DE1201428B - UEberwachungs- und Alarmeinrichtung fuer nach dem Rueckstrahlprinzip mit kontinuierlichen, frequenzmodulierten Wellen arbeitende Hoehenmesser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H04p

Deutsche KL: 21 a4-48/61

Nummer: 1201428

Aktenzeichen: J 22090IX d/21 a4

Anmeldetag: 12. Juli 1962

Auslegetag: 23. September 1965

Die Erfindung betrifft ein Zusatzgerät für den Empfänger eines mit frequenzmodulierten, elektromagnetischen Wellen nach dem Rückstrahlprinzip arbeitenden Höhenmessers. Das Zusatzgerät besteht im wesentlichen aus einer Überwachungseinrichtung, die das Vorhandensein von Störimpulsen innerhalb des empfangenen Signals anzeigt.

Es ist nämlich in der Praxis wichtig, die Qualität des empfangenen Signals hinsichtlich etwa vorhandener Störimpulse und damit die Güte der angezeigten Höheninformation beurteilen zu können.

Bei Empfangseinrichtungen für Höhenmesser, bei denen die Signalnulldurchgänge der aus Sende- und Empfangsschwingung gebildeten Schwebung gezählt werden, kommen falsche Anzeigen durch Störimpulse in der Weise zustande, daß fälschlicherweise zusätzliche Nulldurchgänge gezählt werden.

In der Überwachungseinrichtung gemäß der Erfindung werden diese Störimpulse eigens angezeigt, so daß die Güte der eigentlichen Höhenmessung beurteilt werden kann.

Der Höhenmesserempfänger ist zusammen mit dem Zusatzgerät gemäß der Erfindung und einem Höhenmessersender in Flugzeugen montiert. Der Empfänger nimmt mittels einer Antenne ein frequenzmoduliertes kontinuierliches Signal auf, das von der mit dem Sender gekoppelten Antenne ausgestrahlt und vom Erdboden reflektiert worden ist.

Im Empfänger wird dieses empfangene Signal mit einem zweiten Signal, das mittels eines Kabels vom Senderausgang abgezweigt wird, gemischt. Am Ausgang der Mischeinrichtung kann so ein Schwebungssignal abgenommen werden, das der Differenz der auf den beiden Wegen dem Empfänger zugeleiteten Signale entspricht. Die Frequenz dieses Schwebungssignals entspricht, wie bekannt, dem von den ausgesendeten Wellen zurückgelegten Weg Sendeantenne —Erdoberfläche—Empfangsantenne. Das Ergebnis der Frequenzmessung ergibt in bekannter Weise die Flughöhe. Eine ebenfalls bekannte und in der Praxis verwendete Methode zur Frequenzmessung besteht darin, die Schwebung durch Verstärken und Begrenzen in eine Rechteckspannung zu verwandeln und die Nulldurchgänge mittels einer Zählschaltung zu zählen.

Wenn nun in ihrer Frequenz innerhalb des Frequenzhubes des Nutzsignals liegende Störimpulse auftreten und diese Störimpulse zeitlich an Stellen liegen, an denen das Nutzsignal noch nicht begrenzt ist, erscheinen diese Störimpulse auch an den Flanken des Rechtecksignals und verursachen eine fehlerhafte Anzeige.

Überwachungs- und Alarmeinrichtung für nach dem Rückstrahlprinzip mit kontinuierlichen,
frequenzmodulierten Wellen arbeitende
Höhenmesser

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart 1, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

William Littery Garfield, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 14. Juli 1961 (25 675)

Die hier beschriebene Überwachungseinrichtung hat den Zweck, Störimpulse an den Flanken von aus der Schwebungsfrequenz hergestellten Rechteckspannungen festzustellen, Alarm zu geben und dadurch anzuzeigen, daß die Anzeige des Frequenzzählers, d. h. die Höhenangabe, fehlerhaft ist.
Die Überwachungseinrichtung enthält eine Verstärkerbegrenzeranordnung, deren Ausgangsspannung eine Schaltungskombination steuert, an deren Ausgang nur von Störimpulsen herrührende Spannungsspitzen auftreten, die die Alarmvorrichtung in Tätigkeit setzen. Diese Schaltungskombination weicht jedoch von der sonst im Empfänger zur Messung der Frequenz der Schwebung verwendeten ab.

