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Verfahren zum Aussieben von Schallimpulsen aus einem Störgeräusch
für die Echolotung von Luftfahrzeugen Es ist bekannt, zur Bestimmung der Höhe eines
Luftfahrzeugs über dem Erdboden oder über dem Wasser das Echolotverfahren zu benutzen,
bei dem vom. Luftfahrzeug aus ein Schallimpuls ausgesendet und nach seiner Reflexion
am Erdboden wieder aufgenommen wird. Dabei wird die Höhe des Luftfahrzeugs entweder
dadurch bestimmt, daß die Laufzeit des Schalles gemessen wird, oder man läßt durch
das aufgenommene Echo den nächsten Schallimpuls selbsttätig auslösen, wobei dann
die Impulsfrequenz ein Naß für die Höhe ist.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Trägerfrequenz des
Schallimpulses so hoch zu wählen, daß das Eigengeräusch des Luftfahrzeugs möglichst
wenig stört. Hier tritt jedoch dadurch eine Schwierigkeit auf, daß bei zu hohen
Frequenzen der Reflexionskoeffizient des Erdbodens merklich abnimmt, die Reflexion
andererseits stark von der Bodenbeschaffenheit abhängig wird.
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Als günstigste Trägerfrequenz ergab sich daher eine solche zwischen
2000 und ßooo Hz.
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Schwingungen dieser Frequenz sind jedoch noch mit erheblicher Amplitude
im Flugzeuggeräusch
vorhanden, so daß man gezwungen war, mit starken
Schallquellen zu arbeiten. um das Echo aus dem Störpegel einwandfrei aussieben zu
können. Derartige Schallquellen erfordern aber große Energiemengen, die beispielsweise
in Form von Preßluft zur fügung stehen müssen, in jedem Falle aber einen verhältnismäßig
großen Gewichtsaufwand nötig machen Nähere Untersuchungen des Flugzeuggeräusches
haben nun ergeben, daß das Geräusch in dem genannten Frequenzbereich von 2000 bis
4000 Hz im wesentlichen aus einzelnen unregelmäßigen Schwingungen besteht, daß aber
längere Schwingungszüge mit gleichbleibender Amplitude im allgemeinen nicht auftreten.
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Diese Tatsache wird bei der Erfindung in vorteilhafter Weise ausgenutzt.
Die Erfilldung besteht danach in einem Verfahren zuui Aussieben von Schallimpulsen,
deren Trägerfrequenz 2000 bis 4000 Hz beträgt, aus einem Störgeräusch durch Ausschaltung
der Wir-Kung kurzdauernder Störimpulse für die Echolotung von Luftfahrzeugen, dadurch
gekennzeichnet, daß aus den von einem Aililirophon aufgenommenen Schwingungen die
Trägerfrequenz des Echoimpulses, welche in einem solchen Bereich des Frequenzintervalles
von 2000 bis 4000 Hz gelegt ist. wo im Störgeräusch vorwiegend keine ungedämpften
oder schwach gedämpften Schwingungen vorkommen, ausgesiebt und verstärkt werden
und über einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem Widerstand einem Kondensator mit
parallel geschaltetem Widerstand zugeführt werden. dessen Spannung einen bestimmten
Wert erreichen muß, um eine Anzeige oder eine Betätigung weiterer Anordnungen auszulösen.
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Bei der Erfindung wird somit im Echoempfänger außer der bereits an
sich beliannten Frequenzsiebung noch eine Aussiebung der mit im wesentlichen gleichbleibenden
Amplitude einfallenden Schwingungen des Echos vorgenommen. Da das Echo des ausgesendeten
Schallimpulses aus einer bestimmten Anzahl von 5 Schwingungen annähernd gleichbleibender
Amplitude besteht, kann der Empfänger so ausgebildet werden, daß er nur auf solche
Schwingungszüge anspricht.
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Zu diesem Zweck können die in bekannter Weise aus dem Gesamtgeräusch
ausgesiebten Schwingungen der Signaliträgerfrequenz, unter denen sich auch die Echoschwingungen
befinden beispielsweise nach genügender Verstärkung gleichgerichtet und über einen
ÄViderstand der Parallelschaltung eines Kondensators mit einem Widerstand zugeführt
werden.
