DE2404888A1 - Verfahren und vorrichtung zur umwandlung eines gleichstromsignals mit veraenderlicher amplitude in ein entsprechendes sinus-/kosinus-signalformat - Google Patents

Description

Sperry Rand Corporation New York / USA

Verfahren und Vorrichtung zur Urnwandlung eines Gleielsstromsignals mit veränderlicher Amplitude in ein entsprechendes

Sinus»/Ko#sinus~S ignalf orniat

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Verfahren und ©ine Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstromsignals mit ψgrinderIieher Amplitude in ein entsprechendes Sinus-/1Cosinus=Signaiformato Die Erfindung bezieht sich insbesondere jedoch nioht- ausschlägS=» lieh auf eine Vorriohtung zur Umwandlung von Gleiohspimnungs« oder Gleichstromsignale in Synchro» oder Resolver-Signale sur Verwendung bei Plugdatenreebnem für Luftfahrzeug© eut Umwand« lung eines zur Höhe proportionalen öleiehspannungssignale Ιώ. ein Fein«=· und Grob-Synchro°Signalforniat ₀ Weiterhin sind Einrichtungen zur Umwandlung des GXeiehspannungs^Höhensignals in ein Digitalformat zur Verwendung bei der Erzeugung ©ines speziell kodierten Signales für Höhen^Meldezwecke vorgesehen«

Einer der primären Ausgänge eines Flugdaten-Rechner systems für Luftfahrzeuge ist ein MaS der Höhe des Luftfahrzeuges _B weil dieses Maß ein primärer Navigations-Flugsteuerwert 1st» In vielen Fällen benötigen die die HShendaten verwendenden Systeme diese

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Daten in einem Dreidraht^Synchro-Signalformat oder In einem Vierdraht-Synchro-Resoiverforinat. Weiterhin legen seit- einigen Jahren die Luftverkehrsvorschriften der meisten Länder fest, daß gewerbliche Luftfahrzeuge mit Vorrichtungen ausgerüstet sein müssen, die bei einem "Abfragen" durch die Plugverkehrskontrolle automatisch ein zur Höhe des Luftfahr eugea proportionales Signal an die Flugverkehrskontrolle aussenden, das In der Nähe des Echosignals des abgefragten Luftfahrzeuges auf dem Bildschirm der Flugverkehrskontrolle dargestellt wird« Dieser Vorgang wird als Höhende!dung bezeichnet. Zu diesem Zweck muß das Höhensignal außerdem in ein digital kodiertes Format umgewandelt werden, d.h. in den internationalen (ICAO) Höhen melde-Kode, der der Moa Oilam-Kode ist. Dieser Kode ist in einer Veröffentlichung beschrieben, die unter dem Titel "Mark 2 Subsonic Air Data System", 15. Februar 1963p Seite 55 von der ARINC, Annapolis, Maryland/USA veröffentlichtworden ist.

Bisher lieferten viele Flugdatenrechner Höhendaten* die mit Hilfe eines Aneroid*Dosenbarometers gemessen wurden, das über ein Analog-Servo-System ein Maß der Eöhs in Form dar Stellung einer mechanischen Welle lieferte., an der Fein- und Grob-Synehro- geber befestigt waren, um derartige Daten an entfernt angeordnete Nutzvorrichtungen zu liefern» In 3en vergangenen Jahren wurden auf Grund der wachsenden Forderanisen nach hoher Zuverlässigkeit und geringem Gewicht analogs JJervosysteine durch vollständig in Festkörperbauweise ausgeführte Systeme ersetzt, die digitale oder quasi digitale Techniken verwenden« Beispiels» weise wurden Drucksonden entwickalt-, die Ausgänge liefern, die In einfacher Weise für derartige digitale Techniken geeignet sind. Sine derartige Drucksonde ist in der deutschen Patentschrift

····. ο (deutsche Patentanmeldung P YJ 73 4-91 „7) der

gleichen Anmelderin beschrieben^ wobei diese Drucksonde eine schwingende Membran mit hohem Q-Wert (hoher Güte) aufweist,

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die der Druckhöhe ausgesetzt ist und die als rückgekoppelter Oszillator arbeitet und einen elektrischen Ausgang mit einer Frequenz liefert« der sich entsprechend der Druckhöhe ändert» Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Höhen-Meßsondensignal in Dreidraht-Fein-/G*^lob-Synchrcdaten zur Ansteuerung von beispielsweise dem Höhenmesser des Luftfahrzeuges oder anderer Höhtnnutzvorriehtungen umgewandelt. Ein weiterer Wandler digitalisiert dieses Signal zur Umwandlung in den Hoa Gilam-Höhenraeldekode.

