DE60033221T2

DE60033221T2 - Verfahren zur Funktionsüberwachung eines FM/CW Radarhöhenmessers und Radarhöhenmesser zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE60033221T2
Application number: DE60033221T
Authority: DE
Inventors: Thomson-CSF Propriete Intellec. Fabrice Orlandi
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1999-11-10
Filing date: 2000-11-07
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: BR0006784A; US6437730B1; IL139489A0; DE60033221D1; FR2800878A1; EP1099956A1; EP1099956B1; FR2800878B1; CA2325430A1

Description

Die Erfindung betrifft die Funkhöhenmesser vom Typ FM/CW, wobei FM/CW eine Abkürzung aus der angelsächsischen Literatur entsprechend „frequency modulation/continuous wave" ist. Diese Funkhöhenmesser entsenden eine kontinuierliche linear frequenzmodulierte Welle zwischen zwei Grenzwerten, d.h. eine Welle in Sägezahnform. Wenn diese Welle vom Funkhöhenmesser empfangen wird, nachdem sie vom Boden reflektiert wurde, weist sie in Bezug auf die entsandte Welle eine Verzögerung von 2h/c auf, wobei h die Höhe des Funkhöhenmessers zum Boden und c die Geschwindigkeit des Lichts ist; da die Modulation linear ist, ist diese Verzögerung proportional zur Mischfrequenz f, die durch Mischen des Sendesignals und des Empfangssignals erhalten wird; wenn der Unterschied dF zwischen den beiden Grenzwerten und der Dauer Td der Modulation für den Übergang von einem Grenzwert zum anderen bekannt ist, ist es nun möglicht, die Höhe durch folgende Formel zu berechnen: h = Td·f·c/2·dF
In Wirklichkeit ergibt das Mischen der gesandten und empfangenen Wellen nicht nur die Mischfrequenz; es ergibt ein ganzes Frequenzspektrum, aus dem durch verschiedene Bearbeitungsverfahren die für die zu messende Höhe repräsentative Frequenz entnommen werden kann; ein solches Verfahren ist beispielsweise in dem französischen Patent 2 750 766 beschrieben.
Aber bei diesen bekannten Funkhöhenmessern ist es durch nichts, außer durch Verwendung einer Prüfbank, möglich, die Qualität der Sende- und Empfangsantennenanlagen zu kontrollieren, die an die Sende- bzw. Empfangszugänge des Funkhöhenmessers angeschlossen sind. Nun wäre eine solche Bewertung äußerst nützlich, um insbesondere gewarnt zu sein, wenn Verschlechterungen auftreten, die eine Antennenanlage beeinträchtigen können, oder um einfacher Störechos auf mit dem Funkhöhenmesser verbundenen Hindernissen zu berücksichtigen.
Das Patent US 5 614 911 beschreibt eine Methode, die es ermöglicht, den Betriebszustand einer Antenne zu kontrollieren, die darin besteht, ein Signal zu einer Antennenanlage zu entsenden und das reflektierte Signal zu analysieren, wobei es mit einem vorher gespeicherten Echosignal verglichen wird.
Die vorliegende Erfindung soll diesen Mangel an Informationen über den Zustand der Antennenanlagen beseitigen, d.h. nicht nur über die Sende- und Empfangsantennen und ihr Anschlusskabel, sondern auch über das Mischsignal, das durch Mischen der Sende- und Empfangssignale erhalten wird.
Dies wird erzielt durch Entsenden eines eintreffenden Signals durch den Funkhöhenmesser zu der zu kontrollierenden Anlage und Studie der von der betreffenden Anlage reflektierten Welle.
Erfindungsgemäß wird dazu eine Methode zur Kontrolle des Zustandes der Antennenanlage für einen Funkhöhenmesser vom Typ FM/CW vorgeschlagen, mit einem Sendzugang und einem Empfangszugang, an die jeweils eine Sendeantennenanlage und eine Empfangsantennenan lage angeschlossen sind, wobei der Funkhöhenmesser einen linearen Oszillator, um ein sägezahnartiges Signal liefern, mit einer Verbindung zum Sendezugang, eine Mischschaltung mit zwei Verbindungen zum Oszillator bzw. zum Empfangszugang und ein Bearbeitungselement umfasst, um die Ausgangssignale der Mischschaltung zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontrolle mindestens einer der beiden Anlagen darin besteht, vom Funkhöhenmesser zu der zu kontrollierenden Anlage ein eintreffendes Signal zu senden, die von der zu kontrollierenden Anlage als Antwort auf die Entsendung des eintreffenden Signals reflektierten Signale zu sammeln und sie zum zweiten Eingang der Mischschaltung zu lenken und in dem Bearbeitungselement die von der zu kontrollierenden Anlage reflektierten Signale zu studieren, wobei diese Studie die Position und die Amplitude der Linien des Spektrums des von dieser Mischschaltung gelieferten Signals betrifft.
