DE1236031B - Geschwindigkeits- und Abtriftmessgeraet fuer Luftfahrzeuge - Google Patents

Description

deutsches ^ktWW Patentamt

AUSLEGESCHRIFT Deutsche KL: 21 a4 - 48/63

Nummer: 1236 031

Aktenzeichen: B 71858IX d/21 a4

1 236 031 Anmeldetag: 11. Mai 1963

Auslegetag: 9. März 1967

Die Erfindung betrifft ein mit Funkwellen nach dem Riickstrahl-Doppler-Prinzip arbeitendes Geschwindigkeits- und Abtriftmeßgerät für Luftfahrzeuge mit einem fest eingebauten Antennensystem, welches die Wellen periodisch nacheinander schräg nach unten zum Erdboden in vier verschiedene azimutale Quadranten symmetrisch zu den Achsen des Luftfahrzeugs ausstrahlt und die reflektierten Wellen empfängt, mit einer Einrichtung zur Gewinnung der Dopplerfrequenzspektren aus den aus den vier Richtungen empfangenen Wellen durch Überlagerung mit der Sendeschwingung, mit einer Oszillatoreinrichtung zur Lieferung örtlich erzeugter Frequenzen sowie mit einer Einrichtung, die die Frequenzen der Oszillatoreinrichtung so lange ändert, bis sie mit dem Mittelwert des jeweiligen Dopplerfrequenzspektrums zusammenfallen, und die dann diesen Wert nachführt, und mit einer Recheneinrichtung, welche die vier Oszillatorfrequenzen zur Gewinnung von die Geschwindigkeitskomponenten in kartesischen Koordinaten darstellenden Frequenzen kombiniert.

Ein besonders wichtiges Merkmal solcher bekannter Geräte liegt darin, daß die Nachführeinrichtungen auch dann laufen, wenn sie keine Informationen von dem zugehörigen Strahl erhalten. So vorteilhaft dieses Merkmal bei kurzzeitigem Ausfall der Information aus einem Strahl ist, so ist doch bei den bekannten Systemen keine Möglichkeit gegeben, den Piloten darauf aufmerksam zu machen, daß von einem Strahl die Informationen ausbleiben, wenn diese Informationen länger ausbleiben. Das längere Ausbleiben von Informationen aus einem Teil der Strahlen deutet aber auf ein falsches Arbeiten des Gerätes hin, d. h. also, die Recheneinrichtung würde Geschwindigkeitsund Abtriftwerte angeben, die den tatsächlichen Verhältnissen nicht entsprechen. Diesen Nachteil zu überwinden, hat sich die Erfindung zur Aufgabe gestellt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Gerät nach der Erfindung gelöst durch eine Einrichtung zur Bildung der Summe der den Dopplerfrequenzspektren der beiden linken Strahlen entsprechenden örtlich erzeugten Frequenzen sowie der Summe der den Dopplerfrequenzspektren der beiden rechten Strahlen entsprechenden örtlich erzeugten Frequenzen und zur Bildung der Differenz dieser beiden Summen, die eine Alarmfrequenz bildet, die im wesentlichen gleich Null ist, wenn die vier örtlich erzeugten Frequenzen den zugeordneten Mittelwerten der vier Dopplerfrequenzspektren entsprechen, und durch eine Einrichtung, welche die Frequenzen der Oszillatoreinrichtung verändert, wenn die Alarm-Geschwindigkeits- und Abtriftmeßgerät für
Luftfahrzeuge

Anmelder:

The Bendix Corporation,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K. A. Brose. Patentanwalt,
Pullach bei München. Wiener Str. 2

Als Erfinder benannt:
Burton Lloyd Cordry,
Glenarm, Md. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 24. Mai 1962 (197 306)

frequenz eine vorherbestimmte Frequenz überschreitet und die Frequenzveränderung der Oszillatoreinrichtung beendet, wenn die Alarmfrequenz unter der vorherbestimmten Frequenz ist.

Besonders zweckmäßige praktische Ausgestaltungen des Gerätes nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines vollständigen Dopplernavigationssystems,

F i g. 2 Schaltbild eines Dopplerfrequenzdemodulators, welcher die Dopplerspektrumfrequenzen allen Nachführeinrichtungen zuführt,

F i g. 3 Schaltbilder der rechten und linken Nachführoszillatoren des Systems,

F i g. 4 den Stromkreis des die Such- und Nachführfunktion ausführenden Generators und

F i g. 5 den Stromkreis des Nachführverriegelungsdetektors und des Fähnchenalarmkreises.

Unter Bezugnahme auf die F i g. 1 wird zunächst eine allgemeine Beschreibung des Gerätes gegeben. Das System enthält eine vier Strahlen aussendende Antenneil, die so betrieben wird, daß sie aufeinanderfolgend bezüglich des Luftfahrzeuges vier bestimmte Strahlstellungen einnimmt. Zu diesem Zweck ist eine in Zusammenhang mit dem Sende- und