Bine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude in ein entsprechendes Sinus-yftosinus-Signalformat umfaßt erste Generator einrichtungen, die ein Gleichstromsignal mit veränderlicher Amplitude liefern, zweite Generatoreinrichtungen» die ein Gleich« stromslgnal mit fester Amplitude liefern« mit den ersten und zweiten Generatoreinrichtungen gekoppelte Schaltereinrichtungen nun Schalten des Gleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude für eine erste Zeltperiode und des Gleichstromsignals mit fester Amplitude für eine zweite Zeltperiode« erste Oszillatoreinrichtungen, die ein Bezugs-Slnusschwingungs-Frequenzsignal gleich« zeitig mit einem synchronisierten Bezugs-Kosinusschwlngungs-. Frequenzsignal erzeugen, erste Zähleinrichtungen, die mit den Schaltereinriehtungen und den ersten Oszillatoreinrichtungen gekoppelt sind, um die Dauer der ersten und zweiten Zeitperioden zu steuern* · Integratoreinrichtungen, die mit den Schalterein« richtungen gekoppelt sind und die ein erstes Ausgangssignal, das das Integral des Gleichstromsignals mit veränderlicher Am« plitude während der ersten Zeitperiode ist, und ein zweites Ausgangesignal erzeugen, das das Integral des Gleichstromsignals mit fester Amplitude während der zweiten Zeitperiode 1st, Detektoreinrichtungen, die mit den Integrator einrichtungen ge-, koppelt sinö und die einen Ausgangs-Abtastimpuls zu dem Zeltpunkt während der zweiten Zeitperiode erzeugen, an dem das zweite

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Integral gleich dem ersten Integral wird, und Abtast- und Halteeinriohtungen, die mit den Detektci/einrichtungen und den ersten Oezillatoreinrichtungen gekoppelt sind, um die Amplitude der Sinus- und Kosinusschwingungfj-Bezussfrequenzsignale zu dem Zeltpunkt abzutasten, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral wird, so daß die abgetasteten Amplituden der Sinus- und Kosinusschwingungen jeweils proportional zur Amplitude des Oleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude während der ersten Zeitperiode sind.

Ein erfindungsgemäß ausgebildetes Verfahren zur Umwandlung •ines Oleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude in ein entsprechendes Sinus-ZKoslnus-Slgnalformat umfaßt die Sohritte der Erzeugung eines ersten öleIchstrorasignals mit veränderlicher Amplitude, der Erzeugung eines zweiten Oleichstromsignals mit fester Amplitude, des Schaltens des ersten Qleiohstromsignals für eine erste Zeitperiode und des zweiten Glelohstromsignals für eine zweite Zeitperiode, der Erzeugung eines Eezugs-Sinusschwingungs-Frequenzsignals und eines synchronisierten Bezugs-Kosinussohwingungs-Frequenzsignals, der Steuerung der ersten und zweiten Zeitperioden in besug auf feste Anzahlen /1er Perioden des Bezugs-Sinusschwingungs-Fr-aquenzsignals oder des synchronisierten Bezugs-Kosinusschwingungs-Frequenzsignals, der Integration des ersten Gleichstromsignals für die erste Zeltperlode, der Integration des zweiten Gleiehstromsignals für die zweite Zeltperlode, der Erzeugung eines Abtasfcimpulees zu dem Zeitpunkt während der zweiten Zeitperiode, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral wird, der Abtastung der Amplitude der Sinus- und Kosinussohwlngungs-Bezugsfrequenzsignale zu dem Zeltpunkt, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral wird, und der Erzeugung von Gleiohatromsignalen aus den abgetasteten Amplituden der Sinus- bzw« Kcsinussohwingungen, die proportional zur Amplitude des ersten ÖleIch3tromsignals während der ersten Zeltperiode sind.

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*" 5 *^a

In einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel liefert die die schwingende Membran aufweisende Druckmeß&ende,, (die die erste Gene·» ratoreinrichtung bildet) eine Auegangsf^equenz, die sich mit der Höhe ändert, wobei die Druck-ZFrequenz-Beziehung von Ihrer Eigenart her In vorgegebener Waise nicht linear ist, wie es

In der oben erwähnten deutschen ^pai;entschrift

(deuteohe Patentanmeldung P 17 72 ^91·7) beschrieben ist. Dieses Frequenzsignal wird in ein entsprechendes Gleiohstromsignal umgewandelt und bezüglich der Höhe mit Hilfe einer RttckfUhrungesohaltung linearisiert, die einen Funktionsgenerator mit der genannten vorgegebenen FunktIonscharakteristik einschließt. Die Oröße des zur momentanen Höhe proportionalen Gleichspannungssignals wird zu einem Bezugs-Gleichstromsignal In Beziehung gesetzt, dessen Größe proportional zum Skalenendwert der Höhe ist, d.h. proportional zur maximal angezeigten Höhe, und wird in ein entsprechendes Zeitperlodenverhältnis unter Verwendung eines Doppelflanken-Integrators umgewandelt, der durch einen Zeltbezug besteuert wird.

