörige Dopplerverschiebung in jeder Strahlung zu

Die vorstehend abgeleitete Matrix, welche die Größen des Bezugssystems des schlingernden und stampfenden Hubschraubers auf seine Achsen bei normalem Flugverhalten transformiert, ist zweckmäßig in Verbindung mit der Ableitung verallgemeinerter Gleichungen, die unter Zugrundelegen der Strahlungsdiagramme 1, 2, 3 gemäß Fig. 3 C die verallgemeinerten Dopplervariablen D_x, D₃, und D_z bestimmen.

Die Dopplerverschiebung f_d, die sich mit einer Antennenanordnung ergibt, wobei der Vektor B ein Einheitsvektor ist, der in Richtung der Wellenstrahlung liegt, ist definiert durch K-f_d=V ·Β.

Die Geschwindigkeit V wird zweckmäßigerweise auf die festen Achsen X, Y₁ Z bezogen. Die Strahlungsbündel werden auf die Achsen X₂, Y₂, Z₂ bezogen, -I = (F_xVrVt)-(M)₁-

55

60

(a)

cos© ), (b)
KUi = (V_x V_y V₂) · (M)₁ · V -sin Θ,

Kf _dz = (V_x V_y V₂)- (M)₁ -\ -cos© ).

-sin ©,

Hierbei bedeuten die letzten Vertikalmatrizen die Komponenten der betreffenden Einheitsvektoren B₁, B₂, B₃ in den Achsen X₂, Y₂, Z₂.
Indem man die Summe (b) + (c) vom Zweifachen

11Ö0750

7 8

von (a) subtrahiert und (c) von (b) subtrahiert und metrischen Funktionen von den Vertikalmatrizen aus-(b) und (c) addiert und die entsprechenden trigono- rechnet, erhält man

■2-(a)-(b)-(c)

'iAtdx Id2 Td?) (τ/- ττ τ/ \

(b)-(c)= ^v ' ^w 2 cos Θ

= (V_X

—sin Θ

Eine entsprechende Matrizenanwendung liefert die Ergebnisse für D_x, D_y, D₂- für die Strahlungsrichtungen gemäß Fig. 3, deren Diagramm A vier um 90° versetzte Strahlungen 1 bis 4, deren Diagramm B drei (M)₁] O)=D₂

um 120° versetzte Strahlungen 1 bis 3 und deren Diagramm C drei um 90° versetzte Strahlungen 1 bis 3 unterstellt. Die nachstehende Tabelle zeigt für diese drei Fälle die verallgemeinerten Dopplerkoordinaten.

Yier Strahlungen 90° versetzt

(Kg- -5)

Drei Strahlungen 120° versetzt Drei Strahlungen 90° versetzt

D_x =

(f_dl — ·

(2 fdt ~ fd2 (2 f_dl —

f_d3)

2 cos Θ

fdj)

3 cos Θ

(fd2 ~ /< 2 cos Θ

2 cos©

2 sin Θ

Υϊ cos Θ

-κ (f_dl + f_it

3sin6> 2cos@
<■ (f_di + i

2 sin Θ

Indem man die angegebenen Matrizen auflöst, erhält man für D_x, D_y und D₂:

cos?' = (V_xVyV₂)-\ 0 j =cosP· V_x-sinP -V₂,

— sinP,

—sini?

cosi? -sini? cosPj

(cosR sinP \ sini? cos i? cos P / = sinP · sini? · V_x + cosi? · V_y - cosP · sinP. · V₂,

= sin P- cos R- V_x + sini?· V_y + cos P- cos R-V₂.

Da man drei unabhängige Gleichungen vorliegen hat, können die Größen V_x, V_y, V₂ als Funktionen von D_x, D_y, D₂ und i? und P ausgedrückt werden. Die Lösungen sind in der obersten Gruppe der nachstehenden Tabelle dargestellt; insoweit V_x und V₂ als Funktionen von V_y an Stelle von Dy ausgedrückt

So werden, ist diese Darstellung in der zweiten Gruppe wiedergegeben; die dritte Gruppe drückt V_x nur als eine Funktion von D_x und V₂ aus. Die Ausdrucksweise der obersten Gruppe wird vorgezogen, weil sich ein Apparat leichter bauen läßt, der nur Produkte und Summen im Wege der Rechnung benötigt.

(D₂, Dy)

Vy = sin J?

+ cos R-Dy

V_x (D_x, D₂, Dy) V_x = cos P -D_x + (cos i? · D₂ — sin J? · D^) sin P V₂ (D_x, D₂, Dy) V₂= sin P -D_x +(cos R- D₂ -sini? ■ D_y) cos P

Vy (D₂, Dy)

V_v = sini? ■ D₂ + cos R · D_v

V_x (D_x, D₂, Vy) V_x = COsP-D_x

sin P cos R D₂-tgR sinP-Vy

V₂ (D₂, V_x, V_y) V₂ = seci? secP · D₂ - tgP · V_x - tgR secP · V_y

= sini? · D₂ + cos i? · D₃,

Vy (D₂, Dy)

V₂ (D_x, D₂, Dy) V₂ = -^- - D₂ - sinP ■ D_x - tg R cosP · V₃,

COS Sx.

V_x (D_x, V₂) V_x = secP · D_x + IgP-V₂

9 10

Bevor eine Ausführungsform der Erfindung zur 27 zugeführt werden. Die anderen beiden Ausgangs-Erörterung gelangt, ist es zweckmäßig, die Bedeutung signale des Filters 25 werden einer Mischstufe 28 der vorstehend erhaltenen Analyse zu untersuchen. zugeführt, die eine Summen- und eine Differenz-Wenn Rechnungen entsprechend den obenangegebenen frequenz liefert; das Summensignal wird den Misch-Formeln durchgeführt werden, können Doppler- 5 stufen 27 und 31, das Differenzsignal dagegen direkt verschiebungen einer Mehrzahl von Strahlenbündeln, dem einen Kanal der Umwandlungsstufe 32 zugeleitet, die eine bestimmte Beziehung zu einer stampfenden Das andere Signal der Mischstufe 31 ist eine feste und schlingernden Bezugsebene besitzen, verwendet Frequenz, so daß man von der Mischstufe 31 ein werden, um die Größe und Richtung der Geschwindig- Ausgangssignal erhält, welches die gewünschte keit der Bezugsebene in raumfesten Koordinaten aus- io Dopplerverschiebung auf einer niedrigeren Trägerzudrücken. Es ist daher nicht erforderlich, kostspielige, welle aufweist, die der Umwandlungsstufe 32 zuschwer zu stabilisierende Anordnungen vorzusehen, geführt wird. Das der Stufe 32 zugeführte dritte welche das die Strahlung aussendende System in Signal ist das Ausgangssignal der Mischstufe 27, in bezug auf die Erde ausgerichtet halten. dem die Differenz der vom Frequenzver doppler 26 und

Die oberen in der Tabelle angegebenen Gleichungen 15 der vom Summenausgang der Mischstufe 28 kommenbringen die Beziehung der verallgemeinerten Doppler- den Schwingungen auftritt. Alle drei Eingänge der variablen zu den drei Geschwindigkeiten V_x, V₂,, V_z Umwandlungsstufe 32 weisen die gleiche Trägerzum Ausdruck. Wenn die Bezugsebene horizontal frequenz auf.