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Empfangsteil des Kreises 13 stehende Strahlschaltsteuervorrichtung 12 vorgesehen, damit die Aussendung von Mikrowellenenergie aufeinanderfolgend in den vier Strahlstellungen der Antenne erfolgt und mit der Dopplerverschiebung behaftete Signale vom Erdboden empfangen werden. Die Sende- und Empfangsvorrichtung 13 liefert die auf einem Träger von 500 kHz befindlichen Dopplersignale f_d zum Eingang eines Folgeordners 14, der synchron mit den Strahlschaltsignalen betätigt ist und die für die einzelnen Strahlen empfangenen Dopplersignale den vier getrennten Nachführeinrichtungen 15, 16, 17 und 18 zuführt. Die in der Aufeinanderfolge der Drehung des Antennenstrahls mit Eingangssignalen gespeisten Nachführeinrichtungen erzeugen eine kontinuierliche Ausgangsfrequenz, die dem Mittelwert des Dopplerspektrums entspricht, das für jede Strahlstellung empfangen wurde. Diese mit f_tl, f_PR, f_BL und f_HR bezeichneten vier Frequenzen werden einem Kombinator 19 zugeführt, der aus diesen Frequenzen verschiedene algebraische Kombinationen gewinnt. Der Kombinator 19 speist einen Grundgeschwindigkeitsund Triftwinkelrechner 21, welcher diese Größen anzeigen kann und auch noch Daten einem Navigationsrechner 22 liefert, der für die Navigation eines Luftfahrzeuges bestimmt ist.

Die Nachführeinrichtungen 15 bis 18 arbeiten unter der Steuerung eines Such- und Nachführgenerators 23, der die Nachführeinrichtungen anfänglich so lange wobbelt, bis sie sich bei einem richtigen Dopplersignal verriegeln und diese nach der Verriegelung periodisch wobbelt, um eine Frequenzabweichung der Nachführoszillatoren zu erreichen, um ihre Wirkungsweise zu überprüfen. Der Generator 23 steht unter der Steuerung eines Anzeigekreises 24, der auf die Frequenz f_a anspricht, die definiert ist als die Differenz zwischen den Summen der linken Strahlen und den Summen der rechten Strahlen. Die Summe hi — + Ibl ~ fßR i^st immer dann gleich Null, wenn die Strahlfrequenzen richtig sind. Der Anzeigekreis 24 steuert auch die Servoeinrichtungen im Rechengerät 21 und blockiert sie in ihrer letzten Stellung, wenn der Datenwert im System nicht verwertbar wird. Wenn der Datenweit einen Fehler in Höhe eines bestimmten Betrages aufweist und genügend lange Zeit auftritt, so wird eine Anzeige betätigt, welche den Piloten darauf aufmerksam macht, daß das System nicht richtig arbeitet.

Im folgenden wird an Hand der F i g. 2 der Dopplerfrequenzdemodulator des Systems beschrieben werden. Das vom Empfänger 13 kommende Einseitenband-Dopplersignal wird auf einer Leitung 25 über Transistoren 26 und 27 als das eine Eingangssignal den symmetrischen Mischstufen A und B zugeführt. Das zweite Eingangssignal für die Mischstufen A und B wird von einer geschalteten Oszillatoreingangsleitung 28 abgenommen, welche das Ausgangssignal der Nachführoszillatoren aufeinanderfolgend durch die eine Phasenvoreilung bzw. eine Phasennacheilung erzeugenden Kreise 29 bzw. 30 führt und als die anderen Eingangssignale an die Mischstufen A und B anlegt. Die Ausgangssignale der Mischstufen A und B werden jeweils NF-Verstärkern zugeführt, die insgesamt das Bezugszeichen 31 und 32 tragen. Der Verstärker 31 erzeugt an der Klemme 33 ein Ausgangssignal, das das geschaltete NF-Signal für die nachstehend beschriebenen NF-Demodulatoren darstellt. Der NF-Verstärker 32 gibt an einer Ausgangsklemme

34 ein nicht geschaltetes NF-Ausgangssignal für dii vier NF-Demodulatoren ab.

Die F i g. 3 zeigt zwei mit 41 und 42 bezeichnet NF-Demodulatoren sowie die Integratoren 43,44 um die Nachführoszillatoren 45,46 für einen linken bzw einen rechten Strahl. Ein den in F i g. 3 gezeigtei Kreisen ähnliches Paar ist für die verbleibende! linken und rechten Strahlen des Systems vorgesehen Jeder Satz linker und rechter Strahlen kann für dii

ίο vorderseitigen und rückseitigen Strahlen zur Anwen dung gelangen. Das von der Klemme 34 (F i g. 2 kommende nicht geschaltete NF-Eingangssignal win einer Klemme 40 zugeführt, die das Signal in dii Primärwicklungen von Eingangstransformatoren 3' und 43' der NF-Demodulatoren 41, 42 einspeist. Dai von der Klemme 33 der F i g. 2 kommende NF-Signa wird der Klemme 44' der F i g. 3 zugeführt, von wc es zu den Primärwicklungen der Transformatoren 45 und 46' gelangt. Dies erfolgt jedoch nur dann, wem

ao die entsprechenden Transistoren 47 und 48 gesteuer durch die Strahlfolgeeingangsimpulse leitend sind welche den Klemmen 38 und 39 zugeführt werden Die Klemme 38 empfängt einen Strahlstellungsfolge impuls für einen der linken Strahlen, während di< Klemme 39 einen entsprechenden Freigabeimpuls füi einen der rechten Strahlen empfängt. Das der Fig.; entsprechende doppelte Paar von Stromkreisen steh in ähnlicher Weise unter dem Einfluß des verbleibenden linken und rechten Paares von Folgeimpuls Signalen.

