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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Vorrichtung zum Messen des Retrodiffusionskoeffizienten des
Meers von einem Satelliten aus, um die Geschwindigkeit und
die Richtung der Meereswinde zu bestimmen.
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Es ist bekannt, daß der Retrodiffusionskoeffizient
einer hochfrequenten, von einem Satelliten in Richtung des
Meers ausgesendeten Radarwelle gemessen wird, um die
Geschwindigkeit und Richtung der Meereswinde zu bestimmen,
wobei diese Retrodiffusion, auch Bragg-Diffusion genannt,
stark vom augenblicklichen Wind beeinflußt wird.
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Bekanntlich erzeugt ein leichter Wind auf dem Meer
kleine Wellen oder Kräuselungen, deren physikalische
Wellenlänge bei einigen Zentimetern liegt. Verwendet man eine von
einem Satelliten ausgesendete Radarwelle etwa derselben
Wellenlänge, erzeugt man ein Resonanzphänomen, das die
Messung dieses Retrodiffusionskoeffizienten des Meers
erlaubt, der seinerseits von diesem leichten Wind abhängt.
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Die Messung der Windrichtung erfordert mehrere
Antennen auf dem Satelliten, wobei diese Antennen,
üblicherweise zwei oder drei je seitliches Beobachtungsband, gemäß
unterschiedlichen Azimuten ausgerichtet sind.
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Die meisten bekannten Vorrichtungen verwenden zwei
oder drei Antennen je seitliches Beobachtungsband, und zwar
im allgemeinen
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- eine vordere Antenne, deren Auftreffzone auf dem Meer 45º
vor dem Satelliten ausgehend von diesem liegt,
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- eine mittlere Antenne, deren Auftreffzone auf dem Boden
senkrecht unter dem Satelliten (ground track) liegt,
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- und eine rückwärtige Antenne, deren Auftrefffläche auf dem
Boden symmetrisch zur Auftreffzone der vorderen Antenne
bezüglich der Auftreffzone der mittleren Antenne 45º nach
hinten gerichtet ist.
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Ein solches System wird beispielsweise in figur 2 der
Druckschrift IEEE Transactions Geoscience and Remote
Sensing, 26 (1988), Nº 5, Seiten 532 bis 539, oder auch in der
Figur 1 der Druckschrift IGARSS 86 Symposium Proceedings,
Seiten 389 bis 394 beschrieben.
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Ein bestimmter Punkt auf dem seitlichen
Beobachtungsband wird also nacheinander dreimal gemessen, und zwar mit
unterschiedlichen Azimut-Einfallswinkeln. Diese drei
Messungen beseitigen die Mehrdeutigkeit hinsichtlich Richtung und
Amplitude des Winds in diesem Punkt.
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Die Verwendung von drei Messungen je seitliches
Beobachtungsband ist nicht unbedingt erforderlich. So
verwendet der amerikanische Satellit SEASAT beispielsweise nur
zwei, was jedoch den Nachteil bringt, daß die Auflösung der
erwähnten Mehrdeutigkeit hinsichtlich der Richtung der Winde
komplexer wird.
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Außer dem SEASAT-Projekt seien noch folgende bekannte
Systeme erwähnt:
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N SCATT-Projekt, das einen Betrieb im Ku-Band wie das
SEASAT-Projekt vorsieht, jedoch drei Messungen je seitliches
Beobachtungsband verwendet;
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die Projekte ERS-1 und ERS-2, auch "A.M.I." genannt, die
von der Europäischen Weltraumagentur derzeit realisiert
werden und drei Antennen je seitliches Beobachtungsband und
kurze Impulse verwenden, die eine hohe Sendeleistung
erfordem. Diese beiden Projekte arbeiten mit einem Bildradar vom
Typ SAR im Band C zusammen (SAR - Synthetic Aperture Radar);
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Projekte AMI-2 mit zwei seitlichen Beaobachtungsbändern
und SCATT-2, die Verbesserungen der obengenannten Systeme
sind, ohne jedoch ganz zufriedenzustellen.