Der grundlegende Zeltsteuerbezug für das System umfaßt einen SInu8-/Kosinus-Oszillator mit einer vorgegebenen zweckmäßigen Frequenz, wobei der Sinusschv/ingungsausgang als Zeitsteuerbezug verwendet wird. Dieser Oszillator liefert außerdem die_a Feln-Synohrodaten, wie es weiter unten beschrieben wird ο Eine genaue Zeitsteuerung wird durch Umwandlung der Sinusschwingung In eine alternierende Rechteckschwingung mit gleicher Perlode erzielt· Diese Bezugs-Rechteckechwlngung wird einem Zähler zugeführt, der seinerseits Schalter steuert, die das Gleiohstromsignal mit veränderlicher Amplitude dem Doppelflankenintegrator (der so gesteuert wird, daß er immer ausgehend von 0 zu arbeiten beginnt) für eine feste Anzahl von Perioden zuführen, worauf daa Bezuge-Gleiohstromsignal mit entgegengesetztem Vorzeichen für eine gleiche (oder im wesentlichen gleiche) Anzahl von Perioden, zugeführt wird. Die Integrationsrate des Integrators ist konstant,

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so daß sich die Größe des Ausganges des Integrators als Funktion des Wertes des veränderlichen Gleichstrom= oä@r Höhensignals ändert· Die Flankensteilheit des Integratorausgangs in Abhängigkeit von dem Bezugsgleichstromsignal ist konstante so daS der Zeitpunkt^ zu dem der Ausgang des Integrators auf 0 zurückkehrt, das genaue Zeitverhältnis zwischen dem veränderlichen Gleichstrom und dem festen Bezugsgleichstrom darstellt» Wenn somit die Zeltperiode oder Zählung, über die der Integrator das veränderliche Gleichstromsignal empfängt, und die Zeitperiode., über die er das Bezugs-Gld. chstromsignal empfängt* gleich oder im wesentlichen gleich sind und jeweils dem vollen Skalenwert der Höhe entsprechen, stellt der Zeitpunkt, zu dem der Integratorausgang auf 0 zurückkehrt, die momentane Höhe dar und kann zur Abtastung der Sinusschwingung und der Kosinusschwingung des Oszillators verwendet werden, um auf diese Weise Gleich» stromsignale zu liefern, die Jeweils proportional zu den FeinSinus- und Kosinus-Werten der veränderlichen Gleichstrom= oder Höhensignale sind.

Der Grob-Wert des veränderlichen Gleichstrom'» oder Höhensignals wird von einem zweiten Sinus-/Kosinusoszillator mit einer Frequenz geliefert, die dem üblichen l/27»Verhältnis entspricht, das üblicherweise bei Fein«/Grob-S^nehrosystsmen verwendet wird» Dieser Grob-Sinus-/Kosinus-Oszillator wird so gesteuert, daß er zu einem genauen Zeltpunkt startet« und zwar mit Hilfe eines Nulldurohgangs-Abtastlmpulses, der von dem ZMMar geliefert wird, der auf die Sinus-Komponente des Fein-Oszillators anspricht_o Zu Beginn d er ersten Zählung (der Doppelflankenintegrator ist auf das veränderliche Gleichstromsignal geschaltet) wird der Grob-Sinus-/Kosinus-Oszillator auf einen Anfangszustand eingestellt, bei dem der Sinuswert gleich 1 und der Kosinuswert gleich 0 ist. Nach einer vorgegebenen Anzahl von Zählungen wird dann der Grob-Oszillator gestartet <> Wenn negative oder unter dem Meeresspiegel liegende H3hen vernachlässigt werden könnten, würde der Groh~Oszlllator an einem derartigen Funkt

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gestartet, daß die positiv verlaufende Sinusschwingung den Nullpunkt genau zu Beginn der zweiten Zählung überqueren würde (Doppelflankenintegrator zum Empfang des Gieichstromsignala geschaltet). Weil jedoch auch xieg&tive Höhen angezeigt werden nüssen, wird der Orob-Osaillator au einem derartigen Punkt gestartet, daß die Grob-SimisschwiLngung den Nullpunkt (entsprechend der Null-Höhe) an einem Punkt überquert, der etwas naoh dem Beginn der zweiten Zählung liegt. Wis beim Fein-Oszillator wird der Abtast-Impulsausgang des Zweiflankenintegrators ebenfalls dazu verwendet, den Urob-Oszillatoraussang abzutasten, um auf diese Weise Gleiohstromsignale zu liefern, die proportional zu den Grob-Sinus= bzw. »Kosinus-Werten des veränderlichen Gleichstrom« oder Höhensignals sind»

Jedes der Fein-Sinus-/Kosinus° und Grob«Simi8-/Kosinus»Gleichstromsignale wird mit der gewünschten Sjnchro-Sendefrequenz, typlsoherweise 400 Hz moduliert und dann direkt jeweiligen Fein- und Grob-Synchro-Resolvern oder Scott«T°Transformatoren zugeführt, um resultierende Pein- und ßrob-Signale Im Dreldraht-Synohrosignalformat zur Aussenclung &n Nutzeinrichtungen zu erzeugen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ujid Weii.erbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteranaprüohen=,

Die Erfindung wird im folgenden anhand von In der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen noch nälier erläutert»

Zn der Zeichnung zeigern Pigg· la bis Id zusammen ein schainatisohes Blockschaltbild

einer Ausführungsform der Vorrichtung In Form eines Flugdatensyetems;

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■0 '

Pig. 2a und 2b eine Reihe von. Zfct^Uasraanaen aur Beschreibung der Betriebsweise der Vorrichtung nach den Pigg. la bis Id;

Pig. J ein Schaltbild eino:;· Ejasalhaifc der Ausftthrungs-

fonn der Vorrichtung nach den Pigg. la und Ib„

In den Pigg. la bis Id bezishon sioh die in Klammern gesetzten Berügeziffern auf die Signale, die mit den entsprechenden in Klammern gesetzten Bezugsziffern in den Pigg. 2a und 2b versehen sind.