Da die Eingangstransformatoren 45' und 46' nui in Übereinstimmung mit einer speziellen Strahlstellunf erregt sind, erzeugen die Demodulatoren 41 und Al ein Ausgangssignal nur bei dieser speziellen Strahlstellung. Die Ausgangssignale der Demodulatoren 41 und 42 werden den Integratorkreisen 43 bzw. 44 zugeführt, wobei Integrierkondensatoren 64, 68 geladet werden, wodurch sich eine Steuerspannung für die spannungsgesteuerten Oszillatoren 45 und 46 ergibt Die spannungsgesteuerten Oszillatoren 45 und 4< erhalten ihre von der Spannung beeinflußte Abstimmung dadurch, daß die Spannung an ihre Kapazität mit der angelegten Spannung ändernde Kondensatoren 47' und 48' angelegt wird, um die Frequem der Oszillatoren 45 und 46 auf eine Frequenz vor 500 kHz plus die Frequenz des Mittelwertes de: Dopplerspektrums einer bestimmten Antenne einzuregeln. Die Spannung an dem Kondensator wird vor der auf den Integrierkondensatoren 64 oder 68 befindlichen Ladung festgelegt, die sich bezüglich einei festen, in Sperrichtung wirkenden Vorspannung be jedem Kondensatorsatz ändert. Da diese Kondensatoren 47' und 48' entgegengesetzt gepolt sind, sine für jeden Satz Vorspannungen entgegengesetzte!

Polarität erzeugende Kreise 74 und 75 vorgesehen.
An den Klemmen 51 und 52 sind die Ausgangssignale der Oszillatoren 45 bzw. 46 dauernd vorhanden. Von diesen Klemmen aus werden die Signal« dem Kombinatorkreis 19 zugeführt. Die Oszillatorausgangssignale können auch noch an den Klemmer 53 bzw. 54 in geschalteter Form abgenommen werden, wobei diese Signale durch die Steuereinwirkuni der den Klemmen 38 und 39 zugeführten StrahIsclialtimpulse, die die Diodenschaltnetzwerke 55 und 5< steuern, gebildet werden. Die geschalteten Oszillatorausgangssignale an den Klemmen 53 und 54 sowie die entsprechenden geschalteten Oszillatorausgangssignale, die von den im Duplikat vorhandenen linket

und rechten Nachführeinrichtungen entsprechend F i g. 3 kommen, werden zu der Klemme 28 (F i g. 2) für das geschaltete Oszillatoreingangssignal geführt, wodurch die Nachführoszillatorfrequenzen aufeinanderfolgend das entsprechende Dopplerspektrum für die betreffenden Antennenstrahlen demodulieren, womit die Servoschleifen der betreffenden Nachführeinrichtungen geschlossen werden. Diese vollelektronisch arbeitenden Steuer- oder Regelschleifen bewirken, daß die Oszillatoren 45 und 46 (und die entsprechenden Oszillatoren der anderen beiden Nachführeinrichtungen) auf einer Frequenz gehalten werden, die dem Mittelwert des Spektrums des zugehörigen Doppler-Einseitenbandsignals entsprechen, das vom Empfänger der Klemme 25 in F i g. 2 aufeinanderfolgend für alle vier Strahlstellungen zugeführt wird.

Die Wobbelung des Oszillators wird mittels einer Gleichspannung ausgeführt, die die nachfolgend beschriebenen Stromkreise liefern. Diese Wobbel-Gleichspannung wird der Klemme 61 in F i g. 3 zugeführt, von wo sie über einen Widerstand 62 und eine Diode 63 direkt zu dem im Integrator 43 enthaltenen Integrationskondensator 64 gelangt. Das gleiche Signal wird der Klemme 65 in F i g. 3 zugeführt, von der sie über den Widerstand 66 und die Diode 67 zum Integrationskondensator 68 gelangt. Wegen dieser Schaltung weichen die Spannungen an den Kondensatoren 64 und 68 beim Anlegen der gleichen Gleichspannung an die Klemmen 61 und 65 zur Wobbelung des betreffenden Oszillators um denselben Betrag ab. Die tatsächlichen Frequenzen der Oszillatoren 45 und 46 werden wegen der umgekehrten Polarität des Kondensators 48' bezüglich der Polarität des Kondensators 47' in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Die gleiche Wobbeispannung erzeugt somit gleich große und entgegengesetzt gerichtete Frequenzabweichungen der rechten und linken Oszillatoren. Die Frequenzen der Oszillatoren 45 und 46 befinden sich anfänglich an entgegengesetzten Enden des Abstimmbereiches und werden in entgegengesetzten Richtungen über ihren Abstimmbereich variiert oder gewobbelt. Das andere (nicht dargestellte) Paar von Nachführoszillatoren für die verbleibenden Strahlsignale wird ebenfalls in entgegengesetzten Richtungen gewobbelt. Es ist somit die Möglichkeit ausgeschaltet, daß ein vieldeutiger Wert von /„ = O erzeugt wird, was jedoch nicht der Fall sein würde, wenn alle vier Oszillatoren mit derselben Frequenz beginnen würden und in gleicher Richtung gewobbelt werden würden.

Am Ende eines Wobbelzyklus werden die Integrierkondensatoren 64 und 68 mittels eines Stromkreises entladen, der die Dioden 71 bzw. 72 enthält, welche beide an eine Klemme 73 angeschlossen sind, der ein Zyklus-Wiederhol-Eingangssignal zugeführt wird. Diese der Klemme 73 zugeführte Spannung und die den beiden Klemmen 61 und 65 zugeführte Wobbeispannung kommen von dem Such- und Nachführfunktionsgenerator 23, dessen Stromkreis nachstehend unter Hinweis auf F i g. 4 beschrieben wird.