liegt, sind R und P = O, und daher sind sini?, Die Ausgangsströme der Umwandlungsstufe 32

skip" und tgi? = 0, während cosi?, cosf und secP 20 enthalten Signale, deren Frequenzverschiebung den = 1 sind. Man erkennt, daß die Quergeschwindig- drei verallgemeinerten Dopplervariablen D_x, D₂,, D₂ keit des Flugzeuges V₂, dann mit D₂, zusammenfällt proportional sind, zusammen mit einem Kennzeichen und daß D_z mit V_z, der Vertikalgeschwindigkeit des für jede Variable, welches die Polarität der Doppler-Flugzeuges, und D_x mit V_x, der Längsgeschwindigkeit verschiebung wiedergibt. Die Signale werden einem des Flugzeuges, zusammenfällt. Ein Rechengerät, 25 Rechengerät 33 zugeführt, welches außerdem Signale welches Signale zugeführt erhält, die proportional D_x, von Binärzahlumwandlern 34 erhält, welche den Dy und D_z sind, kann die Geschwindigkeitskompo- Stampfwinkel und den Schlingerwinkel wiedergeben; nente des Flugzeuges berechnen. Indem man die ferner werden dem Gerät 33 der Sinus und der Geschwindigkeiten nach der Zeit der Flugdauer inte- Kosinus des Kurswinkels des Flugzeuges zugeführt, griert und ein Koordinatensystem mit einem bekannten 30 Die Stufe 34, welche eine Umwandlung in Binärform Anfangspunkt zusammen mit einem Angabewinkel bewirkt, liefert dem Rechengerät in binärer Form die über die Kursrichtung verwendet, kann der Ausgangs- Meßwerte, welche als Analoginformationen dem kreis des Rechengerätes ständig eine genaue Anzeige Schlinger- und dem Stampf anzeigegerät 35 und dem des jeweiligen Standortes des Flugzeuges liefern. In- Kursanzeigegerät 36 entnommen wurden. Die Ausdem man die Entfernung des Meßpunktes in bezug 35 gangsströme des Gerätes 33 speisen ein Längskursauf den Ausgangspunkt benutzt, kann das Rechen- fortbewegungsgerät 37, welches die längs des Kurses gerät so ausgebildet sein, daß es laufend die Ent- von dem Ausgangs- oder Bezugspunkt zurückgelegte fernung von dem Bestimmungsort, die Entfernung Entfernung zählt; ferner speist das Gerät 33 ein von dem Ausgangspunkt und die Abweichung des Querkurs-Abweichungsgerät 41, welches die Größe Flugzeuges von der gewünschten Kurslinie anzeigt. 40 und die Richtung der Abweichung (Abdrift) quer zur Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Gerätes gewünschten Kurslinie anzeigt, und ferner ein Verfür die Zwecke der Navigation, welches drei einer tikalgeschwindigkeits-Anzeigegerät 42 und ein Horieinzigen Mikrowellenlinse zugeordnete Strahlungs- zontalgeschwindigkeits-Anzeigegerät43, welche nach hörner für die Sendestrahlung und zugleich für die Größe und Richtung die Flugzeuggeschwindigkeit in Aufnahme der Echosignale anwendet. 45 der Höhenrichtung und in der Horizontalebene an-

Die Mikrowellenlinse 13 wird von der Strahlung zeigen.

der drei konischen Hörner 14, 15 und 16 durchsetzt, Wenn der Impulstorgenerator 22 den Mikrowellen-

und die Hörner sind mittels des Richtkopplers und sender 18 in Wirksamkeit setzt, so daß derselbe ein der Verzweigung 21 mit der Überlagererstufe 17 und Mikrowellensignal der Frequenz /₀ erzeugt, wird das dem Mikrowellensender 18 verbunden. Der Sender 18 50 genannte Signal durch die Verzweigungsstufe und den erzeugt das Sendesignal der Frequenz /₀ und das Richtkoppler 21 auf die Hörner 14, 15 und 16 verteilt, Überlagerungssignal der Frequenz f_Lo in abwechseln- welche die Bündel 1, 2 und 3 der Fig. 1 durch die den Zeitintervallen, und zwar nach Maßgabe der Tor- Linse 13 abstrahlen.

impulse des Torimpulsgenerators 22, wobei die Fre- Die Energie der drei Bündel, die als Echosignale

quenz desselben durch ein Höhenmeßgerät 23 gesteuert 55 zurückkommen, wird durch die Linse auf die bewird. Die Stufe 17, die durch das Signal des lokalen treffenden Hörner fokussiert, -von denen die Energie Oszillators gesteuert wird, liefert Ausgangssignale, wieder abgegeben wird. Die Richtkoppler 21 richten welche Zwischenfrequenzstufen 24 zugeführt werden, die reflektierte Energie, welche die ausgesendete die außerdem ein Paar Signale fester Frequenz zu- Frequenz/₀ zuzüglich der Dopplerfrequenzen f_dl, f_d2, geführt erhalten und Ausgangssignale an eine Filter- 60 f_ds besitzt und von den Strahlungen herrührt, die in anordnung 25, welche Trägerwellenunterdrückung be- Fig. 1 mit den betreffenden Bezugszeichen versehen wirkt, liefern; die Ausgangssignale liegen relativ sind, zu der Mikrowellenüberlagerungsstufe 17. Dort zum Eingangssignal im Frequenzspektrum verschoben, werden die drei empfangenen Signale mit dem Signal enthalten aber ebenfalls die Dopplerverschiebung. eines lokalen Oszillators gemischt, so daß sich

Die letztgenannte Fi lter anordnung 25 erhält eben- 65 frequenztransponierte Signale, die z. B. die Frequenz falls feste Frequenzen zugeführt, die als Träger- von 42 MHz besitzen und die Dopplerfrequenzsignale. dienen, denen die Dopplerfrequenzverschie- verschiebung tragen, ergeben; diese Signale werden bungen auf moduliert werden. Eines der Ausgangs- in entsprechenden Zwischenf requenzkanälen der signale des Filters 25 wird einem Frequenzver doppler Zwischenf requenzver stärkerstufen 24 verstärkt. Feste zugeführt, dessen Ausgangsströme einer Mischstuf e 70 Frequenzen von z. B. 51 und 9,5 MHz werden den ge-

nannten Zwischenfrequenzverstärkern ebenfalls zugeführt, und das Differenzsignal derselben wird mit dem 42-MHz-Signal gemischt und liefert Ausgangsströme, welche das 500-kHz-Trägersignal und als Seitenband auf einem Signal von 500 kHz die Dopplerverschiebung enthalten.

Das System besitzt die Eigenschaft, daß der Empfänger abgeschaltet ist, wenn der Sender eingeschaltet ist. Im allgemeinen ist das 500-kHz-Trägersignal nicht vorhanden. Eine Ausnahme tritt nur bei sehr geringen Höhen ein, wenn die Impulswiederholungsfrequenz ihren höchsten Wert hat. Da Energie der ausgestrahlten Impulse praktisch sofort zurückkommt, wird der Empfänger absichtlicherweise während eines Teiles des Senderimpulses wirksam gemacht. Während dieses Intervalls befindet sich im Ausgangskreis der Zwischenverstärkerstufen das 500-kHz-Signal. Die Nähe des Flugzeuges zum Boden bewirkt jedoch, daß ein so starkes Signal zurückkommt, daß es einen StreueinSuß der Trägerwelle nach selektiver Ausfilterung durch die Filterkreise unbeachtlich macht.
- Die Signale der Zwischenfrequenzverstärkerstufe24 werden den Filterkreisen 25 zugeführt, welche, die unerwünschte Trägerwelle unterdrücken.

Die Signalkomponente, welche die Frequenz f_dl enthält, wird einem Frequenzverdoppler 26 zugeführt, der ein Ausgangssignal der Frequenzkomponente 1000 kHz+2 f_dl liefert. Die anderen beiden Ausgangssignale der Filter 25., welche Komponenten haben, die bei 500 bzw. 200 kHz liegen und die Frequenzen f_d2 bzw, f_d3 enthalten, werden in der Mischstufe 28 gemischt, so daß sie eine Differenzfrequenz 30OkHz +fd2~fd3 Hefern, die dem Eingangskreis der Umwandlungsstufe 32 zugeführt wird. Das Summensignal, welches ebenfalls in der Mischstufe 28 entsteht und eine Frequenz von 700 kHz+f_{d 2}+f_d3 besitzt, wird der Mischstufe 27 zugeführt, und die Differenzfrequenz derselben, nämlich 300~kH.z+2f_dl—f_d2 — f_d3, wird einem anderen Eingang der Umwandlungsstufe 32 zugeführt. Das Summensignal der Mischstufe 28 wird auch der Mischstufe 31 zugeführt, die einen zweiten Eingang besitzt, welchem die feste Frequenz 40OkHz zugeführt wird. Das so. erhaltene Differenzsignal 300klIz+f_äz+f_ds wird dem dritten Eingang der Umwandlungsstufe 32 zugeführt.

