DE1287170B - FM/CW-Hoehenmesser fuer niedere Hoehen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lationstndex EM! besitzt, welcher durch die folgende Schaltungtanordnung zur FM/CW-Höhenmessung Gleichung ausgedrückt v/erden kann: (Frequenzmodulation, Dauerstrich) für tieffliegende , .

Flugkörper unter Verwendung des Verfahrens der ^{EMI β const}" Zeitverzögerung · Frequenzhub

periodischen TrägerampHtudenverminderung durch 5 oder
getastete Modulation mit Hubregelung und Ampli- Λ = 23 4 EMlI i f

tudenvergleich mit einem Sender, dsr von einem auf '

einer ersten Frequenz f_{M 1} schwingenden HF-Modu- wobei h die Höhe in Meter und I / der Frequenzhub lator kontinuierlich und von einem auf einer zweiten in Megahertz ist.

Frequenz/_{Μ β} schwingenden NF-Modulator über eine i· FM/CW-Höhenmesser mit Trägerdispersion Torschaltung periodisch moduliert ist, einem Emp- machen von der oben angegebenen Beziehung Gefangssystem, das die eine Dopplerfrequenzverschie- brauch, indem der durch die zweite Frequenzmodubung aufweisenden Echosignale demoduliert, einem lation angelegte Frequenzhub j/ auf einen solchen im Echosignalpfad liegenden Stufendämpfungsglied, Wert eingestellt wird, daß die Amplitude der Trägerdas die Verstärkung periodisch von einem gegebenen »5 komponente durcli Einstreuung der Energie der höheren Pegel auf einen gegebenen niedrigeren Pegel Trägerkomponente des demodulierten Echosignals umschaltet, solange der Sender nicht durch die zweite in die Seitenbänder auf einen vorbestimmten Bruch-Frequenz fu₂ moduliert ist, einer die Torschaltung teil ihres unniodulierten Wertes reduziert wird. Die- und das Stufendämpfungsglied periodisch mit der ser Bruchteil stellt dann einen gegebenen Wert des Schaltfrequenz /_s betätigenden Schaltersteuerung, »e effektiven Modulationsindex EMI dar. Bei Höheneinem den auf Grund der zweiten Frequenzmodu- messern unter der Verwendung des Trägerdssperlation hervorgerufenen Frequenzhub beeinflussenden, sionsverfahrens mit Modulationsspannungsregelung variablen Dämpfungsglied und einer den Betrag des durch Amplitudenvergleich wird die Verstärkung im vorhandenen Frequenzhubes und damit bei Abgleich Pfad des Echosignals abwechselnd zwischen zwei die Flughöhe des Flugkörpers oberhalb der Erdober- as Werten umgeschaltet, während gleichzeitig die sefläche bestimmenden Anzeigevorrichtung. kundäre Frequenzmodulation an- und abgeschaltet

Schaltungsanordnungen von FM/CW-Höhenmes- wird. In der Stellung »niedere Verstärkung« erfolgt sern mit »Trägerdispersion« (Trägerstreuung) sind keine Modulation, während in der Position »hohe bekannt. Eine selche der oben angegebenen speziellen Verstärkung« Modulation erfolgt. Das demodulierte Art ist bereits vorgeschlagen. Jedoch soll, um be«on- 30 Echosignal des zweiten Detektors wird einem Tiefders auf die Natur des durch die vorliegende Erfin- paß zugeführt, der die Seitenbänder höherer Ordnung dung gelösten Problems hinzuweisen, eine kurze der sekundären Frequenzmodulation sperrt und nur Beschreibung der für solche Höhenmesser verwen- die Trägerkomponente durchläßt. Die Amplituden deten Trägerdispersionstechnik mit Modulationsspan- «äes Trägers des demodulierten Echosignals werden nungsregelung durch Amplitudenvergleich gegeben 39 bei den zwei verschiedenen Schalterstellungen verwerden. glichen und jede Differenz durch Einstellung des

in einem solchen FM/CW-Höhenmesser wird ein durch die sekundäre Frequenzmodulation verursach-Mikrowellensender frequenzmoduliert mit einer ten Frequenzhubes ausgeglichen. Normalerweise wird Frequenz, die hoch genug ist, um ein gegebenes dieser Vergleich und die Einstellung automatisch Seitenband so im Spektrum zu verlagern, daß 40 durch einen Amplitudenvergleichskreis vorgenomes von Geräuschmodulationsprodukteki weit genug men, der als Steuerelement auf ein selbsttätiges entfernt ist. Die von der Erde zurückgeworfenen Regelsystem arbeitet.