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Bei passender Bemessung der Widerstände läßt sich erreichen, daß
der Nondensator auf eine bestimmte Spannung nur dann aufgeladen wird, wenn eine
gewisse Anzahl von Schwingungen genügend großer Amplitude, wie sie das Echo enthält,
dem Empfänger zugeführt wird. Das Erreichen dieser Spannung kann dann weiter zur
Laufzeitbestimmung des Schalles bzw. zur Auslösung des niichsten Impulses ausgenutzt
werden.
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Selbstverständlich lassen sich auch andere Anordnungen zum Unterdrücken
der gegedämpften Schwingungszüge verwenden, bei spielsweise ein sehr wenig gedämpfter
Schwingungskreis. der nur von einer größeren Anzahl von Schwingungen seiner Resonanzfrecluenz
genügend hoher Amplitude in bestimmtem Maße zum Schwingen gebracht wird.
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Es sei an dieser Stelle bemerkt, daß bereits ein Verfahren zum Aussieben
von Schallimpulsen aus einem Störgeräusdi l>eini Signalisieren mittels Schallschwingungen
bekanutgeworden ist, das gekennzeichnet ist durch die Verwendung eines aus einem
rotierenden oder schwingenden elektrischen oder akustischen Gleich richter bestehenden
Empfängers, dessen Umlaufs- oder Schwingungszahl regelbar ist. Die Unschädlichmachung
der störenden Schallschwingungen geschieht dabei durch eine Art Schwingungsfiltrierverfahren.
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Für die Echolotung von Flugzeugen ist dieses beliannte Verfahren
jedoch nicht geeignet, da es nur mit großen Schwierigkeiten möglich wäre, die Dreh-
oder Schwingungszahl des benutzten Gleichrichter genügend konstant zu halten. Außerdem
müßte ferner seine Phasenstellung bei Änderung der Flughöhe dauernd geregelt werden.
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Während bei diesem bekannten Verfahren eine extrem große Resonanzschärfe
zum Aussieben benutzt wird, ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung die Aussiebung
bestimmter Impulsbreiten in einem weit weniger scharf abgestimmten Isreis, der mit
normalen elektrischen Schaltelementen aufgebaut ist.
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Nach einem weiteren Erfindungsgedanke werden die aus dem Gesamtegeräusch
$ausgesiebten Schwingungen der Signalfrequenz durch Abschneiden der hohen Amplitude
auf gleichmäßige AMplitudengröße gebracht, die annähernd gleich der Amplitude der
Echoschwingung ist. Durch diese Maßnahme ist eine noch bessere Ausnutzung des Hauptgedankens
der Erfindung möglich. da die Wirkung der Schwingungen auf einen Aufschaukelungskreis
nunmehr nur noch von der Anzahl der Schwingungen abhängt. Daher können jetzt die
Anfangsamplituden der gedämpften Schwingungszüge wesentlich größer sein als die
Amplitude der Echoschwingungen, wenn die Amplituden der gedämpften
Schwingung
nur nach so Viel Perioden, wie im Echo vorhanden sind, unter dessen gleichbleibende
Amplitude gesunken sind.
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Es hat sich gezeigt, daß es unter Auswertung dieser Gedanken möglich
ist, mit Echoimpulsen zu arbeiten, deren Amplitude wesentlich kleiner als die Maximalamplitude
der Störgeräusche ist. Damit ergibt sich eine erhebliche Ersparnis an Schallenergie
und an Gewicht für das Echolot.
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Die Erfindung soll an Hand der Abb. I, die die Schaltung eines Ausführungsbeispieles
wiedergibt, und der Diagramme (Abb. 2 und 3) näher erläutert werden.
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Echo und Flugzeuggeräusch werden von dem Mikrophon 1 aufgenommen,
wobei eine bevorzugte Aufnahme der Trägerfrequenz tdes Echoimpulses dadurch erreicht
werden kann, daß ein auf diese Frequenz abgestimmtes Mikrophon verwendet wird. Zur
weiteren Aussiebung der Impulsträgerfrequenz dienen die abgesotimmten übertrager
2 und 4. Die Dämpfung dieser abgestimmten Kreise ist so groß, daß der Verlauf der
Ein- Ausschwingvorgänge der aufgenommenen Schwingungen nicht wesentlich geändert
wird. Die Röhre 5 erhält nur noch Schwingungen der Impulsträgerfrequenz, die wodurch
eine oder mehrere Röhren 3 vorverstärkt sind. Die Anodenspannung der Röhre 5 ist
so gewählt, daß die Echoschwingungen die Röhre gerade aussteuern, alle Schwingungen
größerer Amplitude jedoch abgeschnitten werden. Dieser Vorgang ist in Abb. 2 dargestellt,
in der a die Gitterspannungs-Anodenstromkennlinie der Röhre 5 wiedergibt, b ein
dem Echo entsprechender Schwingungszug und c ein dem Geräusch entsprechender stark
gedämpfter Schwingungszug bedeutet, die beide dem Gitter der Röhre aufgegeben werden.
