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DE1188150B - Device for measuring altitude based on the altitude angle and the distance to a very distant target with the help of reflected electromagnetic waves - Google Patents

Device for measuring altitude based on the altitude angle and the distance to a very distant target with the help of reflected electromagnetic waves

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Publication number
DE1188150B
DE1188150B DEA35467A DEA0035467A DE1188150B DE 1188150 B DE1188150 B DE 1188150B DE A35467 A DEA35467 A DE A35467A DE A0035467 A DEA0035467 A DE A0035467A DE 1188150 B DE1188150 B DE 1188150B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage
height
elevation angle
altitude
potentiometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEA35467A
Other languages
German (de)
Inventor
George Bruck
Lee Chester Keene
Robert John Schipper
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Avco Corp
Original Assignee
Avco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US827932A external-priority patent/US3069677A/en
Application filed by Avco Corp filed Critical Avco Corp
Priority to DEA35467A priority Critical patent/DE1188150B/en
Publication of DE1188150B publication Critical patent/DE1188150B/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
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    • G01S13/06Systems determining position data of a target
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    • GPHYSICS
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    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H04pH04p

Deutsche Kl.: 21 a4-48/44 German class: 21 a4- 48/44

Nummer: 1188 150Number: 1188 150

Aktenzeichen: A 35467IX d/21 a4File number: A 35467IX d / 21 a4

Anmeldetag: 1. September 1960 Filing date: September 1, 1960

Auslegetag: 4. März 1965Opening day: March 4, 1965

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Höhenbestimmung auf Grund des Höhenwinkels und der Entfernung sehr weit entfernter Ziele mit Hilfe reflektierter elektromagnetischer Wellen, bei dem eine Spannung, die der unter Berücksichtigung der Erdkrümmung berechneten scheinbaren Höhe proportional ist, zur Berücksichtigung der Brechungseigenschaften der Atmosphäre korrigiert wird.The invention relates to a device for determining altitude on the basis of the altitude angle and the Removal of very distant targets with the help of reflected electromagnetic waves, in which one Stress proportional to the apparent height calculated taking into account the curvature of the earth is corrected to take into account the refractive properties of the atmosphere.

Bekanntlich breitet sich ein von der Erdoberfläche ausgesandter Radarstrahl nicht geradlinig aus, sondern legt infolge der atmosphärischen Strahlenbrechung eine zur Erde hin gekrümmte Bahn zurück.It is well known that a radar beam emitted by the earth's surface does not propagate in a straight line, but rather travels a curved path towards the earth as a result of the atmospheric refraction of rays.

Wegen dieser Brechungserscheinung ergeben sich erhebliche Fehler, wenn die Höhe von mit hoher Geschwindigkeit fliegenden Flugzeugen oder Flugkörpern in großen Entfernungen und geringen Höhen, also bei kleinen Höhenwinkeln mit einem Radargerät gemessen werden soll.Because of this refraction phenomenon, significant errors result when the height of with high Speed of flying aircraft or missiles at great distances and low altitudes, should be measured with a radar device at small angles of elevation.

Wenn eine geradlinige Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen angenommen wird, ist die Höhenmessung auf Grund der vom Radargerät gemessenen Werte der Entfernung und des Höhenwinkels ein rein geometrisches Problem. Bei großen Entfernungen muß der Einfluß der Erdkrümmung berücksichtigt werden. Daher berechnet sich die scheinbare Höhe nach folgender Gleichung:If a rectilinear propagation of the electromagnetic waves is assumed, that is Altitude measurement based on the distance and altitude angle values measured by the radar device a purely geometric problem. In the case of great distances, the influence of the curvature of the earth must must be taken into account. Therefore, the apparent height is calculated using the following equation:

Hr =Hr =

Darin istIn it is

Ir0 Ir 0

Hr = scheinbare Höhe,
R = Entfernung,
r0 = Erdradius,
a. — Höhenwinkel.
Hr = apparent height,
R = distance,
r 0 = radius of the earth,
a. - Elevation angle.

Die so errechnete Höhe ist jedoch nicht richtig, wenn der Radarstrahl infolge der Brechungseigenschaften der Atmosphäre eine gekrümmte Bahn zurücklegt.However, the altitude calculated in this way is not correct if the radar beam is due to the refraction properties the atmosphere follows a curved path.

