DE2440872C3 - Doppler-Radarnavigationseinrichtung mit jeweils zwei Meßstrahlenkeulen zur Korrektur des Land-See-Fehlers - Google Patents
Doppler-Radarnavigationseinrichtung mit jeweils zwei Meßstrahlenkeulen zur Korrektur des Land-See-FehlersInfo
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Description
Doppler-Radarnavigationseinrichtung mit jeweils zwei Meßstrahlenkeulen zur Korrektur des Land-See-Fehlers.
Die Erfindung betrifft eine Doppler-Radarnavigationseinrichtung für Flugzeuge zur Bestimmung der
eigenen Fluggeschwindigkeit über Grund mittels mindestens dreier von einer flugzeugfest angebrachten
Antennenanordnung unter verschiedenen Raumwinkeln zum Boden abgestrahlter Hochfrequenz-Meßstrahlen,
die zur Korrektur des Land-See-Fehlers jeweils aus zwei an der Erdoberfläche in zwei in Flugrichtung
auseinanderliegenden Bereichen auftreffenden Keulen zusammengesetzt sind, wobei bei der Ermittlung der
Fluggeschwindigkeitskomponenten aus den durch Keulensignalvergleich der Meßstrahlen korrigierten Dopplerverschiebungen
der rückgestreuten und am Flugzeug mittels der dort befestigten Antennenanordnung empfangenen
Signale ein Meßwert für die Ableitung des Rückstreubeiwerts der Oberfläche in Abhängigkeit vom
Einfallswinkel des MeOstrahls auf der Oberfläche erzeugt wird.
Eine bekannte Möglichkeit zur Flugzeugnavigation bietet die fortlaufende Messung des Geschwindigkeitsvektors des Flugzeuges mittels einer Doppler-Radarnavigalionseinrichtung.
Bei dieser Einrichtung werden vom Flugzeug aus unter verschiedenen Raumwinkeln zum Boden mindestens drei scharf gebündelte Hochfrequenz-Meßstrahlen
abgestrahlt, welche je nach Lage des Geschwindigkeitsvektors zu den Abstrahlrichtuneen
Bodenechos mit verschiedenen Dopplerverschiebungen empfangen. Aus den drei Dopplerverschiebungen
können die drei Geschwindigkeitskomponenten in den Abstrahlrichtungen und daraus die Geschwindigkeit
nach Betrag und Richtung ermittelt werden.
Ein schwerwiegender Fehler entsteht bei der Doppler-Radarnavigation inbesondere durch den sogenannten Land-See-Effekt. Die Mitte des sich ergebenden Dopplerspektrums wird den Hauptstrahlrichtungen der einzelnen Meßstrahlen zugeschrieben. Dies stimmt ίο bei Echos über pflanzenbewachsenem Land im wesentlichen, da die Abhängigkeit der reflektierte Energie vom Einfallswinkel auf dem Boden sehr gering ist. Über kahlen und glatten Gsländen (Wüsten- und Schneelandschaft) und insbesondere über Wasser, hauptsächlich bei glatter Oberfläche, ist jedoch diese Abhängigkeit sehr groß. Die Mitte des Dopplerspektrums verschiebt sich näher zum Lot, und die Richtung mit der meisten Energie stimmt nicht mehr mit der Hauptstrahlrichtung der jeweiligen Meßstrahlen der Antenne überein. Da der Fehler vom Wellengang der Wasseroberfläche abhängt, ist ein einfacher zweistufiger Land-See-Umschalter meist nicht ausreichend. Eine gute Korrekturmöglichkeit des sogenannten Rückstreubeiwerts, der eine Funktion des Einfallswinkels ist, bieten dagegen Vergleichsmethoden, bei denen ein Meßstrahl statt aus einer, einzigen Keule aus zwei nahe beieinander liegenden Keulen gesteht (»beam lobing«). Für die Fehlerkorrektur können entweder die Amplituden der beiden reflektierten Keulen verglichen werden, woraus eine Winkelkorrektur abgeleitet wird, oder man wertet die Dopplerfrequenz am Schnittpunkt der beiden Keulen aus, welcher konstant bleibt. Der Vergleich kann gleichzeitig (»simultaneous beam lobing«) oder durch Umschalter (»sequential beam lobing) zeitlich nacheinander erfolgen. Diese Vergleichsmethoden sind beispielsweise in dem Buch »Avionics Navigation Systems« von K a y t ο η und Fried, Verlag John Wiley & Sons, 1969, Seiten 241 bis 245, beschrieben.