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Diese bekannten Systeme erfordern außer für die
beiden letztgenannten Systeme, die Verwendung von Röhren-
Sendeverstärkern hoher Leistung, die sehr teuer und wenig
zuverlässig sind. Außerdem sind sie schlecht an die
Diffusionsmessung angepaßt. Beispielsweise erfordert das System
ERS-1
einen Kompromiß zwischen der funkmeßtechnischen und
der räumlichen Auflösung, der zu Lasten des letzteren
getroffen wurde. Dieses System in Verbindung mit einem
Bildradar vom SAR-Typ ist für die Diffusionsmessung nicht optimal
geeignet und daher von begrenztem Nutzen. Die Verwendung von
Röhrenverstärkern mit hoher Spitzenleistung (5 kW oder mehr)
führt zu einem wenig zuverlässigen Betrieb wegen der Gefahr
von Gasentladungen oder von "Multipactor"-Effekten in den an
diese Verstärker angeschlossenen Wellenleitern.
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Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beheben
und eine Radarvorrichtung für einen Satelliten zur Messung
des Retrodiffusionskoeffizienten des Meeres anzugeben, mit
dem die Geschwindigkeit und die Richtung der Meereswinde
gemessen werden können. Eine solche Vorrichtung heißt auch
Wind-Diffusionsmesser oder auch "Windscatterometer" und
verwendet drei Messungen je seitliches Beobachtungsband.
Diese Vorrichtung ist im Vergleich zu derzeit bekannten
Vorrichtungen hinsichtlich der Herstellungskosten, der
Leistungen und der Satellitenbelastung (Masse,
Stromverbrauch) verbessert, wobei die einzigen in der Praxis
bleibenden Beschränkungen auf den physikalischen Gesetzen und
dem Fortschritt der Technologie beruhen.
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Hierzu bezieht sich die Erfindung auf einen Wind-
Diffusionsmesser der obengenannten Art, der also drei Radar
strahlen je seitliches Beobachtungsband besitzt, wobei diese
drei Strahlen am Boden
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eine mittlere Auftreffzone, die üblicherweise senkrecht
unter der Position des Satelliten und in einer durch den
Satelliten verlaufenden senkrechten Ebene liegt,
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eine vordere Auftreffzone,
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eine hintere Auftreffzone definieren,
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dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Auftreffzone in
einer schrägen Ebene liegt, die durch den Satelliten
verläuft und vor der senkrechten Ebene mit der mittleren
Auftreffzone liegt, wobei diese vordere Auftreffzone parallel
zur mittleren Zone verläuft, und daß die hintere
Auftreffzone in einer weiteren schrägen Ebene liegt, die durch den
Satelliten verläuft und hinter der die mittlere Auftreffzone
enthaltenden Ebene liegt, wobei auch diese hintere Zone
parallel zur mittleren Zone verläuft.
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Dieses bevorzugte Merkmal erhöht die Richtwirkung der
Strahlen, die die vordere und hintere Auftreffzone
definieren, d.h. deren Gewinn, wodurch die Sendeleistung deutlich
verringert und die Dauer des Impulses vergrößert werden
kann. Der Sende-Leistungsverstärker kann ohne weiteres in
Halbleitertechnik ausgeführt sein und braucht keine Röhren
mehr, wie die meisten bekannten Ausführungsformen.
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Außerdem enthält das Empfangsteil vorzugsweise einen
Kanal zur Rauschmessung zusätzlich zum Kanal zur gemeinsamen
Messung von Signal und Rauschen, wobei der
Ruaschmessungskanal parallel zu diesem aktiv ist, d.h. zur selben Zeit.
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So ergeben sich eine genauere Rauschmessung als
bisher und ein breiteres Durchlaßband, eine längere
Integrationsdauer und eine richtige Eichung.