Die Ausführungsform der Fig. 4 zeigt, daß das Zusammenführen der Signale nach erfolgter Mischung erfolgt; es können jedoch an sich auch die Komponenten, welche die Dopplerverschiebungskomponenten fdv fd2 uttd f_ds aufweisen, zusammengeführt werden, bevor eine Mischung vorgenommen wurde, ohne daß hierdurch eine Abänderung des Erfindungsgedankens bedingt wäre. Tatsächlich liegt ein Vorteil der Zuführung zu der Umwandlungsstufe vor der Mischung darin, daß man dann ein günstigeres Signal-Störungs-Verhältnis erhält. Dies ergibt sich deswegen, weil ein weitgehend störungsfreies Signal von der Umwandlungsstufe den dann nachfolgenden Mischstufen zugeführt wird, was eine beträchtliche Verringerung der beim Mischprozeß bedingten Einführung von Störgeräuschen mit sich bringt.

In bezug auf die Anordnung von drei um 90° auseinanderliegenden Strahlungsbündeln ist festzustellen, daß sich folgende Gründe zur Anwendung der Misch- und Verdopplerstufen ergeben. Es werden sämtliche Eingangssignale der Stufe 32 bei ungefähr 300 kHz zugeführt und somit innerhalb eines Frequenzbereiches, in welchem solche Stufen günstig arbeiten. Das Signal, welches von der Mischstufe 28 abgegeben wird, enthält die Dopplerkomponente/_d2—f_ds, welche sich von D_y nur durch die Konstante k/2 cos Θ unterscheidet. Das Ausgangssignal der Mischstufe 31 enthält die Komponente f_d2 + f_d3, welche sich von D₂ nur um die Konstante —k/2.sin Θ unterscheidet, und das Ausgangssignal der Mischstufe 27 enthält die Dopplerkomponente 2f_di— fd2~fdz> ^so daß gegenüber D_x nur der Unterschied K/2 cos Θ besteht.

Bekanntlich ist die Strahlung, die als Echo mit Dopplerfrequenz behaftet zurückkommt, der Träger

ίο eines Frequenzspektrums von Dopplerfrequenzen. Die Rechenoperationen werden aber begünstigt, wenn eine einzelne Frequenz aus dem Dopplerfrequenzspektrum abgeleitet wird, welche genau die Geschwindigkeitsinformation trägt, die in dem reflektierten Spektrum enthalten ist. Es wurde festgestellt, daß man eine genaue Arbeitsweise der Umwandlungsstufe 32 erhält, wenn eine Einzelfrequenz abgeleitet wird, welche das Frequenzspektrum des Echosignals in zwei Spektren gleichen Energieinhaltes in bezug auf diese aus-

ao gewählte Frequenz zerlegt, d. h. wenn A(f) die Amplitude im Energiespektrum und f_c die ausgewählte Frequenz ist, so soll erfüllt sein

V +00

Der in Fig. 1 dargestellte Hubschrauber besitzt eine nach vorn gerichtete Strahlung 1 und nach den Seiten gerichtete Strahlungen 2 bzw. 3; die Anordnung kann auch wirken, wenn die Strahlungen 2 und 3 nach vorn und hinten gerichtet sind und die Strahlung 1 nach der Seite. Die Ausdrücke, welche die Dopplervariablen D_x und D₃, charakterisieren, müssen dann vertauscht werden. Eine solche Anordnung ist besonders deswegen zweckmäßig, weil die Variable D_x in der Längsrichtung des Hubschraubers proportional der algebraischen Summe der Dopplerverschiebung, die von dem nach vorn gerichteten Strahl erhalten wird und dem Negativen der Dopplerverschiebung, welche von dem nach hinten gerichteten Strahl 3 erhalten wird, ist. Da die Frequenzverschiebungen der betreffenden Strahlungen im allgemeinen einen Richtungssinn aufweisen, und zwar eine Frequenzzunahme in dem nach vorn gerichteten Bündel und gleichzeitig eine Abnahme der Frequenz des nach rückwärts gerichteten Bündels erfolgt, ist der sich kombiniert ergebende Frequenzunterschied im wesentlichen doppelt so groß wie der in einem Strahlenbündel allein erhaltene Unterschied, und dadurch ergibt sich eine Vergrößerung der Empfindlichkeit.

Es ergibt sich aus dem Vorstehenden, daß die Konstanten, die an den Ausgangsleitungen der Umwandlungsstufen 32 maßgeblich für die X- und F-Richtung sind, nämlich C_y und C_x, proportional dem Wert

2 cos Θ

sind, während die Konstante C_g den Wert

besitzt. Die genannten Signale werden dem Rechengerät 33 zugeführt, um in geeigneter Weise mit diesen Konstanten kombiniert zu werden und Ausgangssignale zu liefern, welche den Dopplervariablen D_x, Dy und D_z entsprechen, die dann mit den Signalen

kombiniert werden, welche von den Digitalumformern 34 geliefert werden.

Da die Ausgangswerte der Umwandlungsstufe 32 Impulszüge sind, empfiehlt es sich, die angedeuteten Multiplikationsvorgänge unter Anwendung vonBinär-Multiplikationsstufen durchzuführen.

Der Meßwert für die Kursrichtung kann von einem Kreiselkompaß erhalten werden, und die Meßwerte für das Schlingern und das Stampfen können von geeigneten Kreiselgeräten erhalten werden. Die von drehbaren Wellen gegebenen Anzeigewerte des Schlingerns, des Stampfens und des Kurses werden in Binärwerte durch die Binärumformer 34 umgewandelt.

Die Ausgangsgröße des Rechengerätes 33 ist ein Impuls für jede Längeneinheit des Weges, die längs der vorgegebenen Kurslinie zurückgelegt ist; es findet Weiterleitung desselben zu einem Zählgerät 37 statt. Eine ähnliche Anzeige für die Entfernung, die quer zur Kursrichtung zurückgelegt wird, wird dem Querkurszähler 41 zugeführt. Die genannten Zähler sind vorzugsweise mechanischer Art, zählen in positiver und negativer Richtung und geben einen numerischen Wert der Entfernung an, welche längs und quer zum gewünschten Kurs zurückgelegt wurde.

Die Geschwindigkeitsmeßgeräte 42 und 43 sind vorzugsweise bipolare Meßgeräte, deren Nullanzeige dadurch charakterisiert ist, daß sich der Zeiger in der Mittellage befindet. Eine verschwindende Vertikalgeschwindigkeit wird dadurch angezeigt, daß der Zeiger eine horizontale Stellung besitzt, während eine Aufwärts- bzw. Abwärtsbewegung des Zeigers auf eine Aufwärts- bzw. Abwärtsgeschwindigkeit hinweist, wobei die Größe der Ablenkung der Größe der Geschwindigkeit proportional ist.

Die Horizontalgeschwindigkeitsanzeige besteht vorzugsweise aus zwei Zeigern auf einem MeßzifEerblatt. Eine Links-Rechts-Geschwindigkeit wird durch einen vertikal gelagerten Zeiger angezeigt, welcher unabgelenkt ist, wenn die Links-Rechts-Geschwindigkeit Null ist, und der sich in einem proportional zur Quergeschwindigkeit erfolgenden Maße dieser Geschwindigkeit entsprechend aus seiner Ruhelage heraus begibt. Vorwärts- und Rückwärtsgeschwindigkeit wird durch einen horizontalen Zeiger angezeigt, welcher bei einer Geschwindigkeit längs des vorgeschriebenen Kurses seine Mittelstellung einnimmt und sich nach oben bewegt, um eine Vorwärtsbewegung zu charakterisieren, und nach rückwärts bewegt, um eine Rückwärtsbewegung zu charakterisieren, wobei das Maß der Ablenkung proportional der Geschwindigkeit ist.

