DE1791092B2 - FM-Höhenmesser mit Modulationsperiodenmessung bei auf konstante Echoschwebungsfrequenz geregelter Modulationssägezahnneigung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Höhenmesser, bei dem ein mittels eines Sägezahngenerators linear frequenzmoduliertes, kontinuierliches Signal ausgesendet und das Echosignal in einer Mischvorrichtung mit dem momentanen Sendesignal zum Erzielen einer Differenzfrequenz gemischt wird, die einem Diskriminator zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung eine Amplitude aufweist, die dem Frequenzunterschied zwischen einer bestimmten, festen Frequenz und der Differenzfrequenz proportional ist, während die Ausgangsspannung über einen Integrator dem Sägezahn- *° generator zur Regelung der Neigung der Sagezahnspannung zugeführt wird, wodurch die Periodendauer dieser Spannung geändert wird, so daß eine konstante Differenzfrequenz erhalten wird, und ein Verzögerungselement mit konstanter Verzögerung *5 und Mittel vorgesehen sind, durch welche die Periodendauer der Sägezahnspannung gemessen und angezeigt wird, die für die zu messende Höhe maßgebend ist.

Dieses Gerät wird insbesondere in Flugzeugen be3<> nutzt. Ein ähnliches Gerät ist in der USA.-Patentschrift 32 29 286 beschrieben.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Ein Modulator mit veränderlicher Wiederholungsperiode Γ erzeugt ein periodisches Signal U konstanter Amplitudes in symmetrischer oder nicht symmetrischer Sägezahnform. Dieses Signal moduliert die sehr hohe Frequenz / = f_m + K₂U eines Funksenders.

Die kontinuierlich nach der Erde ausgesandte Welle wird von der Erde reflektiert. Bei der Rückkehr wird sie mit einem Bruchteil der im Augenblick dieser Rückkehr ausgesandten Welle gemischt, deren Frequenz verschieden ist. Die P^rrequenz /,, des Schwebungssignals hat, mit Ausnahme der Umgebung der Modulationsscheitel und wenn die Sägezahnspannung symmetrisch ist, den Wert

j _ A? κ τ,
^b T ²

wobei τ die Dauer des Hin- und Rücklaufs der Welle

_{bezeichnet und ldch} 2rf . _{wobd d die zu}

° c

sende Höhe und c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle bezeichnet. Diese Schwebungsfrequenz f_b wird mit einer unveränderlichen Bezugsfrequenz /₀ verglichen, und ein zu f_b — /₀ proportionales Fehlersignal bestimmt die Wiederholungsperiode T in der Weise, daß diese Frequenzen gleich gehalten werden.

Mit Rücksicht auf abnormale Fortpflanzungsverhältnisse ist es notwendig, daß die Empfangskreise bei einer Frequenz /,, wirksam sind, die innerhalb eines schmalen Bandes um eine feste Frequenz liegt. Die Höhe kann dann auf verschiedene Weise gemessen werden, z. B. durch direkte Ermittlung der Periode T, die ihr proportional ist.

Bei Geräten wie Radiohöhenmessern für die Luftfahrt ist Sicherheit eine erste Anforderung. Es ist

daher üblich, innere Kontrollorgane vorzusehen. Es sind verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, die sich alle auf die nachfolgenden Gedanken gründen:

Figur zeigt ein Blockschaltbild eines Flugzeug-Radiohöhenmessers.

Die Figur zeigt einen Dreiecksignalgenerator 2, dessen Ausgang ein periodisches, symmetrisches oder

a) Dauernde Überwachung bestimmter Teile des ^{5 nicht} symmetrisches Sägezahnsignal liefert, und der Meßkreises durch die Kontrolle der Qualität der ^{zwei Ein}gänge 6 und 8 aufweist.

von bestimmten kritischen Organen gelieferten ^{Der Ein}gang 6 dient zur Regelung der Periode T

Signale; z. B. die ausgesandte Energie und das ^⁶¹⁵ Signals, während der Eingang 8 zur Regeausgesandte Spektrum werden geprüft; ^lun8 ^der Amplitude S dient, die grndsätzlich

b) Eichung eines der die Genauigkeit bestimmen- ^{10 einen} konstanten Wert S₀ hat. Der Generator kann den Parameter, z. B. der Hub der festen Fre- ^{des in der us}"^pS erwähnten Typs sein. Er quenz mittels einer inneren Verzögerungsleitung; ^{kann aucn} durch einen einzigen linearen Miller-

c) Allgemeine Überwachung der Verstärkung des Integrator für den FaU eines nicht symmetrischen Empfangskreises durch die Kontrolle bestimm- Sägezahns oder auch, für den FaU eines symmetriter, Höbenmessungen anhaftender Störsignale ^{15 schen} Sägezahns, durch zwei lineare Miller-Integraz. B. des Amplitudenmodulationsrauschens ^toren g^ebildet werden, von denen einer eine wähdes Antennenkopplungssignals oder der von ^{rend einer halben} Periode linear zunehmende Spanden Antennen reflektierten Signale; ^nunS ^{und der} andere eine während der anderen hal-