Durch neuere Untersuchungen wurde festgestellt, daß der Brechungsindex der Atmosphäre von der Temperatur, vom Druck und vom Taupunkt an der betreffenden Stelle abhängt und demnach nicht für alle Stellen der Atmosphäre eine Konstante ist. Deshalb ist die Brechung bzw. die Gesamtkrümmung eines Radarstrahls, die vom Brechungsindex an jedem Punkt des Strahlverlaufs abhängt, nicht eine Konstante, sondern ändert sich entsprechend den atmosphärischen Bedingungen längs der Bahn des Strahles. Es ist auch gelungen, die Brechungseigenschaften der gesamten Atmosphäre für bestimmte angenommene Wetterbedingungen in Abhängigkeit von der Höhe darzustellen. Recent research has shown that the refractive index of the atmosphere depends on the Temperature, pressure and dew point at the point concerned and therefore not for all Make the atmosphere a constant. Therefore the refraction or the total curvature is one Radar beam, which depends on the refractive index at each point of the beam path, not a constant, but changes according to the atmospheric conditions along the path of the jet. It is also succeeded in assuming the refractive properties of the entire atmosphere for certain weather conditions to be displayed depending on the height.

Gerät zur Höhenmessung auf Grund des Höhenwinkels und der Entfernung eines sehr weit entfernten Zieles mit Hilfe reflektierter elektromagnetischer WellenDevice for height measurement based on the elevation angle and the distance of a very distant target with the help of reflected electromagnetic waves

Anmelder:Applicant:

Avco Corporation, Cincinnati, Ohio (V. St. A.)Avco Corporation, Cincinnati, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,Dipl.-Ing. E. Prince and Dr. rer. nat. G. Hauser, Patent attorneys,

München-Pasing, Ernsbergerstr. 19Munich-Pasing, Ernsbergerstr. 19th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

George Brück, Wyoming, Ohio; Lee Chester Keene, Tulsa, OkIa.; Robert John Schipper, Crestview Hill, Ky.George Brück, Wyoming, Ohio; Lee Chester Keene, Tulsa, Okla .; Robert John Schipper, Crestview Hill, Ky.

(V. St. A.)(V. St. A.)

Kennt man auf diese Weise den Brechungsindex anIn this way, one knows the refractive index

a5 jeder Stelle des Weges des Radarstrahls, so läßt sich a5 every point of the path of the radar beam, so can

unter Verwendung des Snellschen Gesetzes eine exakte Gleichung für den Strahlverlauf wie folgt ableiten:Using Snell's law, derive an exact equation for the beam path as follows:

R = R =

ahAh

1- -1- -

cos8 «0 cos 8 « 0

Hierbei istHere is

R = Länge des Strahlweges bis zum Ziel, Htwahre Zielhöhe, R = length of the beam path to the target, H t - true target height,

äh — Höhenänderung zwischen benachbarten Punkten längs des Strahlweges, uh - change in height between neighboring points along the beam path,

n0 = 1 + JV0 · 10-6 (nach Definition) n 0 = 1 + JV 0 · 10- 6 (according to definition)

= Brechungsindex an der Erdoberfläche,= Refractive index on the earth's surface,

JV0 = Brechzahl an der Erdoberfläche, η = 1 + JV · 10-6 (nach Definition)JV 0 = refractive index at the earth's surface, η = 1 + JV · 10- 6 (according to definition)

= Brechungsindex an einem beliebigen Punkt längs des Strahlweges, in Abhängigkeit von der Höhe,= Refractive index at any point along the beam path, depending on from the height,

JV = Brechzahl an der betreffenden Stelle, r0 = Erdradius,JV = refractive index at the relevant point, r 0 = radius of the earth,

h = Höhe an einer beliebigen Stelle längs des Strahlweges und h = height at any point along the beam path and

K0 = Höhenwinkel des Strahls an der Sendestelle. K 0 = angle of elevation of the beam at the transmission point.

509 517/312509 517/312

3 43 4

Diese Gleichung ist jedoch nicht integrierbar und geringen endlichen Höhe H0 liefert, während derHowever, this equation cannot be integrated and yields a small finite height H 0 during the

kann demnach nicht durch ein Analogrechengerät zweite Teil die Höheninformation oberhalb dercan therefore not by an analog computing device, the height information above the second part

gelöst werden. Um eine Gleichung herzustellen, die an Höhe H0 liefert. Die Höhe H0 hängt von der er-be solved. To make an equation that gives H 0 at height. The height H 0 depends on the

die moderne Rechentechnik leicht angepaßt werden forderlichen Rechengenauigkeit ab und beträgtmodern computing technology can be easily adapted to the required computational accuracy and amounts

kann, wird die obige Gleichung in zwei Teile zerlegt, 5 praktisch weniger als 300 m. Dies geschieht wiecan, the above equation is broken down into two parts, 5 practically less than 300 m. This is done as

deren erster Teil die Höheninformation bis zu einer folgt:the first part of which follows the altitude information up to one:

ysin2«0 + 2H0[ 1—sin OC0 \ro fi/ ysin 2 « 0 + 2H 0 [ 1-sin OC 0 \ r o fi /

d/zd / z

„. . . . _ h _ „ . , 15 Die erstaunliche Tatsache ist hierbei, daß der". . . . _ h _ ". , 15 The amazing fact here is that the

fiieroei ist rx - (Ν<>_Ν)10-, - Steigung der Korrekturfaktor nur vom Höhenwinkel und nicht vonfiieroei is r x - (Ν <> _ Ν) 10 -, - slope of the correction factor only from the elevation angle and not from

Brechungsindexkurve an der Erdoberfläche. der Entfernung abhängig ist und dennoch eine sehrRefractive index curve on the earth's surface. depends on the distance and yet a very

Man sieht leicht ein, daß die Nachbildung der obigen genaue Höhenkorrektur ergibt.It is easy to see that the emulation of the above gives the exact height correction.