Im nachfolgenden werden einige zur Anwendung gelangende Bauteile näher beschrieben:

In Fig. 5 ist eine Anordnung gezeigt, welche eine Linse und Abstrahlhörner enthält, durch die die in Fig. 3 A gezeigten Strahlungsdiagramme erhalten werden. Die Anordnung umfaßt eine Mikrowellenlinse 13, die mittels eines Rahmens 51 und des Ringes 52 getragen wird. Am entgegengesetzten Ende des Rahmens befindet sich ein Ring 53., der annähernd parallel zum Ring 52 liegt. Querstreben 54 und 55 tragen die Hörner 56, 57, 58 und 59, welche so gerichtet sind, daß ihre Achsen sich im Zentrum der Linse 13 schneiden. Das aus der Linse und den Hörnern bestehende Antennensystem hat die Eigenschaft, daß die Brennpunkte der Linse um die Linsenachse herum auf einem Kreise liegen, welcher durch die scheinbaren Strahlungsquellen der Hörner geht, so daß die Energiestrahlung zu parallelen Strahlenbündeln gerichtet wird, die unter einem Winkel zur Linsenachse verlaufen. Die Winkelstellung des Strahlenbündels relativ zur Achse hängt von der Winkelstellung des scheinbaren Quellpunktes des Hornes zur Achse ab. Energiestrahlung, welche in der Richtung des ausgestrahlten Strahlenbündels empfangen wird, wird auf den Brennpunkt fokussiert, wo der scheinbare Quellpunkt des Hornes liegt. Bei konischen Hörnern, die vorzugsweise Anwendung finden, liegt der scheinbare Quellpunkt in dem Hornkonus in der Nähe der Konusspitze. Wenn die Hornöffnungen, wie in der Zeich- nung dargestellt ist, längs des Brennkreises angeordnet sind, werden vier Strahlungsbündel, welche in bezug auf die normalerweise vertikale Achse der Linse um 90° versetzt liegen, gebildet. Entfernt man ein Horn, so ergibt sich im Strahlungsdiagramm eine Anordnung, die sich entsprechend der Fig. 3 C verhält. Finden drei um 120° versetzte Hörner Anwendung, so ergibt sich ein Strahlungsdiagramm, wie es der Fig. 3 B entspricht. Die reflektierte Energie eines jeden Strahlenbündels wird wiederum zu dem Horn zurückreflektiert, von welchem sie ausging.

In Fig. 6 ist eine andere Horn-Linsen-Anordnung gezeigt, welche einen geringeren Raumbedarf besitzt. Wie in der Fig. 5 ist die Mikrowellenlinse 13 mittels eines Ringes 52 an einem Rahmen 51 befestigt. Das entgegengesetzte Ende des Rahmens 51 trägt eine reflektierende Fläche 62, und die Hörner 56, 57 und 58 werden von einem äußeren Ring 61 getragen, so daß die Achse eines jeden Hornes die reflektierende Fläche 62 unter einem Winkel trifft, welcher gleich ist dem Winkel, den die Verbindungslinie des Auftreffpunktes mit der Mitte der Linse bildet. Es findet daher der Energietransport von den Hörnern durch die Linse über eine Reflexion an der reflektierenden Fläche 62 statt. Die Länge des Rahmens 51 in der Achsrichtung des Systems beträgt bei gleicher Brennweite die Hälfte der Länge, die das in Fig. 5 gezeigte System erfordert.

In Fig. 7 ist eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines drei Strahlenbündel besitzenden Gerätes wiedergegeben. Es findet hier eine zonenweise ausgebildete dielektrische Mikrowellenlinse 13 Anwendung; dieselbe ist mittels eines Ringes 71 befestigt, und ein als Polster wirkender nachgiebiger Ring 72 gestattet, daß die Linse sich innerhalb des Luftspaltes 68 bei Temperaturschwankungen ausdehnen und zusammenziehen kann und trotzdem ihre zentrierte Lage in bezug auf die Hörner beibehält. Der Ring 71 ist an der Tragvorrichtung 73, welche auch die Hörner trägt, mittels Schrauben 74 befestigt, von denen in Fig. 7 nur eine gezeigt ist. Da die Hörner 14, 15, 16 und ihr Zubehör im wesentlichen gleichartig ausgebildet sind, soll nur das Horn 16 zur Erörterung gelangen. Ein Distanzierblock 79 ist an seiner abgeschrägten Fläche 83 verschiebbar ausgebildet, so daß die genaue Einstellung des scheinbaren Quellpunktes in bezug auf die gewünschte Lage des Brennpunktes der Linse möglich ist. Ein ähnlicher derartiger Distanzierblock 79 ist an dem Horn 15 zu erkennen. Das Horn 16 ist mit einer Koppelanordnung 75 verbunden. Ein Halter 76, von welchem der Mischdetektor gehalten wird, ist an der Koppelanordnung 75 vorgesehen; für jeden Kanal des Systems ist eine derartige Mischstufe vorgesehen. Das Überlagerungssignal wird über einen Hohlleiter und das Filter 77, welches mittels Schrauben 78 abstimmbar ist, der Mischstufe zugeleitet, wobei Empfangssignale von einer Frequenz, die nahe der übertragenen Frequenz liegen, zurückgehalten werden.
Die Kopplungsstufe 81 wird mit Energie erregt, welche von dem Mikrowellensender 18 abgeleitet

15 16

wird, und bewirkt eine Leistungsaufteilung, indem werden und keine Leistung in die erregende Energiesie das lokal erzeugte Signal des Oszillators den an quelle zurückreflektiert wird.

jedem Horn vorgesehenen Detektorhalterungen 76 Als Kopplungsanordnung 81 kann eine »Turnstile«- zuführt. Kopplung verwendet werden, bei der die zugeführte Während der Zeitintervalle, innerhalb welcher Ab- 5 Leistung zu je einem Viertel einem jeden der Ausstrahlung erfolgen soll, wird ein Mikrowellensignal gangs-Rechteckhohlleiter, die in der Nähe des Einder Sendefrequenz /₀ vom Sender 18 der Kopplungs- gangshohlleiters angeordnet sind, zugeführt wird, anordnung 82 zugeführt. Die Kopplungsanordnung während dem kreiszylindrischen Hohlleiterabschnitt

75 wirkt sowohl als eine Duplexeranordnung als auch die verbleibende Hälfte der Energie zugeführt wird, als ein Zirkularpolarisator, welcher Energie, zwecks io In Anbetracht der Anwendung der reflektierenden Abstrahlung zu einem Horn 16 leitet. Abstimm- Scheibe an dem letztgenannten Hohlleiter wird diese schrauben 84 gestatten eine Feineinstellung der Hälfte in die Kopplungsanordnung zurückreflektiert Duplexerwirkung, wodurch eine Unterdrückung un- und in gleicher Weise auf die Eingangsleitung und die erwünschter Signale stattfindet, beispielsweise eine verbleibenden Ausgangsleitungen verteilt. Hierbei Unterdrückung von Streureflexionen der Linse; auch *5 wird ein Viertel der Eingangsleistung einer jeden der die Strahlung von Seitenzipfeln benachbarter Hörner Ausgangsleitungen und ein Viertel wird der Eingangswird unterdrückt. . leitung zugeführt; da aber die Abstimmschraube bzw.

Gestreute Energie, die vom Boden zurückgelangt, die Irisblende die Übertragung von Energie zu der wird mittels der Linse 13 zu dem Horn 16 fokussiert Eingangsseite hin verhindert, ergibt es sich, daß dieses und gelangt zu der mit 75 bezeichneten Kopplungs- 2° Viertel wiederum von der Blende bzw. der Abstimmanordnung. Eine Mischung findet in den Mischstufen schraube in die Kopplungsanordnung hineinreflektiert

76 statt, die zugleich Energie von dem lokalen Oszil- wird. Dieses eine Viertel verteilt sich wiederum in lator über die Filteranordnung 77 und die Kopplungs- gleicher Weise, nämlich ein Sechzehntel wird einem anordnung 81 des Senders 18 zugeführt erhalten, und jeden der Ausgangshohlleiter zugeführt und ein Seches ergibt sich ein Zwischenfrequenzsignal an dem 25 zehntel dem Eingangshohlleiter, wo mehrfache Re-Koaxialleiter 80, welches dem Zwischenfrequenz- flexionen auftreten, bis die Leistung gleichmäßig auf verstärker 24 -zugeführt wird. Die Detektoren in den alle drei Hohlleiter verteilt ist.

