DE1811554A1

DE1811554A1 - Echo-Entfernungsmesssystem

Info

Publication number: DE1811554A1
Application number: DE19681811554
Authority: DE
Inventors: Lambert William Herbert; Seger Richard Joseph
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1967-11-28
Filing date: 1968-11-28
Publication date: 1969-08-28
Also published as: DE1811554B2; US3469261A; FR1593747A; GB1203850A

Description

EchQ-Bntfernungsmeßsystem

Die Erfindung betrifft ein Boho-Entfernungsmeßsystem, Insbesondere zur Höhenmessung, bei dem der Zeitabstand zwischen der periodischen Aussendung eines Signals durch einen Sender und dem Empfang des reflektierten Signals durch einen Empfänger gemessen wird, und dessen Sender einen, normalerweise in Ruhestellung befindlichen Hohlraumqszillator aufweist, den eine Schaltungseinrichtung periodisch durch.einen Modulationsimpuls sum Aussenden eines Energiestoßes errtgt»

Radio* und Radar-Bntfernungsmeßsysteme werden häufig als Höhenmesser (anstelle von Aneroid-Höhenmessern) verwendet, u» vom Flugzeug aus den ttberflogenen Boden genauer auszumessen. Verbesserte Ausfuhrungsformen solcher Radar-Höhenmesser liefern genaue Höheamessungen in einem Bereich von einigen 100 m bis herunter ssu wenigen Metern· Bei diesen Höhenmessern werden gewöhnlich verschi«- dene hochentwickelte Schalteinrichtungen kombiniert, beispiels-

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weise ein als Diskriminator wirkender Pendel-Rückkopplungsempfähiger (Superregenerätiv-Empfanger), Sägezahrigener'atoren zur zweifachen Taktgabe, Schaltstufen zur wahlweisen Austastung und Impulsformer, die die übertragenen HP-Impulse in Abhängigkeit von der Höhe verändern. Durch die Steuerung der Impulsbreite der Übertragenen Impulse (in Abhängigkeit von der Höhe) wird bei geringen Höhen weniger Energie übertragen, so daß beim Empfang der Echosignale eine größere Zeitauflösung und eine beseere Trennung unerwünschter Störsignale erzielt werden kann. Bei großen Höhen werden Jedoch die übertragenen HF-Impulse proportional vergrößert, damit sie die größere Entfernung besser zurücklegen können.

Bei bekannten Einrichtungen wird die Periode der übertragenen HP-Impulse in Abhängigkeit von der Höhe dadurch gesteuert, daß der HP-Oszillator während eines bestimmten Zeitintervalles betätigt und dann ein bestimmter Bruchteil dieser Energie während gesteuerter Zeitintervalle ausgeblendet wiru_s die von der momentanen Höhe abhängen. Obwohl solche Einrichtungen weitgehend Verwendung finden, haben sie doch gewisse Mängel» Beispielsweise wird nur ein geringer Teil der insgesamt erzeugten HF-Energie bei geringen Höhen übertragen· Ferner wirft die Abschirmung und das Abführen der ungenutzten HP-Energie schwierige Probleme auf, insbesondere bei Verwendung des Systems in Flugzeugen, die mit hochempfindlichen Instrumenten ausgerüstet sind.

Bei der Entwicklung früherer Radar-Höhenmesser ist; möglicherweise bereits erkannt worden, daß sich durch ein gesteuertes Ein.- und Ausschalten des HP-Oszillators Vorteile gegenüber der bekannten

Sehalttechnik ergeben könnten, bei der der * Oszillator während eines relativ langen Zeitintervalles schwingt und wahlweise Teile der erzeugten Energie zur Übertragung ausgeblendet werden. HF-Oszillatoren, insbesondere Hohlrara-Öszillatoren zur Erzeugung von Wellenenergie, eignen sieh jedoch gewöhnlich nicht für einen genau steuerbaren Betrieb. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß Hohlraum-Oszillatoren einer bestimmten Bauart sehr verschiedene Eigenschaften aufweisen können, obwohl bei ihrer Herstellung sehr enge Fehlergrenzen eingehalten werden. Zusätzlich verändern verschiedene Betriebsparameter, beispielsweise TemperatürSchwankungen, die Arbeitskennlinien der Hohlraum-Oszillatoren. Daher besteht die bekannte Lösung der Aufgabe, ein HF-Signal variabler Dauer zu erzeugen, darin, den Oszillator während eines Zeitintervalles zu betreiben, das dem maximal benötigten Intervall entspricht, und dann einen Teil dieser Ausgangsleistung auszublenden, um den gewünschten Impuls für die Übertragung zu erhalten. Trotz der mit einem auf diese Weise betriebenen System verbundenen Mängel wurden keine anderen Lösungsvorschläge gemacht und lagen den betreffenden Fachleuten auch nicht nahe. Daher wurde eine beachtliche Zahl solcher Systeme hergestellt und benutzt, die auf der Ausblendung von HF-Impulsen beruhen.

