DE1162892B

DE1162892B - Mit Frequenzmodulation arbeitender Funkhoenmesser

Info

Publication number: DE1162892B
Application number: DENDAT1162892D
Authority: DE
Inventors: Henri Maurice Quiot
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1961-04-06
Publication date: 1964-02-13
Also published as: US3177487A; FR1295592A; GB1008762A; NL276870A; GB979593A; US3168734A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 04 ρ

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 21 a4- 48/61

S 79217 IXd/21 a4 27. April 1962 13. Februar 1964

Es sind Funksonden bekannt, die als Höhenmesser mit Frequenzmodulation nach folgendem Prinzip arbeiten: Das nach der Reflexion am Boden empfangene Signal wird mit dem vom Sender ausgesandten Signal gemischt, um ein resultierendes Signal in Form einer S Schwebung zu erhalten. Hinter einer Stufe zur Begrenzung der Amplitude der Schwebungsspannung werden die Nulldurchgänge ausgezählt.

Wenn die ausgesandte Spannung und die empfangene Spannung vektoriell durch Έ bzw. R dargestellt werden, wird das in Fig. 1 wiedergegebene Diagramm erhalten, in welchem die Lage des Vektors Έ als Phasenursprung angenommen ist. Der Vektor R dreht sich vorwärts, wenn die Sendefrequenz zunimmt, und rückwärts, wenn sie abnimmt. Der von ihm beschriebene Winkel Φ hängt von dem Frequenzhub ab, d. h. von dem Doppelten des Unterschiedes AF zwischen den durch die Modulation erzeugten Grenzfrequenzwerten und dem mittleren Wert.

Es läßt sich nachweisen, daß dieser Winkel außerdem der Zeit T proportional ist, welche die vom Sender ausgesandte Welle braucht, um zum Boden zu gelangen und zu dem Flugzeugzurückzukehren: Φ = 4 π · Δ F· T.

Diese Zeit T ist ihrerseits der Höhe H proportional:

Mit Frequenzmodulation arbeitender Funkhöhenmesser

worin C die FortpflanzungsgeschwindigAnmelder:

Societe Nationale d'Btode et de Construction

de Moteurs d'Aviaition, Paris

Vertreter:

Dr. E. Wiegand, München 15, und Dipl.-Ing. W. Niemann,

Hamburg 1, Ballindamm 26, Patentanwälte

Als Erfinder benannt:

Henri Maurice Quiot, Issy-les-Moulineaux, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität

Frankreich vom 29. April 1961 (Nr. 860 350) - -

keit der Welle in Luft ist.

Die Messung des Winkels Φ ergibt so die gewünschte Höhenmeßangabe.

Wenn die ausgesandte Spannung ε gegenüber der empfangenen Spannung R sehr groß ist, kann die Schwebungsspannung u durch die Projektion von R auf E dargestellt werden. Die Schwebungsspannung oder Höhenmeßspannung geht jedesmal dann durch Null, wenn R mit ε einen rechten Winkel bildet.

Die bei den bekannten Funkhöhenmessern im allgemeinen benutzte Methode besteht darin, den Winkel Φ durch Zählung der Nulldurchgänge der Schwebungsspannung in einer Halbperiode -=- der Frequenzmodulation zu messen. Unter diesen Bedingungen wird der Winkel Φ bis auf π genau gemessen, so daß sich ein fester Höhenfehler von folgendem Wert ergibt:

Der feste Fehler rührt nicht von dem

Δ H =

8AF

Prinzip des Höhenmessers her, sondern von der Art der Auswertung der Signale.

Da dieser Fehler nur von der Amplitude des Frequenzhubes abhängt, könnte er durch Vergrößerung des Frequenzhubes verkleinert werden, jedoch würde dies zu Ausführungsschwierigkeiten führen.

Zweck der Erfindung ist, einen mit Frequenzmodulation arbeitenden Funkhöhenmesser zu schaffen, bei dem der feste Fehler verringert ist, ohne dabei den Frequenzhub zu vergrößern.