Stufen 76, die zu einem Horn gehören, sind entgegen- In Fig. 8 ist eine Rückansicht der Linsenanordnung

gesetzt gepolt angeordnet, und die beiden Ausgangs- der Fig. 7, in Richtung der Linsenachse betrachtet,

leitungen sind parallel geschaltet. 30 gegeben. In Fig. 8 sind die beiden zu dem Horn 16

Die Filter 77 gestatten, daß nur Energie des lokalen gehörigen Detektorstufen 76 zu erkennen. Oszillators den betreffenden Mischstufen zugeführt In Fig. 9 ist eine bevorzugte Ausführungsform wird, während Signale anderer Frequenzen, die-in eines Mikrowellensenders 18 in Blockform wiederder Anordnung vorhanden sind, zurückgehalten gegeben. Es können an sich übliche Mikrowellenwerden. Die Filter 77 sind deswegen zweckmäßig, 35 generatoren zur Erzeugung der zur Abstrahlung geweil sie verhindern, daß ein Signal von einem Horn langenden Leistung und zur Erzeugung der Überempfangen wird, welches über den Hohlleiter, der für lagererleistung Anwendung finden; die Ausführungsdas Signal des lokalen Oszillators vorgesehen ist, zu form des dargestellten Mikrowellensenders 18 besitzt der Mischstufe eines anderen Hohlleiters gelangt. jedoch Eigenschaften, die für Dopplereffektnaviga- Wenn so etwas auftreten könnte, so würde das Signal, 40 tionssysteme besonders zweckmäßig sind. Der Mikroweiches dem betreffenden Zwischenfrequenzkanal zu- wellensender 18 umfaßt den stabilen Oszillator 91, geführt wird, auch unerwünschte Signale enthalten, welcher die als magisches T geschalteten Mischstufen die nicht dem betreffenden Strahlenbündel angehören, 93 und 94 durch einen Spannungsteiler 92 speist. Die und es würden sich fehlerbehaftete Geschwindigkeits- Mischstufen 93 und 94 werden gleichzeitig durch die anzeigen ergeben. Die Wirkungsweise dieser Filter 45 Generatoren 95 und 96 mit den Frequenzen 51 und ist dann besonders wichtig, wenn der Hubschrauber 9 MHz erregt. Die letztgenannten Generatoren geben eine steile Stufe fliegt, wobei der eine der Strahlen abwechselnd während aufeinanderfolgender Zeitinterdirekt nach unten weist und ein viel stärkeres Echo- valle entsprechend einem Torimpulssignal, welches signal erzeugt als ein anderer oder die anderen von einem Torfrequenzselektor und Generator 22 ab-Strahlen, die nur einen flachen Winkel mit der Hori- 5° gegeben wird, Signale ab. Die Ausgangsenergie der zontalrichtung bilden. Wären die Filter nicht vor-. Mischstufen 93 und 94 wird Filterstufen 97 und 98 handen, so würde das Streusignal· von dem vertikal zugeführt, deren Ausgangssignale der Mikrowellengerichteten Strahlenbündel zu der Mischstufe des mischstufe 17 und den Richtkopplern und Leistungshorizontal gerichteten Strahlenbündels gelangen; dies verteilern 21 zugeführt werden. Der stabile Oszillator Signal wäre dann von derselben Größenordnung wie 55 91 besteht zweckmäßig aus einem servomechanischen das betreffende zu empfangende Echosignal, und es System, welches einen Hohlraumdiskriminator umfaßt würden sich dann ausgesprochene Störungen ergeben. und die Oszillatorfrequenz annähernd auf der Mittel-Bei der Anwendung der Filteranordnungen jedoch frequenz des Hohlraumes hält.

müßten solche Streusignale zwei Filter durchsetzen, Im vorliegenden Falle ist die Ausgangsfrequenz

um zu der fremden Mischstufe zu gelangen, und da- 60 der stabilen Oszillatoranordnung ein Mikrowellen-

durch sind entsprechende Störeffekte ausgeschlossen. signal von 9800 MHz, und diese Frequenz wird dem

Eine Dreiwegleistungsaufteilung ergibt sich, wenn Leistungsteiler 92 zugeführt, der die zugeführte Leider eine der rechteckigen Hohlleiter die Eingangs- stung über entsprechende Kopplungsmittel den Mischleitung bildet und die aufzuteilende Energie, zugeführt stufen 93 und 94 zuführt. Als Mischstufe wird zweckerhält, wobei von den restlichen drei Hohlleitern die 65 mäßigerweise eine Halbleiterdiode in der Schaltung Ausgangsenergie abgenommen wird; eine reflektie- eines magischen.T verwendet, welche verhindert, daß rende_ Platte schließt den zylindrischen Hohlleiter ab, Energie auf den Leistungsteiler 92 zurückreflektiert und es ist eine Abstimmschraube oder eine Irisblende wird. Wenn die Energiequelle 95 unter dem Einfluß in dem Zuführungshohlleiter vorgesehen, so . daß des Impulstorsignals des Generators 22 ein Ausgangs-, stehende Wellen in der Zuführungsleitung vermieden 7° signal von 51 MHz erzeugt, wird die Mischstufe 93

von dem letztgenannten Signal so erregt, daß sie ein Ausgangssignal liefert, welches die Summenfrequenz 9851 und 9749 MHz enthält. Ein Filter 97 läßt nur das 9851-MHz-Signal hindurch, und das letztere dient als Überlagererfrequenz an dem Leistungsteiler 81 der Fig. 7. Wenn das Signal des Impulsgenerators 22 die Energiequelle 95 sperrt, liefert die Mischstufe 93 nur das 9800-MHz-Signal, welches von dem Filter 97 zurückgehalten wird. Es ist daher keine Überlagerungsfrequenz vorhanden, und die Mikrowellenmischstufe 17 arbeitet nicht. Dementsprechend ist der Empfänger, welcher die Mischstufen 17 und die Zwischenfrequenzverstärkerstufen 24 umfaßt, in bezug auf Empfang von Signalen unwirksam. Um noch in stärkerem Maße während der Sendeintervalle die Empfangsapparatur unwirksam zu machen, ist der 51-MHz-Generatar 95, welcher während der Zeitintervalle der Aussendung von Mikrowellenimpulsen nicht arbeitet, mit den Klemmen 18 des Zwischenfrequenzverstärkers 24 verbunden, so daß an diesen Klemmen kein 51-MHz-Signal zur Wirkung gelangt, wenn ein Sendeimpuls ausgestrahlt wird. Es ergibt sich ferner eine Verringerung der Störgeräusche relativ zu den zu empfangenden Signalen, die etwa 3 db beträgt, weil das thermische Störgeräusch im Eingangskreis der Zwischenfrequenzverstärker während dieser Intervalle unterdrückt wird.

Wenn das Signal des Torimpulsgenerators 22 die Energiequelle 96 in Wirksamkeit setzt, erhält die Mischstufe 94 ein 9-MHz-Signal, welches im Ausgangskreis der Stufe die Summenfrequenz 9809 MHz und die Differenzfrequenz 9791 MHz erzeugt. Das Filter 98 läßt lediglich das 98Q9-MHz-Signal hindurch, welches das Sendesignal bildet und der Verteilerstufe 82 der Fig. 7 zugeführt wird. Wenn der Torimpuls des Generators 22 die Energiequelle 96 sperrt, gibt die Mischstufe 94 nur das 9800-MHz-Signal ab, und dieses wird durch das Filter 98 zurückgehalten.

Man erkennt, daß auf diese Weise sich die erwünschte abwechselnde Tätigkeit des Mikrowellensenders und -empfängers dadurch ergibt, daß verhältnismäßig niedrige Frequenzen gesteuert werden. Der stabile Oszillator 91 schwingt die ganze Zeit; es ergeben sich daher keine Stabilitätsprobleme. Es ist leicht, den 51-MHz- und den 9-MHz-Generator impulsmäßig zu steuern, ohne daß die Frequenzstabilität des Ausgangssignals beeinträchtigt wird. Es werden daher zwei Mikrowellensignale, deren Frequenzdifferenz die gewünschte hohe Frequenz des Zwischenfrequenzempfängers ist, erzeugt. Da beide Signale von dem gleichen stabilen Oszillator 91 erzeugt werden, bedingt eine Schwankung der Ausgangsfrequenz desselben keine Schwankung in der Differenzfrequenz. Die Stabilität der letzteren hängt lediglich von der Stabilität der 9-MHz- und 51-MHz-OszilIatoren ab, und die Frequenzen derselben können unter Anwendung der bekannten Kristalltechnik konstant gehalten werden.