Im folgenden soll der in F i g. 4 veranschaulichte Such- und Nachlaufgenerator erläutert werden. Die Wobbeispannung kommt von einem mit einer Doppelbasisdiode arbeitenden Kippschwingungsoszillator 81, der eine normale Schwenkperiode von etwa 1 Impuls je Sekunde aufweist, und dessen Ausgangssignal einem monostabilen Multivibrator 82 zugeführt

wird, der einen rechteckigen Spannungsimpuls bestimmter Amplitude und Dauer für jede Schwingung des Oszillators 81 liefert. Die vom Multivibrator 82 gelieferten Impulse werden zur Erzeugung einer Iinearen Ablenkspannung integriert. Diese lineare Ablenkspannung entsteht in den Integrationskondensatoren 64 und 68 der F i g. 3 sowie in den entsprechenden Integrationskondensatoren des anderen Paares von Nachführkreisen, so daß die Frequenzen ίο der in jedem der beiden Paare von Nachführeinrichtungen enthaltenen zwei Nachführoszillatoren während der Wobbelung um einen gleichmäßigen Zuwachs in entgegengesetzten Richtungen verschoben werden. Zu diesem Zweck werden die vom Multivibrator 82 gelieferten Impulse über eine Verstärkerstufe 79 zu einer Ausgangsklemme 83 geleitet, die mit den Wobbelsignal-Eingangsklemmen 61 und 65 der F i g. 3 verbunden ist, so daß sie zu den Integrationskondensatoren 64 und 68 in der vorstehend erwähnten Weise gelangen.

Da bei starken Signalen die Wobbeigeschwindigkeit erhöht werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein Signal nicht erkannt und mit diesem Signal keine Verriegelung erfolgt, ist der Oszillator 81 so ausgebildet, daß seine Schwinggeschwindigkeit auf etwa 3 Impulse je Sekunde erhöht wird, wenn die der automatischen Verstärkungsregelung dienenden Potentiale größer als ein bestimmter Pegel sind. Für diesen Zweck ist ein SCHNELL-LANGSAM-Kreis vorgesehen, der durch ein von der automatischen Verstärkungsregelung kommendes Eingangssignal 84 gesteuert wird und der die Leitfähigkeit eines Transistors 85 bei einem festen Wert der Verstärkungsregelung beendet, so daß die Zeitkonstante in der Schaltung des Oszillators 81 geändert und somit bei starken Signalen die Schwinggeschwindigkeit auf 3 Impulse je Sekunde gesteigert wird. Die an der Klemme 84 vorhandene Spannung der automatischen Verstärkungsregelung ändert sich von + 8 Volt bei am Störpegel liegenden Signalen bis auf O Volt, falls starke Signale vorhanden sind. Der Emitter des Transistors 85 erhält von einer Zenerdiode eine Vorspannung von +6 Volt, so daß der Transistor 85 auf »EIN« geht, wenn die Spannung der automatischen Verstärkungsregelung 6 Volt oder weniger beträgt, da die Basis dann etwas negativer als der Emitter ist. Ist der Transistor 85 leitend, so wird über die Diode 80 der Parallelimpedanzkreis geschlossen, wodurch sich die Ladegeschwindigkeit in dem die Zeitkonstante festlegenden Kreis der Oszillatordiode 81 und somit auch die Schwinggeschwindigkeit erhöht.

Ein an der Alarm-Eingangssignal-Leitung 86 vorhandener + 12-Volt-Pegel gibt den SCHNELL-LANGSAM-Kreis des Transistors 85 nur dann frei, so daß er in den Zustand SCHNELL bedingt durch die automatische Verstärkungsregelung kommt, wenn dieses Alarmsignal vorhanden ist (d.h., wenn die Nachführeinrichtungen sich im Suchen befinden). Zu diesem Zweck wird die Leitung 86 über nicht dargestellte, vom Alarmrelais gesteuerte Kontakte erregt. Ein Zyklus-Wiederholkreis dient dazu, den Wobbeivorgang für den Fall zu wiederholen, daß im ersten Durchgang kein Signal gewonnen wurde oder wenn ein Signal verloren gegangen war, das zur Nachführung geeignet war. Zu diesem Zweck wird ein vom Multivibrator 82 kommender negativer Impuls über die Leitung 87 einem Kondensator 88, der mit der Basis eines Transistors 89 im Auslösekreis 91 ver-

bunden ist, zugeführt, um diesen aufzuladen. Der Auslösekreis 91 ist so ausgebildet, daß er immer dann, wenn die Ladung auf dem Kondensator 88 — 6 Volt erreicht von einem über die Leitung 92 von der Wobbelausgangsklemme 83 abgenommenen Impuls ausgelöst wird. Dieser Pegel stellt das Ende des Wobbelausschlages dar und wenn der Auslösekreis 91 ausgelöst ist, so macht ein der Basis des Transistors 93 zugeführtes Signal diesen Transistor leitend, wobei der über die Kollektor- und Emitterelektroden verlaufende Strompfad die Integrierkondensatoren der F i g. 3 entlädt. Zu diesem Zweck ist eine Zyklus-Wiederhol-Ausgangsklemme 94 mit der Zyklus-Wiederhol-Eingangsklemme 73 der Fig. 3 verbunden. Wenn die Kondensatoren 64 und 68 über die Stromkreise, verlaufend über die entsprechenden Dioden 71 und 72 und den leitenden Pfad des Transistors 93, entladen worden sind, dann sperrt der Auslösekreis 91 den Transistor 93, wodurch der Wobbelzyklus wieder hergestellt wird und dieser Vorgang auch den Kondensator 88 wegen des Leitzustandes des Transistors 89 entlädt, während sich der Auslösekreis 91 in seinem regenerativ leitenden Teil des Zyklus befindet.