Die hier vorliegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in eine Rechteckwelle umgewandelte Schwebungsfrequenz einem Verstärkerbegrenzer, bestehend aus einem Transistor mit Eingangswiderstand und Ausgangswiderständen, eingegeben wird, daß die verstärkten und amplitudenbegrenzten Rechteckwellenstromstöße am Kollektor des Transistors einen Kondensator aufladen, dessen Ladung bei einem Stromstoß der einen Polarität über eine Diode einem Kondensator eines aus diesem und einem Widerstand bestehenden Lade-

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kreises eingegeben wird, dessen Zeitkonstante höchstens gleich ist der Zeit einer Periodendauer der höchstens zu erwartenden Schwebungsfrequenz, wobei am Kondensator eine sägezahnfönnig pulsierende Spannung ansteht, deren jeweiliger Spitzenwert der Frequenz der Stromstöße entspricht (Impulsfrequenz-Analogwandler), bzw. dessen Ladung bei einem Stromstoß der anderen Polarität über eine weitere Diode zur Erde abgeleitet wird, daß die Ladung des Kondensators über eine dritte Diode, die derart sperrend vorgespannt ist, daß diese nur von den einen durch diese Vorspannung festgelegten Pegel überragenden, den Störimpulsen entsprechenden Spannungsspitzen passiert werden kann (Schwellwertschaltung), den Ausgangsklemmen zugeleitet wird und daß die derart gewonnene Ausgangsspannung mittelbar oder unmittelbar die Alarmvorrichtung steuert.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher erläutert, von denen

F i g. 1 ein Schaltbild der Einrichtung und

F i g. 2 und 3 zur Erläuterung der Arbeitsweise Spannungskurven an den verschiedenen Punkten der Schaltung zeigen.

Fig. 1 zeigt die aus einem Transistor 3 und Widerständen 1, 2 und 4 bestehende Amplitudenbegrenzerschaltung, weiterhin den Impulsfrequenz-Analogwandler, bestehend aus den Dioden 6 und 7, den Kondensatoren 5 und 8 und dem Widerstand 9, sowie ein Schwellwertschaltung, bestehend aus den Widerständen 9, 11 und 12, einem Kondensator 13 und einer Diode 10.

Der Kollektor und der Emitter des Transistors 3 sind über die Widerstände 2 bzw. 4 mit dem positiven (+Ve) bzw. negativen Pol einer Gleichspannungsquelle, deren negativer Pol an Masse liegt, verbunden. Die Basis des Transistors 3 ist über den Widerstand 1 mit der einen Eingangsklemme 14 verbunden, während die zweite Eingangsklemme 15 an Masse liegt. Der Kondensator 5 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 3 und der Kathode dei Diode 6; ihre Anode liegt an Masse. Die Kathode der Diode 6 ist mit der Anode der Diode 7 verbunden. Der Kondensator 8 liegt mit dem einen Anschluß an der Kathode der Diode 7, sein zweiter Anschluß liegt an Masse. Die Kathode der Diode 7 liegt an der Anode der Diode 10 und über den Widerstand 9 an dem gegenüber Masse negativen Pol (—Ve) einer weiteren Gleichspannungsquelle. Die Kathode der Diode 10 liegt am Verbindungspunkt der beiden in Serie liegenden Widerstände 11 und 12 und über den Kondensator 13 an der einen Ausgangsklemme 16. Der andere Anschluß des Widerstandes 11 liegt am positiven Pol (+Ve) der ersten Gleichspannungsquelle, der zweite Anschluß des Widerstandes 12 liegt an deren negativen Pol, also an Masse. Die zweite Ausgangsklemme 17 liegt auch an Masse.

Eine etwa rechteckförmige Eingangsspannung an den Klemmen 14 und 15 erzeugt zwischen Kollektor des Transistors 3 und Masse ein verstärktes, jedoch amplitudenkonstantes Signal ebenfalls von der Eingangsspannung entsprechender Rechteckform, so wie es in Fig. 2a gezeichnet ist.