Die vorliegende Erfindung beruht tm wesentlichen darauf, daß der HF-Oszillator eines Radar-Höhenmessers genau gesteuert werden kann, so daß er während veränderlicher Zeitintervalle arbeitet, die von der Höhe abhängen. Die Steuerung wird dadurch erzielt, daß der Oszillator mit Impulsen variabler Breite betrieben wird, die auf die jeweils auftretenden Arbeitscharakteristiken des Oszillators abgestimmt sind, d.h. von den Ausgangssignalen des

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Oszillators werden Meßproben abgeleitet, die ein Steuersignal ergeben, welches zur späteren Steuerung des Oszillators gespeichert wird. Wenn solch eine Steuerung und eine variable Steuerstufe für die Beziehung zwischen der gemessenen Höhe und der Amplitude des Steuersignals in einer Schaltung zusammengefaßt sind, können Signale zur Steuerung des HP-Oszillators in vorteilhafter Weise erzeugt werden, so daß die bekannte unwirtschaftliche und mühevolle Technik.vermieden wird, bei der die HP-Impulse durch eine Torschal tung ausgeblendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beillegenden Zeichnungen beschrieben. Es .zeigern

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Signalformen, die beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systemes auftreten,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Höhenmessers,

Fig. 5 eine schematische Darstellung weiterer im Betrieb auftretender Signale des Ausführungsbeispieles von Fig.2, und

Flg. 4 ein teilweise schematisches Schaltbild eines Teiles des Ausführungsbeispieles von Pig. 2. -■'

In Flg. 1 ist die Arbeitsweise eines HF-Oszillators, beispielsweise eines im Bereich von. 4000 MHz arbeitenden Hohlraumoszillators, veranschaulicht, wie er bei dem^f er findlingsgemäßen Echo-Ent-

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fernungsmeßsystem benutzt werden kann. Solch ein Oszillator kann so ausgelegt werden, daß er durch Gitterimpulse betrieben wird. Wenn der Oszillator einen Impuls erhält, beginnt er mit geringer Amplitude zu schwingen, und die Amplitude wird während einer bestimmten Zeitdauer allmählich größer. Die Geschwindigkeit, mit der die Amplitude anwächst, ist selbst bei Röhren gleicher Bauweise sehr unterschiedlich und ist auch von Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Temperatur, abhängig.

Am Ende des Gitterimpulses hören die Schwingungen des Oszillators nicht sofort auf. Vielmehr klingen die Schwingungen allmählich während eines bestimmten Zeitintervalles ab. Die allmählich gedämpften Schwingungen zeigen ein ähnliches Bild wie die Anfangsschwingungen. Diese Merkmale eines HP-Oszillators sind in den Wellenformen 10 und 12 von Fig. 1 gezeigt. Die Wellenform 10 zeigt die Gitterimpulse 14, 15 und 16 für den Oszillator über einer Zeitbasis 18, die als Bezugsniveau dient.

Die Wellenform 12 zeigt drei Intervalle, in denen HP-Schwingungen, insbesondere HP-Signale 20, 22, 24 erzeugt werden. Der zeitliche Ablauf der Wellenform 12 ist auf die Wellenform 10 bezogen. Bei jeder Erzeugung eines HP-Signales leitet die Vorderflanke des Gitterimpulses 14, 15, 16 eine Periode ein, in der die Amplitude der HP-Schwingungen ansteigt. Auf ähnliche'Weise bezeichnen die Hinterflanken der Gitterimpulse 14, 15 und 16 den Beginn der gedämpften Schwingungen in den Signalen 20, 22 und 24. Wenn daher ein Impuls an den Oszillator gelangt, beginnt eine Schwingung mit wachsender Amplitude, so daß eine Ausgangsleistung wachsender Amplitude abgegeben wird. Der Oszillator schwingt nach dem Abfal-

Wie bei bekannten Impulsecho-Radarsystemen wird bei dem erfindungsgemäßen System die Zeit zwischen der Abstrahlung des Signales durch die Antenne 28 bis zum Empfang des Echosignales durch die Antenne 36 gemessen. Da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des ausgestrahlten Signales und des Echosignales bekannt (und konstant) ist, ist das gemessene Zeitintervall direkt zu der durchlaufenen Entfernung proportional. In dem System von Pig. 2

f J8JL1J5.5A_.

len des Gitterimpulses weiter und gibt eine Ausgangsleistung mit allmählich auf einen unwesentlichen Wert abfallenden Amplitude ab

en

Die Geschwindigkeit^ mit denen die Schwingungen aufgebaut und gedämpft werden, sind selbst bei gleichen Röhren verschieden und Veränderungen in den Umgebungsbedingungen unterworfen. Dennoch j arbeitet das erfindungsgemäße System zuverlässig, da die Ausgangsleistung des HP-Oszillators gemessen und ein entsprechender Meßimpuls für die spätere Steuerung des Oszillators gespeichert wird.

Beim Betrieb des erfindungsgemäSen Eeho-EnEferriungsmeflsystemes gibt ein Sender 26 (Pig. 2) ein HP-Signal an eine Senderantenne« 28 ab. Die abgestrahlte Welle trifft auf ein Objekt, beispielsweise den Boden JO auf, wie es durch die unterbrochene Linie 32 gezeigt ist. Die vom Boden 30 reflektierte Welle pflanzt sich selbstverständlich in verschiedenen Richtungen fort. Der Weg des Echosignales, welches von der Empfangsantenne 36 aufgenommen und als elektrisches Signal an den Empfänger 38 weitergegeben wird, ist durch die unterbrochene Linie 34 dargestellt.