Wenn sich der Kondensator 88 während des WobbeIzyklus auf ein negatives Potential auflädt und vier Dopplersignale gewonnen werden, erzeugt der Verriegelungszustand einen richtigen Wert von f_a, der das Alarmrelais erregt, so daß es das Alarmfähnchen der Anzeigeeinrichtung 24 senkt, wobei ein auf dem erregten (nicht dargestellten) Alarmrelais angeordneter Kontaktsatz eine Spannung von +12 Volt von Leitung 95 zuführt. Das an der Leitung 95 anstehende positive Signal von 12 Volt wird mit Bezug auf das der Klemme 96 zugeführte negative Potential von 12 Volt geteilt, damit auf der Leitung 97 ein Spannungspegel von — 4,3 Volt entsteht. Diese negative Spannung von 4,3 Volt auf der Leitung 97 verhindert zusammen mit dem Kontaktpotential der Diode 98, daß der Kondensator 88 während des Nachführvorganges auf ein negativeres Potential als — 5 Volt geladen wird. Wenn der Verriegelungszustand erreicht ist, verbleibt demgemäß der Kondensator 88 auf dem Pegel von —5 Volt und der Auslösekreis 91 kann vom Impuls auf der Leitung 92 nicht ausgelöst werden. Sobald jedoch bei irgendeinem Strahlsignal die Nachführung soweit verloren geht, daß /„ einen vorbestimmten Wert überschreitet, so wird das Alarmrelais entregt und der positive Spannungspegel auf der Leitung 95 verschwindet, wodurch sich der Kondensator 88 weiter von dem negativen 5-Volt-Pegel auf einen negativen 6-Volt-Pegel laden kann, bei welchem Punkt die Auslösung zur Zykluswiederholung des Auslösekreises 91 erfolgen kann. Es ist somit nur eine Spannungsänderung von 1 Volt am Kondensator 88 nach Verlust eines Nachführsignals erforderlich, damit nach diesem Signalverlust der Zyklus-Wiederholvorgang in relativ kurzer Zeit eingeleitet wird.

Zwischen die Leitung 94 und Erde ist ein Widerstand 99 eingeschaltet, der den Kollektor des Transistors 93 speist, damit eine positive Spannung von 3.6 Volt immer dann aufrechterhalten wird, wenn der Transistor 93 gesperrt ist, d. h. immer, mit Ausnahme des Zyklus-Wiederholintervalls. Diese positive Spannung von 3,6 Volt auf der Leitung 94 begrenzt die Abweichung der Integrationskondensatoren 64 und 68 (F i g. 3) auf diesem Pegel, da eine Leitfähig-

keit bei den Dioden 71 und 72 erzeugt wird, fall: irgendwie die Neigung besteht, daß eine Ladung au: eine höhere Spannung erfolgt. Der obere Pegel dei Integrationskondensatoren 64 und 68 wird dahei wirkungsvoll auf 3,6 Volt festgelegt, durch welche Spannung die Grenze der Frequenzausschläge dei Nachführoszillatoren definiert ist.

Wenn die Oszillatoren 43, 44 einen Nachführvorgang ausführen und f_a im wesentlichen Null ist

ίο dann beseitigt das öffnende Alarmrelais die Spannung von +12 Volt an der Alarmeingangsleitung 86. Dadurch wird verhindert, daß der Schalter für die Schnellwobbelung bei irgendeinem Wert der automatischen Verstärkungsregelung in Tätigkeit tritl und weiter die Wobbelimpulsfolge vermindert, indem die Parallelschaltung oder Überbrückung von einem Teil des zeitbestimmenden Widerstandes im Stromkreis 81 entfernt wird. Diese langsame Probenfolge wird dann dem Wobbeiausgang 83 zugeführt, damil die Spannungen der Kondensatoren 64 und 68 um einen entsprechenden Betrag verändert werden. Wegen der Polaritätsumkehrung der Kondensatoren 47' und 48' wird die eine Nachführeinrichtung in ihrer Frequenz erhöht, während die Frequenz der anderen Nachführeinrichtung vermindert wird. Wenn die Nachführungseinrichtungen verwertbare Daten empfangen, so bringt die elektronische Servoschleife jeden Nachführoszillator auf seine richtige Frequenz zurück. Kehren die Nachführeinrichtungen jedoch nicht auf die richtige oder genaue Frequenz zurück, so erreicht nach einigen Impulsen der so in den Wert von f_u eingeführte Fehler eine genügende Höhe, um eine Alarmanzeige hervorzurufen. Wegen dieser periodischen Störung der Frequenzen der Nachfiihroszillatoren kann das System nicht weiterhin eine Frequenz f_a erzeugen, die als richtig erscheint, während tatsächlich kein richtiger Nachführvorgang ausgeführt wurde. Zusätzlich werden dadurch, daß die Frequenzen der beiden linken Strahlen in der einen Richtung und die Frequenzen der beiden rechten Strahlen in der entgegengesetzten Richtung gestört werden, irgendwelche kleine bei der Durchschnittsbildung der Frequenzen der Nachführeinrichtungen auftretende Fehler vermöge der Art aufgehoben, in der diese vier Frequenzen bei der Berechnung der Grundgeschwindigkeit und des Driftwinkels summiert und subtrahiert werden. Gleichzeitig erfordert diese Kombination der Frequenzstörungen den kleinsten Betrag einer Abweichung der Nachführfrequenz, um eine bestimmte Abweichung von f_a von Null zu erzielen.