Die Erfindung sieht für diesen Zweck eine sehr einfache und leicht zu verwirklichende Schaltungsanordnung vor, welche den festen Fehler dadurch beträchtlich zu verringern gestattet, daß die Amplitudenbegrenzungsstufe mit einer sägezahnförmigen Spannung beaufschlagt wird, deren Amplitude gleich dem Scheitelwert der Schwebungsspannung vor der Amplitudenbegrenzung und deren Frequenz erheblich kleiner als die Modulationsfrequenz des Senders ist, und bei der Schwebungszählung eine Mittelwertbildung vorgenommen wird.

Es ist ein mit Frequenzmodulation arbeitender Funkhöhenmesser bekannt, in dem eine zweite Modulationsfrequenz vorgesehen ist, um ebenfalls eine Herabsetzung des festen Fehlers zu bewirken. Nachteilig ist bei diesem bekannten Höhenmesser, daß der Sender zweifach moduliert sein muß und daß in geringen Höhen, d. h. dann, wenn die Herabsetzung des festen Fehlers am wichtigsten ist, die für die Kompensation

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des festen Fehlers bestimmte Modulation geringer Frequenz unter Umständen eine Amplitude haben muß, die größer als die Amplitude der Höhenmeßfrequenzmodulation ist.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung, die mit einem System zur Kompensation des festen Fehlers versehen ist, arbeitet dieses System mit einer Frequenzverwerfung der Überlagerungsfrequenz, mit einem zusätzlichen Filter oder mit einem frequenzabhängigen Verstärker, und dies führt zu Ausführungen, die viel Nach einer Halbperiode der Sägezähne mit der Frequenz fy hat jeder der Punkte B und D die Hälfte des Kreises durchlaufen.

Durch Bildung der Summe aller während einer 1

Halbperiode x,

2/ψ

erhaltenen vorderen und hinteren

Fronten der Schwebungsschwingung erhält man den Wert des Winkels Φ mit einer Genauigkeit, welche

nicht mehr n, sondern

beträgt, so daß der feste

ff

Fehler in dem Verhältnis verkleinert ist.

Eine Schaltung zur Erzielung dieses Ergebnisses kann dadurch hergestellt werden, daß das Gitter der

heikler sind als die gemäß der Erfindung vorgeschlagene Anordnung. Insbesondere würde ein solches
System in einem Frequenzbereich in der Nähe der
Frequenz 400 MHz, die eine für Höhenmeßsonden
laufend verwendete Arbeitsfrequenz darstellt, sich in 15 Amplitudenbegrenzungsröhre sägezahnförmig moduder Praxis kaum mit annehmbaren Abmessungen ver- liert wird.

wirklichen lassen. Ferner muß der Frequenzverwerfer F i g. 4 zeigt beispielsweise eine derartige Schalgenau balanciert sein, da sonst eine störende Spiegel- tung im Blockschema, in dem mit 1 der Sender befrequenz entsteht. Außerdem ist bei einigen Aus- zeichnet ist, der über die Sendeantenne Wellen ausführungsformen die Zählanzeige nicht proportional zur 20 sendet, welche nach Reflexion am Boden von der Höhe. Empfangsantenne aufgefangen werden. Das aus-

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme gesandte Signal und das empfangene Signal werden an auf die Zeichnung beispielsweise erläutert. einen Mischer 2 angelegt, der einen Verstärker 3 mit

F i g. 1 und 2 sind Diagramme, die die umlaufenden ungesättigter Ausgangsstufe beaufschlagt. Die durch Spannungsvektoren und den Verlauf der Schwebungs- 25 die Mischung der Signale erhaltene Schwebung, d.h. spannung u in Abhängigkeit von der Zeit / zeigen; das Höhenmeßsignal, wird dann einer Amplituden-

F i g. 3 ist ein ähnliches Diagramm, welches die begrenzungsstufe 4 zugeführt, deren Amplituden-Arbeitsweise eines Höhenmessers gemäß der Erfindung begrenzungsschwelle mit einer von einem entsprechenveranschaulicht; den Generator 5 gelieferten sägezahnförmigen Span-

Fi g. 4 ist ein Blockschema einer bei dem Höhenmesser 30 nung moduliert wird.

gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwen- Die Amplitude dieser sägezahnförmigen Spannung

deten Schaltungsanordnung. wird mittels eines Scheitelwertkomparators 6 so ein-

Wie bereits oben ausgeführt, wird zur Messung des gestellt, daß ihr Scheitelwert ständig gleich dem der Winkels Φ die Zahl der Nulldurchgänge der Schwe- von der ungesättigten Ausgangsstufe des Verstärkers 3 bungsspannung oder Höhenmeßspannung während 35 gelieferten Schwebungsspannung gehalten wird.