Gleichung mittels eines Analoggerätes, wenn sie über- Der Verlauf der Korrekturspannung in Abhängighaupt durchzuführen ist, bestimmt Fehler in der 20 keit vom Höhenwinkel muß natürlich beim Entwurf Größenordnung der zu korrigierenden Fehler mit sich des Geräts einmal festgelegt werden. Dies bietet dem bringen würde. Fachmann keine Schwierigkeiten, weil ihm die zuvorEquation by means of an analog device, if it is over- The course of the correction voltage as a function of the main is to be carried out, errors in the 20 speed of the elevation angle must of course be determined in the design The magnitude of the errors to be corrected can be determined once with the device itself. This offers the would bring. Professional no difficulties because of the previously

Man hat daher versucht, wenigstens eine angenäherte erwähnten Diagramme der Brechungseigenschaften Korrektur auf andere Weise zu erreichen. Eine bekannte der Atmosphäre zur Verfügung stehen. Auf Grund Lösung besteht darin, daß man in die zuvor angegebene 25 dieser Diagramme berechnet er für eine beliebige Gleichung für die Höhe bei geradliniger Wellen- angenommene Entfernung das Verhältnis von wahrer ausbreitung einen konstanten Korrekturfaktor c in Höhe zu scheinbarer Höhe bei verschiedenen Höhenfolgender Weise einführte: winkeln. Die dadurch erhaltene Kurve stellt bereits „g unmittelbar den Verlauf des Korrekturfaktors inAttempts have therefore been made to achieve at least one of the approximated diagrams mentioned of the refractive properties correction in another way. A familiar of the atmosphere are available. The solution consists in calculating in the 25 of these diagrams given above for any equation for the height at straight-line waves - assumed the ratio of true propagation, introducing a constant correction factor c in height to apparent height at different heights as follows: angle. The curve obtained in this way already directly represents the course of the correction factor in

Ht = Y R sin <x . 3° Abhängigkeit vom Höhenwinkel für jede beliebige Ht = YR sin <x. 3 ° depending on the elevation angle for any

2 cr0 Entfernung dar. Die Nachbildung dieses Korrektur-2 cr 0 represents the distance. The simulation of this correction

Darin ist Ht die korrigierte Höhe. faktors, beispielsweise durch ein mit der Höhenwinkel-Here, H t is the corrected height. factor, for example by a

verstellvorrichtung gekoppeltes Potentiometer, bietetadjusting device coupled potentiometer, offers

Diese Gleichung läßt sich sehr leicht mit Analog- keine Schwierigkeit.This equation can be very easily done with analog- no difficulty.

recheneinrichtungen nachbilden, doch hat sich gezeigt, 35 Im allgemeinen genügt es, den Korrekturfaktor fürsimulate computing devices, but it has been shown 35 In general, it is sufficient to use the correction factor for

daß die erzielte Genauigkeit bei großen Entfernungen eine mittlere Wetterlage oder, bei größeren Genauig-that the achieved accuracy at great distances is a mean weather situation or, at greater accuracy

und geringen Höhenwinkeln gering war. Das Ergebnis keitsanforderungen, für eine begrenzte Zahl typischerand low elevation angles was low. The outcome requirements, more typical of a limited number

wurde nicht wesentlich besser, wenn man die Kon- Wetterlagen zu ermitteln. Im letzten Fall muß danndid not get much better when you determine the con-weather conditions. In the latter case, then must

stante c in Abhängigkeit von der Höhe veränderte. jedesmal der gültige Korrekturfaktor gewählt werden.constant c changed depending on the height. the valid correction factor must be selected each time.

Das Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines 4° Dies ist der einzige erforderliche Eingriff der Bedie-The aim of the invention is therefore to create a 4 ° This is the only required intervention of the operator

Radargeräts der eingangs angegebenen Art, in dem mit nungsperson; im übrigen erfolgt die HöhenkorrekturRadar device of the type specified above, in which with person; otherwise the altitude correction takes place

einfachen Mitteln eine Korrektur der berechneten völlig selbsttätig.simple means a correction of the calculated completely automatically.

