DE1259970B - Impulsradargeraet fuer Luftfahrzeuge zur Bodenabstandsueberwachung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/44

Nummer: 1 259 970

Aktenzeichen: N18696IX d/21 a4

Anmeldetag: 29. Juli 1960

Auslegetag: 1. Februar 1968

Die Erfindung betrifft ein Impulsradargerät für Luftfahrzeuge zur Warnsignalgabe, wenn Bodenerhebungen eine in einem wählbaren Abstand vom Luftfahrzeug liegende, horizontale oder zum Flugweg parallele Bezugsebene überragen, unter Verwendung einer Empfangsanordnung, welche die Summe und die Differenz der Echoamplituden bildet, welche mit einer Antenne empfangen werden, deren Strahlungsdiagramm wenigstens zwei symmetrisch zur Antennenmittellinie liegende Charakteristiken umfaßt, deren Schnittebene einen spitzen Neigungswinkel mit der Horizontalen bzw. dem Flugweg bildet.

Radargeräte, die nach dem Summe-Differenz-Prinzip arbeiten, sind bereits bekannt. So zeigt die deutsche Patentschrift 879 404 ein derartiges Radarsystem, bei dem das Richtantennensystem in mehr als zwei Gruppen aufgeteilt ist, die an eine Brückenschaltung derart angeschlossen werden, daß die Differenzspannungen einerseits und die Summenspannungen andererseits abgreifbar sind; aus der Summenspannung und den Differenzspannungen wird je eine Richtgröße gebildet, die auf zwei Braunschen Röhren mit senkrecht aufeinanderstehenden Ablenksystemen angezeigt werden. Gemäß der deutschen Patentschrift 907 314 wird diese Anordnung dadurch verbessert, daß eine Regelschaltung vorgesehen ist, die den die Summenspannung verarbeitenden Empfangskanal auf konstante Ausgangsenergie regelt und die gleiche Regelspannung den die beiden Differenzspannungen verarbeitenden Empfangskanälen zuführt.

Aus der USA.-Patentschrift 2 225 046 ist eine Radaranordnung beschrieben, die feststellt, wie sich das Gelände in Flugrichtung verändert. Hierfür sind jedoch zwei getrennte Radaranordnungen, eine schräg nach vorwärts gerichtet und eine senkrecht nach unten gerichtet, erforderlich, die voneinander unabhängige analoge Anzeigen ergeben, die dauernd vom Flugzeugführer überwacht werden müssen.

Gemäß einem älteren Vorschlag ist eine Anordnung in Flugzeugen zur Feststellung des Konturenverlaufs des Erdbodens mittels eines nach dem Monopuls-Summe-Differenz-Peilprinzip sowie Laufzeit-Entfernungs-Meßprinzip arbeitenden Radargerätes, dessen Antennensystem in Vorausrichtung unter einem bestimmten Winkel zum Erdboden hin geneigt ist, derart, daß das Antennensystem das ganze zu überprüfende Erdbodengebiet anstrahlt, derart ausgebildet, daß der Winkel entweder zur Bestimmung des lichten Abstandes zwischen Flugweg und Erdboden auf den Flugweg des Flugzeugs oder zur Bestimmung des Ab-Standes zwischen der durch das Flugzeug verlaufenden Horizontalebene und dem Erdboden auf die Horizon-Impulsradargerät für Luftfahrzeuge
zur Bodenabstandsüberwachung

Anmelder:

North American Aviation, Inc.,

Los Angeles, Calif. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. E. Liebau, Patentanwalt,
8902 Augsburg-Göggingen,
v.-Eichendorff-Str. 10

Als Erfinder benannt:
William Edison Stoney,
Whittier, Calif. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 30. Juli 1959 (830 675)

talebene bezogen ist und daß elektronische Rechenvorrichtungen vorgesehen sind, die im Sinne einer punktweisen Feststellung des Abstandes zwischen dem Flugweg bzw. der Horizontalebene und dem Erdboden fortlaufend zu dem betreffenden Neigungswinkel den vom Radargerät festgestellten Fehlwinkel vorzeichenrichtig hinzufügen und das Ganze mit einem durch die zugehörige Schrägentfernung bestimmten Faktor multiplizieren.

Die Erfindung strebt eine Verbesserung einer solchen Anordnung an, wobei der vertikale Erfassungsbereich der Radaranordnung wesentlich vergrößert werden soll.

Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, durch die die Amplitude der Summenspannung in bezug auf die Differenzspannung einstellbar ist, daß eine Additionsschaltung an die die Summenamplitude einstellende Einstellvorrichtung angeschlossen und zusätzlich von der bei zunehmender Neigung eines reflektierenden Objektes in positiver Richtung wachsenden Differenzspannung gespeist ist, daß ein vom Systemimpulsgenerator ausgelöster Sägezahngenerator vorgesehen ist, der eine der Laufzeit des jeweils augenblicklich empfangenen Echos proportionale Spannung abgibt, daß an die Additionsschaltung und den Sägezahngenerator eine Multiplizieranordnung angeschlossen ist, daß die so multiplizierte Spannung und die einge-

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stellte Summenspannung einer Vergleichseinrichtung zugeführt sind und daß der bei der Einstellung der Summenamplitude und der bei der Erzeugung der Sägezahnspannung verwendete Proportionalitätsfaktor derart gewählt ist, daß die Vergleichseinrichtung das Warnsignal abgibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Impulsradargerätes,

F i g. 2 eine Darstellung der Geometrie des durch die Erfindung zu lösenden Problems,

F i g. 3 a und 3 b den vertikalen Bedeckungsbereich des Radarstrahles,

F i g. 4 ein Blockschaltbild des Rechners,

Fig. 5 Einzelheiten der Antennen-Steuerungsund Antriebseinrichtung und

Fig. 6, 7 und 8 Schaltbilder des Rechners der F i g. 4.

seine Phasenbezugsspannung vom Summenkanal am Ausgang des Summen-ZF-Verstärkers 16 erhält. Am Ausgang des Phasendetektors 19 entsteht das Elevationsdifferenzsignal E_D, das eine bestimmte Polarität in bezug auf das Summensignal besitzt und eine Größe hat, die die Richtung und die Größe der Abweichung des reflektierenden Zieles von der Mittellinie des Radarstrahles angibt.