Tritt am Kollektor des Transistors 3 ein nach der positiven Richtung gehendes Signal auf, fließt ein Stromimpuls durch die Diode 7 und lädt den Kondensator 5, der im Vergleich zum Kondensator 8 eine kleine Kapazität hat, auf. Dadurch erhält der nicht an Masse liegende Belag des Kondensators 8 eine positive Ladung. Ist das Signal am Kollektor des Transistors 3 dagegen negativ, bleibt die Diode 7 gesperrt, es fließt aber über die Diode 6 ein Stromimpuls und entlädt den Kondensator 5. Während dieser Zeit entlädt sich auch der Kondensator 8 über den Widerstand 9 und den negativen Pol der Stromquelle (—Ve). Die Werte des Kondensators 8 und

ίο des Widerstandes 9 sind so gewählt, daß der Kondensator vollständig entladen wird während einer Zeit, die kleiner als die Periodendauer der Grundwelle der höchsten Schwebungsfrequenz ist. Die Schwebungsfrequenz selbst wird im Impulsfrequenz-Analogwandler keiner Integration unterworfen.

Bei der weiteren Betrachtung der Arbeitsweise der Schaltung sei wiederum die in Fig. 2a gezeichnete Rechteckwelle, die die höchste überhaupt auftretende Schwebungsfrequenz darstellt, zugrunde gelegt.

so F i g. 2 b zeigt den zeitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator 8. Da aber der Widerstand 9 am negativen Pol (— Ve) der zweiten Gleichspannungsquelle liegt, die Kathode der Diode 7 also negativ vorgespannt ist, wird nur der linear abfallende Teil

as der Entladungskurve 2 b ausgenutzt. Unter der Voraussetzung, daß die Grundfrequenz der Rechteckwelle nicht höher ist als die in F i g. 2 a gezeichnete, wird die Spitzenspannung am Kondensator 8 höchstens den Wert dieser Rechteckwelle erreichen. Bei Frequenzen, die jedoch höher als die Grundfrequenz der Rechteckwelle sind, z.B. bei einer in Fig. 2 c gezeichneten Frequenz, hat der Kondensator 8 nicht die Zeit, um sich während der in kürzerer Zeit erfolgenden positiven Stromstöße der höherfrequenten Rechteckwelle zu entladen. Das hat zur Folge, daß die Spitzenspannung am Kondensator infolge der dem sägezahnförmigen Nutzsignal überlagerten Störsignale, die ja auch integriert werden, um einen bestimmten Betrag erhöht wird.

Die Diode 10 hat über die Widerstände 11 und 12 aus der ersten Gleichspannungsquelle eine positive Kathodenvorspannung, die so groß wie die Spitzenspannung gemäß Fig. 2b ist. Das ist in Fig. 2d durch die gestrichelt gezeichnete Linie 18 angedeutet. Wenn also die Frequenz der Rechteckwelle höchstens so groß ist wie die in F i g. 2 a gezeichnete, passiert kein Signal die Diode 10. Ist aber die Frequenz höher, d. h. folgen die Flanken der Rechteckzüge schneller aufeinander als bei der höchsten Signalfrequenz gemäß Fig. 2a, übersteigt die Spitzenspannung am Kondensator 8 den durch die gestrichelte Linie 18 angedeuteten Pegel, und die darüber hinausgehenden Spitzen passieren die Diode 10. Das Signal an den Ausgangsklemmen 16/17 hat die in Fig. 2e gezeichnete Form.

Dieses Signal wird, wenn notwendig, noch verstärkt und mittels eines monostabilen Multivibrators integriert, geglättet und der Wicklung eines Relais zugeführt, das eine optische oder irgendwie anders ausgebildete Alarmanlage betätigt.

Es ist nicht wesentlich, daß das Eingangssignal an den Klemmen 14/15 Rechteckform hat, auch ein sinusförmiges Signal, dessen Amplitude genügend hoch ist, um am Kollektor des Transistors ein annähernd rechteckförmiges Signal zu erzeugen, hat die gleiche Wirkung.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung mit einer in etwa dem Empfangssignal bei Höhenmessern

entsprechenden Wellenform wird noch an Hand dei F i g. 3 erläutert.