Höhen erhalten wird, welche der theoretischen Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Korrektur sehr nahe kommt und daher auch bei sehr Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt
großen Entfernungen und sehr kleinen Höhenwinkeln 45 F i g. 1 eine schematische Darstellung des Brechungseine große Genauigkeit der Höhenmessung ergibt. problems,
Heights is obtained which come very close to the theoretical. In it shows
large distances and very small elevation angles 45 F i g. Fig. 1 is a schematic representation of the refraction giving great accuracy in height measurement. problems,

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß F i g. 2 eine schematische Darstellung einer bevor-According to the invention this is achieved in that F i g. 2 a schematic representation of a preferred

mit der Höhenwinkelverstelleinrichtung der Antenne zugten Ausführungsform der Erfindung,with the elevation angle adjustment device of the antenna supplied embodiment of the invention,

eine Vorrichtung derart mechanisch gekoppelt ist, daß F i g. 3 eine Kurvenschar zur Darstellung dera device is mechanically coupled in such a way that F i g. 3 a family of curves to illustrate the

sie eine Gleichspannung abgibt, welche als Funktion 5° bekannten Brechungseigenschaften bei bestimmtenit emits a direct voltage, which as a function 5 ° known refraction properties at certain

des Höhenwinkels dem auf Grund der herrschenden atmosphärischen Bedingungen in verschiedenen Höhenof the altitude angle due to the prevailing atmospheric conditions at different altitudes

Brechungseigenschaften der Atmosphäre bekannten undRefractive properties of the atmosphere known and

Verhältnis von wahrer zu scheinbarer Höhe proportio- F i g. 4 bis 9 Kurven für den Korrekturfaktor inRatio of true to apparent height proportionally- F i g. 4 to 9 curves for the correction factor in

nal ist, und daß der Betrag der der scheinbaren Höhe Abhängigkeit vom Höhenwinkel, welche aus dennal, and that the amount of the apparent height as a function of the elevation angle, which is derived from the

proportionalen Spannung mit dem Betrag der so 55 Kurven von F i g. 3 abgeleitet worden sind.proportional voltage with the magnitude of the 55 curves of F i g. 3 have been derived.

gewonnenen Gleichspannung multipliziert wird, um Der Einfluß der atmosphärischen Brechung bei einerobtained DC voltage is multiplied by The influence of atmospheric refraction at a

eine der wahren Höhe entsprechende Anzeigespannung elektromagnetischen Höhenmessung durch Rück-a display voltage corresponding to the true height electromagnetic height measurement by reverse

zu erhalten. Strahlortung ist in F i g. 1 dargestellt. Die Radar-to obtain. Beam location is shown in FIG. 1 shown. The radar

Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht also antenne erzeugt einen Radarstrahl, der in der Entdarin, daß die berechnete scheinbare Höhe mit einem 60 fernung R auf ein wahres Ziel trifft. Wegen der Korrekturfaktor multipliziert wird, der bei den atmosphärischen Strahlenbrechung ist der wahre herrschenden Brechungseigenschaften der Atmosphäre Strahlverlauf gekrümmt, wie durch die ausgezogene (d. h. den herrschenden Wetterbedingungen) nur von Linie dargestellt ist. Scheinbar folgt aber der Strahldem Höhenwinkel abhängt. Eine solche Korrektur verlauf der gestrichelten Linie, die einen Höhenläßt sich sehr einfach realisieren, weil sie praktisch nur 65 winkel α mit der Horizontalen bildet. Dies bedeutet, die Lieferung einer vom Höhenwinkel abhängigen daß die scheinbare Höhe Hr des Ziels wesentlich Gleichspannung und eine Spannungsmultiplikation höher als die wahre Höhe H1 ist. Es muß also erfordert. ein Korrekturfaktor eingeführt werden, damit derThe essential idea of the invention consists in antenna generating a radar beam, which in the Entdarin that the calculated apparent altitude with a distance R hits a true target. Because of the correction factor is multiplied, which with the atmospheric ray refraction is the real prevailing refractive properties of the atmosphere ray path is curved, as by the solid (ie the prevailing weather conditions) is represented only by the line. Apparently, however, the beam follows the angle of elevation. Such a correction follows the dashed line, which is a height that can be implemented very easily because it practically only forms an angle α with the horizontal. This means that by providing an elevation angle dependent that the target's apparent altitude Hr is substantially DC and a voltage multiplication higher than the true altitude H 1 . So it must be required. a correction factor can be introduced so that the

von der Brechung herrührende Fehler kompensiert wird.errors resulting from the refraction are compensated for.

Die scheinbare Höhe Hr errechnet sich auf Grund geometrischer Beziehungen nach folgender Gleichung:The apparent height Hr is calculated on the basis of geometric relationships using the following equation:

HR = H R =

Ir0 Ir 0

+ R · sin + R · sin / χ

(mit r0Erdradius).(with r 0 - earth radius).