Zn den Pigg. la und Ib umfaßt die Quell« für Druckhöhendaten tint ait einer schwingenden Membran arbeitende Druokmtfisonde 10« die von der Art sein kann» wie dies in der deutschen Patentschrift (deutsche Patentanmeldung P 17 73 *91·7)

beschrieben ist und deren Ausgang 11 ein Wechselstromslgnal mit einer Frequenz ist, die eine Punktion des gemessenen Druckes ist* Eine Einschaltung 12 schließt eine thermische Kompensation·« einrichtung 15, einen Prequenz-Zoielohspannungs-Wandler 14, ein Siohnetzwerk 15 und einen SuranierversVärker l6 ein. Die thermische KompeiisatioAseinriohtung IJ kann einen Temperaturfühler in der MtSsonde 10 einschließen, um irgendwelche Effekte auf Orund von UmgebungstemperafcjrKnderungen &n dar Meßsonde zu kompensieren. Der Prequenz-/Qleiohspsimun.2s~^wsindler kann von üblicher Art sein und 1st vorzugsweise so aufgebaut» wie dies

In dtr US-Patentschrif fc (US-Patentanmeldung 330129

vom 6· Pebruar 1973) beschrieben isto Dieser Uleichspaxmung·- ausgang und der Ausgang der thermischen Kompsnsationaeinrichtung werden dem SummierverstXrker 16 zugeführt, dessen Ausgangaleitung 17 über das Eichnetzwerk 15 an seinen Eingang zurückgeführt wird· Die Aufgabe dea Elohnetzvrerkes 15 besteht darin, das linear zur MeSsondenfrequenz proportionale Qleichepannungseignal in ein aieichspann\mgsaigna.\ zu linearisleren, das linear proportional zur Druokhöhe ist, Zur Verbesserung

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der Genauigkeit des Flugdatensystems kann es wünschenswert sein*. einen weiteren Korrekturwert einsufUjen,, der proportional zur Maoh-Zahl ist« um die Wirkungen der Hach-Zahl auf die statische Quelle für die Meßsonde 10 zu kompensieren. So kann beispielsweise eine Quelle in Form ein Rechners l3 ftir ein Signal vorgesehen sein, das proportional zur Hach-Zahl ist, und das als Korrektursignal an den Eingang des Summierverstärkers 16 geliefert wird.

Der grundlegende Zeitsteuerbezug für das System wird duroh den Slnus-/Kosinus-Oszillator 20 (Fig. la) gebildet, der auf eine zweckmäßige Frequenz abgestimmt ist, die von den gewünschten Auflösungseigenschaften abhängt·., die durch den System-Zyklus oder die Datenerneuerungsperiode dargestellt sind· Beispielsweise hat sich bei einer Anwendung eine Frequenz von ungeftthr 330 Hz als befriedigend herausgestellt« Der Sinusschwingungsausgang des Oszillators 20 erscheint an einer Leitung 21, während der Kosinussohwingungsausgeng an einer Leitung 22 erscheint. Diese Signale sind in den Kurven (l) bzw» (2} der Zeitsteuerdiagramme nach Fig. 2a dargestellte Der Sinusschwingungsausgang wurde aus Zweckmäßigkeitsgründen als Seitsteuerbezug für das System gewählt, obwohl die Kosinussc-iwingung in gleicher Weise verwendet werden könnte« Um eine sehr präzise Zsitsteuerung zu erzielen, wird der Sinusschwingungsausgang des Oszillators 20 mit Hilfe eines üblichen RechfceckvsrstSrkers odar Rechteckschwingungsgenerators 23 in eine Rschteeksehwlngung umgewandelt» Der Ausgang des Rechteckschwingungsgenerators 23 ist durch die Kurve (3) nach Fig. 2a dargestellt und weist eine Periode von l/f auf, wobei f die Frequenz des Oszillators 20 ist.

Wie es weiter oben erläutert wurde, beruht der Wandler für das veränderliche Gleiehspannungssignal in das Synchro-Signal auf dem Grundgedanken der Umwandlung des Verhältnisses zwischen dem veränderlichen Oleichspannungssignal und sinem Bezugsgleich-