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wird das Zeitintervall in einem Zeitvergleicher 40 bestimmt, der ein elektrisches Signal an das Meßgerät 42 atagibt, das den Abstand oder die Höhe anzeigt.

Das in Fig. 2 gezeigte System enthält eine Synehronisierungssehaltung 44 und einen Programmgeber 46. Die Synchronisierungsschaltung 44 legt die grundlegende Impulsfolgefrequenz fest und

Heß
erzeugt Taktimpulse für den betrieb. Mit dieser Schal-

! tung können auch ausgehende Signale und Echosignale vorgetäuscht werden, um mit diesen Kontrollsignalen die verschiedenen Arbeits- ; punkte in dem System einstellen zu können.

' Die Synchronisierungsschaltung 44 ist mit dem Empfänger 58 über eine Leitung 48 und mit dem Programmgeber 46 über eine Leitung 50

verbunden. Der Programmgeber 46 leitet einen Arbeitszyklus einer Entfernungsmessung dadurch ein, daß ein Signal über den Leiter 42 an den Zeitvergleicher 40 abgegeben wird. Wenn danach ein Echo empfangen wird, gelangt ein Taktsperrsignal von dem Empfänger 38 über die Leitung 54 zu dem Zeitvergleicher 40. Der Programmgeber 46 dient ebenfalls dazu, den Arbeitstakt des Systemes zu geben.. Zu diesem Zweck ist er über die Leitung 56 an den Empfänger 38 angeschaltet. Nach federn Arbeitszyklus des Systemes wird der Zeitvergleicher 40 durch ein Signal zurückgestellt, das von der Synchronisierungsschaltung 44 über eine Leitung 58 abgegeben wird.

An dem in Fig. 1 gezeigten System ist im wesentlichen der Sender 26 in seiner Kombination mit an sich bekannten Schaltgruppen neu. Die anderen Schaltgruppen sind im einzelnen und bezüglich ihrer

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Arbeitsweise in der deutschen Patentschrift 1.259.582 beschrieben, beispielsweise der Empfänger 38, der Zeitverglelcher 40> die Synchronisierungsschaltung 44 und der Programmgeber 46.

In dem Sender 26 ist ein Hohlraumoszillator 60 als Quelle für HP-Energie mit einer Frequenz von 4300 MHz. Der Hohlraumoszillator wird bei der HF-Frequenz auf. bekannte Weise betrieben. Sein

gitter ^

Betriebszustand wird von dem Steuere 61 einer Triode 62 gesteuert, die einen Teil des Hohlraumoszillätors 60 bildet.

Die Ausgangssignale des Hohlraumoszillators 60 gelangen über eine .in der Radartechnik bekannte Kupplung 64 zu der Sendeantenne 28. Die Ausgangssignale des Oszillators 60 werden auch an einen VidGodetektor 66 abgegeben und bilden eine Meßprobe des Oszillatorausgangs, von der ein Steuersignal abgeleitet, gespeichert und zur Steuerung des Oszillators 60 verwendet wird.

Der Videodetektor 66 kann wie üblich eine Diode enthalten, die ein Videosignal über die Leitung 68 an den Videoverstärker 70 abgibt, der einen Impulsformer enthalten kann. Das Videosignal von dem Verstärker 70, welches ein Maß für die Ausgangsleistung des Oszillators 60 ist, wird an die Steuerschaltung 72 des Senders abgegeben, die das Videosignal registriert und ein Arbeitspegel- oder Verstärkungssteuersignal zum Regeln des Oszillators 60 erzeugt. Die Steuerschaltung 72 gibt ein Steuersignal an die Programmstufe 74 für die Impulsbreite ab, die von dem Zeitvergleicher 40 über eine Leitung 76 auch ein Signal empfängt, das von dem Höhenbereich oder dem Abstand abhängt. Auf diese Weise wird eine Größe, die die vergangene Arbeitsweise des Oszillators

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S-

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wiedergibt, mit einer Größe verknüpft, die die augenblickliche Entfernung oder Höhe anzeigt, so daß ein Programmsignal in der Stufe 74 gebildet wird, das über die Leitung 128 an den Impulsgeber 80 gelangt, der die Gitterimpulse für den Sender erzeugt.

Der Gitterimpulsgeber 80 erhält ebenfalls ein Startsignal von Impulsgeber 82, der von der Synchroiiisierungsschaltung 44 betrieben wird. Der Impulsgeber 82 gibt einen kurzzeitigen Impuls zur Steuerung des Gitterimpulsgebers 80 ab, so daß ein Steuerimpuls mit veränderl icher Zeitdauer ausgelöst wird, der über einen Verstärker 84 an das Gitter 6l der Triode 62 gelangt. Der Impulsgeber 80 betätigt den Oszillator 60 wäfatoend einer bestimmten Zeitdauer, die durch die Amplitude des Programmsignales bestimmt wird welches von der Programmstufe 74 über den Leiter 128 empfangen wird. So wird die Zeitdauer, während der der Oszillator 60 schwingt, in Abhängigkeit von:

1. der gerade vorhergegangenen Arbeitsweise und

2. dem gegenwärtigen Arbeitsbereich oder der Höhe gesteuert.

In dem in Fig. 1 gezeigten System wird in zyklisch wiederkehren-

Meß den Intervallen, die von den tatsächlichen intervallen getrennt sind, die Arbeitspegel des Empfängers 38 und des Senders 26 eingestellt. So ist beispielsweise bei einem bereits betriebenen Echo-Entfernungsmeßsystem die Nenn-Folgefrequenz im Mittel etwa 500 Mikrosekunden, Dieses Intervall schließt folgende Abschnitte eins Ein intervall, in dem der beobachtete Ab-

-Q-

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stand gemessen wird, ein Intervall, in dem zur Steuerung des Senders der Arbeitspegel des Senders gebildet wird und ein AVR-In- j tervall, in dem die automatische Verstärkungsregelung eingestellt wird. Diese einzelnen Intervalle sind in Pig. 3 gezeigt, in der die Taktsignale dargestellt sind, die in der Synchronisierungsschaltung 44 (Fig. 2) gebildet werden.

Die Synchronisierungsschaltung 44 enthält einen variablen Taktgeber 85, der Taktimpulse 83 abgibt, die in der Wellenform 84 (Pig. 3) gezeigt sind. In einem Ausführungsbeispiel haben die Taktimpulse eine Periode von 125 Mikrosekunden, die als Punktion

j der Ist-Entfernung variiert wird. Um diese Veränderung zu erreii
©hen wird das Bereichsignal in der Leitung 76 dem Taktgeber 85 zugeführt, der einen variablen Oszillator enthält. Wenn der Abstand wächst, wächst auch die Amplitude des Bereichssignales, und die Frequenz des Taktimpulses wird vermindert. Außer dem Taktgeber 85 enthält die Synchronisierungsschaltung 44 einen IFF-Generator, der ein sich mit der Impulsfölgefrequenz wiederholendes, in der Wellenform 86 dargestelltes Taktsignal erzeugt. Bei einer bereits erprobten Ausführungsform der Erfindung wurden mit einer Impulsfolgefrequenz (IFF) von 5OO Mikrosekunden gute Ergebnisse erzielt.

In Fig. 5 sind weitere Taktsignale dargestellt, insbesondere das Signal an der Torstufe für den Meßbetrieb (Wellenform 88), ein Signal für die Anpassung des Senders (Wellenform 90) und ein Torsignal an dem Empfänger für die automatische Verstärkungsregelung (Wellenform 93).

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Eine Schaltung zur Erzeugung der Wellenform 86 ist in der oben erwähnten deutschen Patentschrift 1.258.582 beschrieben, und der Taktimpuls 84 kann von gewöhnlichen Taktgebern erzeugt werden. Auf die Ableitung eines Taktsignales von einem grundlegenden Takt signal und einem IFP-Signal ist bereits bekannt und daher nicht näher beschrieben.

In dem System werden auch unter Abständen Gitterimpuls für den Sender erzeugt (Wellenform 89), deren Zeitform in der Wellenform 10 von Fig. 1 gezeigt ist. Die Gitterimpulse der Wellenform 89

\ und die Wellenform 81, die die Echo-Impulse 92 zeigt, sind so i

' miteinander verknüpft, daß die Zeitintervalle zwischen den Gitterimpulsen der Wellenform 89 und den Echoimpulsen 92 die gemessene ' Entfernung angeben.

Der Aufbau und die Arbeitsweise der AVR-Schaltung in dem Empfänger 38 (Fig. 2) ist in der oben erwähnten deutschen Patentschrift I.259.582 beschrieben, ebenso wie die Schaltung, die die Eohoimpulse 92 aufnimmt und ein die Entfernung anzeigendes Signal erzeugt. Die Schaltung, die ett-e während des Interfiles zur Steuerung des Pegels in dem Sender arbeitet,wird als neu erachtet und ist im Zusammenhang mit Fig. 4 im folgenden beschrieben.

In Fig. 4 ist der Sender aus Fig. 2 im einzelnen dargestellt. Die Schaltgruppen in dem System von Fig. 4, die auch in Fig. 2 gezeigt sind, tragen dieselben Bezugszahlen. Einzelne Gruppen, die entweder in der Schalttechnik bekannt oder in der oben erwähnten deutschen Patentschrift 1.259.582 beschrieben sind, sind in Fig. 4 in Blockform dargestellt.

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In dem Sender gibt der Gitterimpulsgeber 8o einen Impuls an den Oszillator βθ ab, dessen Breite sich in Abhängigkeit von der gemessenen und gespeicherten.Steuerinformation ändert. Der Startimpulsgeber 82 wird durch ein Signal 97 betätigt jedesmal, wenn der Sender betätigt werden soll. Daher wird am Anfang die Porderflanke des Signales 97 an den Startimpulsgeber 82 abgegeben., so daß ein Impuls 99 erzeugt wird, der seinerseits an den Multivibrator 100 gelangt.

Der Multivibrator 100 wird durch den Impuls 99 von dem Startimpulsgeber 82 gesetzt und bleibt in diesem Zustand während einer variablen Dauer, .in der ein Gittertreiberimpuls 14 (Fig. l) über die Leitung 102 (Pig. 4) abgegeben wird, um den Oszillator 60
zu betätigen. Der Gittertreiberimpuls kann,, wie oben erwähnt
wurde, verschiedene Dauer haben, wie es in der Wellenform 10
(Pig. I) gezeigt ist.

Um den Gittertreiberimpuls zu beenden, wird der Multivibrator
100 (Pig. 4) durch einen Leiter 104 zurückgestellt, wie es im
folgenden beschrieben wird.

Das Zeitintervall des Multivibrators, wie er in dem Gitterimpulsgeber 8o vorgesehen ist, hängt von dem Potential ab, welches an dem Emitter eines Transistors 114 liegt. Dieses Potential-ist im wesentlichen eine Ladung, die an einem Kondensator 122 gespeichert ist. Dieses Potential ist auf Werte unterhalb einer geringfügig negativen Spannung durch eine Diode 124 begrenzt, die mit einem negativ vorgespannten Anschluß 119 verbunden ist. Der Kondensa-

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tor 122 wird durch den Eingangsleiter 128 aufgeladen, der den Gitterimpulsgeber 80 mit der Programmstufe 74 für die Impulsbreite verbindet. Das ArbeitsIntervall des Oszillators 60 wird daher in Übereinstimmung mit dem Programmsignal gesteuert, welches von der Programmstufe 74 erzeugt und von dem Gitterimpulsgeber 80 empfangen wird.

Wenn der Multivibrator 100 durch den Impuls 99 von dem Startimpulsgeber 82 gesetzt wird, liefert der Multivibrator einen Strom über den Widerstand 106 an den Kondensator 108, der einen lineare: Spannungsanstieg an dem Knotenpunkt 110 zwischen diesen Komponenten erzeugt. Der Kondensator 108 liegt an einem Knotenpunkt 117* der mit dem Emitter des Transistors 114, dem Kondensator 122 und über eine Diode 124 mit einem Potential zur Steuerung des Pegels verbunden ist, das bei dem Anschluß 119 angelegt wird. Der Knotenpunkt 110 ist über eine Diode 112 mit der Basis des Transistors 114 verbunden, der ebenfalls>durch eine Tunneldiode an den Knotenpunkt 117 angeschaltet ist.

Beim Betrieb wächst der lineare Spannungsanstieg an dem Knotenpunkt 110 (beim Entladen des Kondensators 122)· soweit an, daß die Tunneldiode im Bereich des negativen Widerstandes betrieben wird, so daß das Potential an dieser Diode plötzlich ansteigt, wobei der Transistor 114 sehr schnell eingeschaltet wird.

Die Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Multivibrator gestartet wird, und dem Zeitpunkt, an dem der Transistor 114 eingeschaltet wird, ist daher von der Ladung des Kondensators 122 abhängig. Der lineare Spannungsanstieg an der Anode der Diode

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Il6 beginnt daher an einem negativen Punkt und steigt an, bis die entgegengesetzte Vorspannung der Diode überwunden wird, so daß der Transistor 114 angeschaltet wird.

Das ins negative gehende Signal an dem Kollektor des Transistors

einen
114 wird durch/von einem Kondensator II8 und einem Widerstand 120 gebildeten 'Parall-elsohaltkreis 121 an den Leiter 104 angekoppelt, durch den der Multivibrator 110 zurückgesetzt wird. Wenn daher de Transistor 114 eingeschaltet wird, wird der Multivibrator 100 zurückgestellt, so daß das positive Potential an dem Widerstand 106 gesperrt und der Treiberimpuls durch den Kondensator 102 beendet wird. Das Zurückstellen des Multivibrators 110 bewirkt, daß der Transistor 114 abgeschaltet wird, so daß der Schaltkreis in seine Ruhestellung zurückkehrt.

Die Steuerladung an dem Kondensator 122 in dem Gitterimpulsgeber 80 wird während ausgeblendeter Zeitintervalle durch eine Programm stufe 74 für die Impulsbreite aufgebaut. Ein amplitudenmoduliertes Programmsignal wird von der Programmstufe 74 erzeugt, um den Kondensator 122 aufzuladen, wodurch die Arbeitsperiode des Oszillators 60 festgelegt wird. Die Amplitude des von der Programmstuf 74 erzeugten Signales hängt von zwei scharfen voneinander getrenn ten Eingangsimpulsen ab. Die Programmstufe 74 erhält ein Signal über den Leiter 130, welches die im Augenblick beobachtete Höhe oder Entfernung angibt. Zusätzlich erhält die Programmstufe ein Eingangssignal über den Leiter 132, das die unmittelbar vorangegangene Arbeitsweise des Hohlraumoszillators 60 angibt. Die Programmstufe 74 verknüpft algebraisch die beiden aufgenommenen

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Signale und gibt ein Programmsignal ab, dessen Amplitude die Arbeitsperiode des Hohlrauraoszillators 60 steuert und ein Maß für diese Arbeitsperiode ist. Im Betrieb der Programmstufe 74 legt ein Spannungsteiler 134 die Höhe fest, bei der das Bereichsignal bedeutsam wird. Der Spannungsteiler besteht aus den beiden Widerständen 156 und 138, die in Reihe mit einem Widerstand 140 geschal J tet sind. Der Widerstand l40 ist seinerseits mit der Basis des ! Transistors 142 und über einen mit einem Widerstand 1Λ3 in Reihe geschalteten Kondensator 141 verbunden. Über den Widerstand l4;5

! und den Kondensator l4l werden Torimpulse 145 angekoppelt. Die

am Eingang des Schaltkreises auftretenden Torimpulse steuern ihre ! Arbeitsweise, so daß der Gitterimpulsgeber intermittierend durch

amplitudenmodulierte Kontrollsignale betrieben wird.

Der Spannungsteiler 1^4 liegt mit seinem anderen Ende an der positiven Klemme 142 einer Spannungsquelle..Der Knotenpunkt zwischer den Widerständen I38 und l40 ist geerdet, während der Knotenpunkt zwischen den Widerständen 136 und 138 mit der Basis eines Tranj sistors l44 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 144 erhält das Bereichsignal direkt durch den Leiter I30, während der.

Emitter des Transistors 142 das Steuersignal über den Leiter 1^2 von der Steuerstufe 72 erhält.

Die Kollektoranschlüsse der Transistoren 142 und 144 sind mit dem Eingangsleiter 128 des Gitterimpulsgebers 80 verbunden. Der Leiter 128 führt ein Signal, dessen Amplitude von dem Bereichsignal (auf dem Leiter I30) und dem Steuersignal (auf dem Leiter 122) abhängig ist.

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Wenn bei Betrieb des Schaltkreises das Tor/^S positiv ist, leitet der Transistor 142 und das Steuersignal wird durch den Transistor 142 und den Leiter 128 an den Impulsgeber 80 weitergegeben. Wenn jedoch das Torsignal 145 gering oder negativ ist, ist der Transistor 142 gesperrt, so daß nur der Widerstand 144 als Stromweg, für das Steuersignal zu dem Impulsgeber 8o Übrig bleibt. Zusätzlich bewirkt ein Strom von dem Kollektor des Transistors 144, daß das Programmsignal für die Impulsbreite positiver wird, wenn der Transistor 142 gesperrt ist, so daß sich kältere Oltterimpiilse (größere Zeitdauer) für den Oszillator ergeben. Der Kollektorstrom des Transistors 144 verändert sich wie das Bereichsignal.

Das Bereichsignal am Eingang der Programmstufe 74 ist das die Höhe anzeigende Signal, welches bei gerade vergangenen Arbeltszyklen abgeleitet wurde. Das von der Programmstufe 74 über den Leiter empfangene Steyersignal ist direkt auf die Amplitude des Senderaus gangssignales bezogen, wie es während vergangener Arbeitsintervalle gemessen wurde. Die Erzeugung des von dem Leiter 1^2 geführten Steuersignales in der Steuerstufe 72 für den Sender wird im folgenden beschrieben.

Die Steuerstufe erhält ein verstärktes von dem Videosignal abgeleitetes Signal von dem Detektor 66 über den Verstärker "5Γ0. Die Steuerstufe 72 integriert im wesentlichen die von den Ausgangssignalen des Oszillators 60 abgeleiteten Signale, um einen Steuerpegel zu schaffen, der Veränderungen in der Charakteristik des Hohlraumoszillators 60 ausgleicht, die auf Temperatureinflüsse oder anderer Parameter zurückzuführen sind. Das als Meßprobe erzeugte Videosignal, das der Steuerstufe 72 von dem Verstärker 70

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zugeführt wird, gelangt durch einen Leiter I50 und eine Diode 152 an die Basis eines Transistors 154. Der angelegte Impuls ist negativ, und daher ist die Diode 152 entsprechend geschaltet.

Während des Intervalles der Sendersteuerung, das durch den Impuls in der Wellenform 90 (Fig. >) dargestellt ist, liegt ein positives Taktsignal für die Steuerung des Senders vor. Dieses Signal wird der Steuerstufe 72 durch den Leiter I56 zugeführt. Das. Taktsignal wird dann Über einen Ankopplungskreis, in dem ein Kondensator 158 und ein Widerstand I60 parallel geschaltet sind, an die Basis eine Transistors 162 gelegt. Der Emitter des Transistors I62 liegt über einen Widerstand 159 an der positiven Klemme einer Stromquelle, während der Kollektor des Transistors direkt mit der Basis des Transistors 154 verbunden ist. Ein Kondensator 164 liegt zwischen dem Kollektor des Transistors 162 und Erde.

Wenn das an den Transistor l62 angelegte Taktsignal positiv ist, wird der Transistor gesperrt und der kondensator 164 nimmt ein Potential an, welches dem um den Spitzenwert des verstärkten, über die Diode 52 empfangenen Videosignales verminderten Gleichspannungspegel gleich ist. Der Kondensator 164 hält dieses Potential, bis das Potential in dem Leiter 156 negativ wird, so daß der Transistor l62 leitend wird. Der negative Rechteckimpuls, der auf diese Weise an dem Kondensator 164 erzeugt wird, wird an den Kondensator 166 durch den Transistor 154 und den Transistor 168 abgegeben, so daß das Potential umgekehrt wird und der Kondensator den Impulsspitzenwert speichert. Die Transistoren 154 und 168 wirken im wesentlichen als Verstärker. Der Emitter des Transistors 154 ist durch einen Widerstand I6I vorgespannt, und der Knoten-

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Punkt 165 zwischen dem Kollektor des Transistors 154 und der Basis des Transistors I68 ist über einen Widerstand 165 vorgespannt und liegt über einen Kondensator I67 an Erde.

durch

Der Kondensator I66 wird durch die Verstärker, die/die Transistoren 154 und 168 gebildet werden, geladen und treibt die Basis des Transistors 17O, die als Integrator wirkt, um ein gleichbleibendes Ausgangssignal zu erzeugen. Der von dem an dem Kondensator I66 liegenden Potential abgeleitete Strom g$&angt über den Widerstand 162 an die Basis des Transistors 170 und wird durch einen Strom, der durch den Widerstand 174 von der negativen Klemme 176 einer Stromquelle stammt, ausgeglichen. Eine Veränderung in der Amplitude des Videoimpulses oder des als Meßprobe gebildeten Steuersignales bewirkt daher eine entsprechende Potentialänderung an dem Kondensator I66, so daß der Verstärker mit dem Transistor 170, dessen Kollektor über einen Widerstand 17I vorgespannt ist, den Kondensator I78 entsprechend lädt oder entlädt. Der Strom, der zum Laden oder Entladen des Kondensators I80 benötigt wird, gleich gerade die Änderung des durch den Widerstand 172 fließenden Strome aus, um ein Steuersignal zu erzeugen.

Die Steuersignalspannung an dem Kollektor des Transistors 170 wird über einen Widerstand l82 an einen Emitterfolger. I80 abgegeben, so daß der Programmstufe 74 über einen Leiter 132 ein stabiles, kontinuierliches Signal zugeführt wird.

Wenn das Potential des Emitterfolgers I80 abfällt, bewirkt dies eine Verminderung der Zeitdauer, während der der Oszillator 60

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betrieben wird, so daß ein Videoimpuls mit geringerer Amplitude erzeugt wird, wie es bereits im Zusammenhang mit Pig. I beschrieben wurde. Wenn ein geringeres Potential an dem Kondensator 166 auftritt, wird die Ausgangsspannung an dem Leiter 132 weniger negativ, so daß eine Einrichtung in der Art einer Rückkopplung zur Stabilisierung des Hohlraumoszillators 60 geschaffen wird.

Wie bereits erwähnt, ist der Hohlraumoszillator 60 in dem Sender (Pig. 4) merklichen Veränderungen beim Betrieb unterworfen. Daher werden von den Ausgangssignalen des Senders durch den Videodetektor 66 Meßproben entnommen und ein Signal erzeugt, das durch den Verstärker 70 verstärkt und durch die Steuerstufe 72 in dem Sender weitergegeben wird. Dieses Signal bildet einen integrierten Potentialpegel, der von der gerade vergangenen Betriebsweise des Hohlraumoszillators 60 abhängt. Das Signal wird algebraisch mit dem Bereichsignal in der Programmstufe fK verknüpft, so daß ein Programmimpuls erzeugt wird, um das Zeitintervall festzulegen,, während dem der Hohlraumoszillator 60 betrieben werden soll. Die Amplitude des Programmimpulses, die die Information enthält, wird von dem Gitterimpulsgeber 80 in eine Gitterimpulsdauer umgewandelt wobei der Gitterimpulsgeber 80 zur Steuerung des Hohlraumoszillators 60 dient. =

Um die zyklische Arbeitsweise des Systemes zusammenzufassen, sei angenommen, daß der Gitterimpuls 14 (Fig. 1) ein HP-Signal 20 auslöst, vondem ein Meßimpuls 200 mit einer bestimmten Amplitude abeleitet wird. Ferner sei angenommen, daß die Amplitude der Meß-

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probe, die durch den Impuls 200 angedeutet ist, unter dem gewünsch ten Niveau liegt. Daraufhin wird die Amplitude des Programmsignales für die Impulsbreite angehoben, der Gitterimpulsgeber erzeugt einen Impuls 15 mit längerer Dauer und das übertragene HP-Signal 22 hat eine größere Amplitude. Die Amplitude kann tatsächlich auch zu groß sein, was einen erhöhten Meßimpuls 202 ergibt> so daß die entgegengesetzte Korrektur vorgenommen wird (Pig. I).

Die Gitterimpulse der Wellenform 10 zeigen die Korrektur bei einer einzigen Höhe. Wenn sich jedoch die Höhe ändert, werden auch die Gitterimpulse geändert. So ist in der Wellenform 204 eine Impuls-.folge gezeigt, die der Wellenform 10 entspricht, jedoch durch eine merkliche Vergrößerung der Höhe abgewandelt ist, um fortschreitend längere Gitterimpulse zu erzielen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung, in der ein Hohlraumoszillator durch Gitterimpulse betätigt wird, wird ±n vorteilhafterVeise der Hohlraumoszillator so gesteuert, daß im wesentlichen nur die tatsächlich verwendete HP-Energie erzeugt wird. Die Ausgangsleistung des Oszillators wird nicht zum Ausblenden durch eine Torschaltung geschickt sondern vielmehr wird der Hohlraumoszillator 60 selbst gesteuert. Daraus ergibt sich nicht nur ein wesentlich wirtschaftlicher Leistungsverbrauch sondern zusätzlich werden auch bei der Herstellung des erfindtingsgemäßen Echo-Entfernungsmeßsystemes wesentlich weniger Bauelemente, Abschirmung und Isolation benötigt. Die Möglichkeit, einen gesteuerten Hohlraumoszillator zu betreiben, beruht grundsätzlich auf dem Schaltkreis, der zur Herstellung einer Meßprobe die Ausgangsleistung des Hohlraum-Oszillators während einer Betriebsperiode abtastet und ein regl-

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striertes Signal entsprechend ändert, um die gewünschte Amplitude aufrechtzuerhalten und zu steuern. Es hat sich gezeigt, daß solch eine Steuerschaltung den Oszillator stabilisieren kann. Dadurch wird eine wesentlich verbesserte Arbeitsweise des gesamten Entfernungsmeßsystems (Pig. I) erreicht.

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Claims

Patentansprüche

1. Echo-Entfernungsmeßsystem, insbesondere zur Höhenmessung, bei dem der Zeitabstand zwischen der periodischen Aussendung eines Signals durch einen Sender und dem Empfang des reflektierten Signals durch einen Empfänger gemessen wird, und dessen Sender einen normalerweise in Ruhestellung befindlichen Hohlraum-Oszillator enthält, den eine Schaltungseinrichtung periodisch durch einen Modulations-Impuls zum Aussenden eines Energiestosses erregt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgeber (80) an die eine Elektrode (61) des aktiven Elementes (62) des Hohlraum-Oszillators (60) angeschlossen ist und einen Impuls abgibt dessen Breite durch eine von einer Meßprobe abgeleiteten, gespeicherten Größe gesteuert wird.

2. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einschaltzeitpunkt des Senders von einer Synöhronisierungsschaltung (44, 82, 99, löo) und der Äbschaltzeitpunkt

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des Senders durch eine die Impulsbreite steuernde Programmstufe (74) bestimmt wird.

5. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber (8o) einen Multivibrator (lOO enthält, der durch die Synchronisierungsschaltung (44, 82) zur Steuerung des Einschaltzeitpunktes des Senders gesetzt und zur Steuerung des Abschaltzeitpunktes zurückgesetzt wird, wenn sich ein hinreichendes Potential an der Elektrode eines in dem Impulsgeber (80) vorgesehenen aktiven Elementes (114) unter Zwischenschaltung der Programmstufe (74) aufgebaut hat.

4. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential an der Elektrode des aktiven Elementes (114) in einem in dem Impulsgeber (40) vorgesehenen Kondensator (122) gespeichert und mit einem Pegelsteuerpotential (I19)durch ein in einer Richtung leitendes Element (124) verglichen wird.

5. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmstufe (74) einen ersten Eingang (130) zur Zuführung eines der Ist-Entfernung entsprechenden Signals und einen zweiten Eingang (132) zur.Zuführung eines Steuersignals aufweist, welches den vorhergehenden Betrieb des Hohlraum-Oszillators (6o) anzeigt.

6. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Programmstufe (74) ferner einen Spannungsteiler

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aufweist, der über einen Kondensator (l4l) an einen drit ten Eingang angekoppelt ist, der Taktimpulse (l45) empfängt und intermittierend den Impulsgeber (8o) unter Zwischenschaltung der beiden aktiven Elemente (144, l42) treibt, die jeweils mit dem ersten Eingang (130) und dem zweiten Eingang (132) ver bunden sind.

7. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1 und 5> dadurch gekennzeichnet; daß der Ausgang des Hohlraum-Oszillators (βθ) mit einem Videodetektor (66), der eine Meßprobe des Ausgangssignals erzeugt, und einer Steuerstufe (72) in Reihe geschaltet ist, die die Meßproben zur Erzeugung des Steuersignals für den zweiten Eingang (132) integriert.

8. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß die Steuerstufe (72) eine Ausgleichseinrichtung aufweist, die einen Transistor (170) mit einem ersten in der Emit terbasisstrecke angeordneten Kondensator (l66), der durch die Spitzenspannungen der Meßprobe aufgeladen wird, und mit einem in der Kollektorbasisstrecke angeordneten zweiten Kondensator (178), der von einer Vergleichsspannungsquelle (176) aufgeladen wird, aufweist, wobei der zweite Kondensator entladen bzw. aufgeladen wird, um die Stromschwankungen in dem den ersten Kondensator (166) enthaltenden Schaltungszweig auszugleichen.

9. Echo-Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 5 und 8, dadurch ge- . kennzeichnet, daß das Ausgangssignal des den zweiten Kondensator (178) enthaltenden Schaltungszweiges durch einen Emitter

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folger (180) auf den zweiten Eingang (1^2) der Programmstufe (78) gegeben wird.

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