Unter Bezug auf F i g. 5 wird im folgenden der Fähnchenbetätigungskreis der Anzeigeeinrichtung 24 beschrieben. In der F i g. 5 ist ein Ringkreis 101 vorgesehen, der die Aufgabe hat, die von den Nachführeinrichtungen für die von den auf der rechten Seite befindlichen Strahlen kommenden Einseitenband-Dopplerfrequenzen zu addieren, um die Summe dieser Frequenzen zu erhalten. Die Frequenz von 500 kHz + f_IiR wird der Klemme 103 und die Frequenz von 500 kHz + f_PR wird der Klemme 104 zugeführt. Das über die Leitung 105 abgegebene Ausgangssignal des Ringes 101 beträgt somit 1 MHz + f_!1R + f_PR. Ein zweiter Ring 102 addiert die den linken Strahlen entsprechenden Nachführfrequenzen. Die Frequenz von 500 kHz + f_FL wird der Klemme 106 und die Frequenz von 500 kHz + f_BL wird der Klemme 107 zugeführt, wobei auf der

Leitung 108 die Frequenz 1 MHz + f_LF + f_BL erscheint.

Die Signale der Leitungen 105 und 108 werden beide einem nichtlinearen Mischtransistor 109 zugeführt, in dem diese Signale voneinander subtrahiert werden und ein NF-Signal im Kollektorkreis des Transistors 109 erzeugt wird, das der vorstehend defilierten Frequenz f_a entspricht. Die im Kollektorkreis des Mischers 109 erscheinenden Summenkomponenten werden zu Erde abgeleitet.

Die am Ausgang des Mischers 109 erscheinende Frequenz f_a wird einem monostabilen Hystereseschalter 111 zugeführt, der eine Rechteckwelle der Frequenz j_a erzeugt. Diese Rechteckwelle wird differenziert und einem npn-lmpulsformertransistor 112 und einem Impulsverstärker 113 zugeführt, so daß für jede Schwingung der Frequenz f_a ein Impuls vorbestimmter Amplitude und Dauer entsteht. Dieser [mpuls wird einem Integrierkondensator 114 zugeführt, der einen in seiner Zeitkonstante einstellbaren Kreis aufweist, und zwar durch den veränderbaren Widerstand 115, der an die negative Spannungsversorgung von 12 Volt angeschlossen ist. Ein Transistor 116 leitet normalerweise, wenn sich f_a in der Nähe einer Frequenz gleich Null befindet und der Kondensator 114 hat vom Impulsverstärker 113 keine Ladung aufgenommen. Mittels des einstellbaren Widerstands 115 kann die Emitterspannung des Transistors 116 so eingestellt werden, daß sie minus 5 Volt beträgt, wenn f_a eine Frequenz von 500 Hz aufweist. Ist /„ größer als 500 Hz, dann nähert sich der Transistor 116 wegen der Ansammlung der positiven Impulse am Integratorkondensator 114 seinem Sperrzustand und die Emitterspannung des Transistors 116 wird gegenüber dem negativen Wert von 6 Volt positiver. Wenn f_a eine geringere Frequenz als 500 Hz aufweist, dann ist die Emitterspannung des Transistors 116 negativer als —6 Volt und das System arbeitet normal mit tauglichen Daten.

Die beiden Arbeitszustände des Systems können wie folgt angegeben werden: Beim Empfang tauglicher Daten arbeiten alle Servoeinrichtungen und liefern die vom System geforderten Ausgangssignale und Anzeigen. Werden schlechte oder unbrauchbare Daten empfangen, so können zwei Bedingungen vorhanden sein, erstens, wenn der Datenwert soweit unrichtig ist, daß f_a eine Frequenz von 500 Hz überschreitet, so werden alle Servoeinrichtungen blockiert, iedoch kein Alarm gegeben, während wenn zweitens die Frequenz f_a 1500 Hz überschreitet und genügend lange bestehen bleibt, so wird eine Alarmanzeige gegeben. Wie an späterer Stelle beschrieben werden wird, ist eine Verzögerung von 10 Sekunden vorgesehen, bevor eine Alarmanzeige erfolgt, damit sichergestellt wird, daß der große Wert von f_a nicht luf einem augenblicklichen Fehler beruht, sondern durch einen Fehler wesentlicher Dauer verursacht wird, der somit bedeutend zum Fehler am Ausgang des Systems beiträgt.