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spannungssignal in ein Zeitperiodonverh'iltnis. wobei der Zeitperlodenbezug der Sinus3chviingungBaisgaiig des Oszillators 20 ist. Im Prinzip und bei Anwendung &yf einen Flugdatenrechner zur Lieferung von zur Luftfahrzeugh?5he proportionalen Pein-/ Grob-Synohrodaten sowie unter vorläufiger Vernachlässigung von negativen Höhen« d.h. Höhen unterhalb des Meeresspiegels wird die veränderliche, zur momentanen Höhe proportionale Oleichspannung über eine Zeitperiocie integriert» die einem gewünschten vollen Skalenwert der Höhe entspricht« beispielsweise von 0 bis beispielsweise 50 000 Fu£„ was einer vorgegebenen Anzahl von Oszillatorperioden entspricht. Eine Bezugsgleichepannung mit zur veränderlichen Gleichspannung entgegengesetzter Polarität» deren Größe oder Amplitude außerdem dem vollen Skalenwert entspricht« wird unmittelbar von demselben Integrator integriert« wobei die Bezugsgleichspannung dem Integrator für eine gleiche Zeltperlode zugeführt wird» d.h. über eine Zeltperiode« die der gleichen Anzahl von Oszillatorporloden entspricht. Well sich die Flankensteilheit des Integratorausgangs in Abhängigkeit von der Größe, d.h. entsprechend der tatsächlichen Höhe des veränderlichen Gleichspannungssignale Über eine Zeitperiode ändert, die dem vollen Skalenwert der Höhe entspricht, und well sich die Flankensteilheit des Integratorausganges in Abhängigkeit von dem Bezugssignal, dessen Größe proportional zur dem vollen Skalenwert entsprechenden Höhe ist, konstant ist, stellt der Zeitpunkt; zu dem der Integratorausgang auf 0 geht, das Verhältnis; der Größe der veränderlichen Gleichspannung oder der tatsächlichen Höhe gegenüber der Bezugsgleiohspannung oder der dem vollen Skalenwert entsprechenden Höhe in Form eines Zeitperlcdanverhältnisses der

der
Anzahl der ("tatsächlichen Höhe entsprechenden Oszillatorperloden zur Anzahl der der dem vollen Skalenwert entsprechenden Perioden dar.

Die vorstehende Beschreibung kann mathematisch wie folgt erläutert werden, wobei auf die Kurven (l) bis (6) nach Fig. 2a

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bezug genommen wirdo Die zur Höhe proportional© veränderliche Gleichspannung Eg wird über eine vorgegebene Zsitperiode T^ integrierte beispielsweise 10 Sinusschwingungrsperioden des Bezugsoszillators« wobei diese Periode der dem vollen Skalenwert entsprechenden Höhe entspricht„ Die Flankensteilheit des Ausgangs des Integrators* der eine vorg<ag@besi<? Zeltkonstante T, aufweist« ist veränderlich und hängt von der momentanen tat« sächlichen Druckhöhe abs

Flankensteilheit =■■ -ν-°

so daß die Größe des Integratorausganges naeh der Zeit T-? iste Die Bezugsgleiehspannung EL, die zur dem vollen

Skalenwert entsprechenden Höhe proportional ist;, wird dem Inte» grator für eine gleiche Periode T₁ zugeführt. Weil die Bezugs» spannung EL konstant ist, weist der Ausgang Φ·*θ Integrators in Abhängigkeit von dieser Besugsspanmmg ®iws konstante Flankensteilheit oder Steigung auft

EL Flankensteilheit « «P

Wenn daher das veränderliche Gleichspenaungssignal dem Integrator für eine Zeitperiode T. zugeführt wiroU und das Bezugsgleich-Spannungssignal, dessen Groß© der Zeitperlocl·? T. entspricht» unmittelbar danach dem Integrator zugeführt wird_s so ist der Zeitpunkt Tg,zu dem der Integratorausgang zu O wird« veränderlich und proportional zum Verhältnis zwischen der veränderlichen Gleichspannung und der Bezugsgleichspannihigt

^T2

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Sie Zeitperieäe T. ist durch eine vorgegebene Anzahl,, beispielsweise IQj, von SiriUsseh'wingUJQgspGrtod«ndes Oszillators bestimmt» Wenn somit die Sinus-/ Küsiniiö-Sahwingurigsausgäng^ des Oszillators des Bezugsoszillators al» Feiii-Höhend&fcen betrachtet werden und zum Zeitpunkt T_g abgetastet werden^ so sind diemmomentanen Werte der Sänus= und Kosinusspannungsn wie folgt sur Höh© proportional

/Sin (ω T₂) = Sin (2iTf°E_s ^y)» Sin abgetastete \
Fein-Daten ~ j

I T₂) = cos

3s sei darauf hingewiesen* daß sich die Oszillatorfrequenz aufhebt und daß die Ausgangsdaten lediglich von den Spannungsverhälfcnissen abhängen* so daß der Oscillator kein Präzisionselement sein muß und eine langsame Frequenzänderung aufweisen darf, ohne daß die ö-enauigkeit des Systems beeinträchtigt wird.

Grcb-Höhendaten können mit Hilfe eines zweiten Sinus=/ICosinus= Oszillators gewonnen werden* der eine Frequenz aufweist, die ain vorgegebener Bruchteil der Pein«-Datenfrequenz ist* typischer weise- 1/27 davon. Wenn der Grofo-Oszillator so gesteuert wird, daß die positiv verlaufende Sinusschwingung den Nullpunkt zu dem Seitpunkt überquerte zu dem die Bezugsgleichspannung dem . Integrator zugeführt wird_s und zum gleichen Zsitpunkt Tg abgetastet wird, so sind dia momentanen Werte der Grob-Oszillatorausgänge wie folgt:

(»ff

abgetastete Grob-Daten / "

(cos

Weil Höhen unterhalb des Meeresspiegels auf dsn meisten üblichen Höhenmessern angezeigt werden müssen^ wird dia Zeitsteuerung der