Der Ausgangswert des Summen-ZF-Verstärkers 16 wird im Videodetektor 20 gleichgerichtet und ergibt das Summensignal E_s, das zur Verstärkungsregelschaltung 21 zurückgeführt wird, die die Verstärkung sowohl der Summen- als auch der Differenz-ZF-Verstärker regelt. Der Zweck der Verstärkungsregelung besteht darin, die Videoausgangsspannungen über einen großen Bereich des zurückkommenden Videosignals zu stabilisieren, da sich letzteres als Funktion von Entfernung, Reflexionseigenschaft des Zieles und anderen Faktoren ändert. Die Verstärkungsregelung

In den Zeichnungen sind für gleiche Teile gleiche 20 arbeitet so, daß die Größen der Summen- und EIe-

Bezugszeichen verwendet.

Das in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellte Radargerät ist insbesondere für tieffliegende Flugzeuge bestimmt, um dem Piloten Informationen zu liefern über die Geländekonturen in bestimmter Entfernung vom Flugzeug oder Angaben über Entfernung und Richtung aller Hindernisse und Geländeerhebungen über einer gewählten Abstandsebene, die • durch den Piloten eingestellt wird. Das Radargerät besteht aus einer Antenne 10, die von üblicher Parabolausführung sein kann. Von einer Triggerschaltung 11 synchronisiert sendet ein Sender 12 Impulse im X-Band, beispielsweise zwischen 8600 und 9600 MHz, aus, obwohl natürlich andere Frequenzen ebenfalls benutzt werden können. Die Senderimpulse werden zur Antenne über eine Mikrowellenbrücke 13 geleitet, die außerdem die Echoimpulse von der Antenne aufnimmt und auf die Summen- und Differenzkanäle des bekannten, nach dem Summe-Differenz-Prinzip arbeitenden Radargerätes gibt.

Der Empfängersummenkanal besteht aus einem Summenmischer 14, der ein erstes Eingangssignal von einem örtlichen Oszillator 15 und ein zweites Eingangssignal von der Antenne 10 über die Mikrowellenbrücke 13 in Form der additiv kombinierten Energie von zwei Keulen des Strahlungsdiagramms der Antenne 10 erhält. Obwohl für die Zwecke der Erfindung der Antennenstrahl nur zwei symmetrisch zur Antennenmittellinie liegende und in der Elevation gegenvationsvideosignale unter Beibehaltung eines im wesentlichen festen Verstärkungsverhältnisses des Summen- und Elevationssignals komprimiert werden.

Es ist leicht verständlich, daß die Wirkung der selbsttätigen Verstärkungsregelung durch Anwendung üblicher zeitabhängiger Regelschaltungen entweder in Verbindung mit oder an Stelle der automatischen Verstärkungsregelung erhöht werden kann.

Die Summen- und Differenzsignale E_s und E_D vom Videodetektor 20 bzw. Phasendetektor 19 werden dem Geländerechner 30 zugeführt, der später näher erläutert wird. Der Rechner 30 erhält eine Eingangsspannung vom Trigger 11, eine von Hand einstellbare Eingangsspannung von einem Eich- bzw. Beschikkungsstellglied 31 und eine zweite von Hand einstellbare Eingangsspannung von einem Stellglied 32, mit welchem die Höhe der Abstandsebene in bezug auf das das Radargerät tragende Flugzeug eingestellt wird. Der Rechner 30 berechnet die weiter unten beschriebene Gleichung, die die Geometrie des zu lösenden Problems wiedergibt, und liefert ein Ausgangssignal auf die Leitung 33, welches eine bestimmte Polarität für alle diejenigen Hindernisse oder Ziele besitzt, die über die ausgewählte Abstandsebene hinausragen. Das Warnsignal auf der Leitung 33 geht über einen Videoverstärker 34 auf ein Polaritätssieb 35, das nur die Signale der geforderten Polarität durchläßt. Das Ausgangssignal des Polaritätssiebes wird auf die Intensitätssteuerung 36 eines Sichtgerätes

einander gewinkelte Keulen aufzuweisen braucht, ist 5° gegeben, das nach der Darstellung eine Kathoden-

es leicht einzusehen, daß in dem System eine Antenne strahlröhre 38 mit Vertikal- und Horizontalablenk-

benutzt werden kann, die für einen zweiten Differenz- vorrichtungn 39 und 40 zur üblichen Vertikal- und

(Azimut)-Empfängerkanal (nicht dargestellt) zusatz- Horizontalablenkung des Kathodenstrahles enthält.

lieh ein Paar von Azimut- oder Horizontalkeulen erzeugt, wie es dem Fachmann auf diesem Gebiet verständlich sein wird. Das Ausgangssignal vom Summenmischer 14 wird dem Zwischenfrequenzteil des Summenkanals zugeführt, der ein oder mehrere Summen-ZF-Verstärker 16 enthält.