Die Korrektur erfolgt nach der Erfindung dadurch, daß diese scheinbare Höhe mit einem Korrekturfaktor K multipliziert wird, der nur vom Höhenwinkel « abhängt, so daß die wahre Höhe Ht nach folgender Beziehung erhalten wird:According to the invention, the correction takes place in that this apparent height is multiplied by a correction factor K , which only depends on the elevation angle, so that the true height Ht is obtained according to the following relationship:

HtHt

R2 R 2

Ir0 Ir 0

+ R-sintx+ R-sintx

N20 = ziemlich trockene Luft, JV31 = trockene Luft. N 20 = fairly dry air, JV 31 = dry air.

JV31 entsprechen, geschieht dadurch, daß der Widerstand 14 mittels eines Umschalters durch einen der Widerstände 12, 13, 15, 16 ersetzt wird, welche die Unterschiede zwischen den verschiedenen Korrekturkurven ergeben. Die Ausgangsspannung am Abgriff 11 des K-Potentiometers 10 ist also eine Funktion des Höhenwinkels, und hängt außerdem von der eingestellten Korrekturkurve ab: K = K (x, N). JV 31 correspond to the fact that the resistor 14 is replaced by one of the resistors 12, 13, 15, 16 by means of a changeover switch, which result in the differences between the various correction curves. The output voltage at tap 11 of the K potentiometer 10 is therefore a function of the elevation angle and also depends on the correction curve set: K = K (x, N).

Zur Berechnung der wahren Höhe Ht des Ziels wird die angegebene Korrekturformel wie folgt umgeformt:To calculate the true height Ht of the target, the given correction formula is transformed as follows:

Ht = \K(%,N) sin χ + H t = \ K (%, N) sin χ +

K(x,N)RK (x, N) R

R.R.

Es ist daher erforderlich, den Verlauf des Korrekturfaktors K («) in Abhängigkeit vom Höhenwinkel zu bestimmen.It is therefore necessary to determine the course of the correction factor K («) as a function of the elevation angle.

Dies kann auf Grund der in F i g. 3 dargestellten bekannten Kurven geschehen, welche die Abnahme der Brechzahl mit wachsender Höhe bei verschiedenen Wetterbedingungen zeigen. Auf der Abszisse ist die Brechzahl JV aufgetragen, die wie folgt definiert ist:This can be based on the in F i g. 3 shown well-known curves happen, which the decrease the refractive index with increasing altitude in different weather conditions. On the abscissa is the The refractive index JV is plotted, which is defined as follows:

n=l +N- 10~a. n = 1 + N- 10 ~ a .

Darin ist η der Brechungsindex. Es sind fünf Kurven für verschiedene Wetterbedingungen dargestellt: Here η is the refractive index. Five curves are shown for different weather conditions:

iV"10 = wasserhaltige Luft,iV " 10 = air containing water,

N19feuchte Luft, N 19 - moist air,

Nr = Mittelwert, No = mean value,

3535

Aus diesen bekannten Kurven kann man ohne weiteres das Verhältnis von wahrer Höhe zu scheinbarer Höhe bei einer beliebigen angenommenen Entfernung als Funktion des Höhenwinkels α berechnen. Man erhält dadurch die Kurven von F i g. 5 bis 8 für die entsprechenden Kurven von Fig. 3. Drei dieser Kurven sind in F i g. 4 in vergrößertem Maßstab nochmals dargestellt.From these known curves one can easily determine the ratio of true height to apparent height Calculate the height at any assumed distance as a function of the elevation angle α. This gives the curves of F i g. 5 to 8 for the corresponding curves of Fig. 3. Three these curves are shown in FIG. 4 shown again on an enlarged scale.

Diese Kurven zeigen unmittelbar den Korrekturfaktor K (x), mit dem die scheinbare Höhe multipliziert wird. Es ist zu erkennen, daß in allen Fällen bei Höhenwinkeln über 5° keine Korrektur mehr erf orderlieh ist. .These curves immediately show the correction factor K (x) by which the apparent height is multiplied. It can be seen that in all cases no correction is required for elevation angles greater than 5 °. .

In F i g. 2 ist eine Anordnung dargestellt, welche die angegebene Korrektur selbsttätig durchführt.In Fig. 2 shows an arrangement which automatically carries out the specified correction.