d und e geben die entsprechenden Schwingungszüge im Anodenkreis wieder, wobei die
Anfangsamplitude der gedämpften Schwingung annähernd auf die des Echos vermindert
ist.
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Der ebenfalls auf die Trägerfrequenz abgestimmte Kreis 6 (Abb. 1),
der im Gegensatz zu sden Kreisen 2 und 4 eine möglichst kleine Dämpfung, d. h. eine
große Resonanzschärfe haben soll, siebt aus - den trapezförmigen Sohwingungen e
(Abb. 2) wieder die Grundwelle heraus. Das so erhaltene Schwingungsgemisch wird
in der Röhre 7 nochmals verstärke und über den Übertrager 8, den Gleichrichterg
und den Widerstand 10 dem Kondensator ii zugeführt, dem ein weiterer Widerstand
I2 parallel geschaltet ist. Der Gleichrichter 9 erhält von der Batterie I3 eine
solche Vorspannung, daß er nur Schwingungen durchläßt, deren Amplitude ein bestimmtes
Nfaß überschreitet. Die Widerstände 10 und 12 sind so bemessen, daß die Spannung
am ; Kondensator II nur bei einer Anzahl von Schwingungen, die im Echo, nicht aber
im Störgeräusch vorkommt, einen bestimmten Wert erreicht. Die Wirkungsweise ergibt
sich aus Abb. 3. In dieser bedeuten f und g die Schwingungszüge, die am übertrager
8 durch Echo bzw. Störgeräusch hervorgerufen werden. Der Gleichrichter hat die Vorspannung
E1, so daß nur die positiven Halbwellen, deren Amplitude größer als E1 ist, durchgelassen
werden und den Kondensator aufladen.
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Die Spannung am Kondensator steigt gemäß den Kurven z bzw. i an.
Wird nun an die Klemmen 14 (Abb. 1) eine Anordnung geschaltet, die erst anspricht,
wenn die Spannung über dem Wert E2 ansteigt, so kann wohl das Echo, nicht aber das
Störgeräusch das Ansprechen auslösen. Diese Anordnung kann beispielsweise in einer
gittergesteuerten Gasentladungsröhre bestehen, deren Gitter eine entsprechende negative
Vorspannung enthält, und die ihrerseits eine Zeitmeßeinrichtung betätigt oder einen
neuen Senderimpuls auslöst.
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Da sich die Amplitude des Echoimpulses je nach der Höhe des Luftfahrzeugs
und je nach der Beschaffenheit des reflektierenden Mediums in weiten Grenzen ändert,
wird zweckmäßig ein Verstärker verwendet, der bei schwankender Eingangs amplitude
eine konstante Amplitude der Echoschwingungen am Gitter der Röhre 5 erzeugt. Derartige
Verstärker mit selbsttätig regelndem Verstärkungsgrad sind an sich bekannt und brauchen
nicht näher bbeschrieben zu werden.
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PTENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Aussiebeu von Schallimpulsen aus
einem Störgeräusch durch Ausschaltung der Wirkung kurzdauernder Störimpulse für
die Echolotung vonLuftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß aus den von einem
Mikrophon aufgenommenen Schwingungen die Trägerfrequenz des Echoimpulses, welche
in einem solchen Bereich des Frequenzintervalles von 2000 bis 4000 Hz gelegt ist,
wo im Störgeräusch vorwiegend keine ungedämpften oder schwach gedämpften Schwingungen
vorkommen, ausgesiebt und verstärkt werden und über einen Gleichrichter mit nachgeschaltetem
Widerstand einem Kondensator mit parallel geschaltetem Widerstand zugeführt werden,
dessen Spannung einen bestimmten Wert erreichen muß, um eine Anzeige oder eine Betätigung
weiterer Anordnungen auszulosen.