d) Verdopplung bestimmter Organe wie Frequenz- ^{ben Periode} mit der gleichen Geschwindigkeit abzähler oder Ausgangsstufe, bei denen die Über- ²⁰ nehmende Spannung liefern, welche zwei nicht symeinstimmung zwischen den Eingangs- und Aus- metrische Sägezahnsignale in einem geeigneten gangsgrößen in einem großen dynamischen Be- ^Or8^{an addiert werden}. um das symmetrische Sagereich für die Meßgenauigkeit grundsätzlich not- zahnsignal am Ausgang 4 zu bilden. Letzteres Signal wendig ist. Eine Vergleichsvorrichtung über- ^{wird hier weiter 1}^^{11 der} Sägezahn genannt. Die wacht im allgemeinen die Koinzidenz der Cha- ^{25 Höhe der} Sägezähne wird durch Impulse am Einrakteristiken und betätigt das Alarmsignal, 8^anS^{8 von einem} Diskriminator 10 bedingt. Der

Diskriminator empfängt einerseits den Sagezahn und andererseits eine Schwellenwertspannung von einem Organ 12, das hier einfach Schwelle genannt

ten Überwachungsmitteln eine Handkontrolle ³° }^vird· ^{Sobald der} zunehmende Sagezahn die Schwelzugeordnet, die eine innere Verzögerungsleitung lenwertspannung erreicht und überschreitet, liefert

-- - --- der Diskriminator 10 einen Impuls, der den Sagezahn

abnehmen läßt. Der Sägezahn kann somit den Wert S des Schwellenwertsignals nicht überschreiten. Da der

Während dieser Handkontrolle werden alle Meß- 35 Sägezahn andererseits unten durch das Erdpotential und Ablesekreise geprüft, aber die Höhenmessung oder Nullpotential begrenzt wird, ist der Wert 5 der

Schwellenwertspannung auch die Amplitude des Sägezahns.

Der Eingang 6 bedingt die Neigung des Sägezahns und somit die Periode T, da die Amplitude 5 einen

wenn die Abweichung den zulässigen Wert überschreitet,
e) Schließlich wird in allen Fällen den vorerwähn-

im äußeren Meßkreis durch die Antennen ersetzen soll.

wird dann während einer Zeit von etwa 1 Sekunde unterbrochen. Diese Handkontrolle muß somit in großer Höhe durchgeführt werden, wodurch die Bedeutung derselben begrenzt ist.

Diese Geräte sind besonders kompliziert und eignen sich wenig zur Anwendung von Rechtecksignalschaltungen, so daß ihre Zuverlässigkeit geringer ist.

Aus der BE-PS 6 92 229 ist ein anderer Typ von FM-Höhenmesser mit konstantem Wert der Neigung der Modu'ations-Sägezahnspannung bekannt, wobei die Echoschwebungsfrequenz gemessen und angezeigt wird. Dieser Höhenmesser ist zur Korrektion der nichtlinearen Modulation der Oszillatorfrequenz mit Korrekturmitteln zur Konstantregelung der Neigung der Modulations-Sägezahnspannung versehen.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde,

konstanten Wert S₀ beibehält.

Der Generator 2 steuert die Frequenz eines Oszillator? 14 in einem Bereich von 264 bis 272 MHz gemäß der Gleichung f = f_m + K₂U.

Das Ausgangssignal hat eine Leistung von 5 W. Eine Reihe von vier Verdopplern 16, 18, 20, 22 vervielfacht die Frequenz mit 16. Das Signal erreicht dann eine Sendeantenne 24, die es in Form einer Funkwelle nach der Erde aussendet.

Die Welle wird von der Erde reflektiert und erreicht eine Empfangsantenne 26 mit einer Verzögerung τ in bezug auf die Aussendung, die dei Höhe des Flugzeugs proportional ist.

Das so erhaltene Signal wird durch ein Ultra-

g g gg g g

die Meßgenauigkeit des einleitend genannten Höhenmessers zu vergrößern, und diese Aufgabe wird da- 55 hochfrequenzfilter 28 einem Eingang einer symmedurch gelöst, daß Korrekturmittel vorgesehen sind, trischen Mischvorrichtung 30 zugeführt. Der ander« um die Amplitude der Sägezahnspannung während Eingang dieser Mischvorrichtung enthält einen kleider Eichung, während der das Sendesignal über das nen Bruchteil des von dem Verdoppler 22 stammen· Verzögerungselement läuft, dessen feste Ver- den Sendesignals. Das Ausgangssignal der Misch· zögerungszeit einer bestimmten Standardhöhe ent- 6o vorrichtung wird im wesentlichen durch das Schwe spricht, derart einzustellen, daß die Periodendauer bungsfrequenzsignal der Sägezahnspannung dem der Standardhöhe entsprechenden Wert entspricht.

An Hand der schematischen Zeichnung wird nachstehend beispielsweise eine Ausführungsform des Meßgerätes nach der Erfindung näher erläutert.