Der Elevationsdifferenzkanal des Empfängers enthält einen Differenzkanalmischer 17, der ein erstes Eingangssignal vom örtlichen Oszillator 15 erhält und ein zweites Eingangssignal von der Antenne über die Mikrowellenbrücke in Form subtraktiv kombinierter Die Vertikalablenkschaltung liefert eine Sägezahnspannung für die Entfernungsablenkung, die durch ein Signal vom Trigger 11 ausgelöst wird. Die Horizontalablenkspannung steuert den Lichtpunkt horizontal auf dem Schirm der Kathodenstrahlröhre in Abhängigkeit von der Azimutstellung der Antenne. Deshalb wird die horizontale Ablenkschaltung 40 durch ein Azimutsignal auf der Leitung 41 gesteuert, die mit dem Azimutabnehmer der Antenne gekoppelt ist, welcher später näher erläutert wird. Mit dieser Anordnung wird der Kathodenstrahl horizontal und

Echoimpulse, die von den zwei Antennenkeulen auf- 65 vertikal in Abhängigkeit von Entfernung und Azimut

genommen werden. Das Ausgangssignal des Differenzkanalmischers geht zum Differenz-ZF-Verstärker 18 und dann zu einem üblichen Phasendetektor 19, der des Zieles eingestellt, welches mit Hilfe der Strahlintensitätssteuerung angezeigt wird. Es ist leicht verständlich, daß auch andere Anzeigearten, z. B. die

bekannte »PPI«-Anzeige, benutzt werden können. Sofern eine bleibende Aufzeichnung der von dem Gerät gelieferten Information gewünscht wird, kann ein Aufzeichnungsgerät vorgesehen werden, wie z. B. eine Kamera 42. Die dem Sichtgerät zugeführten Signale können andererseits auch auf einen gebrauchliehen Aufzeichnungsträger wie z. B. ein Magnetband aufgezeichnet werden.

Die Antenne 10 ist geeignet angebracht, daß sie durch das Antennensteuer- und Antriebssystem 43 gegenüber dem Flugzeug in Elevation und Azimut bewegt werden kann. Das Antriebssystem erhält das durch das Handstellglied 31 eingestellte Beschickungssignal und ein Antennenelevationsstellsignal vom Handstellglied 32, das zur Einstellung der Abstandsebene dient. Infolgedessen wird bei Wahl einer bestimmten Ebene der Antennenelevationswinkel in Abhängigkeit davon eingestellt.

In der in F i g. 2 gezeigten Geometriedarstellung trägt ein tieffliegendes Flugzeug 50 das Radargerät, wobei die öffnung der Antenne in die Richtung zeigt, die durch die Linie 51 dargestellt ist. Die Linie 52 bedeutet eine Ebene, die entweder der Flugweg sein kann (Geländeausweichmethode) oder eine horizontale Linie (Umrißdarstellungsmethode) und im folgenden »Flugzeugebene« genannt wird. Bezugszeichen 53 bezeichnet ein Hindernis wie z. B. einen Berg, der über die eingestellte Abstandsebene (Bezugsebene) 54 hinausragt, die so gewählt ist, daß sie im Abstand ho unter der Flugzeugebene 52 liegt. Der Neigungswinkel der Antenne ist mit N bezeichnet und stellt den Winkel zwischen der Flugzeugebene und der Antennenmittellinie 51 dar. Der Winkel β zwischen der Antennenmittellinie und einem Ziel in der Entfernung R wird zusammen mit dem errechneten Vertikalabstand h zwischen Ziel und Flugzeugebene für die Rechnung benutzt. Wie später vollständiger erläutert wird, werden die Abstandsebene 54 und die Antennenmittellinie 51 gemeinsam eingestellt, so daß sie sich unter der festen Schrägentfernung Ro schneiden, was nach der Darstellung im Punkt 55 eintritt.

Grundsätzlich wird der Abstand von einem Hindernis, wie dem Berg 53, der von dem Radargerät abgetastet wird, berechnet durch Bestimmung des Produktes aus Entfernung mal dem Winkel zwischen der Flugzeugebene und der Reflexionsrichtung. Der voreingestellte Abstand wird dann von dem tatsächlichen Abstand subtrahiert. Wenn das Ergebnis positiv ist, so überquert das Flugzeug diesen Punkt wenigstens in dem geforderten Abstand, und es wird kein Warnsignal erzeugt. Wenn das Ergebnis negativ ist, so ragt das Hindernis über die Abstandsebene hinaus, und der Pilot erhält ein Signal, das Entfernung und Riehtung des Hindernisses angibt.

Bei der Benutzung des Gerätes gemäß dem Ausführungsbeispiel operiert das Flugzeug gewöhnlich nahe am Boden, so daß die Antennenmittellinie einen verhältnismäßig kleinen Winkel mit der Flugzeugebene und der Abstandsebene bildet. Da der Sinus eines kleinen Winkels angenähert gleich dem Winkel selbst im Bogenmaß ist, so ist der senkrechte Abstand von der Flugzeugebene bis zum Boden an irgendeinem Punkt gegeben durch

B). (1) ₆<

^w Diese Gleichung gibt die Bedingung an, daß das Flugzeug das Hindernis nicht in der geforderten Höhe überfliegt, wenn W negativ ist, daß es diese jedoch besitzt, wenn W positiv ist. Infolgedessen hat der punktierte Teil des Berges S3 in F i g. 2 einen negativen Wert von W zur Folge, der eine Anzeige auf dem Sichtgerät erzeugt.

Der Winkel B ergibt sich aus dem Summe-Differenz-Betrieb, er wird jedoch in der angegebenen An-Ordnung nicht ausdrücklich gemessen, um genauere und einfacher arbeitende Rechnerschaltungen zu ermöglichen. Die Eigenschaften dieser Betriebsart bestehen bekanntlich darin, daß das Verhältnis des DifferenzempfängervideoausgangswertesjEßZumSummenempfängerausgangswert E_s über die Hauptkeule der Antenne dem Winkel B proportional ist.