Es wird auch ein Funkhöhenmesser vom Typ FM/CW vorgeschlagen, umfassend einerseits in Serie ein Steuerelement, einen linearen Oszillator und erste Kopplungsmittel, um den Oszillator mit einer Sendeantennenanlage zu koppeln, und andererseits eine Mischschaltung mit einem ersten Eingang, der an den linearen Oszillator gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, zweite Kopplungselemente, um eine Empfangsantennenanlage mit dem zweiten Eingang der Mischschaltung zu koppeln, und ein Bearbeitungselement, um die Ausgangssignale der Mischschaltung zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Kontrolle des Zustandes von mindestens einer der beiden Anlagen erste Mittel, um ein eintreffendes Signal in Richtung der zu kontrollierenden Anlage zu senden, und zweite Mittel umfasst, um die von der zu kontrollierenden Anlage als Antwort auf die Entsendung des eintreffenden Signals reflektierten Signale zu sammeln und zum zweiten Eingang der Mischschaltung zu lenken, und dass das Bearbeitungselement dazu ausgeführt ist, die Linien des Spektrums des von der Mischschaltung gelieferten Signals hinsichtlich Position und Amplitude zu analysieren.
Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Figuren besser verständlich und weitere Merkmale werden ersichtlich, wobei:
1 einen Funkhöhenmesser nach dem Stand der Technik darstellt;
2 eine Grafik zu den von den vom Funkhöhenmesser entsandten und empfangenen Wellen, wie in diesem Dokument beschrieben, ist;
die 3 bis 5 erfindungsgemäße Funkhöhenmesser sind.
In den 1, 3, 4 und 5 sind die entsprechenden Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt einen Funkhöhenmesser nach der bekannten Technik. Dieser Funkhöhenmesser umfasst ein Steuerelement 1 und ein Bearbeitungselement 2, deren Funktionen mit Hilfe eines Mikroprozessors ausgeführt werden. Das Steuerelement 1 steuert einen linearen Oszillator 3, dessen Ausgangssignal an einen Richtkoppler 5 geliefert wird, der in dem beschriebenen Beispiel ein Koppler 20 dB ist. Der Koppler 5 überträgt den Großteil der Energie, die er empfängt, zu einem Sendezugang Be über einen Verstärker-Isolator 7, gefolgt von einem Bandfilter 9, und die übrige Energie, die er empfängt, an den ersten Eingang einer Mischschaltung 4, deren Ausgangssignale an das Bearbeitungselement 2 geliefert werden. Ein Kabel Cr verbindet eine Sendeantenne Ae mit dem Zugang Be.
Der Funkhöhenmesser aus 1 umfasst auch einen Empfangszugang Br, den ein Kabel Cr mit einer Empfangsantenne Ar verbindet, und in Serie zwischen dem Zugang Br und dem zweiten Eingang der Mischschaltung 4 einen Leistungsbegrenzer 6, einen Bandfilter 8 und einen Verstärker-Isolator 10.
Im Falle des mit Hilfe der 1 beschriebenen Beispiels, wie auch im Falle der Beispiele, die mit Hilfe der 3 bis 5 beschrieben werden, wird der lineare Oszillator derart gesteuert, dass er ein Signal liefert, dessen Frequenz sägezahnartig von einem Wert F1 zu einem Wert F2 mit einer Stufe bei der Niedrigfrequenz F1 variiert.
2 ist eine Grafik, die in durchgehenden Linien die zeitliche Variation der Frequenz der vom Funkhöhenmesser aus 1 entsandten Welle und in unterbrochenen Linien die zeitliche Variation der Frequenz der vom Boden reflektierten und von der Empfangsantenne Ar empfangenen Welle wiedergibt; die zweite Kurve entspricht der ersten, ist allerdings um die Zeit τ versetzt, die die Welle für eine Hin- und Herbewegung mit Reflexion am Boden benötigt. Wie bereits zu Beginn dieses Dokuments angeführt, ist die Höhe h, die der Funkhöhenmesser misst, gegeben durch folgende Formel: h = Td·f·c/2·dFwobei die Größen Td, f und dF in 2 angeführt sind: Td Dauer eines Sägezahns, f Mischfrequenz zwischen der entsandten Welle und der vom Boden reflektierten Welle, dF Breite des Frequenzbandes, das von den Sägezähnen durchlaufen wird.