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Grob-Daten etwas modifiziert. Diese Modifikation erfolgt dadurch, daß eine einzige Periode zu der Zeitperiode hinzugefügt wird, über die das Bezugsgleishspannungssignal dem Integrator zugeführt wird und daß der .Start des Grob-Oszillators so gesteuert wird, daß seine positiv verlaufende Sinusschwingung den Nullpunkt etwas nach dem Anlegen der Bezugsgleichspannung an den Integrator überquert. Bei einer Anwendung des beschriebenen Aueführungsbeispiels entsprach diese Verzögerung einem Viertel einer Fein-Periode, die 125O Fuß entsprach, so daß die Grob-Daten bei 1250 Fuß unterhalb des Meeresspiegels begannen, was ausreicht, um alle Bereiche der Srde mit maximalen atmosphärischen Drücken zu berücksichtigen. Somit können die Gleichungen für die abgetasteten Grob-Daten wie folgt umgeschrieben werden;

abgetastete Grob-Daten

,20

-JWp

wobei *&=· die beschriebene Verzögerung ist.

Im folgenden wird nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel bei Anwendung auf die Höhenmessung bei Luftfahrzeugen beschrieben, wobei wiederum aufdie Figg. la und Ib zunächst Bezug genommen wird.

Daa wesentliche Element der Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude in ein entsprechendes Sinus-/Kosinus-Signalformat ist ein Doppelflankenintagrator 24, der auf den Ausgang einer Multiplexerschaltung 25 anspricht, die von einem Zähler 26 gesteuert wird, der seinerseits auf die Rechteckschwingung anspricht, die von dem Reohteckschwingungsgenerator 2J> erzeugt wird und dem Sinusausgang des Oszillators 20 entspricht. Die Multiplexer-Schaltung 25 umfaßt zwei Schalter 27 und 28, die mit der veränderlichen, zur momentanen Hfcpie proportionalen Gleichspannung an der Lei-

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tung 17 bzw. mit einer Eszugsglüiohspannung verbunden sind, die von dem Bezugs-Gleichspsrinungsnetzw&rk 29 erzeugt wird und deren Größe einem gewissen Maximumwert wie z.B. dem Skalenendwert für die Höhe entspricht. Otwohl die Schalter 27 und als übliche mechanische Schalter dargestellt sind, können sie Pestkörperelemente wie z.B. übliche Feldeffekttransistor-Schalter sein.

Der Zähler 26 ist ein bis 21 zählender zähler und stellt die Folgezeitsteuerung für das System dar. Der Zähler 26 wird durch einen üblichen Binärzähler gebildet, der 21 Perioden des Ausganges des Rechteckschwingungsgenerators 2~5 zählen kann, wobei diese 21 Zählungen den Systenszyklus oder die Datenerneuerungsperiode darstellen* wie dies aus den Kurven (4) und (5) nach Fig. 2a zu erkennen ist* Während der ersten 10 Zählungen, der Periode T. der Kurve (6) nach Fig. 2a, ist der Schalter 27 geschlossen und das veränderliche Gleichspannungs-Höhensignal an der Leitung 17 wird einem üblichen Integrator 30 des Doppelflankenintegrators 24 zugeführt. Der Ausgang des Integrators yo sinkt mit einer Flankensteilheit ab, die von der GrUBe des veränderlichen Gleichspannungssignals (Höhensignal an der Leitung 17 von der Meßsonde 10} und der Integrator-Zeitkonstante abhängt, so daß am Ende der zehnten Zählung die Größe des Integratorausganges proportional zur Größe der veränderlichen . Gleichspannung multipliziert mit der Zeitperiode T₁ und dividiert durch die Integrator-Zeitkonstante ist. Ao Ende der zehnten Zählung öffnet der Zähler 26 den Schalter 27 und schließt den Schalter 28 und die Schalter bleiben in diesem Zustand für die nächsten 11 Zählungen des Zählers oder zumindest so lange, bis der Integracorausgang auf Null zurückkehrt. Während dieses Zeitintervalls wird die Bezugsgleichspannung von dem Metzwerk 29 nunmehr dem Integrator ^O zugeführt, Jedoch mit einem entgegengesetzten Vorzeichen gegenüber dem Vorzeichen des veränderlichen GMchspannungssignals, so daß der Integratorausgang anzusteigen beginnt. Weil die Bezugsgleichspannung immer

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gleich ist; ist die Rüekwärts-Flankensteilheit des Integratorausgangs konstant. In den Kurven 6 nach Fig. 2u zeigen die gestrichelten oberen und unteren Kxirven die Betriebsweise des Doppelflankenintegratorß 24 bei niedrigeren bzw. höheren Höhen an.