Wie ferner ausgeführt wurde, verwendet das als Ausführungsbeispiel erläuterte Gerät alternierend arbeitende Sender und Empfänger. Wenn der Sender angeschaltet ist, ist der Empfänger abgeschaltet, und umgekehrt; diese Arbeitsweise bedingt eine erhöhte Empfindlichkeit der Anlage. Bei Anlagen, die Dopplereffekte kontinuierlicher Wellen ausnutzen,, muß das Echosignal so stark sein, daß es eingestreute Signale des Senders übertrifft; bei dem vorliegenden System indessen arbeitet der Empfänger nur, wenn kein Sendersignal abgestrahlt wird. Die gesamte Verstärkung des Empfängers kann daher zur Erzielung eines Echosignals ausgenutzt werden. Die spezielle Ausführungsform der Erfindung erzielt diesen Duplexereffekt dadurch, daß ein stabiler Mikrowellengenerator verwendet wird, welcher kontinuierlich eine primäre Mikrowelle erzeugt, deren Frequenz von der Frequenz des ausgesendeten Signals verschieden ist; es arbeitet daher der genannte Oszillator ununterbrochen, der Empfänger jedoch spricht auf die Ausgangsfrequenz

ίο desselben nicht an, auch dann nicht, wenn ein Teil derselben im Streuweg zu dem Empfänger gelangen sollte.

Bei der gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die Impulsdauer eines jeden ausgestrahlten Mikro-Wellenimpulses im wesentlichen gleich der Zeitdauer des Impulszwischenraumes. Eine solche Maßnahme ist an sich bei Doppler-Radargeräten bereits bekannt. Dementsprechend wird die reflektierte Energie dem Empfänger langer zugeführt als bei den gleichfalls üblichen impulsbetriebenen Radargeräten, bei denen die Zeitspanne zwischen den Impulsen beträchtlich die Impulsdauer überwiegt. Da fernerhin die Wiederholungsfrequenz der Impulse entsprechend der Höhe des Flugzeuges geregelt wird, trifft die Vorderfront der reflektierten Energie bei dem Flugzeug erst wieder ein, wenn der Sendeimpuls endet, der Empfänger kann daher mit äußerst hoher Empfindlichkeit arbeiten und spricht trotzdem praktisch auf den gesamten reflektierten Impuls an. Die erläuterte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich ferner dadurch aus, daß kohärente Signale fester Frequenzen verwendet werden. Die Signale der Frequenzen von 200, 500,70OkHz, 9, 9,5 und 51 MHz werden sämtlich von demselben Taktgeberoszillator unter Anwendung von harmonischen Generatoren und Mischstufen üblicher Art abgeleitet. Da sowohl die Frequenz des lokalen Überlagerers als auch die der ausgesendeten Signale dadurch gewonnen werden, daß die Energie desselben stabilen Mikrowellenoszillators mit einer der kohärent erzeugten Signale kombiniert wird, sind das ausgestrahlte Signal und sämtliche Signale des Empfangsgerätes kohärent. Ungeachtet daher, daß eine Frequenztransformation der als Echo zurückkehrenden, um die Dopplerfrequenz verschobenen Signale stattfindet, kann die Dopplerfrequenzverschiebung in bezug auf eine geeignet liegende Bezugsfrequenz leicht ermittelt werden.

Ein besonderer Vorteil des 50¹%>-Verhältnisses zwischen Impulsdauer und Impulswiederholungszeit liegt bekanntlich in der Art des Frequenzspektrums-, welches zur Aussendung gelangt. Die stärkste Energie liegt in Seitenbändern, die nahe bei der Trägerfrequenz liegen.

Die Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen! Gerätes wird durch die nachfolgende Erörterung des Blockdiagramms der Fig. 10 und der Wellenformen gemäß Fig. 11 ersichtlich. In Fig, 10 ist in Blockform der die Tor impulsfrequenz auswählende und erzeugende Generator, der in Fig. 4 und 9 mit 22 bezeichnet wurde, im Zusammenwirken mit dem Höhenmeßgerät 23 der Fig. 4 dargestellt. Eine Zählerkette 101 wird durch das 500-kHz-Signal, das auch sonst in der Anlage benutzt wird, an der Klemme 102" erregt. Die Ausgangsklemme einer jeden Zählerstufe ist an ein Stromtor geführt, dessen andere Eingangsklemme an eine Klemme eines Schalters 103 geführt ist, wobei jede Klemme und jedes Stromtor eine Nummer (1 bis 5) trägt, die der entsprechenden Zählerstufe entspricht. Der Arm 104 des Schalters ist an den Pol' einer positiven Spannungsquelle bei 105

109 528/528

angeschaltet und wird durch die Welle des Höhenmessers 23 betätigt. Die Ausgangsklemmen der Stromtore sind an Puffer 106 geführt, welche die Flip-Flop-Schaltung 107 betätigen. Die Ausgangsklemme .S* der Flip-Flop-Schaltung 107 ist bei 108 zu dem die 51-MHz-Frequenz erzeugenden Generator 95 der Fig. 9 geführt, während die Klemme 109 des Ausgangsteiles R der Flip-Flop-Schaltung mit der 9-MHz-Stufe 96 verbunden ist.

Aus der Erörterung der Fig. 11 und ihrer Wellenformen ergibt sich die Wirkungsweise des in Fig. 10 gezeigten Gerätes. Die Zählanordnung 101 wird dadurch gespeist, daß der Stufe 1 die auch sonst im Gerät benutzte 500-kHz-Frequenz zugeführt wird. Die Stufe 1 ergibt unter dem Einfluß dieses Eingangssignals einen Ausgangsstrom, dessen Wellenform in Fig. HA dargestellt ist. Die übrigen Stufen ergeben unter dem Einfluß des von der vorangehenden Stufe gelieferten Signals Ausgangssignale, deren Wellenformen in Fig. HB, HC, HD und HE dargestellt sind. Jede dieser Ausgangsstromformen wird differenziert und dem betreffenden Impulstor zugeführt. Der Arm 104 des Schalters wird durch die Welle des Höhenmessers so betätigt, daß er die Klemme 105 mit dem Kontakt 1 verbindet, wenn der Höhenmesser eine Höhe zwischen 0 und 610 m anzeigt; bei Höhen zwischen 610 und 1220 m wird an die Klemme 2 angeschaltet; bei Höhen zwischen 1220 und 2440 m bzw. zwischen 2440 und 4880 m bzw. über 4880 m findet Verbindung der Klemme 105 mit der Klemme 3 bzw. 4 bzw. 5 statt. Wenn eine Ausgangsklemme des Schalters mit der Eingangsklemme 105 verbunden ist, wird ein entsprechendes Stromtor erregt, und es werden bei Zuführung eines Torimpulses Ausgangsimpulse der Pufferstufe 106 zugeführt, welche, dieselben zur Flip-Flop-Schaltung 107 führt. Macht beispielsweise der Arm 104, wie gezeigt, mit der Klemme 3 Kontakt, so liefert das Stromtor 3 Ausgangsimpulse, wie sie in Fig. HF dargestellt sind, über die Pufferstufe 106 zur Flip-Flop-Schaltung 107; die letztere liefert an den Klemmen 108 und 109 Wellenformen, wie sie in Fig. HG und HH gezeigt sind. Die letztgenannten Wellenformen sind gegenphasig und werden dem 9-MHz-Generator 96 und dem 51-MHz-Generator 95 zugeführt und steuern die Ausgangsenergie derselben. In Anbetracht der beiden Torimpulssignale der FHp₇ Flop-Schaltung 107 werden von den Filtern 98 und 97 der Fig. 9 Signale abgegeben, wie sie in den Fig. H J und HK gezeigt sind. Es werden also Signale für die Abstrahlung und für die Überlagerung. von .gleicher Zeitdauer, aber während abwechselnder Zeitintervalle erzeugt. .