Echosignale werden in einer ersten Mischstufe mit Die Steuerung des Frequenzhubes kann direkt

unmittelbar aus dem Sender abgeleiteten Signalen ge- durch die Änderung der Amplitude des angelegten mischt. 45 sekundären Modulationssignals in der üblichen Weise

Ein Zwischenfrequenzverstärker, der auf die Fre- erreicht werden, wo der Sender ein Klystron mit quenz derjenigen Harmonischen der Modulations- linearer Kennlinie des Frequenzhubes enthält. Die frequenz abgestimmt ist, die in ihrer Ordnungszahl Höhe kann dann direkt durch einen in Höhe gedem gegebenen Seitenband entspricht, wird von der eichten Amplitudenmesser angezeigt werden, ersten Mischstufe gespeist und liefert die ausgewähl- 50 Wenn die oben beschriebene Art eines Höhenten Signale des Seitenbandes an eine zweite Misch- messers in einem Flugzeug benutzt wird, das in niedstufe. Der zweiten Mischstufe wird ebenfalls die- rigeti Höhen über unebenem Boden oder kabbeliger jenige Harmonische des Frequenzmodulaiorsignals See operiert, so ergibt sich, daß die durch die zweite zugeführt, die der Ordnungszahl des gegebenen Mischstufe gelieferte Trägerkoraponente des demodu-Seitenbandes entspricht. Das Ausgangssignal der 55 lierten Echosignals mit einem erheblich schwankenzweiten Mischstufe ist ein demoduliertes Echosignal den Signalspektruni behaftet ist. In Höhenmessern mit einer Frequenz, die gleich der durch das reflek- früherer Art mußten die beiden geschalteten Signale tierte Sendersignal hervorgerufenen Dopplerfrequenz- zur Erreichung eines Amplitudenvergleichs gespeiverschiebung ist. chert oder geglättet werden. Es stellte sich in der

Wie in dem obenerwähnten älteren Vorschlag ge- βο Praxis beim Einsatz solcher bekannten Höhenmesser zeigt ist, kann das demodulierte Echosignal selbst als dieses Typs heraus, daß die notwendige Speicherfrequenzmoduliertes Signal betrachtet werden, wenn oder Glättungszeit das Ergebnis in untragbarer Weise mit dem ausgesendeten Signal eine weitere oder verzögern.

zweite Frequenzmodulation durchgeführt wird. Als Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung,

solches enthält es nach den Regeln der Frequenz- 65 eine Anordnung anzugeben, mit der die Ansprechmodulation eine Trägerkoniponente und Seitenband- geschwindigkeit von FM/CW-Höhenmessern mit komponenten. Hs ist weiter gezeigt, daß das demo- Trägerdispersion /.um Gebrauch in niedrigen Höhen dulierte hchosignal dann einen effektiven Modu- bedeutend verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Schaltfrequeri?: f_s größer als die maximale Dopplerfrequenz ist.

Eine vorteilhafte erste Ausführungsforni der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der Frequenz- S hubabgleich durch Nullabgleich des mit der Frequenz /_s rechteckmodulierten, über ein selektives Bandpaßfilter an einen Amplitudenindikator geführten Demoduiaticnssignals erfolgt.

Eine vorteilhafte zweite Ausführungsforni der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß der FrequenzhubabgJeich durch Phasenvergleich innerhalb eines Phasendetektors erfolgt, welchem sowohl ein in einer dritten Mischstufe gewonnenes NF-Seitenbandsignal wie auch das clemodulierte NF-Echosigmi! über je ein Tiefpaßfilier hinweg zugeführt ist.