Die Figuren zeigen lediglich die für ein gutes Verständnis der Erfindung notwendigen Elemente. Die

U =

2S

Κ.τ,

gebildet mit einer Frequenz von nahezu 25 kHz. Wl· gesagt ist dies das benutzte Schwebungssignal. Es wird durch ein Hochpaßbandfilter 32 gefilterl

das die Frequenzen unterhalb 15 kHz unterdrückt, liefert ein kontinuierliches Signal, das der Ab-

worauf das Signal in 34 verstärkt und in 36 abge- weichung zwischen diesen Leistungen proportional

schnitten wird, um den Einfluß kurzer, starker Stör- ist. Dieses Signal ist Null, wenn das Spektrum des

signale auf ein Mindestmaß herabzusetzen, die mit Schwebungssignals in bezug auf ein Maximum bei

Frequenzen von etwa 25 kHz auftreten und somit 5 25 kHz symmetrisch ist, und das Signal nimmt positiv

nicht durch einfaches Filtern beseitigt werden kön- oder negativ zu, wenn dieses Maximum von dieser

nen. Daher wird für den Verstärker 34 ein hinrei- Frequenz abweicht, je nach der Richtung dieser Ab-

chend breites Frequenzband (500 kHz) vorgesehen, weichung. Das Signal wird der logischen Schaltung

damit diese kurzen Signale nicht nennenswert ver- 50 zugeführt, die beim Überschreiten eines festen

stärkt werden. Der Einfluß dieser Signale wird auch io Schwellenwertes auf gleiche Weise anspricht wie in

durch die Amplitudenabschneidung bei 36 verrin- dem Falle, wenn das vom Kontrastdetektor 44 gelie-

gert, wodurch die Amplitude auf die mittlere Ampli- ferte Signal einen abnormalen Wert hat. Andererseits

tude des Nutzsignals (etwa lOOmal die Rausch- bildet das Signal das Fehlersignal der Regelschleife,

amplitude dieses Signals) herabgesetzt wird. deren letzte Elemente weiter unten beschrieben

Das in 34 verstärkte Signal erreicht andererseits 15 werden.

einen Pegeldetektor 38, durch den das Signalver- Die Schleife wird durch einen Schalter 54 geschlos-

mögen innerhalb der normalen Grenzen bleibt. Das sen, der durch einen Kreis 68 geregelt wird, der die

bei 36 abgeschnittene Signal erreicht ein Filter 40, das von anderen Schaltungen stammenden Signale emp-

das Nutzfrequenzband zwischen 15 und 35 kHz fängt, insbesondere von der logischen Schaltung 50,

durchläßt. Das Signal wird darauf wieder bei 42 ab- 20 von der eine der Aufgaben ist, wie gesagt, die

geschnitten, aber diesmal auf einen sehr niedrigen Schleife zur Betätigung des Gerätes zu öffnen, wenn

Pegel annähernd gleich dem des Rauschens. Die die Wirkung nicht mehr normal sein kann entspre-

letztere Amplitudenabschneidung dient dazu, dem chend den Angaben der Detektoren 44 und 52.

Signal eine genau bestimmte Leistung zu erteilen, Nach dem Schalter 54 erreicht das Fehlersignal

ohne daß die Form des Frequenzspektrums wesent- 25 den Verstärker 58 des gesättigten Typs, was bedeutet,

lieh geändert wird, wenigstens im nützlichen Bande. daß das Ausgangssignal aufhört zuzunehmen, wenn

Gerade die Form dieses Spektrums wird in den wei- das Eingangssignal die normalerweise nicht über-

teren Organen benutzt. schrittene Grenze überschreitet.

Ein Kontrastdetektor 44 vergleicht die in zwei Das Ausgangssignal des Verstärkers 58 wird in nebeneinanderliegenden Bändern auftretenden Lei- 30 dem durch den Widerstand 60 und die Kapazität 62 stungen entsprechend den Frequenzintervallen von gebildeten Kreis integriert. Dieser ist mit einem 22 bis 28 kHz und 28 bis 34 kHz, welche über zwei Schalter 64 versehen, der während der normalen Durchlaßfilter 46 bzw. 48 zugeführt werden, welche Wirkung des Gerätes geschlossen ist. Beim öffnen die zwei Bänder begrenzen. Der Detektor zeigt an, dieses Schalters kann der Augenblickswert des Ausob es sich um ein Spektrum um 25 kHz entsprechend 35 gangssignals des Verstärkers 58 gespeichert werden, der normalen Wirkung des Gerätes oder ob es sich Ein weiterer Kondensator 70 mit einem Schalter 72 um ein Spektrum handelt, das nicht ausreichend dif- ermöglicht, verschiedene Werte dieses Signals entferenziert ist, was der Fall sein kann, wenn das ein- sprechend besonderen Verhältnissen zu speichern, treffende Signal im wesentlichen durch das in jedem was weiter unten erläutert wird,
elektronischen Gerät unvermeidliche Rauschen ge- 40 Das Fehlersignal erreicht darauf eine nichtlineare bildet wird. Vorrichtung 74. Das Ausgangssignal der nichtlinea-Bei einem Verhältnis zwischen der Leistung im ren Vorrichtung erreicht schließlich den Eingang 6 Bande von 22 bis 28 kHz und der im Bande von 28 des Dreiecksignalgenerators 2, wodurch die Flanke bis 34 kHz niedriger als ein geeigneter Schwellenwert, des Sägezahns und somit die Frequenz f_b des Schweder etwa 2 betragen kann, betätigt der Detektor 44 45 besignals derart gesteuert werden, daß diese Frequenz einerseits das Alarmsystem des Gerätes, wodurch praktisch gleich der Bezugsfrequenz / = 25 kHz geangegeben wird, daß die Messung unzuverlässig ist, halten wird.