Der Ausgang des Integrators 30 wird einem übliohen Nulldurchgangsdetektor 31 zugeführt« so daß, wenn der Integratorausgang auf 0 verringert wird, der Detektor einen Ausgangs- oder Abtastimpuls liefert« Der Abtastimpuls kann zur Rückstellung des Integrators auf Null über die Rückstellschaltung 30' verwendet werden oder alternativ kann der Abtastimpuls zum öffnen des Sohalters 28 verwendet werden, um sicherzustellen, daß der Integrator für den Beginn der nächsten Periode auf 0 zurückgestellt ist. Somit erscheint der Abtastimpuls zum Zeitpunkt T₂, der sich entsprechend dem Verhältnis der Größe der veränderlichen Gleichspannung und der Größe der Bezugsgleiohspannung in Ausdrücken der Anzahl der der Zeit Tg entsprechenden Oszillatorperioden und der Anzahl der der Bezugs-Zeitbasia T- (siehe Kurven (l) und (7) nach Pig. 2a) entsprechenden Perioden ändert. Der von dam Detektor 31 gelieferte Abtastimpula, Kurve (7) nach Pig. 2a, ^rird als Freigabe impuls zwei Abtast- und Halteschaltungen 32· und 33 (Pig. Ib) zugeführt, die auf den Sinus- bzw. Kosinusausgang 21 bzw. 22 des Oszillators 20 ansprechen. Die Abtast- und Halteschaltungen 32 und J>Z> sind üblich und liefern einen Oleichstromausgang, der proportional zum Wert des Signaleingangs zum Zeltpunkt der Zuführung des Freigabeimpulses ist. Daher wird zum Zeitpunkt T₂ der Abtastimpuls den Abtast- und Halte»ohaltungen 32 und 33 zugeführt, deren jeweilige Ausgänge 3^ bzw. 35 Gleichspannungen sind, die jeweils proportional zu den momentanen Sinus- bzw. Kosinuswerten der Druckhöhe sind. Diese Signale werden Jeweils den Modulatoren 36 und 37 zugeführt, in denen sie in entsprechend modulierte Wechselspannungsaignale umgewendet werden, wlo es weiter unten beschrieben wird.

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Wenn dies erwünscht ist, kann der Abtastimpuls zur Erzielung einer positiven Freigabe der Abtas-- und Halt33chaltungen 32 und 33 außerdem dem Oszillator 20 zugeführt warden, um diesen auf den zu diesem Zeitpunkt erreichten Sinus-/Kosinus»Werten festzuhalten. Die Haltezelt muß nu..« sehr kurz sein, beispielsweise 100 Mikrosekunden und dieses momentane festhalten beeinflußt die Systemgenauigkeit nicht merkbar, well Irgendeine geringfügige Verzögerung des Oszillatorausganges lediglich den Beginn des nächsten Systemzyklus verzögert.

Wie es weiter oben ausgeführt wurde, ist der Zähler 26 der grundlegende Folgezeitsteuerbezug für das System und liefert als solcher bestimmte Steuerlogikimpulse zu diskreten Zählungen des grundlegenden Sinusschwingungs-Zeitbezuges, der von dem Oszillator 20 geliefert wird. So liefert der Zähler 26 binäre Zählsignale an eine Steuerlogik 38 (Fig. la), die dazu bestimmt ist, diskrete logische Steuerspannungen oder Impulse bei vorgegebenen Zählerständen des Zählers zu liefern. Diese sind durch dl« Kurven (8), (9), (ll) und (12) nach Fig. 2b dargestellt und ihre Betriebsweise wird im folgenden erläutert.

Bisher wurde ausgeführt, daß die Qrob-Synchrodaten von einem zweiten Oszillator geliefert werden, dessen Frequenz ein vorgegebener Bruchteil der Pein-Datenfrequenz des Oszillators 20 ist· üblicherweise entspricht diese Frequenz 1/27 der Fein-Datenfrequenz. Diese Quelle für die Qrob-Datenfrequenz 1st der Orob-Oszlllator 40, der Qrob-Sinus- und Kosinussohwingungen liefert. Damit die Grob-Daten genau mit den Fein-Daten synchronisiert sind, wird der Orob-Oszillator 40 von dem Zähler 26 gesteuert. Wie es weiter oben ausgeführt wurde, 1st es weiterhin erwünscht, daß die positiv verlaufende Grob-Sinussohwingung so gesteuert wird, daß sie den Nullpunkt etwas nach dem Beginn der einem vollen Skalenwert entsprechenden Fein-Slnuseohwingung durchläuft, um die Anzeige von unter dem Meeresspiegel liegenden Höhen zu ermöglichen* Diese Steuerung erfolgt

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in zwei Schritten. Erstens wird der OrobOszillator 40 zu Beginn jedes Systemzyldus so voreIngestoltfc, duß der Sinus-Wert gleich 0 und der Kosinus-Wert sleioh 1 iat. Weiterhin muß, weil kritisch ist, daß die positiv verlaufende Sinusschwingung des Orob-Oszillators 40 0 genau bei der Null-Höhe durchläuft, die Frequenz des Crob-Oszilltitors 40 weiterhin von der Zählerlogik 38 über eine Sinussohwingungs=Frequenzsteuerung 4l (Fig. la) gesteuert werden,