Eine Würdigung bestimmter Eigenschaften der Trägerkomponente des demodulierten Echosignals bei dem erfindungsgemäßen Höhenmesser kann erlangt werden, wenn man sich vor Augen hält, daß *® dic Echos bei Arbeit in niedriger Höhe über unebenem Gelände vor einem sich ständig ändernden Komplex von einzelnen reflektierenden Oberflächen zurückgeworfen werden, die vom Anteniiea.lrahl umfaßt werden, und Echos von seitlich weit vom sich »5 direkt unier dein Höhenmesser befindlichen Punkt enlferiiten Punkten mit nicht vernachlässigbarer Amplitude sein können. Das Spektrum des Signals besitzt jedoch eine Eigenschaft, die definitiv bestimmt werden kann, nämlich seine maximal mögliche Frequenz. Diese Frequenz ist die zur Dopplerfrequenzverschiebung gehörige Frequenz entsprechend der maximalen Geschwindigkeit des den Höhenmesser tragenden Flugzeuges relativ zur Erde und kann unter Berücksichtigung der Form des Antennen-Strahls für jede gegebene Höhenmessereinrichtung berechnet werden.

Die vorliegende Erfindung geht von der Kenntnis der obenerwähnten Frequenzcharakteristik des demodulierten Echosignals aus und benutz! sie in Verbindung mit dem Begriff, dqß der Ausgleich der j.;eschalteten oder wjchselnfen Verstärkung durch die Einstellung der TrägerslreuoDg so befrachtet werden kann, ais ob der Vorgang einer Ampütudenmodulation bis zum Verschwinden reduziert würde. Ge- :3 maß der Erfindung erfolgt das Schalten der Verstärkung mit einer solchen Frequenz, daß 41c hierdurch entstehenden Seitenbandprodukte der aus der Trägerkomponeme de·; demodulierten Echosignals entstandenen Amplitudenmodulation im Spektrum über dir so höchsten Echoträgerkomponente der Dopplerfrequenz zu liegen kommen. Die Komponenten der Amplitudenmodulation werden durch Filier ausgesiebt und der am SendtMgna! durch die sekundäre Frequenzmodulation hervorgerufene Frequenzhub so eingestellt, daß die Komponenten der Amplitudenmodulation auf ein Minimum reduziert werden.

Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungeii weiter erklärt und erläutert.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Schaltungsanordnung gemäß der Hrfindung;

Fig. 2 zeigt die Beschaffenheit dci in einem Punkt eines Höhenmessers vorhandenen Signale; Fig. 3 enthält eine graphische Erläuterung, und

Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Aiisführungsbeispiel der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Mikrowellensender 1. d<sr von einem Hochfrequenzmodulator mit der Frequenz f_M , moduliert wird und ein frequenzmoduliertes Signal mit der Trägerfrequenz f_r an das Antennensystem 3 liefert, welches das Signal zur Erdoberfläche sendet, das zurückkehrende Echosignal aufnimmt und an eine erste Mischstufe 4 liefert. Die erste Mischstufe 4 wird über einen Koppler oder eine ähnliche Einrichtung S mit Sendeenergie beliefert, wobei ein Zwischenfrequenzverstärker 6 diejenigen von der Mischstufe 4 produzierten Mischprodukte des Spektrums auswählt, die einem durch die Frequenzmodulation erzeugten Seiten hand einer bestimmten Ordnung entsprechen. Wie in der Figur angegeben, wird hier das n-tc Seitenband benutzt, wobei der Zwischenfrequenzverstärker 6 auf die Frequenz η ■ f_M , des Hochfrequenzmodulators abgestimmt ist. Das so ausgewählte Echosignal wird über ein zweistufiges Dämpfungsglied T einer zweiten Mischstufe 8 zugeführt, wo es mit einer Harmonisehen des Hochfrequenzmodulators gemischt wird, die der durch den Zwischenfrequenzverstärker 6 ausgewählten Ordnungszahl des Seitenbandes, die in diesem FaM gleich η · /_(W, ist, entspricht.

Das demodulierte Echosignal am Ausgang der Mischstufe 8 ist eine Schwingung rail der Doppierfrequenz /₀, die durch die von der Erde zurückgeworfenen Echos durch die relative radial- Bewegusig des Höhenmessers in bezug auf die signalreflektierende Erdoberfläche erzeugt wird. Dieses demodulierte Echosignal wird bei Höhenmessern gemäß der vorliegenden Erfindung so betrachtet, als ob es selbst ein Trägerweüensigna; entsprechend der Frequenzmodulation beim Sender gemäß" den bekannten Regeln der Frequenzmodulation darstellt.