und andererseits unterbricht er die normale Wirkung Die Wirkungsweise der nichtlinearen Vorrichtung

des Gerätes und betätigt ein Suchsystem, das weiter 74 in der Regelschleife ist wie folgt:

unten beschrieben wird. Diese zwei Tätigkeiten voll- 5° α bezeichnet das Eingangssignal dieser Schaltung

führen sich mittels einer logischen Schaltung 50, die und ρ das Ausgangssignal, ρ ist eine nichtlineare

sine Verzögerung einer halben Sekunde einführt und Funktion von a. Welche soll diese Funktion sein, da-

somit nur anspricht, wenn das betreffende Verhält- mit die Schleife optimal wirksam sein kann? Alle

nis mindestens während der erwähnten Zeit unter Organe der Schleife mit Ausnahme der nichtlinearer

dem Schwellenwert bleibt. Es soll vermieden werden, 55 Vorrichtung sprechen linear an, d. h., die Ausgangs-

daß das Eintreffen eines kurzen Störsignals eine vor- größe ist eine lineare Funktion der Eingangsgröße

zeitige Unterbrechung der normalen Wirkung des wenigstens wenn diese Größen nicht zu stark vor

Gerätes hervorruft. Wenn das Verhältnis hingegen ihren Gleichgewichtswerten abweichen. Die Neigung

den Schwellenwert überschreitet, d. h. wenn normale des Sägezahns des Generators 2 ändert sich lineal

Wirkung möglich ist, stoppt die Schaltung 50 un- 60 mit p, so daß, wenn Q der Wert dieser Neigung um

mittelbar diese zwei Tätigkeiten. K_x eine Konstante ist:

Das vom Abschneider 42 stammende Signal wird

andererseits einem Abweichungsdetektor 52 züge- Q = K_tp,
führt, der die den zwei Hälften des benutzten Bandes zwischen 15 und 25 kHz bzw. zwischen 25 und 65 , , ,. -, . df , _ ,
35 kHz entsprechenden Leistungen vergleicht. Diese ^{und auch die} Geschwmdigkeit V = ^der Anderuni werden ihm durch die Durchlaßfilter 56 und 66 zu- der von der Antenne 24 ausgesandten Frequenz is geführt, die diese Hälften begrenzen. Der Detektor 52 eine lineare Funktion der Flanke des Sägezahns:

Γ -- K.₂Q.

wobei K₂ eine weitere Konstante ist.

Auch die Schwcbungsfrcqucnz /,, ist eine lineare Funktion der Geschwindigkeit V, so daß

/,,- Vt

wobei 7, wie gesagt, die Dauer des Hin- und Rücklaufs der Welle ist, welche Dauer nicht konstant, aber unabhängig von den in der Schleife auftretenden Größen ist.

Es wird einstweilen angenommen, daß diese Schlei fen von der Mischschaltung 30 oder von der Abschneidevorrichtung 42 (dies ist einerlei, da die an diesen Stellen der Schleife auftretende Größe, dieselbe ist. d. h. die Schwcbcfrcqucnz /,,) her bis zu der nichtlincarcn Vorrichtung 74 unterbrochen wird.

Die Verstärkung dieser unterbrochenen Schleife ist

dfb _{K K} dp

■ - — Λ., Λ.,Τ --.

da

da

Es wird einleuchten, daß die gute Wirkung der geschlossenen Rcgclschlcifc in bezug auf Stabilität und Ansprcchgcschwindigkcil einem bestimmten, hier nicht zu berechnenden Wert der Verstärkung eines Teiles dieser Schleife entspricht. Die Funktion />(a) soll daher dera-l gewählt werden, daß

dft da

- C,

wobei C eine Konstante ist.

Da /,, nahezu gleich /., ist, wenn die Rcgclschleifc gut wirksam ist. wodurch annähernd die nachfolgende Beziehung zwischen /; und τ erhalten wird

/„ - K_vK.rp,

ist es mathematisch einfach nachzuweisen, daß ρ cine exponentiell Funktion von α sein muß

ρ (a) P„exp

Ca

/o

wobei /?,, eine Konstante darstellt.

Die nichtüncarc Vorrichtung ist daher derart entworfen, daß sie wenigstens annähernd diese Funktion erfüllt. Der Fachmann kann die Schaltung für verschiedene Funktionen z. B. in Form eines Widerstands- und Diodcnnctz.wcrkes entwerfen, deren Konstruktion keine besonderen Schwierigkeiten mit sich bringt.