Zur Nachbildung des Korrekturfaktors K (x) dient ein K-Potentiometer 10, das von einer genau geregelten Gleichspannungsquelle gespeist wird. Das K-Potentiometer hat in Serienschaltung mit einem Widerstand 14 eine Widerstandskurve, die der in F i g. 5 gezeigten Bezugskurve Nr entspricht, die für alle fünf Kurven den geringsten mittleren Fehler aufweist. Der Läufer 11 des K-Potentiometers 10 ist mechanisch mit der Höhenwinkelverstellvorrichtung der Radarantenne so gekuppelt, daß die Ausgangsspannung des K-Potentiometers bei jedem Höhenwinkel der Antenne dem entsprechenden Wert des Korrekturfaktors proportional ist. Die Anpassung der Ausgangsspannung des K-Potentiometers 10 an die verschiedenen Korrekturfaktoren, welche den übrigen Kurven JV10, N1 a, N20, Um das Glied K(a,N) sin α nachzubilden, wird die Ausgangsspannung des K-Potentiometers 10 einem Sinuspotentiometer 20 zugeführt, dessen Widerstandskurve einer Sinusfunktion entspricht. Der Abgriff 21 des Sinuspotentiometers ist ebenfalls mit der Höhenwinkelverstellvorrichtung der Antenne mechanisch gekuppelt, so daß seine Ausgangsspannung eine Gleichspannung darstellt, die proportional zum Sinus des Höhenwinkels, multipliziert mit der Eingangsspannung K (pc,N) ist. Damit ist diese Ausgangsspannung proportional zu K (x,N) sin α. Wenn auch negative Höhenwinkel erfaßt werden sollen, kann das untere Ende des Sinuspotentiometers 20 in der dargestellten Weise mit einer genau geregelten negativen Spannung verbunden sein. Bei negativen Winkeln werden die gleichen Korrekturfaktoren K (x,N) angebracht wie bei dem Höhen winkel 0°.A K potentiometer 10, which is fed by a precisely regulated DC voltage source, is used to simulate the correction factor K (x). Connected in series with a resistor 14, the K potentiometer has a resistance curve that corresponds to that shown in FIG. 5 corresponds to the reference curve N r shown, which has the lowest mean error for all five curves. The rotor 11 of the K-potentiometer 10 is mechanically coupled to the elevation angle adjustment device of the radar antenna in such a way that the output voltage of the K-potentiometer is proportional to the corresponding value of the correction factor at each elevation angle of the antenna. The adaptation of the output voltage of the K potentiometer 10 to the various correction factors that correspond to the other curves JV 10 , N 1 a , N 20 , To simulate the element K (a, N) sin α, the output voltage of the K potentiometer 10 becomes a Sine potentiometer 20 supplied, the resistance curve of which corresponds to a sine function. The tap 21 of the sine potentiometer is also mechanically coupled to the elevation angle adjustment device of the antenna, so that its output voltage represents a direct voltage which is proportional to the sine of the elevation angle multiplied by the input voltage K (pc, N) . This output voltage is thus proportional to K (x, N) sin α. If negative elevation angles are also to be detected, the lower end of the sinus potentiometer 20 can be connected to a precisely regulated negative voltage in the manner shown. For negative angles, the same correction factors K (x, N) are applied as for the elevation angle 0 °.

Um das Glied —~—-— nachzubilden, wird dieIn order to reproduce the link - ~ —-—, the

Ausgangsspannung des K-Potentiometers 10 ferner über einen Widerstand 23 einem Entfernungsintegrator 25 zugeführt. Der Entfernungsintegrator 25 ist in bekannter Weise aufgebaut und enthält im allgemeinen eine Schaltung zur Erzeugung einer Sägezahnspannung, deren Form und Amplitude in direkter Beziehung zu dem Korrekturfaktor abgeändert werden. Die im Entfernungsintegrator 25 erzeugte Sägezahnspannung liefert die Entfernungsablenkung für eine nicht dargestellte Kathodenstrahlröhre, auf der in bekannter Weise das Ziel nach Entfernung und Höhe dargestellt wird.Output voltage of the K potentiometer 10 also via a resistor 23 to a distance integrator 25 supplied. The distance integrator 25 is constructed in a known manner and generally includes a circuit for generating a sawtooth voltage, its shape and amplitude in direct Relationship to the correction factor can be changed. The sawtooth voltage generated in the distance integrator 25 provides the range deflection for a cathode ray tube (not shown) on which in known way the target is shown according to distance and altitude.

Die Ausgangsspannung des Entfernungsintegrators ist nun dem WertK(oc,N)R proportional. Diese Ausgangsspannung wird in der Schaltung 27 zur Berücksichtigung der Erdkrümmung verändert. Diese Schaltung ist in bekannter Weise so aufgebaut, dal? ihre Eingangsspannung durch einen Wert dividiert wird, der proportional zu 2r0 ist. Am Ausgang ergibt sich somit eine Spannung proportional zu —^—-—.The output voltage of the distance integrator is now proportional to the value K (oc, N) R. This output voltage is changed in circuit 27 to take account of the curvature of the earth. This circuit is constructed in a known manner so that? its input voltage is divided by a value proportional to 2r 0 . At the output there is thus a voltage proportional to - ^ ---—.