Ein Niederfrequenzmodulator 9 mit einer festen Frequenz/_M., gibt periodisch ein sekundäres, frequenzmodulferendes Signal mittelbar an den Sender 1 ab, wobei es einen einstellbaren bekannten frequenzhub erreicht. Wie gezeigt, können diese Mittel aus einem veränderlichen Dämpfungsglied 10, einer Torschaltung 11 und einem Anzeigegerät für den Signaipegel bestehen. Eine Schaltersteuerung 13 mii einer Frequenz/_s erzeugt ein Steuersignal, weldies während einer halben Periode die Torschaltung 11 öffnet und das Dämpfungsglied 7 auf das Minimum einstellt und während der anderen Hälfte der Periode die Torschaltung 11 schließt und das Dämpfuogsgiied 7 veranlaßt, dein Echosignaipfad eine bestimmte zusätzliche Dämpfung hinzuzufügen. Der Ausgang der zweiten Mischstufe 8 tsi mit einem Filter 14 verbunden, das so abgestimmt ist. daß es nur die der Schaltfreqiien:; f_s benachbarten Frequenzen durchläßt. Der Ausgang des Filters !4 ist mit einem Amplitudenindikator 15 verbunden. Das Ansprechen des Indikators 15 wird als Steuergröße für das veränderliche Dämpfungsglied 10 benutzt und stellt es so ein, daß das Ausgangssignal c!,*s Filier*·. 14 ein Minimum wird, in seiner einfachsten Form kann die Einstellung des Dämpfungsgliedes Ii durch Beobachten des Ansprechen« des indikator¹.· 15 ■ or. Hand durchgeführt werden. In der Praxis wird jcdoch eine passende Servosteuerung von geeiinietei Ausführung benutzt.

Fig. 2 zeigt die Beschaffenheit des von der /weiten Mischstufe 8 der in Fig. 1 gezeigten Anordnung verfügbaren demodulierteii Echosignals. Wie /u scheu ist, können die Echosignale irgendwo im Spek-

trum bis zu einer bestimmbaren Frequenz j_{D max} erwartet werden, aber nicht darüber, wobei f_Dmux die maximal mögliche Dopplerfrequenzverschiebung ist. Die Schaltfrequenz f_s ist so gewählt, daß sie oberhalb der Frequenz fo_max liegt; bei diesem Punkt wird die beim Schaltvorgang erzeugte Seitenbandkomponente der Quasi-Amplitudenmodulation liegen. Diese Seitenbandkomponente wird natürlich nicht aus einer einzigen Frequenz bestehen, sondern mit schwankenden Komponenten behaftet sein. Jedoch wird bei der Erfindung keine Messung der Seitenbandamplitude als solche vorgenommen, sondern lediglich ihr Vorhandensein oder Nichtvorhandensein bestimmt.

Während das die Amplitude Null feststellende System in der Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, irgendein gebräuchliches, vorzugsweise selbstregelndes, passendes und dem Fachmann vertrautes System ist, wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung von einer anderen Erscheinung Gebrauch gemacht, die die Arbeitsweise ao der Erfindung bedingte besondere Form der Amplitudenmodulation oder Quasi-Amplitudenmodulation mit sich bringt.

In Fig. 3 sind zwei Ansichten des demodulierten Echosignals am Ausgang der zweiten Mischstufe dar- «5 gestellt. In F i g. 3 oben ist der Fall gezeigt, wenn durch den sekundären Frequenzmodulator ein unzureichender Frequenzhub angelegt wird, und in F i g. 3 unten derjenige Fall, wenn der Frequenzhub zu groß ist. Im Hinblick auf das gewünschte oder nichtmodulierte Signal erhöht das modulierende Signal die Amplitude, und in F i g. 3 unten verkleinert es sie. Daraus folgt, daß die Modulation auf das Signal in der Phase gedreht werden muß, wenn sie von dem zu großen in den zu kleinen Zustand übergeht. Es ist tatsächlich gefunden worden, daß diese Phasenumkehr bei dem amplitudenmodulierten Seitenband des demodulierten Echosignals vorkommt.