Weiter unten werden die Organe beschrieben, durch welche mittels der Rcgelschlcifc die Höhe gemessen werden kann. Wie gesagt, ist die Höhe der Dauer r des Hin- und Rücklaufs der von der Antenne 24 ausgesandten Welle und der an der Antenne 26 zurück empfangenen Welle proportional. Die Rcgclschlcifc liefert die Periode T des vom Generator 2 stammenden Sägezahns, die der Dauer τ proportional ist. Die Periode Γ wird schließlich gemessen. Zu diesem Zweck werden die vom Diskriminator 10 gelieferten Impulse benutzt, von denen eine Rolle bereits beschrieben ist, d. Ii. die einmalige Zündung in einer Periode der Abnahme dos Sägezahns, wenn dieser die rewähltc. maximale Amplitude erreicht hat. Die Wiederholungsperiode dieser Impulse ist 7', die durch zwei Periodenmesser 76 und 78 in Parallelschaltung gemessen wird. Das Ausgangssignal des Periodenmessers 76 wird an einem Anzeigegerät 80 abgelesen. Es wird in 82 mil dem Ausgangssignal des Periodenmessers 78 verglichen. Wenn ein zu großer Unterschied erscheint, schaltet die Vcrgleichsvorrichtung 82 ein Alarmsystem ein.

Die vom Diskriminator 10 gelieferten Impulse werden nicht direkt den Periodenmessern 76 und 78 zugelülnt; sie werden vorher durch eine Schaltung 84

ίο (Impulsbildncr) geeicht, so daß diese Periodenmesser genau wirksam sein können. Dieser Impulsbildner liefert für jeden Eingangsimpuls einen Rcchtcckimpuls unveränderlicher Dauer d und einer Amplitude gleich der Speisespannung V_iy

Auf Basis dieser Eichung kann IT durch den Mittelwert des Ausgangssignals des Bildners 84 bestimmt werden. Der Periodenmesser 76 benutzt jedoch nur die Dauereichung und mißt das Verhältnis Ti/. Dieses Meßgerät enthält einen elektronischen Schalter 86, der während der Dauer der geeichten Impulse geschlossen ist, einen Kondensator 88, der durch diesen Schalter über einen Widerstand 90 mit einem Wert /· entladen wird, und eine Aufladevorrichtung 92 konstanten Stroms /„. Es leuchtet ein, daß das dem Anzeiger 80 zugeführte Ausgangssignal

r/n

ist.

Ein Schalter 94 wird nur während der Kontrollperiodc geöffnet, was weiter unten erläutert wird. Während dieser kurzen Perioden (50 ms) sind die am Bildner 84 eintreffenden Impulse in bezug auf die Höhe des Flugzeugs bedeutungslos. Durch das öffnen des Schalters 94 wird die Ladung des Kondensators 88 und die Konstanz des dem Anzeiger 80 zugcführtcn Signals beibehalten, was notwendig ist, um die Anzeige der Höhe nicht zu stören. Diese Perioden ermöglichen gleichzeitig, die Kontrolle der Leistungen des Gerätes und gegebenenfalls die Korrektur der langsamen Abweichungen. Während dieser Perioden wird bei 30 mit dem Scndesignal nicht nur ein Echosignal, das von der Erde zurückkehrt und um die verändcrliche Dauer des Hin- und Rücklaufs verzögert wird, sondern auch ein Signal gemischt, das von dem Scndesignal im Gerät abgeleitet und um eine unveränderliche Dauer durch den Durchgang durch eine BezunsverzÖDcrungsleiUing 102 verzögert wird. Dies wird durch die nachfolgenden Organe ermöglicht:

Ein Zähler 96 erhält die Impulse von dem Diskriminator 10 und liefert einen kurzen Ausgangsimpuls für jeweils 20 Eingangsimpulse. Jeder der Ausgangsimpulse führt mittels einer Programmiervorrichtung 97 zum fibergang von einer Meßpcriodc auf eine Kontrollpcriode oder umgekehrt. Die Programmiervorrichtung sicucrt verschiedene Schalter, deren Wirkungen beschrieben sind oder beschrieben werden für die Einschaltung der Kontrolle, d. h. am Ende einer Meßperiodc.

Die Auscangsspannung des Periodenmessers 76 wird durch das öffnen des Schalters 94 im Kondensator 88 gespeichert, wn^ auch für den Periodenmesser 78 nut.

Die Rcpelschlcifc wird durch das Öffnen des Schalters 54 mittels der Schaltung 68 geöffnet.

Durch das Öffnen des Schalters 64 wird das Fehlcrsignal von dem Verstärker 58. d;is der normalen

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Messung der Höhe des Flugzeugs entspricht, in dem Kondensator 62 gespeichert.

Statt des erwähnten Fehlersignals wird durch das Schließen des Schalters 72 die Spannung über dem Kondensator 70 in die Regelschleife eingeführt. Diese Spannung ist während der vorhergehenden Kontrollperiode gespeichert worden.

Das von dem Verdoppler 22 stammende Sendesignal wird über das Filter 28 und durch die Verzögerungsvorrichtung 102 geführt, die durch eine Verzögerungsleitung und einen Abschwächer 104 gebildet wird, mittels zweier Umkehrzirkulatoren 106 und 108, die durch die Wicklungen 110 und 112 gesteuert werden. Solche avf Ultrahochfrequenz arbeitenden Zirkulatoren sind allgemein bekannt. Sie werden durch Ferritorgane in Wellenleitern gebildet und werden durch das angelegte kontinuierliche Magnetfeld gesteuert. Durch diese Umschaltung werden die Antennen 24 und 26 außer Betrieb gesetzt, während die äußere Strecke des Signals veränderlicher Dauer (Hinlauf und Rücklauf zur Antenne 26) durch eine innere Strecke in der Leitung 102 ersetzt wird, welche das Signal um eine genau bestimmte Zeit T₁₁ - 0,058 ns verzögert, wodurch die Meßorgane für diese Verzögerungen kontrolliert werden können.

Die Schaltung 97 schließt den Schalter 54 zwei Millisekunden nach dem Empfang des Öffnungsbefehls, welche Verzögerung für die Stabilisierung der Kreise notwendig ist. Die Regclschleifc wird dann wieder geschlossen und ist wirksam, wie vorstehend beschrieben ist, außer das die veränderliche Verzögerung 7 durch die unveränderliche Verzögerung T₁₁ ersetzt ist. Die Periode T des Sägezahns nimmt dann im Prinzip einen Wert

an.

Durch das Schließen eines Schalters 98 wird ein Kontrollfrequenzmesser eingeschaltet, der die geeichten Impulse des Bildners 84 empfängt. Dieser Kontrollfrequenzmesser ist einfach ein Integrationskreis, der durch einen Widerstand 99 und einen Kondensator 100 gebildet wird.

Zweck der Kontrolle ist festzustellen, ob T tatsächlich diesen Wert annimmt und wenn nicht, den Wert derart zu ändern, daß die dem festgestellten Unterschied zugrunde liegenden Abweichungen ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck wird die Ausgangsspannung des Frequenzmessers 99/100 einem Eingang einer Vergleichsvorrichtung 114 zugeführt, deren anderer Eingang mit einer Anzapfung einer Widerstandsbrücke 116 verbunden ist, die durch die gleiche Gleichspannung V₀ wie der Bildner 84 gespeist wird. Das Potential dieser Anzapfung ist somit it V₀, wobei k eine unveränderliche Zahl kleiner als 1 ist. Diese Zahl wird beim Aufbau des Gerätes derart gewählt, daß wenn alle Organe des Gerätes genau entwurfsgemäß wirksam sind, das Ausgangssignal der Vcrcleichsvorrichtung 114 Null ist. Andernfalls, d. h. wenn Abweichungen auftreten, liefert die Vergleichsvorrichtung ein Fehlersigna! gleich dem Unterschied zwischen dem Ausgangssignal des Frequenzmessers 99 100 und dem Bezugspotential kV₀. Dieses Fehlersignal wird in 117 verstärkt und einer Regelklemme der Schwelle 12 7uceführt, wodurch die Ausgangsspannung S der letzteren derart beeinflußt wird, daß das Fchlcrsignal unterdrückt wird. Die Regelschleife für die Schwellenwertspannung 5 hält die Periode T auf dem vorgegebenen Wert T_u während der Kontrollperioden. Außerhalb dieser Perioden wird durch das öffnen des Schalters 98 und das durch den Kondtnsator 100 gebildete Gedächtnis das Fehlersignal von der Vergleichsvorrichtung 114 und somit die Schwellenwertspannung S auf den Werten gehalten, die sie während der vorhergehenden Konlrollperioden erreicht haben. Die Spannung A wird intermittierend

ίο geregelt. Es sei bemerkt, daß diese Spannung tatsächlich wenig von diesem theoretischen Wert S_n abweicht, da die in den Elementen der Rcgelschleife auftretenden Abweichungen der Periode T begrenzt bleiben und sehr langsam vor sich gehen.

Das Ausgangssignal der Vergleichsvorrichtung 114 ermöglicht weiter mittels einer Verbindung (Pfeil 118), das Alarmsystem einzuschalten, wenn sein Wert zu hoch wird (entsprechend einem Unterschied von mehr als 5 ⁰Zo zwischen den zwei Eingangssigna-

len). Diese Vergleichsvorrichtung unterscheidet sich in der Praxis nicht von dem Verstärker 117, da das Ganze bekanntlich einen Differenzverstärker bildet, dessen Eingangsimpedanz hinreichend hoch ist, um zu verhüten, daß der Kondensator 100 während der Meßperioden entladen wird.

Nach 20 Perioden des Sägezahns d. h. nach 20 T₀ endet die Kontrollperiode durch die Zufuhr eines neuun Impulses vom Zähler 96 an die Programmiervorrichtung 97. Letztere stellt das Gerät darauf wie-

der auf Höhenmessung ein. Der Schalter 98 wird geöffnet, der Schalter 54 wird geöffnet, die Zirkulatoren 106 und 108 rücken die Verzögerungsleitung 102 außer Betrieb und schalten die Antennen 24 und 26 ein, der Schalter 72 wird geöffnet, der Schalter 64

wird geschlossen, die Schaltung 68 schließt den Schalter 54 wieder 2 ms nach dem Empfang des Öffnungsbefehls und schließlich wird der Schalter 94 wieder geschlossen. Das Gerät mißt dann wieder die Höhe des Flugzeugs mit einer Genauigkeit, die un-

abhängig ist von etwaigen Abweichungen der meisten der Einzelteile, da diese Abweichungen selbsttätig durch die Änderung der Schwellenwertspannung S während der Kontrollperiode ausgeglichen worden sind. Nur die Abweichungen des Periodenmessers 76

oder des Anzeigers 80 sind nicht kompensiert. Daher sind zwei Periodenmesser 76 und 78 gleichzeitig verwendet. Die Wirkung der Regelung der Schwellenwertspannung S besteht darin, daß während der Kontrollperioden die Gleichheit bewerkstelligt wird.

V_od— = kV..

während die Regelschleife von T die Gleichheit:

Γ/, = 2SK₂T₀
liefert, von der durch Eliminierung von T: df₀ = 2ZrSK₂T₀

abgeleitet werden kann. AU diese Größen sind vorstehend beschrieben worden. Diese Beziehung wird während der Kontrollpcrioden erhalten, aber sic gill auch während der Meßperioden, da einerseits etwaige Abweichungen von K₂ und /₀ langsam vor sich ge-

hen, d. h. diese Größen können sich nicht nennenswert ändern zwischen dem Ende einer Kontrollperiode und dem Ende der darauffolgenden Meßperiode und da andererseits, wie gesagt, S während

einer Meßperiode den während der vorhergehenden Kontrollperiode erreichten Wert beibehält, während die Größen d, k und T₀ als unveränderlich betrachtet werden können. Diese Gleichheit ermöglicht, während der Meßperioden die langsamen Änderungen oder Abweichungen der Größen S, K₂ und /₀ zu beseitigen. Während dieser Perioden liefert die Regel schleife für T die Gleichheit

die in Kombination mit der vorhergehenden liefert

T d

k τ»

wird. Die Schaltung 50 öfTnet dann unmittelbar den Schalter 120 und schließt den Schalter 64 und schließlich den Schalter 54, der die Regelschleife wieder schließt.

Es ist vorstehend bemerkt, daß das von dem Abtastgenerator 122 gelieferte Signal linear zunimmt. Die entsprechende Änderung der Periode T während der Suchperiode ist jedoch exponentiell, da dieses Signal dem Dreiecksignalgenerator 2 lediglich über

ίο die nichtlineare Schaltung 74 zugeführt wird. Diese Einrichtung des Radiohöhenmessers nach der Erfindung dient dazu, wie gesagt, die Regelschleife der Periode T möglichst schnell wieder einstellen zu können. Zu diesem Zweck muß das Abtastsignal mögliehst schnell zunehmen, d. h., die Flanke muß steiler werden. Jedoch je steiler diese Flanke, um so größer ist die Geschwindigkeit der Änderung df_b/dt des von der Mischvorrichtung 30 gelieferten Spektrums des Schwebesignals. Wenn diese Änderungsgeschwindig-

Das Verhältnis TId wird von dem Periodenmesser 76 gemessen, und die letztere Gleichheit zeigt, daß lediglich Änderungen von k oder r„ die Proportionalitätsbeziehung ändern könnten, die zwischen diesem

Verhältnis und der gemessenen Dauer τ vorliegt. *<> keil zu groß ist, kann die Gesamtheit der in den De-Nunmehr ist kein Widerstandsverhältnis und T₀ ist tektoren 44 und 52 endenden Schaltungen nicht die Verzögerung der Leitung, und diese zwei Größen rechtzeitig ansprechen, wenn T den richtigen Wert lassen sich leicht und sicher unveränderlich machen. erreicht, wodurch die Regelschleife der Periode T Es ist auch verhältnismäßig einfach, die Dauer d un- nicht eingeschaltet wird. A bezeichnet die höchste veränderlich zu machen. In der Praxis können selbst- 25 Geschwindigkeit der Änderung des Spektrums, bei

verständlich andere Fehlerquellen auftreten, z. B. wenn die Linearität des Dreiecksignalgenerators 2 oder die des Oszillators 14 von der Periode T abhängen. Dennoch erlaubt die beschriebene Anordnung, die wesentlichen Fehlerursachen zu beseitigen.

Es ist vorstehend bemerkt, daß wenn der Detektor 44 oder 52 ein Signal liefert, das während einer Dauer von mehr als einer halben Sekunde außerhalb der Grenzen fällt, die mit einer normalen Wirkung des Gerätes vereinigbar sind, die Schaltung 50 die Regel schleife der Periode T öffnet und ein Suchsystem einschaltet. Dies kann z. B. bei der Inbetriebnahme des Gerätes auftreten, da die Schleife noch nicht eingehakt ist. Die Periode T unterscheidet sich zu stark von dem Wert, den sie haben müßte, um den 40 Gleichung Detektor 52 ein bedeutungsvolles Ausgangssignal liefern zu lassen. Dies kann auch auftreten, wenn das von der Antenne 26 empfangene Signal verschwindet oder durch intensive Störsignale weggedrückt wird, oder auch, wenn die zu messende Höhe sich plötzlich um einen sehr großen Wert ändert. Es ist dann angebracht, die Schleife nicht auf bedeutungslose Signale ansprechen zu lassen und sie möglichst schnell auf das Nutzsignal einzustellen nach dem erneuten Auftreten dieses Signals.

Genau gesagt, die Schaltung 50 öffnet die Schalter 54 und 64, schließt den Schalter 120, der einen Abtastgenerator 122 mit dem Eingang des nichtlinearen Elementes 74 verbindet und regt diesen Generator an, der dann ein Signal liefert, das linear von einem Minimum bis zu einem Maximum zunimmt (nichtsymmetrischer Sägezahn). Dieses Abtastsignal ersetzt in der Regelschleife der Periode T das von dem Verder die Regelschleife noch aufs neue eingeschaltet wird, wenn T den richtigen Wert erreicht. Es sei bemerkt, daß diese Geschwindigkeit df_b/dt durch eine negative Zahl vertreten wird, wenn T zunimmt, da dies mit sich bringt, daß f_b abnimmt.

Die Suchperiode wird dann möglichst gekürzt, wenn die nachfolgende Gleichheit während der Suchperiode überwacht wird

^dfb -A dl

Es ist bekannt, daß die Frequenz /;, stets durch die

bestimmt wird und daß der Wert von T. bei dem die Neueinstellung möglich ist, der Gleichung

h — /0
entspricht, d. h.

Tf₀ = 4/1/τ.

Von diesen Gleichungen kann mathematisch durch Integration leicht die Änderungsregel von T abgeleitet werden, welche die Suchperiode auf ein Mindestmaß verringert

T = T exp — /. /0

die Vereinigung des Generators 122, der ein linear zunehmendes Signal liefert, mit der nichtlinearen Schaltung 74 erreicht, welche diese lineare Zunahme

stärker 58 stammende Fehlersignal. Das Minimum
und Maximum dieses Signals entsprechen dem Mini- 60 in eine exponentiell Zunahme umändert. Die nichtmum bzw. Maximum von T. Nach dem Anregen lineare Schaltung ermöglicht somit während der Meßnimmt dieses Signal zu, bis die Schleife wieder einge- perioden nicht nur die Stabilität der Regelschleife der stellt ist, was durch das Auftreten normaler Signale Periode T optimal zu machen, sondern auch die am Ausgang der Detektoren 52 und 44 angezeigt Suchperiode minimal zu halten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Höhenmesser, bei dem ein mittels eines Sägezahngenerators linear frequenzmoduliertes, kontinuierliches Signal ausgesendet und das Echosignal in einer Mischvorrichtung mit dem momentanen Sendesignal zum Erzielen einer Differenzfrequenz gemischt wird, die einem Diskriminator zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung eine Amplitude aufweist, die dem Frequenzunterschied zwischen einer bestimmten, festen Frequenz und der Differenzfrequenz pioportional ist, während die Ausgangsspannung über einen (ersten) Integrator dem Sägezahngenerator zur Regelung der Neigung der Sägezahnspannung zugeführt wird, wodurch die Periodendauer dieser Spannung geändert wird, so daß eine konstante Differenzfrequenz erhalten wird, und ein Verzögerungselement mit konstanter Verzögerung und Mittel vorgesehen sind, durch weiche die Periodendauer der Sägezahnspannung gemessen und angezeigt wird, die für die zu messende Höhe maßgebend ist, dadurch gekennzeichnet, daß Korrekturmittel (10, 12, 54, 68, 70, 72, 97, 98, 99, 100, 102, 114, 116) vorgesehen sind, um die Amplitude (S) der Sägezahnspannung während der Eichung, während der das Sendesignal über das Verzögerungselement (102) läuft, dessen feste Verzögerungszeit einer bestimmten Standardhöhe entspricht, derart einzustellen, daß die Periodendauer (Γ) der Sägezahnspannung dem der Standardhöhe entsprechenden Wert entspricht.

2. Höhenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel ein Speicherelement (100) enthalten, das die Amplitude der Sägezahnspannung auf dem geeichten Wert hält, wenn die Höhen gemessen werden.

3. Höhenmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturmittel aus einer ersten Spannungsvergleichsvorrichtung (10) bestehen, die ein Signal liefert, wenn die Amplitude der Sägezahnspannung einen Schwellenwert überschreitet, welches Signal einerseits den Sägezahngenerator (2) steuert und andererseits über einen Impulsbildner (84), der einen Impuls bestimmter Dauer und bestimmter, durch eine Spannungsquelle festgelegter Amplitude liefert, und über einen zweiten Integrator (99, 100), der das Speicherelement (100) umfaßt, einer zweiten Spannungsvergleichsvorrichtung (114) zugeführt wird, deren Ausgangsspannung eine Amplitude hat, die den» Unterschied zwischen einer festen Bezugsspannung eines zwischen Erde und der erwähnten Spannungsquelle eingeschalteten Spannungsteilers (116) und der Spannung des zweiten Integrators proportional ist, welche Ausgangsspannung über eine Schwellenwertvorrichtung (12) die Schwellenwertspannung derart bestimmt, daß das Ausgangssignal der zweiten Spannungs-Vergleichsvorrichtung (114) auf Null herabgeregelt wird.

4. Höhenmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vierpol (74), dessen Ausgangsspannung (p) sich exponentiell als Funktion der Eingangsspannung ändert, in die Schaltung zwischen dem Ausgang (α) des ersten Integrators (60, 62) und dem Eingang (6) des Sägezahngenerators (2) aufgenommen ist.