Der Grund dafür, daß die Impulswiederholtingsfrequenz in Schritten geändert wird, liegt darin, daß unerwünschte Modulationsprodukte im Empfangssignal vermieden werden sollen. ,Wie im Zusammenhang mit der Erörterung der Fig. 4 festgestellt wurde, kann das Eingangssignal, welches dem zur Unterdrückung des Trägers vorgesehenen Filter zugeführt wird, die 500-kHz-Komponente aufweisen. Da die erzeugte Mikrowelle mit einer Subharmonischen v.on 500 kHz getastet wird, enthält das empfangene Signal ebenfalls eine 500-kHz-Harmonische der Impülswiederholungsfrequenz. Da indessen das Torimpulssignal von derselben 500-kHz-Frequenz, welche den übrigen Teil des Systems speist, abgeleitet wird, sind die Harmonischen der Frequenz 50OkHz in Phase mit den übrigen 500-kHz-Signalen und bringen keine zusätzlichen frequenzverschobenen Komponenten hinein, die irrtümlicherweise als Dopplerverschiebung angesehen werden könnten. Es wurde festgestellt, daß die angegebene Arbeitsweise, die darin besteht, daß die Impulswiederholungsfrequenz halbiert wird, wenn die festgestellte Höhe sich verdoppelt, ein System hinreichender Empfindlichkeit bildet. "

Eg ist offensichtlich, daß die Apparateteile, welche die Torimpulse erzeugen, statt daß sie eine aus Elektronenröhren bestehende Flip-Flop-Zählerkette enthalten; und eine Röhren-Flip-Flop-Schaltung 107

ίο verwenden, auch Transistoren oder Kreise mit Magnetkernen aufweisen können und daß ferner die Höhenmeßwerte von irgendeinem beliebigen Höhenmeßgerät abgeleitet werden können.

Die Anwendung scharf gebündelter Strahlungen und die Anwendung eines 50%igen Verhältnisses der Impulsdauer zur Impulswiederholungszeit, wobei die Impulswiederholungsfrequenz entsprechend der Höhe geregelt wird, bringt außerordentlich hohe Empfindlichkeit mit sich.

Von besonderer Bedeutung ist das "beschriebene Prinzip, die Dopplerspektren auszuwerten und Signale abzuleiten, welche den verallgemeinerten Dopplervariablen entsprechen. Die Methode, dies bei verhältnismäßig hohen Frequenzen durchzuführen, bietet gewisse Vorteile. Die reflektierte Energie, welche das Dopplerspektrum enthält, liegt bei Frequenzen, welche Harmonische der Impulswiederholungsfrequenz sind, und die bisher bekannten Systeme verwenden vielfach nur das Spektrum,, welches dem Träger entspricht.

Die restliche Energie wird dabei nicht ausgenutzt, und es ergibt sich eine Verringerung¹ der Empfindlichkeit des Systems für eine vorgegebene abgestrahlte Sendeleistung. -:-,-■-

Indem man gemäß dem erläuterten Ausführungsbeispiel der-Erfindung die gesamte spektrale Breite der reflektierten Energie mittelt und die gewünschte Frequenz aussondert, wird die reflektierte Energie vollständig ausgenutzt, und die Leistung, kann dementsprechend bei gleichbleibender Empfangerempnndlichkeit verringert werden.

Die bisher gebräuchlichen Systeme, welche bei niedrigen Frequenzen die. Auswertung des Dopplerspektrums durchführen, stoßen auf Schwierigkeiten, wenn es sich umDopplerverschiebungsfrequenzspektrenhandelt, die den hohen Geschwindigkeiten von Flugzeugen, beispielsweise Düsenflugzeugen, entsprechen. Es ergibt, sich dann die Erscheinung, die man als spektrales Umklappen bezeichnet, und die darin besteht, daß das Frequenzspektrum einer hohen Frequenz zur Frequenz Null verschoben wird. Das untere Seitenband des ursprünglichen Spektrums schlägt sich dann auf das verschobene obere Seitenband bei der Frequenzverschiebung auf die Frequenz. Null um, und diese. Erscheinung ist bei den.Msher.häufig gebrauchten Systemen

störend, wenn die'Dpppierfrequenzverschiebung größer ist als die halbe Impulswiedertiqiungsfrequenz. ,

Die Erscheinung wird verständlich, wenn man beachtet, daß ein Linienspektrum ausgestrahlt wird, welches spektrale Komponenten besitzt, die die Trägerem frequenz und Frequenzen umfassen, welche von derselben durch ganze Vielfache der Impulswiederholungsfrequenz getrennt sind. Jede reflektierte spektrale Komponente wird als ein Spektrum empfangen, welches im wesentlichen die gleiche Dopplerverschie-

5s bung aufweist. Wenn die Dopplerverschiebung mehr als die Hälfte der Impulswiederhölüngsfrequenz 'beträgt, so liegt von dem frequenztransponierten Echosignalspektrum die Trägerfrequenz bei einer Frequenz, die größer als die halbe Impulswiederhölüngsfrequenz ist; das reflektierte Spektrum von der ersten unteren

Seitenbandkomponente liegt dann, wenn sie herumgeklappt ist, bei einer Linie, die weniger als eine halbe Impulswiederholungsfrequenz von der Frequenz Null abliegt, d. h. zwischen der Frequenz Null und dem der Trägerkomponente. Das Tiefpaßfilter, wie es bisher benutzt wurde, pflegte dann das gewünschte Spektrum abzuschneiden, und es erfolgte eine Auswertung des umgeklappten Spektrums, wodurch sich eine falsche Geschwindigkeitsanzeige ergab, denn eine Zunahme der Dopplerfrequenz äußerte sich darin, daß das umgeklappte Spektrum sich näher zur Frequenz Null hin verschob, während das gewünschte Spektrum der Trägerwelle sich weiter fort verschob.

Das Beispiel der Fig. 12 erklärt diese Erscheinung. In Fig. 12 A ist ein Teil des ausgesendeten Spektrums dargestellt, welches eine spektrale Komponente von der Frequenz der Trägerwelle und eine obere und eine untere Seitenfrequenz zeigt, die mit 111, 112 und 113 bezeichnet sind; dabei bezeichnet /₀ die Frequenz der ausgesendeten Mikrowelle, f_prt die Impulswiederholungsfrequenz. Fig. 12 B zeigt das als Echosignal zurückkommende, zur Frequenz Null transponierte Dopplereffektspektrum der Spektrallinien der Fig. 12 A, wobei die Dopplerfrequenzverschiebung f_d kleiner ist als die halbe Impulswiederholungsfrequenz ^f_prf und das Echospektrum zur Frequenz Null verschoben ist. Die Fig. 12C entspricht der Fig. 12 B mit dem Unterschied, daß f_d größer ist als J/y/.

In Fig. 12 B sind die Spektren 1115 und 112 5 die reflektierten Dopplerspektren der ausgesendeten Spektrallinien 111 und 112 unter Berücksichtigung der Frequenzverschiebung zur Frequenz Null hin. Wenn das Auftreten negativer Frequenzen physikalisch möglich wäre, würde die Lage des reflektierten Spektrums der Linie 113 sein, wie es durch das Spiegelfrequenzspektrum 1135' bei der Frequenz —f_prf + fd angedeutet ist. Da negative Frequenzen physikalisch nicht möglich sind, wird das letztgenannte Spektrum um die Frequenz Null zu positiven Frequenzen herumgeklappt, und es resultiert das Spektrum 1135, welches von der Frequenz Null den gleichen Frequenzabstand besitzt wie das Spiegelfrequenzspektrum 1135'.

In Fig. 12 B nimmt das Echospektrum 1115, nämlich das Echo der Trägerwelle, die nächste Lage zur Frequenz Null ein, und es findet eine richtige Ermittlung der Geschwindigkeit statt.

In dem Fall der Fig. 12 B, in welchem die Frequenz f_a größer ist als \f_PTS, sind die Spektren 111C,

112 C und 113 C die Dopplereffektspektren der Echosignale der ausgesendeten Spektrallinien 111, 112 und

113 nach erfolgter Frequenzverschiebung zur Frequenz Null. Wiederum liegt das Bildfrequenzspektrum 113 C des Spektrums 113 C im selben Abstand von der Frequenz Null wie letzteres. Es liegt indessen das Spektrum 113 C der Nullachse am nächsten, und es könnte bei Anwendung von Tiefpaßfiltern eine falsche Ermittlung der Geschwindigkeit stattfinden.