Diese Spannung wird einem Höhenintegrator 31 zugeführt. Die Ausgangsspannung des Sinuspotentiometers 20 gelangt über einen Widerstand 21 ebenfalls zu dem Höhenintegrator 31 und wird dort zur Ausgangsspannung der Schaltung 27 addiert, so daß sich eine Spannung ergibt, die dem folgenden Wert proportional ist:This voltage is fed to a height integrator 31. The output voltage of the sine potentiometer 20 also reaches the height integrator 31 via a resistor 21 and becomes the output voltage there the circuit 27 is added, so that a voltage results which the following value proportional is:

„, An . . K(x, N) R ", To . . K (x, N) R

K (<x, N) sin α -\ —. K (<x, N) sin α - \ -.

Ir0 Ir 0

Der Höhenintegrator ist auch in an sich bekannter Weise aufgebaut. Er enthält also einen Sägezahnoszillator, dessen Ausgangsspannung eine Funktion der Entfernung und des Höhenwinkels ist. DieThe height integrator is also constructed in a manner known per se. So it contains a sawtooth oscillator, whose output voltage is a function of distance and elevation angle. the

Ausgangsspannung des Höhenintegrators ist demgemäß eine Sägezahnspannung, deren Amplitude und Gestalt in unmittelbarer Beziehung zu den addierten Ausgangsspannungen des Sinuspotentiometers 20 und der Erdkrümmungskorrekturschaltung 27 abgeändert ist. Am Ausgang des Höhenintegrators 31 tritt damit eine Spannung auf, die der gewünschten wahren Höhe proportional ist:The output voltage of the height integrator is accordingly a sawtooth voltage, its amplitude and Shape in direct relation to the added output voltages of the sine potentiometer 20 and the curvature of the earth correcting circuit 27 is modified. At the output of the height integrator 31 thus occurs a voltage proportional to the desired true height:

Ht = K(oc, N)Ht = K (oc, N)

2r0 2r 0

Ssin«Ssin «

Diese Spannung wird den Höhenablenkkreisen der Kathodenstrahlröhre zugeführt.This voltage is fed to the elevation deflection circuits of the cathode ray tube.

Zur Inbetriebnahme .des Geräts verbindet der Bedienungsmann einen der Widerstände 12 bis 16 mit dem K-Potentiometer 10, um die richtige Korrekturkurve entsprechend den herrschenden Wetterbedingungen zu wählen.To start up the device, the operator connects one of the resistors 12 to 16 with the K-potentiometer 10 to set the correct correction curve according to the prevailing weather conditions to choose.

Zur Ermittlung der Korrekturkurve mißt der Bedienungsmann zunächst den Taupunkt, die Temperatur und den Luftdruck an der Erdoberfläche in der Nähe des Radargerätes und berechnet daraus die Brechzahl JV am Boden aus folgender Gleichung:To determine the correction curve, the operator first measures the dew point, the temperature and the air pressure on the surface of the earth near the radar device and calculates the Refractive index JV at the bottom from the following equation:

77 P , f 2,26 -10«77 P, f 2.26 -10 «

-jexp 5369-jexp 5369

XI3XI3

Hierin istIn here is

Td= Taupunkttemperatur (gK); Td = dew point temperature ( g K);

T = Lufttemperatur (0K); T = air temperature ( 0 K);

P = Luftdruck (Millibar);
exp = das Zeichen für eine e-Funktion (e=2,71828).
P = air pressure (millibars);
exp = the sign for an exponential function (e = 2.71828).

Die durch diese Gleichung bestimmte Brechzahl JV wird dann mit den Werten von JV für die Höhe 0 bei den verschiedenen in F i g. 3 gezeigten Kurven verglichen. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß folgende Werte am Boden gelten:The refractive index JV determined by this equation then becomes 0 with the values of JV for the height at the various in FIG. 3 curves shown. From Fig. 3 it can be seen that the following Values on the ground apply:

JV = 387 für Profil JV10 (wasserhaltige Luft),JV = 387 for profile JV 10 (water-containing air),

JV = 355 für Profil JV19 (feuchte Luft),JV = 355 for profile JV 19 (humid air),

JV = 343 für Profil JVr (Mittelwert),JV = 343 for profile JV r (mean value),

JV = 318 für Profil JV20 (ziemlich trockene Luft) und JV = 294 für Profil JV31 (trockene Luft).JV = 318 for profile JV 20 (fairly dry air) and JV = 294 for profile JV 31 (dry air).