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Die Impulsfrequenz kann übrigens erhöht werden, was
die Anzahl der Meßwerte in der räumlichen Auflösungszelle
auf der Erdoberfläche entsprechend erhöht und damit die
Genauigkeit der Messung verbessert.
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Vorzugsweise verwendet man weiter eine Radartechnik
mit Impulskompression, wobei der Satellit dann ein Chirp-
Signal bestimmter Dauer aussendet, dessen Frequenz linear
moduliert wird, während beim Empfang des Echos im Satelliten
eine angepaßte Filterung durchgeführt wird, die ähnlich wie
beispielsweise bei akustischen Impulskompressionsfiltern
eine an sich bekannte und gut definierte mathematische
Korrelation zwischen dem vom Ziel reflektierten Echo und dem
Sendesignal durchführt, das zeitlich entsprechend verzögert
und ggf. in der Frequenz verschoben wird (hinsichtlich des
vorderen und des hinteren Strahls). Da dieser Prozeß optimal
ist, kann man die Verarbeitungsverluste vernachlässigen.
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Schließlich verwendet diese Vorrichtung vorzugsweise
eine neue sequentielle Eicheinheit zur Eichung der
Empfangskette durch Messung des Produkts aus Sendeleistung und
Empfangsverstärkung, wobei diese Einheit eine Regelschleife
enthält, die über einen am Ausgang des
Sendeleistungsverstärkers liegenden Richtkoppler einen geringen Teil des
Sendesignals empfängt und diesen Teil speichert und dann
nach Empfang des Echos und vor Aussendung eines neuen
Sendesignals einen dem Sendesignal gleichenden Eichimpuls
gleicher Frequenz speichert, der unmittelbar in diese Schleife
eingespeist wird, aber vorzugsweise eine geringere Leistung
besitzt und über ein regelbares Dämpfungsglied eingespeist
wird, das von der Schleife gesteuert wird, wodurch in
aufeinanderfolgenden Schritten, die sich über mehrere
aufeinanderfolgende Sendeimpulse erstrecken können, der
Dämpfungskoeffizient dieses Dämpfungsglieds so geregelt wird, daß die
beiden gespeicherten Werte energiemäßig gleich werden, so
daß sich dann das gesuchte Produkt aus Sendeleistung und
Empfangsverstärkung aus dem Produkt des am Ende der
Empfangskette gemessenen Leistungswerts des Eichimpulses, der
direkt in die Empfangskette über den Richtkoppler
eingespeist wurde, und dem doppelten Wert in Dezibel des
Kopplungskoeffizienten dieses Richtkopplers ergibt.
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Die Erfindung, weitere Vorteile und Merkmale werden
nun anhand der nicht beschränkend zu verstehenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels des auf einem Satelliten
montierten Wind-Diffusionsmessers anhand der beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert.
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Figur 1 zeigt in Perspektive das Arbeitsprinzip
dieser Einheit.
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Figur 2 zeigt vergrößert eines der in Figur 1
dargestellten Beobachtungsrechtecke auf dem Meer für eine
mittlere Antenne.
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Figur 3 zeigt ein vereinfachtes Übersichtsschema der
Bordelektronik dieses Satelliten hinsichtlich seines
Diffusions-Meßteils.
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In Figur 1 erkennt man einen Satelliten 1, der
konkret gesprochen in einer Höhe von etwa 800 km die Erde
umkreist, wobei die Bahnprojektion auf die Erde 2 in erster
Näherung eine Gerade ist.
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Der Satellit enthält einen Sender-Empfänger für eine
Radarwelle, die beispielsweise und vorzugsweise im Band C
ausgesendet wird, und er enthält drei Antennen 3, 4, 5 mit
elektronischer Strahlablenkung in diesem
Ausführungsbeispiel, die zur Erde (das bedeutet im vorliegenden Fall zum
Meer) sechs Strahlen aussendet, die zwei seitliche
Beobachtungsbänder 6, 7 parallel zur Bahnprojektion auf die Erde 2
und zu deren beiden Seiten definieren. Beispielsweise hat
jedes seitliche Band 6, 7 eine Breite von etwa 550 km.