Dies kann geschrieben werden als

B = K₁

wobei K₁ eine Konstante ist. Da E_D von einem phasenabhängigen Demodulator (Phasendetektor 19 in Fig. 1) geliefert wird, in dem £_s als Bezugsgröße benutzt wird, tritt B mit positivem oder negativem Vorzeichen auf. Die Gleichungen (1) und (3) werden in die Gleichung (2) eingesetzt und man erhält:

W = R (n + K₁ ■ -~Λ — ho.
Vs/

Durch Vornahme der Antennenwinkeleinstellung in Abhängigkeit von der Bodenabstandsebeneneinstellung wird erreicht, daß sich die Bodenabstandsebene und die Antennenmittellinie in der vorbestimmten Schrägentfernung Ro schneiden, wodurch

ho_ Ro

\Ro ^l E

E_s J

/₂₀

wird. Da E_s immer positiv ist und als Bezugsgröße im Demodulator benutzt wird, können beide Seiten der Gleichung mit £_s multipliziert werden, ohne daß das Vorzeichen des Warnsignals verändert wird. Die Größe des durch diese Multiplikation veränderten Warnsignals ändert die Bedeutung des Ausgangssignals nicht.
Dies ergibt:

W" — R (-=— E_s + K₁ E₀) — ho E_s .
\ ° /

_{Durch Herausnehmen von}
ergibt sich·

_{aus den} Klammern

W" = -^ (ho E_s + Ro K₁ E₀) — ho E_s. (7)

Wiederum ändert sich das Vorzeichen des Warnsignals nicht, nachdem die Gleichung unmittelbar durch die höchste Bodenabstandsebene ho_max dividiert wird, wobei sich ergibt:

R₀

Das Warnsignal W ist bestimmt durch
W = h —ho.

Setzt man ausgewählte Werte von R₀ = 18,29 km (2) und ho_max = 1829 m ein, so kann man als verein-

fachte Warngleichung schreiben: R /ho-E.

W =

10 \ho_max

KE₀) -

hoE_s ho_max

wobei R in Kilometern gerechnet ist und K = 10 HC₁. Eine Warnung von einem Hindernis ergibt sich, sobald W negativ ist. Die Gleichung (9) ist diejenige Gleichung, die in der angegebenen Anordnung selbsttätig berechnet wird.

Die Ableitung der Gleichung beruht zum Teil darauf, daß beim Ausführungsbeispiel die Bodenabstandsebene und die Mittellinie des Antennendiagramms sich unter einer gewählten Schrägentfernung schneiden, die in der obigen Gleichung für den Zweck der Erläuterung als 18,29 km angenommen ist. Dies wird durch die gemeinsame Einstellung des Antennenneigungswinkels JV und der Abstandsebene verwirklicht. Mit dieser Anordnung wird der vertikale Wirkungsbereich des Gerätes vergrößert und die Einsatzmöglichkeit auf die Abstandsebeneneinstellung über das Flugzeug erweitert. Die Vorteile dieses Merkmals sind in F i g. 3 a und 3 b dargestellt, in denen die Äntennendiagramme gezeigt sind, wobei die Elevation vertikal in Meter über der horizontalen Entfernung in Kilometern aufgetragen ist. In F i g. 3 a ist die Antennenmittellinie mit 57 und die Antennenstrahlbreite durch die Linien 58 und 59 gekennzeichnet. Mit einem Neigungswinkel JV der Antennenmittellinie gegenüber der Horizontalen und einer auf 1219 m unter dem Flugzeug eingestellten, durch die Linie 60 dargestellten Abstandsebene ergibt sich ein Antennenwirkungsbereich, der durch den schraffierten Teil des Strahlungsdiagramms angedeutet ist. Es ist ersichtlich, daß mit dieser Anordnung das Gerät eine Warnung vor allen Hindernissen gibt, die über die Abstandsebene 60 hinausragen und in einer Horizontalentfernung größer als 8,19 km liegen. Es. sei nun angenommen, daß die Abstandsebene auf 1829 m unter dem Flugzeug niedriger eingestellt wird, wie dies bei 61 angedeutet ist. Der Schnitt der Linie 61 mit dem unteren Rand 59 des Radarstrahles zeigt, daß das Radargerät jetzt keine Hindernisse oberhalb der Abstandsebene anstrahlt, die näher als etwa 16,22 km liegen.

Es wird deshalb bei Absenkung der Abstandsebene von z. B. 1219 m auf 1829 m unterhalb des Flugzeuges eine gleichzeitige Vergrößerung des Neigungswinkels JV vorgenommen, so daß das Radargerät jetzt Objekte über der Abstandsebene bis auf etwa 10,974km heran anstrahlt, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist.

Die Gleichung (9) wird durch den Rechner 30 in F i g. 1 verarbeitet, von dem ein Blockschaltbild in F i g. 4 dargestellt ist. Der Rechner besteht im Prinzip aus einem Entfernungsablenkgenerator, einem Summierverstärker und einer Entfernungsvideomultipliziervorrichtung. Die Arbeitsweise wird zunächst für den Fall beschrieben, daß sich das Flugzeug über der Abstandsebene befindet. Wie in Verbindung mit Gleichung (9) erläutert, stellt ein negativer Wert von W ein Videowarnsignal dar, welches ein über die gewählte Abstandsebene hinausragendes Hindernis anzeigt. Der erste Schritt bei der Verarbeitung der Gleichung besteht in der Bildung der Spannung

ho Ε*

Dies wird erreicht im Abstandsebenenpotentiometer 63, welches durch das Signal E_s vom Videodetektor 20 erregt wird und dessen verstellbarei Abgriff vom Stellglied 32 in F i g. 1 eingestellt wird Das Stellglied 32 stellt die Abstandsebenenlage und den Antennenelevationswinkel ein. Das von dem Potentiometer abgenommene Signal wird auf einer Kathodenverstärker 64 gegeben, um Fehler durch Belastung des Potentiometers auszuschließen.