in der Praxis bewährt; man könnte aber auch genauso gut getrennte K-Potentiometer verwenden, von denen jedes einer Korrekturkurve entspricht. Auch können andere Schaltungen als die dargestellte zur Lösung der angegebenen Gleichung verwendet werden. Ferner ist die Zahl der verwendeten Korrekturkurven nicht auf fünf beschränkt.proven in practice; but you could just as easily use separate K-potentiometers from those each corresponds to a correction curve. Circuits other than the one shown can also be used to solve this problem of the given equation can be used. Furthermore, the number of correction curves used is not limited to five.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Gerät zur Höhenbestimmung auf Grund des Höhenwinkels und der Entfernung sehr weit entfernter Ziele mit Hilfe reflektierter elektromagnetischer Wellen, bei dem eine Spannung, die der unter Berücksichtigung der Erdkrümmung berechneten scheinbaren Höhe proportional ist, zur Berücksichtigung der Brechungseigenschaften der Atmosphäre korrigiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Höhenwinkelverstelleinrichtung der Antenne eine Vorrichtung derart mechanisch gekoppelt ist, daß sie eine Gleichspannung abgibt, welche als Funktion des Höhenwinkels dem auf Grund der herrschenden Brechungseigenschaften der Atmosphäre bekannten Verhältnis von wahrer zu scheinbarer1. Device for determining altitude due to the altitude angle and the distance very far distant targets with the help of reflected electromagnetic waves at which a voltage that is proportional to the apparent height calculated taking into account the curvature of the earth, is corrected to take into account the refractive properties of the atmosphere, thereby characterized in that a device with the elevation angle adjustment device of the antenna is mechanically coupled in such a way that it emits a DC voltage, which as a function of the elevation angle due to the prevailing refractive properties of the atmosphere known ratio of true to apparent as Höhe proportional ist, und daß der Betrag der der scheinbaren Höhe proportionalen Spannung mit dem Betrag der so gewonnenen Gleichspannung multipliziert wird, um eine der wahren Höhe entsprechende Anzeigespannung zu erhalten.as the amount is proportional, and that the amount of the voltage proportional to the magnitude of the direct voltage thus obtained is multiplied to obtain a display voltage corresponding to the true height. 2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einem Potentiometer (10) besteht, das von einer festen Spannung gespeist ist, dessen Abgreifer das mit der Höhenwinkelverstelleinrichtung der Antenne gekoppelte Element ist und dessen Widerstandsverlauf dem Verhältnis von wahrer zu scheinbarer Höhe als Funktion des Höhenwinkels entspricht.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the device consists of a potentiometer (10), which is fed by a fixed voltage, the pick-up of which is connected to the elevation angle adjustment device the antenna-coupled element and its resistance curve is the ratio of true to apparent height than Corresponds to the function of the elevation angle. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Potentiometer wahlweise verwendbar sind, deren Widerstandsverläufe verschiedenen Brechungseigenschaften entsprechen.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that additional potentiometers are optional can be used whose resistance curves correspond to different refraction properties. 4. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung verschiedener Brechungseigenschaften Widerstände (12 bis 16) wahlweise in Reihe mit dem Potentiometer (10) einschaltbar sind.4. Apparatus according to claim 2, characterized in that to take into account different Refraction properties Resistors (12 to 16) optionally in series with the potentiometer (10) can be switched on. Die der errechneten Brechzahl am nächsten kommende Korrekturkurve wird dann durch Einschaltung eines der Widerstände 12 bis 16 eingestellt.The correction curve that comes closest to the calculated refractive index is then switched on one of the resistors 12 to 16 is set. Verschiedene Abänderungsmöglichkeiten ergeben sich für den Fachmann unmittelbar. Beispielsweise hat sich die in F i g. 2 dargestellte Schaltung mit einem K-Potentiometer 10 und fünf Widerständen 12 bis 16 In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 444 770, 2 591 698;
Nachrichtentechnische Zeitschrift, 8 (1955), 11
Various possible changes are immediately apparent to the person skilled in the art. For example, in FIG. 2 circuit shown with a K-potentiometer 10 and five resistors 12 to 16 Considered publications:
U.S. Patent Nos. 2,444,770, 2,591,698;
Telecommunications Journal, 8 (1955), 11
(November), S. 578 bis 586;
Principles of Radar, New York — London, 1946,
(November), pp. 578 to 586;
Principles of Radar, New York - London, 1946,
S. 9—107 bis 9—116.Pp. 9-107 to 9-116. Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings 509 517/312 2.65 © Bundesdruckerei Berlin509 517/312 2.65 © Bundesdruckerei Berlin
DEA35467A 1959-07-17 1960-09-01 Device for measuring altitude based on the altitude angle and the distance to a very distant target with the help of reflected electromagnetic waves Pending DE1188150B (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2444770A (en) * 1943-06-28 1948-07-06 Gen Electric Height computing apparatus
US2591698A (en) * 1947-01-15 1952-04-08 James E Henry Shoran mechanical straight-line computer

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