Bei einem Funkhöhenmesser, wie jenem aus 1, ist nichts vorgesehen, um die Qualität der Sendeantennenanlage Ce, Ae und/oder der Empfangsantennenanlage zu kontrollieren; nun weisen diese Anlagen Ungenauigkeiten bzw. Fehler auf, die in dem Spektrum des von der Mischschaltung 4 gelieferten Signals Störstrahlen zu dem Strahl hinzufügen, der durch das Mischen zwischen der Sendewelle und der vom Boden reflektieren Welle in der Vertikalen des Funkhöhenmessers erzeugt wird.
3 zeigt, wie der Funkhöhenmesser aus 1 zu verändern ist, um die Qualität der Sendeantennenanlage zu kontrollieren. Ein Richtkoppler 11 ist in der Verbindung zwischen dem Filter 9 und dem Zugang Be eingefügt; er ist über einen Schalter 12 mit einem weiteren Richtkoppler 13 verbunden, der zwischen dem Zugang Br und dem Leistungsbegrenzer 6 eingesetzt ist.
Wenn der Schalter 12 geschlossen ist, wird der Großteil der von der Sendeantennenanlage reflektierten Energie vom Sendeweg abgelenkt, um auf dem Empfangsweg zum zweiten Eingang der Mischschaltung gesandt zu werden. Mit den Strahlen, die diese abgelenkte Energie in das Spektrum des Mischsignals, das vom Ausgang der Mischschaltung 4 geliefert wird, einleitet, misst das Bearbeitungselement 2 den Reflexionskoeffizienten der Sendeantennenanlage sowie den Hyperfrequenzverlust im Kabel Ce; durch Schließen des Schalters 12 kann das Bearbeitungselement somit jederzeit den Zustand der Sendeantennenanlage kontrollieren und insbesondere einen Alarm auslösen, wenn die Messergebnisse abnormal werden, beispielsweise nach einer zufälligen Verschlechterung des Kabels Ce oder der Antenne Ae.
Diese Messungen von Reflexionskoeffizienten und Hyperfrequenzverlusten sind herkömmliche Messungen, es ist somit unnötig, genauer auszuführen, wie sie zu verwirklichen sind. Es ist hingegen anzumerken, dass der lineare Oszillator unter Beibehaltung einer konstanten Breite dF für das von den Sägezähnen durchlaufene Frequenzband derart programmiert ist, dass er derartige Sägezahndauern Td hat, dass die Mischfrequenzen auf Grund der im Sendeweg reflektierten Wellen im Inneren des Frequenzbandes stattfinden, in dem das Bearbeitungselement seine Messung durchführt; in dem beschriebenen Beispiel erstreckt sich dieses Band von 40 bis 110 kHz, und die Mischfrequenzen werden auf 85 kHz gebracht. Für diesen Funktionstyp wird die Neigung dF/Td des Sägezahns progressiv verändert, wobei Td variiert wird, und so finden die Mischfrequenzunterschiede auf Grund des Sendeweges nacheinander bei 85 kHz statt, wo sie studiert werden; natürlich sind die Mischfrequenzen, die bei dieser Studie der Qualität der Sendeantennenanlage zu berücksichtigen sind, jene, die sehr geringe Distanzen von einigen Zentimetern bis zu einigen Metern betreffen, entsprechend dem Sendeweg und der unmittelbaren Umgebung des Sendeweges.
Die 4 und 5 zeigen, wie auf zwei unterschiedliche Arten zu dem Funkhöhenmesser nach 3 eine Kontrolle der Qualität der Empfangsantennenanlage hinzugefügt werden kann.
Im Falle der 4 ist ein erster Richtkoppler 14 in die Verbindung zwischen dem Koppler 5 und dem Verstärker-Isolator 7 eingesetzt; dieser erste Koppler ist über einen Schalter 15 mit einem zweiten Koppler 16 verbunden, der in die Verbindung zwischen dem Koppler 13 und dem Leistungsbegrenzer 6 eingesetzt ist. Der Koppler 14 leitet zum Koppler 16 einen sehr kleinen Teil der Energie, die er vom Oszillator 3 erhält, um, und der Koppler 16 lenkt den Großteil dieser abgelenkten Energie zur Empfangsantenne Ar. Wie für die Kontrolle der Qualität der Sendeantennenanlage betrifft die Studie die Mischfrequenzen, die sehr geringe Distanzen betreffen, die Reflexionen im Empfangsweg oder in unmittelbarer Nähe des Empfangsweges entsprechen.