Das Differenzsignal E_D vom Detektor 19 in F i g. 1 wird dem Eichpotentiometer 65 zugeführt, welches es auf einen Wert K E_D teilt. Die Konstante K ist eine Systemkonstante, die bestimmt wird durch das Antennendiagramm, die relative Empfängerempfindlichkeit und die Videoverstärkung in den verschiedenen Rechnerstufen. Das Signal K E_D wird in eine Phasenumkehrstufe 66 gegeben, an der entweder der gleichphasige oder umgekehrte Ausgangswert durch das Abstandsebenen - Polaritätswählrelais 67 ausgewählt werden kann. In dem beschriebenen Fall hat das Flugzeug positiven Abstandswert, d. h., der Flugweg des Flugzeuges liegt oberhalb des Hindernisses. Unter dieser Bedingung ist das Relais aberregt (in der dargestellten Stellung) und wählt das umgekehrte oder negative iC£_D-Signal. Die Ausgangswerte der Umkehrstufe 66 und des Kathodenverstärkers 64 werden auf einen kombinierten Summier- und Phasenumkehrverstärker 68 gegeben. Die Phasenumkehrwirkung dieser Schaltung wird benutzt, um die positiv und negativ gerichteten Signale zu erzeugen, die an den Bremsgittern der Multipliziervorrichtung erforderlich sind, wie später näher erläutert wird.

Die Erzeugung der Sägezahnablenkspannungen erfolgt in einer Phantastronschaltung 69, die durch den Trigger des Systems gesteuert wird. Das Phantastronausgangssignal —R wird auf eine Phasenumkehrstufe 70 gegeben, in der die Signale R und —R zur Verwendung in der Entfernungsmultipliziervorrichtung 71 erzeugt werden.

Die Multipliziervorrichtung 71 erhält das Signal

ho E_s

+ KE_D

und seinen umgekehrten Wert zusammen mit dem Signal R und seinen umgekehrten Wert von den Schaltungen 68 bzw. 70 und liefert über den Verstärker 72 und den Kathodenverstärker 73 das Pro-

^dukt R (-hoE_s

Eine Rückkopplung vom Kathodenverstärker 73 auf die Multipliziervorrichtung 71 verbessert die Verstärkungsstabilität und die Bandbreite. Das Multipliziervorrichtungsausgangssignal vom Ausgang des Kathodenverstärkers 73 liegt als ein Eingangssignal am Misch- und Umkehrverstärker 74. Das andere Eingangssignal des Verstärkers 74 besteht aus dem

welches vom Kathodenverstärker 64 erhalten und in der Verzögerungsleitung 75 verzögert wird, um die der Multipliziervorrichtung anhaftende Verzögerung auszugleichen. Die Summe

^hoEs

JL f^ho
10 \ho_m

^hoEs ho_max

wird im Summierverstärker 74 gebildet und darin

auch umgekehrt, damit sie auf ein zweites Polaritätswählrelais 76 gegeben werden kann, mit dem entweder die gleichphasige oder die umgekehrte Größe ausgewählt wird. In dem erläuterten Fall (Flugzeug über der Abstandsebene) wird die gleichphasige Größe durch das Relais in der dargestellten Stellung gewählt. Es ist jedoch für die Anzeige im Sichtgerät erforderlich, eine positive Warnsignalvideospannung zur Verfugung zu haben. Infolgedessen wird das Signal im Verstärker 77 umgekehrt und verstärkt und über ein als Diode 78 dargestelltes Polaritätssieb auf die Kathodenendstufe 79 gegeben, die mit der Intensitätssteuerung 36 des Sichtgerätes 37 in F i g. 1 verbunden ist. Das Polaritätssieb 78 arbeitet so, daß es alle negativen Signale nach Erde kurzschließt und nur die positiven Signale durchläßt.

Die Gleichung für eine Flugzeugposition unterhalb der Abstandsebene lautet

R f-hoEs
10 i, ho_max

ho E_s ho„,„_r

Diese Gleichung wird nach Erregung der Wicklungen 80 und 81 der Wählrelais 67 und 76 verarbeitet. Diese Wicklungen werden durch ein geeignetes Mittel erregt, was hier als ein von Hand zu betätigender Schalter 82 angedeutet ist, durch den im Falle der Abstandsebene über dem Flugzeug eine Spannungsquelle 83 an die Wicklungen 80 und 81 angelegt wird.

Das den Antennenneigungswinkel N angebende Signal und das Elevationsbeschickungssignal N_cc werden durch die Handstellglieder 32 bzw. 31 eingestellt, wie dies an Hand von F i g. 1 und 4 erläutert ist. Durch Betätigung der Handstellglieder 31 und 32 wird auch eine Drehung der Einstellachsen 90 und 91 (F i g. 5) bewirkt, die die Abgriffarme der Potentiometer 92 und 93 in dem in F i g. 5 dargestellten Antennensteuerungs- und Antriebsgerät betätigen. Das Potentiometer 92 regelt die Elevation in Sichtrichtung des Gerätes. Bei der Geländeausweichmethode ist die Elevationskomponente des Antennenantriebs eine Funktion der Abstandsebeneneinstellung, die in bezug auf den Flugweg stabilisiert wird. Das Elevationskommandosignal wird verarbeitet durch Summierung des Abstandsebenenwinkelsignals N mit dem Elevationsstabilisierungssignal und dem Abstandsbeschickungssignal N_cc. Das Elevationsstabilisierungssignal wird selbsttätig errechnet aus dem Produkt des negativen Angriffswinkelsignals und dem Kosinus des programmierten Azimutwinkels.

Ein sin-(9-(Höhen)-Signal wird von einem Vertikalkreisel 94 über einen Zerleger 95 zur Verwendung für den Konturendarstellungsbetrieb abgeleitet. Das Angriffswinkelsignal —Α wird von einem üblichen Angriffswinkelrechner 98 abgeleitet und einem Zerleger 111 über ein Relais 130 zugeführt, das in der Geländeausweichstellung dargestellt ist.

Das Azimutkommandosignal h_c kann von einem üblichen Azimutprogrammgeber 99 abgeleitet werden, der natürlich auch ein einfaches Handstellglied sein kann, um das Azimutkommando in Form eines Achsendrehsignals zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise wird das Azimutkommandosignal h_c durch eine konstante Drehung der Azimutkommandoachse 100 geliefert, die den Rotor eines Zerlegers 110 antreibt, dessen Stator so geschaltet ist, daß er das gewünschte Azimutkommandosignal sin h_c abgibt.