F i g. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches von dieser Erscheinung der Phasenumkehr Gebrauch macht. Die Elemente der F i g. 4 und ihre Arbeitsweise sind bis zur Mischstufe 8 die gleichen wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Als solche brauchen sie nicht erneut erläutert zu werden, mit der Ausnahme, daß in F i g. 4 einige wichtige Arbeitsfrequenzen eingetragen sind. Es wird bemerkt, daß das erste Seitenband der primären Frequenzmodulation benutzt wird. Es versteht sich von selbst, daß die gezeigten Frequenzen für eine Anzahl gegebener Flugbedingungen lediglich erläuternder Natur sind und keineswegs eine Einengung darstellen.

Wie in F i g. 4 gezeigt, wird das auf eine Schaltersteuerungsfrequenz f_s von 4 kHz abgestimmte amplitudenmodulierte Seitenband am Ausgang des Bandpasses 14 einer dritten Mischstufe 16 zugeführt, wo sie synchron moduliert wird. Ein relativ kleiner niederfrequenter Teil des wiedergewonnenen quasiamplitudenmodulierten Seitenbandes wird durch den Tiefpaß 17 ausgesiebt. Ein zweites Tiefpaßfilter 18 mit den gleichen Eigenschaften wie Filter 17 siebt gleichzeitig einen entsprechenden Teil der quasiamplitudenmodulierten Trägerkomponenten des demodulierten Echosignals aus. Die Ausgänge der Filter und 18 sind mit einem Phasendetektor 19 verbunden, der ein die relativen Phasen des Seitenband- und Trägersignals anzeigendes Ausgangssignal abgibt. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 19 wird dann zur Steuerung des veränderlichen Dämpfungsgliedes 10 benutzt, indem eine Einstellung in entgegengesetzten Richtungen, ahängig von der relativen Phasenverschiebung, vorgenommen wird.

In der Praxis zeigt sich, daß die Ansprechgeschwindigkeit eines Höhenmessers gemäß der Erfindung so über die der früheren Höhenmesser erhöht werden kann, daß die Differenz des durch das Dämpfungsglied 7 erzeugten Signalpegels beträchtlich über die früher erforderliche hinaus reduziert werden kann. Das heißt, daß die sekundäre Frequenzmodulation nicht soviel Trägerenergie in die Seitenbänder einstreuen muß. Dies erleichtert die an das sekundäre Frequenzmodulationssystem gestellten Bedingungen und ermöglicht einen höheren Signalpegel im System.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur FM/CW-Höhenmessung für tieffliegende Flugkörper unter Verwendung des Verfahrens der periodischen Trägeramplitudenverminderung durch getastete Modulation mit Hubregelung und Amplitudenvergleich mit einem Sender, der von einem auf einer ersten Frequenz f_{M x} schwingenden HF-Modulator kontinuierlich und von einem auf einer zweiten Frequenz i_Hz schwingenden NF-Modulator über eine Torschaltung periodisch moduliert ist, einem Empfangssystem, das die eine Dopplerfrequenzverschiebung aufweisenden Echosignale demoduliert, einem im Echosignalpfad liegenden Stufendämpfungsglied, das die Verstärkung periodisch von einem gegebenen höheren Pegel auf einen gegebenen niedrigeren Pegel umschaltet, solange der Sender nicht durch die zweite Frequenz/^₂ moduliert ist, einer die Torschaltung und das Stufendämpfungsglied periodisch mit der Schaltfrequenz /_s betätigenden Schaltersteuerung, einem den auf Grund der zweiten Frequenzmodulation hervorgerufenen Frequenzhub beeinflussenden, variablen Dämpfungsglied und einer den Betrag des vorhandenen Frequenzhubes und damit bei Abgleich die Flughöhe des Flugkörpers oberhalb der Erdoberfläche bestimmenden Anzeigevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltfrequenz f_s größer als die maximale Dopplerfrequenz ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzhubabgleich durch Nullabgleich des mit der Frequenz /_s rechteckmodulierten, über ein selektives Bandpaßfilter (14) an einen Amplitudenindikator (15) geführten Demodulationssignals erfolgt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzhubabgleich durch Phasenvergleich innerhalb eines Phasendetektors (19) erfolgt, welchem sowohl ein in einer dritten Mischstufe (16) gewonnenes NF-Seitenbandsignal wie auch das demodulierte NF-Echosignal über je ein Tiefpaßfilter (17, 18) hinweg zugeführt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen