DE1231769B - Empfangseinrichtung fuer Hoehenmesser - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIs

Deutsche KL: 21 a4-48/61

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

J22355IXd/21a4
7. September 1962
5. Januar 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangseinrichtung für mit frequenzmodulierten, kontinuierlichen, elektromagnetischen Wellen arbeitende Höhenmesser, und zwar auf eine Überwachungs- und Alarmeinrichtung, durch die die Höhenanzeige verfälschende Störsignale besonderer Art angezeigt werden.

Derartige Überwachungseinrichtungen sind bei Flugzeugen insbesondere dann notwendig, wenn das Flugzeug automatisch gesteuert wird.

Eine der Bedingungen, unter denen sogenannte FM-CW-Höhenmesser, bei denen durch Mischung des Sendesignales und des von der Erdoberfläche reflektierten, wiederempfangenen Signals eine Schwebungsfrequenz als Maß für die Höhe abgeleitet wird, deren Nulldurchgänge gezählt werden, falsche Höhenangaben liefern, ist die, daß unvermeidbare Störimpulse, die im System hegen, außerhalb des eingestellten Bereichs des Höhenmessers Einfluß auf die Anzeige gewinnen.

Bei jedem FM-CW-Höhenmesser wird nämlich ein sehr geringer Teil der von der Sendeantenne ausgestrahlten Energie in die Empfangsantenne eingekoppelt. Wenn man auch bemüht ist, die Empfangsantenne von der Sendeantenne möglichst gut zu entkoppeln, so ist eine vollkommene Entkopplung jedoch nicht möglich. Es gibt daher bei jedem in ein Flugzeug eingebautem FM-CW-Höhenmesser eine gewisse Höhe, von der ab das direkt von der Sendeantenne in die Empfangsantenne eingekoppelte Störsignal das vom Erdboden reflektierte Nutzsignal hinsichtlich der Amplitude erreicht und den Frequenzzähler, der die Höhe anzeigt, betätigt. Infolge der so entstehenden niedrigen Schwebungsfrequenz wird daher auch ein entsprechend niedriger (falscher) Höhenwert angezeigt. Solche Verhältnisse treten natürlich bei einem eingestellten niedrigen Höhenbereich nur dann auf, wenn allein die direkt in die Empfangsantenne eingekoppelte Sendeenergie wirksam wird. Es kann aber auch nicht unterschieden werden, ob die Anzeige durch solche Störsignale oder durch von der Erdoberfläche reflektierte Nutzsignale verursacht wird. Bei den vorliegenden Verhältnissen ist eine solche Unterscheidung auch nicht etwa mittels eines sogenannten Geräuschdetektors möglich, weil die direkt in die Empfangsantenne eingekoppelte Energie nämlich zu gering ist, um diesen zum Ansprechen zu bringen.

Wenn also ein Flugzeug mit eingeschaltetem Höhenmesser aufsteigt, wird zunächst im Arbeitsbereich 0 bis etwa 165 m die richtige Höhe angezeigt. Wenn nun eine Höhe von etwa 2300 m erreicht ist und sich Empfangseinrichtung für 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,

lan Frederick Howard Goult, London

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 8. September 1961 (32 346)

nur die Störsignale auswirken, zeigt der Höhenanzeiger trotz dieser großen Flughöhe eine Höhe nahezu Null an, und eine dafür etwa vorgesehene optische oder akustische Alarmanzeige würde auch nicht betätigt werden.

Das ist eine untragbare Situation, insbesondere für gewisse Aufgaben bei der automatischen Steuerung.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung, mit deren Hilfe festgestellt werden kann, ob ein Signal auf der dem Störsignal zuzuordnenden Frequenz tatsächlich ein Störsignal oder ein von einer Bodenreflexion herrührendes Signal ist.

Das kann auf der Basis einer Amplitudenmessung an einem Schaltungspunkt des Empfängers bewerkstelligt werden, bevor eine Begrenzung des Schwebungssignals stattfindet. An einem solchen Punkt ist zwischen einem Störsignal und einer Bodenreflexion auf einer etwa gleichen Schwebungsfrequenz ein Pegelunterschied von ungefähr 20 dB festzustellen.

Bei größeren Höhen wird dieser Unterschied kleiner und für einen Amplitudenvergleich ungünstig. Die Praxis zeigt, daß bereits bei einer von einer Reflexion an der Erdoberfläche herrührenden Schwebungsfrequenz, die etwa dreimal so hoch ist wie diejenige, die durch die unerwünschte Kopplung zwischen Sende- und Empfangsantenne entsteht (Störsignal), ein Amplitudenvergleich allein nicht mehr zum Erfolg führt.

Bei dem Empfänger ist daher gemäß der Erfindung eine Überwachungseinrichtung für die Ampli-

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tude des Schwebungssignals und für seine Frequenz Ein in seiner Amplitude begrenztes Signal aus dem vorgesehen, und es wird mittels der Überwachungs- Verstärker 2 wird über eine Leitung 10 einer Gleicheinrichtung ein Signal abgeleitet, wenn sowohl die richterschaltung 14 zugeführt, die aus einem Kon-Amplitude als auch die Frequenz des Schwebungs- densatorl5 und aus Gleichrichtern 16 und 17 besignals unter einen festgelegten Wert gefallen sind. 5 steht.