Erfindungsgemäß liefern diese drei Antennen für das
rechte Band 7 ebenso wie für das linke Band 6 je drei
Strahlen, nämlich
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einen mittleren Strahl 8, der an sich nicht neu ist und
eine mittlere Auftreffzone 11 auf dem Meer senkrecht zum
Bandverlauf des Satelliten auf dem Boden definiert und in
der senkrechten Ebene 14 liegt, die durch den Satelliten
verläuft,
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einen vorderen Strahl 9, der eine vordere Auftreffzone 12
auf dem Meer definiert, die in einer schrägen, durch den
Satelliten 1 verlaufenden Ebene liegt und vor der Ebene 14
angeordnet ist, wobei diese vordere Auftreffzone 12 parallel
zur mittleren Auftreffzone 11 verläuft,
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und einen hinteren Strahl 10, symmetrisch zum vorderen
Strahl 9 bezüglich der erwähnten senkrechten Ebene 14, so
daß der hintere Strahl eine hintere Auftreffzone 13
definiert, die hinter der mittleren Auftreffzone 11 und parallel
zu dieser in gleichem Abstand von dieser wie die vordere
Auftreffzone 12 verläuft. Beispielsweise beträgt der Abstand
zwischen den Zonen 11 und 12 bzw. zwischen den Zonen 11 und
13 jeweils etwa 880 km.
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Der Satellit sendet in jedem Antennenstrahl 8, 9, 10
Radarwellen in Richtung auf aufeinanderfolgende Punkte jeder
Zone 11 bzw. 12 bzw. 13 und mißt die Intensität der als Echo
reflektierten und empfangenen Welle. Dieser Meßwert wird zur
weiteren Verarbeitung zum Boden gesendet, wo daraus der
korrigierte Retrodiffusionskoeffizient des Meers in jedem
der aufeinanderfolgenden Analysepunkte abgeleitet wird. Dann
wird ein Mittelwert am Boden in Quadraten oder Rechtecken 15
vorbestimmter Abmessungen (z.B. 25 km mal 25 km) berechnet,
die schachbrettartig in jedem seitlichen Band 7 und 6
definiert sind.
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Eines dieser Analysequadrate oder Analyserechtecke 15
ist vergrößert in Figur 2 zu sehen. Es wird also von vorne
nach hinten durch zum Beispiel die Auftreffzone 11
überstrichen angenommen, wobei der augenblicklich analysierte
Punkt das Bezugszeichen 16 trägt.
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Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung
verwendet man eine Impulskompressions-Radartechnik, die sich an
der für akustische Filter üblicherweise verwendeten Technik
orientiert. Das Signal, das vom Satelliten zur Erde gesendet
wird, ist daher kein schmaler Impuls, sondern ein Chirp-
Signal, bestehend aus einer Welle konstanter Amplitude, die
linear frequenzmoduliert ist und eine vorbestimmte Dauer
hat. Diese Welle besitzt ein Durchlaßband einer Breite B mit
praktisch senkrechten Rändern. Man kann mathematisch durch
eine Korrelation bekannter Formel zwischen der empfangenen
und der richtig zeitlich verzögerten und ggf. in ihrer
Frequenz verschobenen Sendewelle einen schmalen Impuls
erhalten, dessen Breite den Wert 1/B hat und dessen
Amplitude proportional zum gesuchten Retrodiffusionskoeffizienten
ist. Es läßt sich auch leicht zeigen, daß die räumliche
Auflösung dieser Vorrichtung in der Auftreffzone 11 einem
kleinen Rechteck 17 entspricht, das den augenblicklich
anvisierten Punkt 16 enthält und eine Breite 1 = c/(2B sin
i) besitzt. Hierbei ist c die Ausbreitungsgeschwindigkeit
dieser Funkwelle und i ist der Auftreffwinkel des Strahls,
der in Figur 1 eingetragen ist.