Die aus der Amplitudenbegrenzungsstufe 4 kommenden Impulse werden schließlich an einen Impulszähler 7 angelegt, welcher die gewünschte Höhenmeßangabe liefert.

Damit die Schaltung richtig arbeitet, muß der während einer Halbperiode -=-=— erhaltene Signalabschnitt

Tr
der Zeit -γ- ermittelt oder, was auf das gleiche hinausläuft, die Zahl der Durchgänge des Vektors r durch die Punkte B und D der Diagramme gemäß Fig. 1 und 2, wenn dieser Vektor den Winkel Φ beschreibt.

Hierfür wird nach Amplitudenbegrenzung ein kleiner Abschnitt der Schwebungsspannung beiderseits der Achse 0—t verstärkt, und die Nulldurchgänge der so erhaltenen Signale werden gezählt.

Wie bereits ausgeführt, entsteht so bei der Messung 45 vom Sender zum Boden und zurück zum Flugzeug des Winkels Φ ein maximaler Fehler von der Größe π.

Es ist möglich, durch Änderung der Amplitudenbegrenzungsschwellen einen Signalabschnitt in der Nähe der Achse o'—t' (Fig. 2) zu verstärken, was darauf hinausläuft, die Zahl der Durchgänge des Vektors R durch die Punkte B' und D' zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird nun die Amplitudenbegrenzungsschwelle zeitlich durch eine Spannung mit Sägezahnamplitude, die gleich der Höhenmeßscheitelspannung vor der Amplitudenbegrenzung ist, und mit einer Frequenz fq> geändert, die erheblich kleiner als die Modulationsfrequenz fr ist, so daß während der 2fr

wenigstens eine vollständige Sinuskurve enthalten, d. h., die Zeit für den Hin- und Rückweg des Signals

muß wenigstens gleich -=- sein, so daß der erhaltene Winkel Φ gleich --*- oder größer als dieser Wert

ist. Dies kann leicht selbst für die Höhe Null in üblicher Weise dadurch erreicht werden, daß der Speiseleitung zwischen Sender und Sendeantenne oder der Leitung zwischen Empfangsantenne und Empfänger eine geeignete Länge gegeben wird.

Claims

Patentanspruch:

Zeit ~ die Amplitudenbegrenzungsschwelle als fest

angesehen werden kann. Es ist ersichtlich, daß bei

Tr

jeder Halbperiode -y die der Amplitudenbegrenzungsschwelle S entsprechenden Punkte B und D nacheinander nach B₁, B₂, B₃ ... bzw. D₁, Z)₂, D₃ ... (Fig. 3) gelangen, wobei ^6s

BB₁ = B₁B₂ = ... = DD₁ = D₁D₁, =

fr Mit Frequenzmodulation arbeitender Funkhöhenmesser mit einer Stufe zur Begrenzung der Amplitude der sich aus der Mischung des ausgesandten Signals mit dem nach der Reflexion am Boden empfangenen Signal ergebenden Schwebungsspannung und mit Mitteln zur Zählung der Nulldurchgänge der Schwebungsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenbegrenzungsstufe (4) mit einer sägezahnförmigen Spannung beaufschlagt wird, deren Amplitude gleich dem Scheitelwert der Schwebungs-

spannung vor der Amplitudenbegrenzung und deren Frequenz erheblich kleiner als die Modulationsfrequenz des Senders ist, und bei der Schwebungszählung eine Mittelwertbildung vorgenommen wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 962778, 1100387; USA.-Patentschrift Nr. 2 436 627; IRE Transactions ANE-I (1954), Nr. 2 (Juni), 5 S. 15 bis

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 508/321 2.64 © Bundesdruckerei Berlin