Dazu werden aus der Amplitude und der Frequenz Die Ausgangsspannungen der Gleichrichterschal-

des Schwebungssignals je eine Gleichspannung ab- tung 14 und des Verstärkers 4 werden über Leitun-

geleitet und in gleicher Polarität einem gemeinsamen gen 18 bzw. 19 einem Ladekreis, der aus einem

Ladekreis zugeführt, und es wird angezeigt, wenn die Widerstand 21 und einem Kondensator 22 besteht,

an diesem Ladekreis anstehende Gleichspannung io zugeführt.

unter einen gewissen festgelegten Wert sinkt. Das Die am Ladekreis stehende Spannung wird über

wird mit zwei Schaltungsanordnungen erreicht, von eine Leitung 23 einem (nicht gezeichneten) Alarm-

denen die eine ein von der Amplitude des Schwe- anzeiger (z. B. Fähnchenanzeiger) zugeführt,

bungssignals abgeleitetes Signal und die andere ein Die an der Leitung 24 stehende Spannung wird

von der Frequenz abhängiges Signal bereitstellt. Mit 15 dem in bekannter Weise aufgebauten Frequenzzähler

diesen Schaltungsanordnungen ist eine Warnanlage zugeführt, der zweckmäßigerweise noch eine be-

derart gekoppelt, daß eine Alarrneinrichtung in Ta- reits vorgeschlagene Überwachungseinrichtung für die

tigkeit tritt, wenn die beiden kombinierten Signale Güte des Empfangssignals enthält,

einen entsprechend kleinen Wert angenommen haben. In F i g. 2 sind verschiedene Ausgangsspannungen

Die Erfindung bezieht sich also auf eine Emp- ao der Schaltungsanordnung, d. h. Spannungen am Ladefangseinrichtung für Höhenmesser, bei denen der kreis 21,22, über der Frequenz aufgetragen; bei 30 Sender eine frequenzmodulierte, elektromagnetische ist die Ausgangsspannung des Verstärkers 4, bei 31 Welle ausstrahlt, bei denen die von der Erdober- die der Gleichrichterschaltung 14 gezeichnet. Bei 32 fläche reflektierte, wiederempfangene Welle mit einer ist derjenige Pegel gezeichnet, von dem angefangen direkt vom Sender abgeleiteten Welle gemischt und 25 — nach unten gerechnet — die Alarmeinrichtung bei denen die Frequenz der sich bildenden Schwe- betätigt wird.

bung durch Zählen ihrer Nulldurchgänge nach einer Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Der Tran-Begrenzung ausgewertet wird. sistorverstärker 4 ist derart ausgelegt und vor-

Erfindungsgemäß ist zur Erkennung von in den gespannt, daß direkt von der Sendeantenne des Empfänger eindringenden, relativ niederfrequenten 30 Höhenmessers in die Empfangsantenne eingekoppelte Störsignalen und zur Alarmgabe bei dadurch fehler- Spannungen von gegenüber den Spannungen von hafter Höhenanzeige aus der verstärkten, in ihrer Echos an der Erdoberfläche bei vergleichbar geringer Amplitude aber noch unbegrenzten Schwebung eine Höhe kleiner Amplitude noch nicht verstärkt werden, dem über einem gewissen Schwellwert liegenden Wenn die Ausgangsspannung der Gleichrichter-Amplitudenanteil der Schwebung verhältnisgleiche 35 schaltung 14 klein ist, was dann eintritt, wenn die Gleichspannung und aus der begrenzten Schwebung Schwebungsfrequenz niedrig ist, und der Verstärker 4 eine weitere, mit der Frequenz etwa logarithmisch zeigt eine Ausgangsspannung, dann übersteigt die steigende Gleichspannung abgeleitet; diese beiden Spannung am Ladekreis 21,22 den Pegel 32 (F i g. 2). Gleichspannungen sind mit gleicher Polarität einem Solche Verhältnisse herrschen dann, wenn das sie addierenden Ladekreis zugeführt, und es wird von 40 Flugzeug in Bodennähe fliegt, wo das vom Erdboden der an diesem Ladekreis anstehenden Spannung dann reflektierte Signal zwar sehr stark, aber von sehr eine Alarmeinrichtung betätigt, wenn diese Spannung niedriger Frequenz ist. In diesem Fall spricht die unter einen festgelegten Pegel gesunken ist. Alarmeinrichtung nicht an.

Die Erfindung wird an Hand von Figuren näher Wenn nun die Ausgangsspannung der Gleichrich-

erläutert. 45 terschaltung 14 auf Grund der höher werdenden Fre-

F i g. 1 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung quenz den Pegel 32 übersteigt, trägt die Ausgangs-

eines Teiles des Empfängers des Höhenmessers mit spannung des Transistorverstärkers 4 kaum zur Auf-

dem Zusatzgerät und ladung des Ladekreises 21,22 bei, aber die Ladung

Fig. 2 die am Ladekreis (21,22) anstehende Span- ist bereits so groß, daß die Alarmeinrichtung nicht

nung in Abhängigkeit von der Frequenz der Schwe- 50 anspricht,

bung. Solche Verhältnisse herrschen meistens im ganzen

In F i g. 1 bedeutet das Bezugszeichen 1 die Ein- Arbeitsbereich des Höhenmessers,

gangsklemme eines Verstärkers 2, der einen Teil der Wenn jedoch die Ausgangsspannung der Gleich-

Empfangseinrichtung des Höhenmessers bildet. Der richterschaltung 14 allmählich kleiner wird, weil die

Verstärker 2 enthält auch eine Begrenzeranordnung. 55 vom Erdboden reflektierten Signale immer schwä-

Bevor die Begrenzung stattfindet, ist ein Abzweig 3 eher werden und nur die vorhandenen Störsignale

vorgesehen, der in einen innerhalb des in F i g. 1 von niedriger Frequenz vom Empfänger aufgenom-

gestrichelt gezeichneten Rechteckes dargestellten Ver- men werden, so fällt die Spannung am Ladekreis

stärker 4 führt, der entsprechend negativ vorgespannt 21,22 vom Punkt Q über R, S bis zum Punkt P

ist. Dieser enthält einen Transistors mit dem aus 60 (Kurve31, Fig.2). Beim PunktP beeinflussen nur

einem Kondensator 6 sowie Widerständen 7 und 8 noch die Störsignale die Höhenanzeige,

bestehenden Eingangskreis. Die Basis des Transistor 5 Das tritt immer dann ein, wenn das Flugzeug eine

ist über den Widerstand 8 mittels einer Stromquelle gewisse Höhe erreicht hat.

—ve gegenüber dem Emitter negativ vorgespannt. Unter diesen Verhältnissen ist die Amplitude des Der Ausgangskreis des Transistorverstärkers 4 be- 65 Störsignals zu klein, um den Verstärker 4 passieren steht aus einem Widerstand 9 und Gleichrichtern 12 zu können, und da dann die am Ladekreis 21,22 auf- und 13, wobei dem Kollektor über den Widerstand 9 tretende Spannung den Pegel 32 (F i g. 2) nicht ereine positive Spannung HT zugeführt wird. reicht, tritt die Alarmanzeige in Tätigkeit, wodurch

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angezeigt wird, daß das empfangene Signal zur Höhenanzeige ungeeignet ist.

Die hier beschriebene Überwachungs- und Alarmeinrichtung ist ein Teil eines umfangreichen Alarmsystems, durch das auch noch andere Eigenschaften des Empfangssignals, z.B. seine Güte hinsichtlich anderer Störungen oder hinsichtlich der Größe der Steuerspannung für den ZF-Verstärker bzw. die notwendige Begrenzung dieses Signals zur Vermeidung von Übersteuerungen, gemeldet werden.

Solche umfangreichen Sicherungsmaßnahmen sind notwendig, damit der Höhenmesser auch in den Zwischenbereichen, d. h. oberhalb des kleinsten Bereiches und unterhalb der Zone, in der nur noch die hier beschriebenen Störungen eine Anzeige hervorrufen, richtige Höhenwerte liefert. Besonders in größeren Höhen, bei denen die Schwebungsfrequenz relativ hoch ist und diese Frequenz bereits mit der Frequenz von Geräuschen vergleichbar ist, wird eine tlberwachung der Güte des Empfangssignals noch zusätzlich notwendig.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   von der Erdoberfläche reflektierte, wiederempfangene Welle mit einer direkt vom Sender abgeleiteten Welle gemischt und bei denen die Frequenz der sich bildenden Schwebung durch Zählen ihrer Nulldurchgänge nach einer Begrenzung ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung von in den Empfänger eindringenden, relativ niederfrequenten Störsignalen und zur Alarmgabe bei dadurch fehlerhafter Höhenanzeige aus der verstärkten, in ihrer Amplitude aber noch unbegrenzten Schwebung eine dem über einem gewissen Schwellwert liegenden Amplitudenanteil der Schwebung verhältnisgleiche Gleichspannung und aus der begrenzten Schwebung eine weitere, mit der Frequenz etwa logarithmisch steigende Gleichspannung abgeleitet ist, daß diese beiden Gleichspannungen mit gleicher Polarität einem sie addierenden Ladekreis zugeführt sind und daß von der an diesem Ladekreis anstehenden Spannung dann eine Alarmeinrichtung betätigt wird, wenn diese Spannung unter einen festgelegten Pegel gesunken ist.

   Empfangseinrichtung für Höhenmesser, bei In Betracht gezogene Druckschriften:

   denen der Sender eine frequenzmodulierte, elek- 25 The Journal of the British Institution of Radio tromagnetische Welle ausstrahlt, bei denen die Engineers, 21 (1961), 1 (Januar), S. 25 bis 30.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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