Das Azimutkommando auf der Achse 100 treibt außerdem den Rotor des Zerlegers 111, dessen Stator durch das Signal vom Angriffswinkelrechner 98 erregt wird, wodurch am Ausgang des Zerlegers 111 das Produkt— A cos h_c entsteht, welches die Stabilisierung der Antenne in bezug auf den Flugweg bewirkt. Dieses Signal bildet eines der Eingangssignale des Summierverstärkers 97.

Ein weiteres Eingangssignal N_cc des Summierverstärkers 97 wird von dem Beschickungspotentiometer 92 abgenommen, dessen Abgriff durch die Beschikkungsregelachse 90 geregelt wird. Das Abstandsebenenwinkelsignal N, welches zusammen mit der gewählten Abstandsebene eingestellt wird, wird dem Summierverstärker 97 als drittes Eingangssignal über die Umkehrstufe 112 und einen Wählschalter 113 zugeführt, der zusammen mit dem Wählschalter 82 in Fig. 4 betätigt werden kann, um ein Abstandssignal von negativer Polarität für positiven Abstand und von positiver Polarität für einen Zustand negativen Abstands zu erzielen.

Das zusammengesetzte Elevationssignal wird vom Ausgang des Summierverstärkers 97 auf einen Statorzweig 114 eines Rollzerlegers 115 gegeben. Dem anderen Statorzweig 116 des Rollzerlegers wird das Azimutkommandosignal vom Zerleger 110 zugeführt. Die Rotorwicklungen 117 und 118 des Zerlegers 115 werden in Abhängigkeit von einem Rollsignal Φ angetrieben, das von einem im Flugzeug vorgesehenen Rollkreisel 119 geliefert wird. Die Zweige 117 und 118 des Rollzerlegers 115 liefern die Kommandosignale, welche die Antenne nach Elevation und Azimut einstellen. Das Azimutsignal wird über ein Summiernetzwerk 120 auf den Azimutservoantrieb 121 gegeben, der die Antennenkardanlagerung 122 so antreibt, daß diese im Azimut nachgestellt wird. Ein Azimutabnehmer 123 an der Antennenanordnung bewirkt eine Rückkopplung auf das Summiernetzwerk 120, um die Azimutservoschleife zu vervollständigen. Vom Ausgang des Azimutabnehmers 123 wird außerdem über die Leitung 41 die Horizontalablenkung des Sichtgerätes 37 gesteuert.

Das Elevationssignal vom Zweig 117 des Rollzerlegers wird einer Elevationsservoschleife zugeführt, die ähnlich wie die Azimutservoschleife aufgebaut ist. Das Signal geht auf ein Summiernetzwerk 124 und von hier auf den Elevationsservoantrieb 125, der die Antennenkardanlagerung so antreibt, daß die Antenne in der Elevation nachgestellt wird. Ein Elevationsabnehmer 126 an der Antennenanordnung liefert ein Rückkopplungssignal auf das Summiernetzwerk 124, so daß die Elevationsservoschleife vervollständigt wird. Auf diese Weise wird die Rollzerlegung der Antenneneinstellung vorgenommen.

Für die Arbeitsweise der Konturendarstellung ist die Flugzeugebene eine Horizontalebene. Deshalb wird das Angriffswinkelsignal nicht benutzt. Statt dessen wird der Flugzeughöhenwinkel benutzt, um den horizontalen Bezugswert zu erhalten. Der Antennenneigungswinkel wird von Hand geregelt und nicht von der Abstandsebeneneinstellung abhängig gemacht. Die Elevationskomportente dieses Diagramms ist ein vom Piloten gewählter Winkel N, der in bezug auf die Horizontale stabilisiert wird. Das Elevationskommandosignal wird selbsttätig errechnet durch Summierung des Elevationssignals für N mit dem Abstandsbeschickungssignal N_cc und dem negativen Höhenstabilisierungssignal sin θ cos h_c. Das Azimut-

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ablenkkommandosignal für die Konturdarstellungs- ergibt sich bei Parallelschaltung der Anoden dei betriebsart wird durch den Zerleger 110 erzeugt und Röhren 160 und 161 durch Anlegen einer positiven dem Rollzerleger 115 zugeführt, wie es an Hand der Sägezahnspannung an das Steuergitter der Röhre 160 Geländeausweichbetriebsart beschrieben wurde. Bei über die Eingangsklemme 151 und einer negativen dem Konturendarstellungsbetrieb werden die Signale 5 Sägezahnspannung an das Steuergitter der Röhre 161 sin Θ und —A einfach am Eingang zum Zerleger 111 über die Eingangsklemme 152 ein abgeglichener Zudurch Betätigung des Relaisschalters 130 vertauscht, stand, bei dem keine Ausgangsspannung an den wobei eine Wicklung 96 bei dieser Arbeitsweise durch Anoden auftritt. Das Vorspannungsstellglied 164 wird Schließen eines von Hand betätigten Schalters 132 hierfür so eingestellt, daß dieser Zustand eintritt, erregt wird. Das Relais 96 betätigt außerdem einen io Wenn die Röhren in dieser Weise arbeiten, vergrößert Schaltkontakt 133, welcher das Elevationskommando- sich die Verstärkung zwischen Bremsgitter und Anode signal vom Abstandsebenenpotentiometer auf ein der Röhre 160, während die Verstärkung zwischen Potentiometer 134 umschaltet, das durch einen Reg- Bremsgitter und Anode der Röhre 161 im Verhältnis ler 135 von Hand eingestellt wird. Das Ausgangs- zur Amplitude der zwei Sägezahnspannungen absignal des Summierverstärkers 97 wird dem Zweig 114 15 nimmt. Infolgedessen können bei Anlegung eines des Rollzerlegers zur Rollzerlegung in der vorher positiven Signals an das Bremsgitter der Röhre 160 beschriebenen Weise zugeführt. und eines negativen Signals an das Bremsgitter der