Im Falle der 5 erfolgt die Kontrolle der Qualität der Empfangsantennenanlage durch Hinzufügen eines linearen Hilfsoszillators 3' zum Funkhöhenmesser aus 3 der vom Steuerelement gesteuert wird, und eines Schalters 15', gefolgt von einem Richtkoppler 16'; der Koppler 16' ist zwischen dem Koppler 13 und dem Leistungsbegrenzer 6 eingesetzt; der Koppler 16' lenkt, wenn der Schalter 15' geschlossen ist, den Großteil der Energie des Oszillators 3' zur Empfangsantennenanlage. Hier erfolgt die Kontrolle, wobei somit in den Empfangsantennenweg in Richtung der Empfangsantenne ein Signal eingeleitet wird, das vom Hilfsoszillator erzeugt wird, und wobei die Mischfrequenzen am Ausgang der Mischschaltung studiert werden. Das vom Hilfsoszillator 3' erzeugte Signal muss synchron die Sägezähne des Hauptoszillators 3 reproduzieren.
Es ist anzumerken, dass die drei Kontrollen einer Antennenanlage, die soeben mit Hilfe der 3 bis 5 beschrieben wurden, auf dieselbe Weise funktionieren: Senden eines eintreffenden Signals zu der zu kontrollierenden Anlage und Studie der Mischfrequenzen am Ausgang der Mischschaltung. Die drei Kontrollen unterscheiden sich durch die kontrollierten Anlagen und/oder durch die Art des eintreffenden Signals: Kontrolle der Sendeantennenanlage nach 3 und der Empfangsantennenanlage nach den 4 und 5, Verwendung als eintreffendes Signal des Signals des linearen Oszillators des Sendeweges der 3 und 4 und des Signals eines linearen Hilfsoszillators nach 5.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, so war insbesondere nicht von der Auslösung der Kontrollen die Rede; diese Auslösung kann durch einen Bediener und/oder automatisch erfolgen; in beiden Fällen wird das Bearbeitungselement über die durchzuführende Kontrolle informiert und schließt den verwendeten Schalter für diese Kontrolle; was die automatischen Kontrollen betrifft, können sie systematisch beispielsweise zum Zeitpunkt der Ingangsetzung des Funkhöhenmessers oder regelmäßig auslösen. Ebenso kann das Bearbeitungselement ein Ton- oder Lichtalarmsignal auslösen, sobald eine Kontrolle einer Antennenanlage eine Anomalie feststellt.
Es ist überdies anzumerken, dass, wenn ein Funkhöhenmesser nur mit der Kontrolle der Sendeantennenanlage ausgestattet sein kann, wie in 3 dargestellt, er auch nur mit der Kontrolle der Empfangsantennenanlage ausgestattet sein kann, was in den 4 und 5 bedeutet, dass der Schalter 12 weggelassen wird und dann die Koppler 11 und 13 durch Kurzschlussschaltungen ersetzt werden.

Claims

Methode zur Kontrolle des Zustandes der Antennenanlagen für einen Funkhöhenmesser vom Typ FM/CW mit einem Sendezugang (Be) und einem Empfangszugang (Br), an die jeweils eine Sendeantennenanlage (Ce, Ae) bzw. eine Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) angeschlossen sind, wobei der Funkhöhenmesser einen linearen Oszillator (3), um ein sägezahnartiges Signal zu liefern, mit einer Verbindung (7, 9) zum Sendezugang, eine Mischschaltung (4) mit zwei Verbindungen zum Oszillator bzw. zum Empfangszugang und ein Bearbeitungselement (2) umfasst, um die Ausgangssignale der Mischschaltung zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontrolle mindestens einer der beiden Anlagen darin besteht, vom Funkhöhenmesser zu der zu kontrollierenden Anlage ein eintreffendes Signal zu senden, die von der zu kontrollierenden Anlage als Antwort auf die Entsendung des eintreffenden Signals reflektierten Signale zu sammeln und sie zum zweiten Eingang der Mischschaltung zu lenken und in dem Bearbeitungselement die von der zu kontrollierenden Anlage reflektierten Signale zu studieren, wobei diese Studie die Position und die Amplitude der Linien des Spektrums des von dieser Mischschaltung gelieferten Signals betrifft.
Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontrolle der Sendeantennenanlage (Ce, Ae) darin besteht, als eintreffendes Signal das sägezahnartige Signal zu verwenden, einen Teil des von der Sendeantennenanlage reflektierten Signals umzulenken, um es zur Mischschaltung (4) zu senden, wobei es in die Verbindung zwischen dem Empfangszugang (Br) und der Mischschaltung eingeleitet wird.
Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontrolle der Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) darin besteht, einen Teil des sägezahnartigen Signals umzulenken, um es für das eintreffende Signal zu verwenden, und einen Teil des so abgelenkten Signals zur Empfangsantennenanlage zu senden, wobei es in die Verbindung zwischen der Mischschaltung (4) und dem Empfangszugang (Br) eingeleitet wird.
Methode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Kontrolle der Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) darin besteht, um das eintreffende Signal zu liefern, einen Hilfsoszillator (3') zu verwenden, um ein Signal ähnlich und synchron mit jenem des linearen Oszillators (3) zu liefern, das Signal des Hilfsoszillators zur Empfangsantennenanlage zu senden, wobei es in die Verbindung zwischen der Mischschaltung (4) und dem Empfangszugang (Br) eingeleitet wird.
Funkhöhenmesser des Typs FM/CW, umfassend einerseits in Serie ein Steuerelement (1), einen linearen Oszillator (3) und erste Kopplungsmittel (7, 9), um den Oszillator mit einer Sendeantennenanlage (Ce, Ae) zu koppeln, und andererseits eine Mischschaltung (4) mit einem ersten Eingang, der an den linearen Oszillator gekoppelt ist, und einem zweiten Eingang, zweite Kopplungselemente (6, 8, 10), um eine Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) mit dem zweiten Eingang der Mischschaltung zu koppeln, und ein Bearbeitungselement (2), um die Ausgangssignale der Mischschaltung zu bearbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Kontrolle des Zustandes von einer der Anlagen erste Mittel, um ein eintreffendes Signal in Richtung der zu kontrollierenden Anlage zu senden, und zweite Mittel umfasst, um die von der zu kontrollierenden Anlage als Antwort auf die Entsendung des eintreffenden Signals reflektierten Signale zu sammeln und zum zweiten Eingang der Mischschaltung zu lenken, und dass das Bearbeitungselement dazu ausgeführt ist, die Linien des Spektrums des von der Mischschaltung gelieferten Signals hinsichtlich Position und Amplitude zu analysieren.
Funkhöhenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, da die zu kontrollierende Anlage jene der Sendeantenne ist, die ersten Mittel den linearen Oszillator (3) umfassen und die ersten Kopplungselemente (7, 9) und die zweiten Mittel einen ersten und einen zweiten direktiven Koppler (11, 13) umfassen, die durch einen Schalter (12) verbunden sind, wobei der erste Koppler (11) zwischen den ersten Elementen (5, 7, 9) und der Sendeantennenanlage (Ce, Ae) und der zweite Koppler (13) zwischen der Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) und den zweiten Elementen (6, 8, 10) angeordnet ist, und dass die zwei Koppler (11, 13) derart angeschlossen sind, dass sie, wenn der Schalter (12) geschlossen ist, den Großteil der von der Sendeantennenanlage reflektierten Energie zu den zweiten Elementen umlenken.
Funkhöhenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, da die zu kontrollierende Anlage jene der Empfangsantenne ist, die ersten Mittel einen ersten und einen zweiten direktiven Koppler (14, 16), die durch einen Schalter (15) verbunden sind, umfassen, wobei der erste Koppler (14) zwischen dem Oszillator (3) und den ersten Elementen (7, 9) und der zweite Koppler (16) zwischen der Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) und den zweiten Elementen (6, 8, 10) angeordnet ist, und dass die beiden Koppler derart angeschlossen sind, dass sie, wenn der Schalter (15) geschlossen ist, einen geringen Teil der vom Oszillator (3) gelieferten Energie zur Empfangsantennenanlage umlenken.
Funkhöhenmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass, da die zu kontrollierende Anlage jene der Empfangsantenne ist, die ersten Mittel einen linearen Hilfsoszillator (3') und einen direktiven Koppler (16') umfassen, die durch einen Schalter (15') verbunden sind, wobei der lineare Hilfsoszillator vom Steuerelement (1) gesteuert wird und der Koppler zwischen der Empfangsantennenanlage (Cr, Ar) und den zweiten Elementen (6, 8, 10) angeordnet ist, und dass der Koppler derart angeschlossen ist, dass er, wenn der Schalter (15') geschlossen ist, den Großteil der vom linearen Hilfsoszillator (3') gelieferten Energie zur Empfangsantennenanlage lenkt.