Die vorstehenden Betriebszustände werden wie Olgt am Emitterkreis des Transistors 116 abgeleitet. Die Gleichstromversorgung aller mechanischen Servoänrichtungen im System ist über die Kollektorimitter-Strecke des Transistors 121 geführt. Wenn Ier Transistor 121 leitet, so wird der Kollektor virkungsvoll geerdet und über diese Erdverbindung Ies Emitters des Transistors 121 ein zu den Servo- ;inrichtungen führender Stromkreis erregt. Der Transistor 121 erhält über eine 6-Volt-Kopplungs-Zenerdiode 122, die normalerweise leitende Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 116, einen kleinen Kollektorwiderständ und die negative Spannungsquelle von 12 Volt eine solche Vorspannung, daß er leitet. In diesem Zustand befindet sich der Emitter des Transistors effektiv auf minus 12 Volt. Wenn die positiven Impulse am Kondensator 114 eine Ladung aufbauen, die der Erhöhung der Frequenzen von f_a

ίο entspricht, so wird die Leitfähigkeit des Transistors 116 geringer und seine Emitterspannung wird weniger negativ, bis bei —6 Volt die Trenndiode 122 nichtleitend wird und die mit der Basis des Transistors 121 verbundene positive Vorspannung den Transistor sperrt, wodurch die Gleichstromversorgung zu den mechanischen Servoeinrichtungen des Systems unterbrochen wird und infolgedessen die Anzeige- und Rechengeräte mit den zuletzt zur Verfügung stehenden richtigen Daten blockiert werden.

zo Der Alarmkreis wird mittels eines einstellbaren Abgriffes am Emitterbelastungswiderstand 125 des Transistors 116 auf einen einstellbaren Pegel eingeregelt, wobei die Einstellung so erfolgt, daß eine positive Spannung von 6 Volt der Basis des Transistors 126 zugeführt wird, falls die Frequenz f_a 150 Hz beträgt oder größer ist. Vor dem Anlegen der Spannung von + 6 Volt an die Basis des Transistors 126 ist er leitend und lädt einen Kondensator

128 auf die von der Emitterspannungsversorgung des Transistors 126 kommende Spannung von + 6 Volt.

Wenn die Basis des Transistors 126 eine positive Spannung von 6 Volt aufweist, dann sperrt der Transistor und stellt über einen Kollektorwiderstand und einen i?C-Zeitkonstantenkreis, der aus dem Widerstand 127 und dem Kondensator 128 besteht, eine Verbindung mit der negativen Kollektorspannungsquelle von 12 Volt her, um den Kondensator 128 zu entladen. Die durch den Widerstand 127 und den Kondensator 128 gebildete Zeitkonstante beträgt 10 Sekunden, so daß nur bei einer Sperrung des Transistors 126 für etwa 10 Sekunden die vom Kondensator 128 der Basis eines npn-Transistors 129 zugeführte Spannung zur Erde abfließt. Wenn sich die Basis des Transistors 129 auf Erdpotential befindet, so ist dieser gesperrt. Der Transistor 129 ist eine speziell ausgewählte Siliziumtype mit niedrigem Sperrstrom und der Kondensator 128 weist geringe Fehl- oder Leckströme auf, so daß die äußerst lange Zeitkonstante der Kombination aus dem Widerstand 127 und dem Kondensator 128 gewahrt wird.

Wenn f_a während 10 Sekunden eine Frequenz von 1500 Hz oder mehr annimmt, so wird der Transistor

129 gesperrt und dadurch ein positives Potential an eine IO-Volt-Zener-Trenndiode 131 angelegt, wodurch diese in den Leitzustand versetzt wird. Dadurch wird ein Leitzustand in einem npn-Transistor 132 hervorgerufen, der im leitenden Zustand eine positive Kollektorversorgungsspannung an die Basis des Transistors 133 legt, die diesen zum Leiten bringt und somit die Basis des Transistors 134 erdet und diesen dadurch sperrt. Der Transistor 134 ist beim Empfang tauglicher Daten normalerweise leitend. In diesem Zustand schafft seine Kollektor-Emitter-Strecke eine Erdverbindung für das (nicht dargestellte) Driftwinkelrelais, das an die Klemme 135 angeschlossen ist und für das (nicht dargestellte) Grundgeschwindigkeitsrelais, das an die Klemme 136 angeschlossen ist. Wenn durch den gerade beschriebenen Alarmzustand

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Claims (6)

1 die Leitfähigkeit des Transistors 134 unterbrochen ist, werden die normalerweise erregten Stromkreise des Driftwinkelrelais und des Grundgeschwindigkeitsrelais geöffnet, so daß die zu den Anzeigegeräten führenden Datenkreise unterbrochen werden, und sowohl eine Alarmanzeige hervorgerufen als auch der Alarmzustand im restlichen System hergestellt wird (beispielsweise durch die Potentiale auf den Leitungen 86 und 95). Ein Fehler-Such- oder Anzeigekreis wird dadurch hergestellt, daß der Ausgang des Hystereseschalters 111 über eine Kopplungsdiode 137 mit der Basis eines npn-Transistors 138 verbunden wird. Im normalen Betrieb weist fa eine gewisse niedrige Frequenz auf, die jedoch nicht Null ist. Die vom Hystereseschalter 111 gelieferte Rechteckwelle lädt somit einen i?C-Kreis 139 auf, um die Basis des Transistors 138 auf etwa — 6 Volt zu bringen, wobei der Transistor sperrt. Sollte jedoch wegen irgendeines Fehlers im System /„ verschwinden, so würde der Ausgang des so Schalters 111 auf Erdpotential liegen, und zwar ist dann der untere Transistor des in monostabiler Schaltung ausgeführten Paares leitend. Dieser Gleichspannungspegel ergibt bei den aufeinanderfolgenden, wechselstrommäßig gekoppelten Transistoren 112, 113,116 kein Ausgangssignal, sperrt jedoch die Diode 137. In diesem Zustand kann der Kondensator des .RC-Kreises 139 entladen werden, wobei nach einer kurzen Zeitverzögerung der Transistor 138 leitet. Durch den Leitzustand des Transistors 138 gelangt eine negative Spannung von seiner Emitterstromversorgung über seine Kollektor-Emitter-Strecke zum Kondensator 128, die diesen entlädt und den Alarmzustand herstellt. Ein von Hand betätigter Schalter 151 dient dazu, die an die Klemmen 135 und 136 angeschlossenen Stromkreise der Driftwinkel- und Grundgeschwindigkeitsrelais über Trenndioden wahlweise zu erden. Durch diesen von Hand vorgenommenen Vorgang wird wahlweise ein Stromkreis geschaffen, der gleich demjenigen durch den Transistor 134 ist und dazu dient, die Driftwinkel- und Grundgeschwindigkeitsrelaiskreise durch Zuführung von Prüfsignalen (nicht veranschaulicht) zu überprüfen. Ein Entkopplungsnetzwerk 152 dient zur Zuführung einer negativen Spannung zur Leitung 153, wodurch mittels Entladung des Kondensators 128 der Alarmzustand immer dann eingeleitet werden kann, wenn der von Hand betätigte Schalter angeschaltet ist. 50 Patentansprüche:

1. Mit Funkwellen nach dem Rückstrahl-Doppler-Prinzip arbeitendes Geschwindigkeitsund Abtriftmeßgerät für Luftfahrzeuge mit einem fest eingebauten Antennensystem, welches die Wellen periodisch nacheinander schräg nach unten zum Erdboden in vier verschiedene azimutale Quadranten symmetrisch zu den Achsen des Luftfahrzeugs ausstrahlt und die reflektierten Wellen empfängt, mit einer Einrichtung zur Gewinnung der Dopplerfrequenzspektren aus den aus den vier Richtungen empfangenen Wellen durch Überlagerung mit der Sendeschwingung, mit einer Oszillatoreinrichtung zur Lieferung örtlich erzeugter Frequenzen, sowie mit einer Einrichtung, die die Frequenzen der Oszillatoreinrichtung so lange ändert, bis sie mit dem Mittelwert des je-

weiligen Dopplerfrequenzspektrums zusammenfallen, und die dann diesen Wert nachführt,: unq" mit einer Recheneinrichtung, welche, die vier Oszillatorfrequenzen zur Gewinnung von die Ge_r schwindigkeitskomponenten in kartesischen Ko_r ordinaten darstellenden Frequenzen kombiniert; gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung der Summe der den Dopplerfrequenzspektren der beiden linken Strahlen en,tsprechen_r den örtlich erzeugten Frequenzen sowie der Summe der den Dopplerfrequenzspektren der beiden rechten Strahlen entsprechenden örtlich erzeugten Frequenzen und zur Bildung der DjfIe_r renz dieser beiden Summen, die eine Alarmfrequenz bildet, die im wesentlichen gleich Nu_iIl ist, wenn die vier örtlich erzeugten Frequenzen den zugeordneten Mittelwerten der vier Dqpplerfrequenzspektren entsprechen, und durch eine Einrichtung, welche die Frequenzen der Oszil·· latoreinrichtung verändert, wenn die Alarmfrequenz eine vorherbestimmte Frequenz überschreitet und die Frequenzveränderung der Oszillatoreinrichtung beendet, wenn die Alarmfrequenz unter der vorherbestimmten Frequenz ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Alarmfrequenz ansprechende Einrichtung (116, 126, 134, 86, 95) bei einer die vorherbestimmte Frequenz übersteigenden Alarmfrequenz die vier örtlich er^ zeugten Frequenzen (f_m, f_PR, f_BL, f_FL) über einen Bereich ändert, der dem Dopplerfrequenz-Verschiebungsbereich unter normalen Flugbedingungen entspricht.

3. Gerät nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungsschaltung (127, 128), die eine Veränderung der örtlich erzeugten Frequenzen nur zuläßt, wenn die Alarmfrequenz mindestens während der Zeitverzögerung die vorherbestimmte Frequenz überschritten hat.

4. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführvorrichtung (26, 27, 31, 32, 41, 42) auf die örtlich erzeugten Frequenzen der Oszillatoreinrichtung (45, 46) und auf die Dopplerverschiebungsfrequenzen anspricht und jede dieser örtlich erzeugten Frequenzen auf einer Frequenz hält, die der zugehörigen mittleren Dopplerfrequenz entspricht, nachdem die Abstimmung die örtlich erzeugten Frequenzen in den Übereinstimmungsbereich mit den Dopplerverschiebungsfrequenzen gebracht hat.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Oszillatoreinrichtung abstimmende Einrichtung (81, 82, 79, 43, 44) die örtlich erzeugten Frequenzen periodisch um kleine Frequenzstufen ändert und daß die Nachfiihr_r einrichtung (26, 27, 31, 32, 41, 42) in den Intervallen zwischen den Stufen die Übereinstimmung zwischen den örtlich erzeugten Frequenzen und den mittleren Dopplerverschiebungsfrequenzen wieder herstellt, wenn sich die örtlich erzeugten Frequenzen im Übereinstimmungsbereich befinden.

6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Alarmfrequenz ansprechende Einrichtung eine Schaltung (89, 91, 93) steuert, die die innerhalb des Übereinstimmungsbereiches erfolgende Abstimmung der Oszillatoreinrichtung wiederholt, wenn die Alarmfrequenz über der vorbestimmten Frequenz liegt.