Fig. 6, 7 und 8 zeigen zusammen die Schaltung des Röhre 161 diese zwei Signale so eingestellt werden, Geländeausweichrechners 30 der F i g. 1 und 4. In daß sie sich im gemeinsamen Anodenwiderstand 165 F i g. 6 sind die Umkehrstufe 66, der Kathodenfolger 20 auslöschen, wenn die Sägezahnspannungen auf den 64, der Phantastronablenkgenerator 69 und die Um- Steuergittern Null sind. Die Einstellung der Bremskehrstufe 70 des Blockschaltbildes in F i g. 4 dar- gittervorspannungen wird durch die Potentiometer gestellt. Das Signal 166 und 167 vorgenommen. Wenn jetzt die Ver-

ho E_s Stärkungen zwischen den Bremsgittern und Anoden

7^ 25 auf Grund der Anlegung der Sägezahnspannungen an

die Steuergitter ungleich werden, so löschen sich die

vom Abstandsebenenpotentiometer 63 wird an der an die Bremsgitter angelegten Impulse an den Anoden Klemme 140 zugeführt und kapazitiv auf die Katho- nicht mehr aus. Tatsächlich ändert sich die an den denstufe 64 gekoppelt, an deren Kathode Signale Anoden auftretende Nettoimpulsverstärkung in einer auftreten, die der Verzögerungsleitung 75 und dem 30 linearen Funktion, die in einem direkten Verhältnis Summierverstärker 68 zugeführt werden sollen. zur Amplitude der Sägezahnsignale an den Steuer-

Das Signal K E₀ vom Beschickungspotentiometer gittern steht. Infolgedessen wird an den Anoden bei 65 in F i g. 4 wird an der Klemme 141 dem Steuer- 168 ein Ausgangssignal erzeugt, das dem Produkt gitter 'der Triode 142 der Umkehrstufe 66 (F i g. 6) aus dem Videosignal und der Entfernungsfunktion zugeführt. Sie Signale mit entgegengesetztem Vor- 35 proportional ist.

zeichen werden von Kathode und Anode der Triode Ebenso wie die Steuergitter der Multipliziervorrich-

142 abgenommen und dem Polaritätswählkreis 67 tung 71 Entfernungsfunktionssignale entgegengesetzzugeführt, vor dem an der Klemme 143 das Signal ten Vorzeichens erfordern, so benötigen die Bremsung abgenommen wird, welches dem Summier- gitter Videosignale entgegengesetzten Vorzeichens, verstärker 68 zugeführt wird. 4° Die vom Multiplizierer benötigten Videosignale be-

Der Phantastronablenkgenerator besteht aus einer stehen aus der Summe innerhalb der Klammer von Pentode 145 mit einer Anoden-Steuergitterkopplung Gleichung (9). Die zu summierenden Signale, die an über einen Kondensator 146, einem Schirmgitter- der Kathode der Kathodenstufe 64 bzw. an der Vorspannungskreis 147 und einem Eingang vom Sy- Klemme 143 vom Wählrelais 67 auftreten, werden, stemtrigger an der Klemme 148 über zwei Dioden 45 wie in F i g. 7 gezeigt, den Steuergittern einer Doppel- und einem an das Bremsgitter angekoppelten Konden- triode zugeführt, die eine solche Kathodenkopplung sator 149. aufweist, daß die gewünschte Summe und deren um-

Die an der Anode des Phantastrons erzeugte Säge- gekehrter Wert an den entsprechenden Anoden der zahnablenkspannung wird auf die Steuergitter einer Triodensysteme 170 und 171 auftreten. Der veränder-Doppeltriode 150 gegeben, die die Ablenkumkehr- 5° bare Widerstand 172, der die Kathoden der Triodenstufe bildet. Die Steuergitter der Doppeltriode werden systeme 170 und 171 koppelt, wird zur Eichung der in entgegengesetztem Sinne ausgesteuert, so daß an Multipliziervorrichtung benutzt. Der veränderbare den entsprechenden Anoden die Signale +R und — R Anodenwiderstand 173 wird zum Abgleich der beiden entstehen. Diese an den Klemmen 151 und 152 ab- der Multipliziervorrichtung zugeführten Videosignale genommenen Signale werden auf die Multiplizier- 55 benutzt. Ein veränderbarer Kondensator 174 wird in vorrichtung 71 gegeben, die in F i g. 7 dargestellt ist. Reihe mit einem der beiden Ausgänge der Trioden-Die Multipliziervorrichtung 71 multipliziert zwei systeme 170 und 171 gelegt, um eine Bandbreiten-Größen, von denen die eine die Entfernung (=Zeit einstellung zu ermöglichen.

in der Radaranordnung) darstellt und die andere ein Das Ausgangssignal der Multipliziervorrichtung

Videosignal ist, welches die Zielinformation enthält. 60 wird vom gemeinsamen Anodenpunkt 168 einem In der Multipliziervorrichtung werden die Eigen- Impulsverstärker 72 zugeführt, der aus einer Pentode schäften von Doppelsteuerpentoden 160 und 161 175 besteht, deren Steuergitter mit der Multiplizierbenutzt. Jede dieser Röhren wird so betrieben, daß vorrichtung und deren Anode mit dem Steuergitter eine Änderung der Steuergittervorspannung (welche einer Pentode 176 verbunden ist, die eine Kathodenanfänglich durch ein Potentiometer 164 eingestellt 65 verstärkerschaltung 73 bildet. Von der Kathode der wird)' die Verstärkung zwischen Bremsgitter und Pentode 176 wird über ein Rückkopplungsnetzwerk Anode-stark ändert, jedoch die Verstärkung zwischen 177 das Stabilisierungssignal abgenommen, das an die Steuergitter und Anode riür wenig ändert. Somit Kathoden der zwei Multipliziervorrichtungsröhren

geführt wird. Das verstärkte Ausgangssignal der Multipliziervorrichtung wird von der Kathode der Kathodenverstärkerstufe 73 an der Klemme 178 abgenommen, von wo es als ein Eingangssignal der in F i g. 8 im einzelnen dargestellten Misch- und Umkehrstufe 74 zugeführt wird.