Daß die letztgenannte Ermittlung falsch ist, erkennt man daraus, daß bei einer Zunahme der Geschwindigkeiten die Dopplerverschiebung größer wird und die Spektren 111 C, 112 C und das Bildfrequenzspektrum 113 C sich nach rechts bewegen. Das Spektrum 113 C aber bewegt sich nach links, und die Auswertung des letzteren würde die falsche Anzeige einer Geschwindigkeitsabnahme liefern.

Claims (14)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Radargerät zur Geschwindigkeitsmessung von einem beweglichen Körper aus unter Ausnutzung des Dopplereffektes, bei dem kohärente höchstfrequente Sendesignale abgestrahlt und die empfangenen reflektierten Signale mit den kohärenten Schwingungen eines örtlichen Oszillators überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Körper Mittel vorgesehen sind, um eine Mehrzahl scharf gebündelter, in verschiedene Koordinatenrichtungen weisender Hochfrequenzstrahlungen, vorzugsweise gleicher Frequenz, auszusenden, und daß Mittel vorgesehen sind, welche die Energie der von einer reflektierenden Fläche zurückgestrahlten Echosignale aufnehmen und mit dem Signal des örtlichen Oszillators überlagern und die den verschiedenen Koordinatenrichtungen entsprechenden Geschwindigkeitskomponenten getrennt zur Anzeige bringen.

2. Radargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aussendung der Sendestrahlungen nach den verschiedenen Koordinatenrichtungen und zum Empfang der in diesen Richtungen rückgestrahlten Echosignale aus einer gemeinsamen, von den Sendestrahlungen und den Echosignalen durchstrahlten Mikrowellenlinse bestehen.

3. Radargerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Abstrahlung der Sendestrahlungen auf die Mikrowellenlinse auf einem Kreis angeordnet sind, der in der Brennebene der Mikrowellenlinse konzentrisch zur Linsenachse liegt.

4. Radargerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Mikrowellenenergieleitungen, die zu den die Sendestrahlungen auf die Mikrowellenlinse abstrahlenden Abstrahlmitteln führen, Richtungskoppler vorgesehen sind, welche die auf die Mikrowellenlinse einfallenden Echosignale Mikrowellenempfängern zuführen.

5. Radargerät nach Anspruch 2 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Abstrahlung der Sendestrahlungen auf die Mikrowellenlinse Hornstrahler vorgesehen sind, die an einem die Linse tragenden Rahmen befestigt sind, und daß die Mündungen der Hörner so gerichtet sind, daß die Achsen der Hörner die Linsenachse im Linsenmittelpunkt durchsetzen.

6. Radargerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der tragende Rahmen eine zur Linse annähernd parallel verlaufende reflektierende Fläche trägt und die Strahlungshörner gegen diese Fläche derart strahlen, daß die in Richtung der Hörnerachsen gerichteten Geraden nach Reflexion an der reflektierenden Fläche durch die Linsenmitte gehen.

7. Radargerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hörner mit ihren Mündungen bezüglich der Linsenachse auf diametral gegenüberliegenden Punkten liegen und daß ein drittes Horn mit seiner Mündung um 90° zu den beiden vorgenannten Hörnern versetzt angeordnet ist.

8. Radargerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß vier Hörner symmetrisch um die Linsenachse, und zwar um je 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind.

9. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche aus den Echosignalen die Geschwindigkeitskomponenten längs den Achsen eines raumfesten Koordinatensystems ableiten.

10. Radargerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die aus

den Frequenzspektren der Echosignale zwei oder mehr Zwischenspektren ableiten, die charakteristisch für die Geschwindigkeiten längs und quer zum Kurse sind.

11. Radargerät nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche aus den Frequenzspektren der Echosignale Zwischenspektren ableiten, die für die Geschwindigkeit in der Vertikalrichtung charakteristisch sind. ίο

12. Radargerät nach Anspruch 9 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, weiche aus dem Frequenzspektrum je eine einzige Frequenz ableiten, die für die betreffende Geschwindigkeitskomponente charakteristisch ist.

13. Radargerät nach Anspruch 9 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von drei in bezug auf die horizontale Normalebene des Körpers unter einem bestimmten Winkel (Θ) nach schräg unten gerichteten Strahlungen, von denen eine Strahlung nach vorn gerichtet ist und im Echosignal eine dieser Richtung entsprechende Doppler frequenz (/^₁) liefert und zwei Strahlungen symmetrisch seitlich gerichtet sind und in ihren Echosignalen diesen Richtungen entsprechende Dopplerfrequenzen (f_d2, f_d3) liefern, die folgenden Frequenzen gebildet werden:

1. die Differenz der doppelten Vorwärts-Echosignal-Dopplerfrequenz mit der Summe der Seiten-Echo-Dopplerfrequenzen (2f_dl—f_d2r— f _d3) >

2. die Differenz der Seiten-Echosignal-Dopplerfrequenzen (f_d2—f_d3),

3. die Summe der drei Echo-Dopplerfrequenzen, wenn es sich in bezug auf die nach vorn gerichtete Strahlung um 120° seitlich gerichtete Seitenstrahlungen handelt (f_dl+f_d2+f_d3), oder die Summe der Seiten-Echosignal-Dopplerfrequenzen, wenn es sich in bezug auf die nach vorn gerichtete Strahlung um 90° seitlich gerichtete Seitenstrahlungen handelt ifdz+fäz)·

und daß unter Benutzung des einem künstlichen Horizontgerätes entnommenen Steigwinkels (P) und Rollwinkels (R) sowie des einem Kurskreisel entnommenen Kursabweichungswinkels (Θ#) unter Anwendung eines trigonometrische Funktionswerte dieser Winkelgrößen bildenden Rechengerätes, welchem als weitere Eingangsgrößen den vorgenannten Summen- bzw. Differenzfrequenzen entsprechende Werte zugeführt werden, im Ausgangsteil desselben die Vertikalgeschwindigkeit (V_z) und. die Horizontalgeschwindigkeit

sowie der zurückgelegte Weg längs des Kurses (j* V_x df) und der quer zu demselben zurückgelegte Weg (Jj" Vy dt) zur Anzeige gebracht werden.

14. Radargerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12,. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von vier in bezug auf die horizontale Normalebene des Körpers unter einem bestimmten Winkel (Θ) nach schräg unten gerichteten Strahlungen, von denen zwei Strahlungen nach vorn bzw. hinten gerichtet sind und in den Echosignalen diesen Richtungen entsprechende Dopplerfrequenzen (f_dv f_d2) liefern und zwei Strahlungen um 90° zur Längsrichtung seitlich gerichtet sind» und in ihren Echosignalen diesen Richtungen entsprechende Dopplerfrequenzen (f_d3, f_di) liefern, die folgenden Frequenzen gebildet werden:

1. die Differenzfrequenz der Vorwärts- und Rückwärts-Echosignal-Dopplerfrequenzen

(.fd]_>~fd2)'

2. die Differenzfrequenz der Seiten-Echosignal-Dopplerfrequenzen (filg—fdjs).'

3. die Summenfrequenz der Vorwärts- und Rückwärts-Echosignal-Dopplerfrequenzen

(fdi+fds).'

und daß unter Benutzung des einem künstlichen Horizontgerätes entnommenen S.teigwinkels (P) und Rollwinkels (R) sowie des einem Kurskreisel entnommenen Kurs ab weichungs winkeis (Θα) unter Anwendung eines trigonometrische Funktionswerte dieser Winkelgrößen bildenden Rechengerätes, welchem als weitere Eingangsgrößen, den vorgenannten Summen- bzw. Differenzfrequenzen entsprechende Werte zugeführt werden,, im Ausgangsteil· desselben die Vertikalgeschwindigkeit (V₂) und Horizontalgeschwindigkeit

sowie der zurückgelegte Weg längs des Kurses (j'V_x dt) und der quer zu demselben zurückgelegte Weg (J Vy dt) zur Anzeige gebracht werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 455 639;.
Nachrichtentechnik, Berlin, 6 (April 1956), S. 180; Bulletin des sqhweizerischen elektrotechnischen Vereins, 43 (1952), S. 16 bis 19.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen-

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