In F i g. 3 a ist ein von Störimpulsen freies Rechtecksignal, wie es am Kollektor des Transistors 3 der Verstärkerbegrenzeranordnung auftritt, gezeichnet. Die Frequenz des Signals liegt unterhalb der höchstmöglichen, für die der Höhenmesserempfänger ausgelegt ist. F i g. 3 b zeigt den zeitlichen Spannungsverlauf am Kondensator 8. Es sind hier keine Störimpulse dem Nutzsignal überlagert; deshalb erreicht die Spitzenspannung gerade den durch die gestrichelte Linie 18 angedeuteten Pegel. In F i g. 3 c ist eine Wellenform gezeigt, die in ihrer Frequenz der in Fig. 3a gezeichneten entspricht; es sind jedoch dieser Welle Störimpulse überlagert, so daß an den Flanken der Rechteckwelle Schwankungen des Spannungsverlaufes entstehen. Fig. 3d zeigt nun den resultierenden zeitlichen Spannungsverlauf am Kondensator 8. Das Vorhandensein von Spannungsschwankungen an den Flanken der Rechteckwelle ao macht sich dadurch bemerkbar, daß einige Spannungsspitzen über den durch die gestrichelte Linie 18 angedeuteten Pegel, der dem Werte der der Diode 10 erteilten positiven Vorspannung entspricht, hinausragen.

F i g. 3 e zeigt den Spannungsverlauf an den Ausgangsklemmen 16/17; in F i g. 3 f ist der Spannungsverlauf nach einer weiteren Verstärkung dargestellt.

In F i g. 3 g ist die Ausgangsspannung eines durch die Spannungszüge gemäß Fig. 3f getriggerten Multivibrators gezeigt. Die Periode des Multivibrators ist verhältnismäßig unwichtig für die Funktion der ganzen Anordnung, da dieser ja nur dazu dient, die mittlere Energie des verstärkten Impulssignals gemäß F i g. 3 f zu erhöhen. Es ist gebräuchlich, die Periode etwa 60 bis 70% der Periode der niedrigsten Signalfrequenz zu wählen, die bei dem Höhenmesser noch angezeigt werden soll. Der Multivibrator arbeitet also sozusagen als Frequenzteiler; dieser wird jedesmal wieder getriggert, wenn er in seine stabile Lage gekippt ist. Aus dem in F i g. 3 g gezeigten Spannungsverlauf wird der Gleichstrommittelwert gebildet, der zur Erregung der Wicklung eines Relais verwendet wird, das eine Alarmvorrichtung betätigt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Überwachungs- und Alanneinrichtung für nach dem Rückstrahlprinzip mit kontinuierlichen, frequenzmodulierten elektromagnetischen Wellen arbeitende Höhenmesser, bei denen die ausgesendeten von der Erdoberfläche reflektierten Wellen wieder empfangen und mit den vom Sender unmittelbar gelieferten Wellen gemischt werden und die dadurch entstehende Schwebungsfrequenz zur Höhenmessung ausgewertet wird, indem die Nulldurchgänge einer aus der Schwebungsfrequenz abgeleiteten Rechteckwelle gezählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung von die Höhenmessung verfälschenden Störimpulsen auf den Flanken der Rechteckwelle und zur Alarmgabe diese Rechteckwelle einem Verstärkerbegrenzer, bestehend aus einem Transistor (3) mit Eingangswiderstand (1) und Ausgangswiderständen (2, 4), eingegeben wird, daß die verstärkten und amplitudenbegrenzten Rechteckwellenstromstöße am Kollektor des Transistors (3) einen Kondensator (5) aufladen, dessen Ladung bei einem Stromstoß der einen Polarität über eine Diode (7) einem aus einem Kondensator (8) und einem Widerstand (9) bestehenden Ladekreis eingegeben wird, dessen Zeitkonstante höchstens gleich ist der Zeit einer Periodendauer der höchsten zu erwartenden Schwebungsfrequenz, wobei am Kondensator (8) eine sägezahnförmig pulsierende Spannung ansteht, deren jeweiliger Spitzenwert der Frequenz der Stromstöße entspricht (Impulsfrequenz-Analogwandler), bzw. dessen Ladung bei einem Stromstoß der anderen Polarität über eine weitere Diode (6) zur Erde abgeleitet wird, daß die Ladung des Kondensators (8) über eine dritte Diode (10), die derart sperrend vorgespannt ist, daß sie nur von den diese Vorspannung überragenden, den Störimpulsen entsprechenden Spannungsspitzen passiert werden kann (Schwellwertschaltung), den Ausgangsklemmen zugeleitet wird und daß die derart gewonnene Ausgangsspannung mittelbar oder unmittelbar die Alarmvorrichtung steuert.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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