Die Misch- und Umkehrstufe enthält im ersten Abschnitt die Trioden 180 und 181, deren Anoden parallel geschaltet sind und an deren Steuergittern das multiplizierte Ausgangssignal an der Klemme 178 zugeführt wird, sowie das Signal

ho E₅ ho_max '

das über die Verzögerungsleitung 75 von der Kathode der Kathodenstufe 64 abgenommen wird. Die Summe der zwei Eingangssignale an den Trioden 180 und 181 ergibt sich an dem gemeinsamen Anodenanschluß der Röhren und wird an das Gitter der durch die Triode 182 gebildeten Umkehrstufe gelegt. An der Anode bzw. Kathode der Triode 182 entstehen Signale entgegengesetzten Vorzeichens, die die Endlösung der Warnsignalgleichung (9) darstellen. Diese entgegengesetzten Signale werden den Klemmen des Polaritätswählers 76 zugeführt, von denen das Warnsignal auf das Steuergitter eines Impulsverstärkers 183 gegeben wird. Der Ausgang des Verstärkers 183 ist mit einer weiteren Kathodenstufe 184 verbunden. Das an der Kathodenstufe 184 auftretende Warnsignal wird, wie in F i g. 4 angedeutet, im Videoverstärker 77 weiter verstärkt und umgekehrt, geht über das Polaritätssieb 78 und dann auf das Sichtgerät. Es ist leicht ersichtlich, daß die Anordnung nach der Erfindung einen genaueren, zuverlässigeren und größeren Aktionsbereich der Rechnung ermöglicht, und zwar auf Grund der Wahl der bestimmten, der mechanisierten Rechnung zugrunde gelegten Gleichung. Weiterhin wird durch die Steuerung des Antennenelevationswinkels in Abhängigkeit von der gewählten Abstandsebene (Bezugsebene) der winkelmäßige Wirkungsbereich sehr vergrößert und die Anwendbarkeit der Anordnung auf die Einstellung der Abstandsebene über das Flugzeug erweitert. Infolgedessen kann durch Wahl einer Abstandsebene über dem Flugzeug automatisch die Antenne auf optimalen Elevationswinkel gestellt werden.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Impulsradargerät für Luftfahrzeuge zur Warnsignalgabe, wenn Bodenerhebungen eine in einem wählbaren Abstand vom Luftfahrzeug liegende, horizontale oder zum Flugweg parallele Bezugsebene überragen, unter Verwendung einer Empfangsanordnung, welche die Summe und die Differenz der Echoamplituden bildet, welche mit einer Antenne empfangen werden, deren Strahlungsdiagramm wenigstens zwei symmetrisch zur Antennenmittellinie liegende Charakteristiken umfaßt, deren Schnittebene einen spitzen Neigungswinkel mit der Horizontalen bzw. dem Flugweg bildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstellvorrichtung vorgesehen ist, durch die die Amplitude der Summenspannung (£_s) in bezug auf die Differenzspannung (E_D) einstellbar ist, daß eine Additionsschaltung (68) an die die Summenamplitude einstellende Einstellvorrichtung angeschlossen und zusätzlich von der bei zunehmender Neigung eines reflektierenden Objektes in positiver Richtung wachsenden Differenzspannung (E_D) gespeist ist, daß ein vom Systemimpulsgenerator ausgelöster Sägezahngenerator (69) vorgesehen ist, der eine der Laufzeit des jeweils augenblicklich empfangenen Echos proportionale Spannung (R) abgibt, daß an die Additionsschaltung und den Sägezahngenerator eine Multiplizieranordnung (71) angeschlossen ist, daß die so multiplizierte Spannung

ho

R₀ \ho_K

£, ± KE

■)

und die eingestellte Summenspannung
ho

einer Vergleichseinrichtung (74) zugeführt sind und daß der bei der Einstellung der Summenamplitude und der bei der Erzeugung der Sägezahnspannung verwendete Proportionalitätsfaktor derart gewählt ist, daß die Vergleichseinrichtung das Warnsignal abgibt.

2. Impulsradargerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einstellvorrichtung der Neigungswinkel (N) der Antennenmittellinie proportional zu dem gewählten Bezugsebenenabstand (ho) gleichzeitig mit der Einstellung der Amplitude der Summenspannung (E₃) einstellbar ist, um einen optimalen Neigungswinkel zu erzielen.

3. Impulsradargerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Vergleichseinrichtung (74) eine Summierschaltung vorgesehen ist, die aus der eingestellten Summenspannung und der multiplizierten Spannung ein kombiniertes Signal erzeugt, und eine Signalumkehranordnung, die eine Umkehrung des kombinierten Signals gestattet, sowie eine Wählvorrichtung (76), die je nach Lage der Bezugsebene im Vergleich zum Flugweg das kombinierte Signal entweder in gleichphasiger oder gegenphasiger Lage zu wählen gestattet.

4. Impulsradargerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Wählvorrichtung (76) ein Polaritätssieb (35) verbunden ist, das nur solche kombinierte Signale hindurchläßt, deren Polarität oberhalb der Bezugsebene liegende Geländeerhebungen kennzeichnet.

5. Impulsradargerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das Polaritätssieb (35) hindurchgelassene Signal dem Intensitätssteuerorgan (36) einer Anzeigeeinrichtung (38) zugeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 879 404, 907 314;
USA.-Patentschrift Nr. 2 225 046.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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