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Figur 3 zeigt das Übersichtsschema der elektronischen
Vorrichtung auf dem Satelliten 1, die die Radarwellen zur
Erde aussendet sowie deren Echos nach der Reflexion empfängt
und die Amplitude des nach der Korrelation erhaltenen
schmalen Impulses mißt. Diese Vorrichtung führt auch, wie
nachfolgend erläutert wird, praktisch permanent eine Eichung der
Rauschmeßkette sowie der Empfangskette durch.
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In Figur 3 erkennt man einen vorzugsweise digitalen
Generator 18, der an einem seiner Ausgänge 19 ein Chirp-
Sendesignal an einen Leistungsverstärker 20 liefert, der, da
er nur einige zehn Watt Ausgangsleistung benötigt,
vorzugsweise ein volltransistorisierter Verstärker ist. Dieser
Generator 18 empfängt an Eingängen 21 und 22 von einem
örtlichen Frequenzgenerator 23 einerseits ein Taktsignal und
andererseits ein Hochfrequenzsignal konstanter Frequenz.
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Dieses verstärkte Chirp-Signal wird über die
Verbindung 24 und über Zirkulatoren 25, 26, 27, die von einer
Schaltung 28 gesteuert werden, an eine der Sendeantennen 4,
3, 5 angelegt, die abwechselnd durch eine nicht dargestellte
elektronische Umschaltvorrichtung auf das linke Band 6 und
das rechte Band 7 gerichtet werden. Um die Beschreibung zu
vereinfachen, ist nur ein seitliches Band, beispielsweise
das Band 7, durch die Mittel beleuchtet, die in diesem
Schema zu sehen sind.
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Um eine direkte Beeinflussung des Empfangsteils durch
die Sendeimpulse zu verhindern, sind zwei weitere als
Schalter wirksame Zirkulatoren 29 und 31 vorgesehen, die während
der Sendephase offen und während der Empfangsphase
geschlossen sind.
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Das Echosignal (das stets ein Chirp-Signal ist, aber
zeitlich verzögert und ggf. in seiner Frequenz verschoben
ist), wird vom Antennensystem empfangen und an den
Empfangskanal 30 über den dann geschlossenen Schalter 29, 31
angelegt.
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Das empfangene Nutzsignal hat eine schwache Amplitude
und ist vollständig im Rauschen versteckt. Die Empfangskette
muß also daraus das Nutzsignal extrahieren.
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Die Kette 30 enthält ein erstes Bandpaßfilter 32, das
die Störanteile in der Nähe des Nutzbands des Signals
sperren kann. Das Signal wird dann durch einen rauscharmen
Verstärker 33 verstärkt und gelangt in ein zweites
Bandpaßfilter 34, das durch die übliche Eliminierung der
Bildfrequenz einen Frequenzwechsel mit einem einzigen Seitenband
ergibt.
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Ein erster Frequenzwechsel ergibt sich dann in einer
Mischstufe 35, die dieses Nutzsignal und an einem weiteren
Eingang 36 eine örtliche Frequenz vom Generator 23 empfängt.
Das am Ausgang 37 erhaltene Signal ist ein
Zwischenfrequenzsignal, beispielsweise bei 200 MHz.
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Nach dem Durchgang durch ein Tiefpaßfilter 38, das
wie üblich die anderen Mischprodukte sperren und das
Rauschband verringern soll, wird dieses Signal bis auf einen
gewünschten Pegel mit Hilfe eines
Zwischenfrequenzverstärkers 39 verstärkt und dann gleichzeitig an zwei parallel
arbeitende Meßketten angelegt:
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- eine erste Meßkette 40 zur Messung von Nutzsignal plus
Rauschen entsprechend dem empfangenen Echo,
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- und eine zweite Kette 41 zur Messung allein des Rauschens.
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Die Kette 40 enthält zuerst ein Bandpaßfilter 42, das
ähnlich wie das oben erwähnte Filter 34 die Bildfrequenz für
einen zweiten Frequenzwechsel entfernen soll, mit dem man
ins Basisband gelangt. Dieser zweite Frequenzwechsel erfolgt
mit Hilfe einer Mischstufe 43, die an ihrem zweiten Eingang
44 ihre örtliche Frequenz vom Generator 23 empfängt; ein
weiteres Tiefpaßfilter 45 begrenzt vor der Tastung des
Signals in einem von einem Mikroprozessor 47 gesteuerten
Tastorgan 46 das Frequenzband des Signals, um Probleme der
Faltung des Spektrums zu vermeiden. Dieses getastete Signal
wird dann in einem Analog-Digital-Wandler 48 digitalisiert
und an den Mikroprozessor 47 über eine digitale Verbindung
49 übertragen.
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Die Rauschmeßkette 41, die gemäß einem besonderen
Aspekt der Erfindung parallel mit der Kette 40 arbeitet,
bewirkt ebenfalls eine Frequenzherabsetzung mit einem
Bandpaßfilter 50, gefolgt von einer Mischstufe 51, die ihre
lokale Frequenz über einen zweiten Eingang 52 empfängt.
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Ein Schalter 54 wird vom Mikroprozessor 47 so
gesteuert, daß er während der Sendephase offen und während der
Empfangsphase geschlossen ist. Der Sendesignalgenerator 18
enthält eine Informationsverbindung 55 zum Mikroprozessor
47, wobei letzterer über eine Verbindung 56 sein Taktsignal
vom Generator 23 empfängt.
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Ein Bandpaßfilter 53 wählt das Rauschband aus, das
man messen will, und das Signal am Ausgang dieses Filters
gelangt an einen Detektor 57, der die Amplitude des
Rauschpegels mißt und von einem Integrierverstärker 58 gefolgt
wird. Der Rauschpegel ist also am Ausgang 59 dieses
Integrators integriert und wird ebenfalls in einem Analog-Digital-
Wandler 60 digitalisiert und dann zum Mikroprozessor 47 über
eine digitale Verbindung 61 geleitet.
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Der Mikroprozessor 47 führt die mathematische
Korrelation nach der Impulskompressionstechnik zwischen diesem
empfangenen Echosignal und dem vorher ausgesendeten Signal
(das über die Verbindung 55 geliefert wird) durch, nachdem
letzteres Signal entsprechend zeitlich und frequenzmäßig
verzögert wurde. Diese Korrelationsoperation liefert das
Signal, das dem schmalen Impuls der Breite 1/B entspricht;
die Amplitude dieses Signals, die bekanntlich proportional
zum Retrodiffusionskoeffizienten des Meeres ist, wird über
den Ausgangskanal 62 zur Bodenstation übermittelt, um dort
verarbeitet zu werden, so daß man unter Berücksichtigung der
drei nacheinander für einen gegebenen Punkt erhaltenen
Informationen von den drei Zonen 12, 11 und dann 13 die
Amplitude und die Richtung des Winds in diesem Punkt zu
erhalten.
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Die Anlage auf dem Satelliten enthält weiter zwei
besonders interessante Eichketten, nämlich eine Eichkette 63
zur Eichung des Rauschens und eine Eichkette 64 für die
Echomessung selbst, d.h. eine Kette zur Bestimmung des
variablen Produkts aus Sendeleistung und
Empfangsverstärkung, wogegen die anderen in die Messung des
Retrodiffusionskoeffizienten eingehenden Faktoren feste Werte haben.
Diese beiden Eichketten können entweder permanent arbeiten
und eine praktisch stets vorhandene Nacheichung bewirken,
oder sequentiell arbeiten, d.h. von Zeit zu Zeit.
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Die Rauscheichkette 63 enthält einen Rauschgenerator
65, der nacheinander zwei Rauschpegel vorgegebener Amplitude
aussenden kann, wie sie für die Eichoperation notwendig
sind. Diesem Generator folgt ein statischer Schalter 66, der
von einem Ausgang 67 des Mikroprozessors 47 gesteuert wird,
und ein Dämpfungsglied 68 eines festen Dämpfungsgrads. Die
beiden Rauschpegel werden mit Hilfe des Zirkulatorschalters
31, der demgemäß durch den Mikroprozessor 47 über eine
Steuerverbindung 79 und die erwähnte Schaltung 28 gesteuert
wird, direkt und ausschließlich an die Empfangskette 30
geliefert, die dementsprechend über die Kette 41 und die
Verbindung 61 an den Mikroprozessor 47 die beiden
Rauschamplitudenwerte weiterliefert, die für die Rauscheichung
erforderlich sind, wobei die Eichoperation natürlich am
Boden erfolgt (mittels Daten, die über die Verbindung 62
übertragen werden).
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Die Eichkette 64 der Empfangskette 30 bildet auf
neuartige Weise das Produkt aus Sendeleistung Pe und
Empfangsverstärkung Gr, wobei diese beiden Größen praktisch die
einzigen sind, die sich verändern können.
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Diese Kette 64 enthält eine Schleife mit getasteter
Regelung 69, die an die Ausgangsleitung 24 des
Sendeverstärkers 20 über einen Wellenleiter-Richtkoppler 70 mit
einem definierten Kopplungskoeffizienten C und besonders
hoher Stabilität gekoppelt ist. Diese Schleife wird außerdem
nacheinander über einen Ausgang 71 des Generators 18 und ein
regelbares Dämpfungsglied 72 mit demselben Chirp-Signal
gespeist, das auch über die Leitung 19 ausgesendet wird,
jedoch ist dessen Pegel vorzugsweise deutlich niedriger. Der
Ausgang 73 dieses Dämpfungsglieds 72 verläuft, wie
dargestellt, über den zweiten Zweig des Kopplers 70 (ähnlich der
Leitung 24, die über den ersten Zweig dieses Kopplers
verläuft) und speist einen Detektor 74, auf den ein
Integratorverstärker 75 folgt. Dessen Ausgangssignal 76 wird an eine
einfache Speicher- und Steuerschaltung 77 zur automatischen
Verstärkungssteuerung angelegt, die einen auf das variable
Dämpfungsglied 72 einwirkenden Ausgang 78 besitzt.
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Der Betrieb dieser Eichkette 64 wird nun beschrieben.
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Beim Aussenden eines Chirp-Signals in Richtung zur
Erde wird ein kleiner Teil dieses Signals mit einer um C
Dezibel abgesenkten Leistung Pe am Ausgang 24 des
Verstärkers 20 durch den Koppler 70 entnommen, erfaßt und durch die
Schaltungen 74 und 75 der Schleife 69 integriert und dann im
Organ 77 gespeichert.
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Nach Empfang des Echos und vor dem Aussenden eines
neuen Chirp-Signals über die Verbindung 19 wird ein Chirp-
Signal unmittelbar in die Schleife 69 über den erwähnten
Ausgang 71 des Generators 18 eingespeist. Dieses Signal, das
die gleiche Frequenz und die gleiche Form wie das
Sendesignal hat, wird ebenfalls nach der Erfassung in der Schaltung
74 unter Integration in der Schaltung 75 im Organ 77
gespeichert, das dementsprechend über die Steuerung 78 auf das
Dämpfungsglied 72 einwirkt, um beim nächsten Mal zwei
gespeicherte Signale zu erhalten (von denen eines am Ausgang
19 vorliegt und vom Speicherorgan 77 übernommen wird und das
andere am Ausgang 71 vorliegt und genauso übernommen wird),
die gleiche Amplituden haben. Gegebenenfalls ergibt sich
diese Gleichheit der in dem Organ 77 gespeicherten Signale
erst nach mehreren aufeinanderfolgenden derartigen
Operationen einer automatischen Verstärkungssteuerung über die
Steuerung 78.
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Wenn die beiden im Organ 77 gespeicherten Signale
(einerseits der Bruchteil des Sendesignals, der vom Koppler
70 entnommen wurde und andererseits das am Ausgang 71
vorliegende Signal, das in dem durch die Regelschleife 69
gesteuerten regelbaren Dämpfungsglied 72 geeignet gedämpft
wurde) genau gleich sind, wird das an der Verbindung 73
vorliegende Signal parallel auf die Verbindung 24 über den
Koppler 70 (der es damit um C Dezibel dämpft) und
unmittelbar und allein an die Empfangskette 30 angelegt, wobei die
Zirkulatoren 25, 26, 27, 29, 31 durch die Schaltung 28 so
gesteuert werden, daß sie alle als geschlossene Schalter
wirken. Die Amplitude dieses letztgenannten Signals wird
dann im Mikroprozessor 47 gemessen und zur Bodenstation über
den Ausgang 62 für die Eichung der Instrumente am Boden
übertragen. Dieses gemessene Signal ist ein Signal, das die
Eichung der Empfangskette 30 erlaubt, da es dem Signal
gleicht, das zuerst auf der Verbindung 73 verfügbar war,
das, wie gesehen, dem Signal entspricht, dessen
Sendeleistung Pe zuerst um C Dezibel gedämpft wurde und dann zur
Verbindung 24 über den Koppler 70 übertragen wurde, d.h.
nochmals um C Dezibel gedämpft wurde, und dann in der
Empfangskette 30 mit dem Verstärkungsgrad Gr verstärkt wurde.
Da der Dämpfungskoeffizient C bekannt und stabil ist, ist
das gesuchte Produkt Pe Gr , das für die Eichung notwendig
ist, gleich diesem gemessenen Signal, das zweimal um den
Wert dieses Kopplungskoeffizienten C (in Dezibel) gedämpft
wurde.
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Eine zusätzliche Besonderheit der Eichvorrichtung
besteht darin, daß das ausgesendete und durch die
Anpassungsfehler der Antennen zum Empfänger reflektierte Signal
getestet werden kann. Man braucht hierzu lediglich über die
Steuerschaltung 28 die Antenne auszuwählen, um das
Eichsignal
über sie auszusenden. So überprüft man die Verluste der
Schaltmatrix der Zirkulatoren 25, 26, 27, 29, 31 sowie die
Verluste aufgrund der Anpassungsfehler.
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Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das
oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr
sind zahlreiche andere Ausführungsformen dieses
Wind-Diffusionsmesser mittels Satelliten denkbar.
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So könnte der Satellit 1 auch nur ein seitliches Band
beleuchten. In dem sinnvollsten Fall von zwei seitlichen
Bändern 6 und 7 könnte der Satellit auch entweder drei
Antennen je seitliches Beobachtungsband enthalten und dann
mit insgesamt sechs Antennen keine elektronische
Strahlablenkung einsetzen, oder beispielsweise fünf Antennen
besitzen, nämlich zwei getrennte für die rückwärtigen
Strahlen 13 jedes der beiden seitlichen Bänder, zwei getrennte
für die beiden vorderen Strahlen 12 und eine gemeinsame
mittlere Antenne 3 für die beiden mittleren Strahlen 11,
wobei diese letztgenannte Antenne 3 dann eine Antenne mit
elektronischer Strahlablenkung ist. Die mittlere
Sendefrequenz kann auch in einem anderen als dem Band C liegen. Die
Merkmale der Lage und Abmessungen des seitlichen
Beobachtungsbands können verändert werden, um abhängig vom Orbit
des Satelliten die optimale Überdeckung zu erhalten.