Im einzelnen zeigt die Figur ein Schema der abgestrahlten Meßstrahlen A, ßund C, die in der Regel symmetrisch zu den Flugzeugachsen liegen. Dies erleichtert die mehrfache Ausnutzung einer Antenne a. Es bietet sich dabei ein vierter Meßstrahl D an, welcher zur Bildung eines Referenzsignals benutzt werden kann.
Ein schwerwiegender Fehler entsteht bei der Doppler-Radarnavigation inbesondere durch den sogenannten Land-See-Effekt. Die Mitte des sich ergebenden Dopplerspektrums wird den Hauptstrahlrichtungen der einzelnen Meßstrahlen zugeschrieben. Dies stimmt ίο bei Echos über pflanzenbewachsenem Land im wesentlichen, da die Abhängigkeit der reflektierte Energie vom Einfallswinkel auf dem Boden sehr gering ist. Über kahlen und glatten Gsländen (Wüsten- und Schneelandschaft) und insbesondere über Wasser, hauptsächlich bei glatter Oberfläche, ist jedoch diese Abhängigkeit sehr groß. Die Mitte des Dopplerspektrums verschiebt sich näher zum Lot, und die Richtung mit der meisten Energie stimmt nicht mehr mit der Hauptstrahlrichtung der jeweiligen Meßstrahlen der Antenne überein. Da der Fehler vom Wellengang der Wasseroberfläche abhängt, ist ein einfacher zweistufiger Land-See-Umschalter meist nicht ausreichend. Eine gute Korrekturmöglichkeit des sogenannten Rückstreubeiwerts, der eine Funktion des Einfallswinkels ist, bieten dagegen Vergleichsmethoden, bei denen ein Meßstrahl statt aus einer, einzigen Keule aus zwei nahe beieinander liegenden Keulen gesteht (»beam lobing«). Für die Fehlerkorrektur können entweder die Amplituden der beiden reflektierten Keulen verglichen werden, woraus eine Winkelkorrektur abgeleitet wird, oder man wertet die Dopplerfrequenz am Schnittpunkt der beiden Keulen aus, welcher konstant bleibt. Der Vergleich kann gleichzeitig (»simultaneous beam lobing«) oder durch Umschalter (»sequential beam lobing) zeitlich nacheinander erfolgen. Diese Vergleichsmethoden sind beispielsweise in dem Buch »Avionics Navigation Systems« von K a y t ο η und Fried, Verlag John Wiley & Sons, 1969, Seiten 241 bis 245, beschrieben.
Im einzelnen zeigt die Figur ein Schema der abgestrahlten Meßstrahlen A, ßund C, die in der Regel symmetrisch zu den Flugzeugachsen liegen. Dies erleichtert die mehrfache Ausnutzung einer Antenne a. Es bietet sich dabei ein vierter Meßstrahl D an, welcher zur Bildung eines Referenzsignals benutzt werden kann.
Während der Winkel ψ den Einfallswinkel eines Meßstrahls (z. B. von A) der Winkel γΗ den Winkel
zwischen der Flugrichtung χ und dem Meßstrahlzentrum (z. B. von A) und der Winkel >>d den Winkel
zwischen der Antennenquerrichtung y und dem Meßstrahlzentrum (z. B. von A) darstellen, ist mit ζ
diejenige Achse bezeichnet, die auf den Richtungen χ und vsenkrecht steht.
Sowohl beim aufeinanderfolgenden Vergleich als auch beim gleichzeitigen Vergleich findet die scheinbare
Verschmälerung des jeweiligen Diagramms immer nur in einer Richtung, d. h. für Ay n oder für Ay ο statt.
Praktisch entscheidet man sich für Ayn, weil die
Geschwindigkeitskomponente vxa in x-Richtung der
Antenne, d. h. der Flugrichtung, die beiden anderen
f«·1 Komponenten vy3 und vza dem Betrag nach weit
übersteigt und ihr Fehler daher zuvorderst klein gehalten werden muß.
Es ist bekannt, die Seitab-Komponente vya der
Geschwindigkeit, die durch die Keulenvergleichsmetho-
f'5 den nicht vom Land-See-Fehler befreit werden kann,
durch Nachdrehen der Antenne zu Null zu machen (sog. azimutstabilisierte Antenne). Dabei geht aber der
Vorteil einer flugzeug'esten Antenne verloren. Es kann
aber eine flugzeugfeste angebrachte Antenne verwendet werden, wenn man sich auf Einsatzbereiche mit
kleinem Abtriftwinkel, d. h. einer kleinen Seitab-Komponente der Geschwindigkeit, beschränkt. Dies ist z. S.
bei Hochgeschwindigkeits-Flugzeugen gegeben.
AufgdDe der Erfindung ist es, die Doppler-Radarnavigationseinrichtung
so weiterzuentwickeln, daß bei Ausrüstung des Flugzeugs mit flugzeugfest angebrachter
Antennenanordnung und Anwendung des Keulenumtastverfahrens
(»sequential beam lobing«) oder gleichzeitigen Keulenabtastverfahrens (»simultaneous
beam lobing«) der Einsatzbereich nicht auf kleine Abtriftwinkel des Flugzeugs beschränkt bleibt. Gemäß
der Erfindung, die sich auf eine Doppler-Radarnavigationseinrichtung der eingangs genannten Art bezieht,
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßwert für die Ableitung des Rückstreubeiwerts der Oberfläche in
Abhängigkeit vom Einfallswinkel in einer offenen Regelschleife auch die Seitab-Komponente der Geschwindigkeit
korrigiert.
Durch die Maßnahmen nach der Erfindung wird somit der Einsatzbereich flugzeugfester Doppler-Sensoren
mit Keulensignalvergleich auf Flugzeuge mit größeren
Abtriftwinkeln, z. B. Hubschrauber, erweitert.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Doppler-Radarnavigationseinrichtung für Flugzeuge zur Bestimmung der eigenen Fluggeschwindigkeit
über Grund mittels mindestens dreier von einer flugzeugfest angebrachten Antennenanordnung
unter verschiedenen Raumwinkeln zum Boden abgestrahlter Hochfrequenz-Meßstrahlen, die zur
Korrektur des Land-See-Fehlers jeweils aus zwei an der Erdoberfläche in zwei in Flugrichtung auseinanderliegenden
Bereichen auf ti äffenden Keulen zusammengesetzt sind, wobei bei der Ermittlung der
Fluggeschwindigkeitskomponenten aus den durch Keulensignalvergleich der Meßstrahlen korrigierten
Dopplerverschiebungen der rückgestreuten und am Flugzeug mittels der dort befestigten Antennenanordnung
empfangenen Signale ein Meßwert für die Ableitung des Rückstreubeiwerts der Oberfläche in
Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Meßstrahls auf der Oberfläche erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß mittels dieses Meßwerts in einer offenen Regelschleife auch die Seitab-Komponente
der Geschwindigkeit korrigiert wird.
2. Doppler-Radarnavigationseinrichtung nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich gleichzeitig (»simultaneous beam lobing«) oder
durch Umschalten zeitlich nacheinander (»sequential beam lobing«) vorgenommen ist.
3. Doppler-Radarnavigationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet
durch die Anwendung bei Flugzeugen mit verhältnismäßig großen Abtriftwinkeln, beispielsweise
bei Hubschraubern.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742440872 DE2440872C3 (de) | 1974-08-27 | Doppler-Radarnavigationseinrichtung mit jeweils zwei Meßstrahlenkeulen zur Korrektur des Land-See-Fehlers |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19742440872 DE2440872C3 (de) | 1974-08-27 | Doppler-Radarnavigationseinrichtung mit jeweils zwei Meßstrahlenkeulen zur Korrektur des Land-See-Fehlers |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2440872A1 DE2440872A1 (de) | 1976-03-25 |
DE2440872B2 DE2440872B2 (de) | 1977-03-17 |
DE2440872C3 true DE2440872C3 (de) | 1977-11-03 |
Family
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