Der Orob-Oszillator 40 und seine Nulldurchgangssteuerung 4l sind eohe ma tisch in Fig. J> dargestellt. Der grundsätzliche Oszillator let in üblicher Weise aufgebaut und umfaßt zwei in Reihe geschaltete Integratorverstärker 45, 46, die eine eine vollständige Schleife bildende RUokfUhrungsverbindung 47 aufweisen, um das System in Schwingungen zu halten. Dieae Rückführungsverbindung 47 schließt Einrichtungen zur Änderung dtr Oszillatorfrequenz ein, die schematisch als Verstärker mit veränderlicher Verstärkung dargestellt sind. Der Sinussohwlngungsausgang 49 wird vom Ausgang des ersten Integrators 45 abgenommen, während die Kosinusschwingung am Ausgang 50 des zweiten Integrators 46 abgenommen wird. Die Oszillatorelemente sind so ausgewählt, daß ihre Nennfrequenz In der Nähe von l/27 der Frequenz des Fein-Oszlllators 20 liegt, diese Nennfrequenz kann Jedoch geringfügig mit Hilfe der Frequenzsteuerung 41 aus Gründen geändert werden, die noch weiter unten erläutert werden.

Der Orob-Oszillator 40 wird am Beginn jedes Systemzyklus mit Hilfe eines Vorelnstell-Gattersignals voreingestellt, das durch die Kurve (8) nach FIg₀ 2b dargestellt ist. Dieses Gattersignal steuert zwei Schalter 51» 52, die jeweils in die kapazitiven RückfUhrungsschleifen der Integratoren 45, 46 eingeschaltet sind. Die Schalter 51» 52 sind als mechanische Schalter dargestellt, in der Praxis würden sie Jedoch in den meisten Fällen elektronische Feldeffekttransistor-Sohalter seinο Der Schalter 51

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sohließt den Integrator-Rüekführun^akondeneator 100 des Integrierenden Verstärkers 45 kurz und legt eine vorgegebene feste Spannung an dessen Ausgang» so daß sein Ausgang eine "l" wiedergibt« die der Spitsenamplituds des Oszillators entspricht« während der Schalter 52 den Integratov-Rtickführungskondensator des Integrators 46 kurzschließt, so dafi dessen Ausgangsamplitude zu 0 wird« Dieser anfängliche Zustand wird mit Hilfe des Stop-Qattersignals nach Kurve (8a) der Fig. 2b aufrechterhalten« das die Schalter 53 und 54 in der Verbindung zwischen den Verstärkern 45 und 46 bzw» der Oszillator-RUckfUhrungsverbindung 47 Öffnet. Wie es ausgeführt wurde, muß der Grob-Oszillator 40 genau so gestartet werden« daß der positiv verlaufende Sinusausgang den Nullwert an einem Punkt bezüglich dee Beginne der dem vollen Skalenwert entsprechenden Sinusschwingung von dem Oszillator 20 durchläuft« der der Null-Höhe entspricht. Zu diesem Zweck 1st die von dem Zähler 26 gesteuerte Steuerlogik 38 so ausgelegt« daß sie genau bei einer Zählung von 3,5 Perioden der sin (^T) -Kurve (1) nach Fig. 2a das Gattersignal (8) abschaltet und das Gattersignal (8a) einschaltet. Weil in dem speziellen dargestellten Ausführungsbeispiel kein vollständiger Qrob-Oszillatorzyklus erforderlich 1st und eine Viertelschwingung der Fein-Sinusschwingung schwierig festzulegen ist« sind irgendwelche Einrichtungen erforderlich« die sicherstellen« da0 die positiv verlaufende Sinusschwingung den Nullwert an einem Punkt durchläuft« der der Null-Höhe entspricht· Dies wird mit Hilfe eines "Nulldurchgangs"-Abtastgatterschalter» 55 und des Integrators 56 erreicht« die schematisch in Flg. 3 dargestellt sind. Das Nulldurchgangs-Qattersignal 1st durch d ie Kurve (9) nach Fig. 2b dargestellt. Dieses Gattersignal wird von der Zählerlogik 38 genau bei der Zählung von 10 eingeleitet und genau anderthalb Fein-Sinusschwingungsperioden später beendet. Während dieser Zeltperlode ist der Schalter 55 geschlossen und der Qrob-Sinusschwingungsausgang von dem Orob-Oszillator 45 wird dem Integrator 56 zugeführt. Wenn die

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- AS

Örob-Sinuesohwingung den Nullwer? gsneu an der Mitte der Gatterperiode durchlauft, werden gleiche positive und negative Amplituden dem Integrator zugeführt und sein Ausgaig isc O. Wenn die Orob-Sinuseohwingung Jedoch den Nullwerk nicht an der Mitte der Oatterperiode durchläuft, so etel.Y'·- der resultierende Integratorauegang die VerstSrkung des RHokführungsverstärkers 48 ein, wodurch die Frequenz des Oszillators ^O in einer derartigen Richtung verändert wird« daß der Integratorausgang symmetrisch wird« £s ist verständlich, daß diese Prequenaeinstellung eine Anzahl von Systemzyklen erfordern kann., das;it die Nulldurchgangs-Einstellung ausgeführt wird.

Mit der vorstehend beschriebenen Anordnung werden Qrob-Sinus» eohwingunge- und Kosinusschwingungesignale an den Leitungen 49 bzw· 50 gelieferte Diese Wechstilspannungaslgnale werden Jeweils Orob-Abtast- und Halteschai^tung-an 60 und 6l (Pig. Ib) zugeführt, wobei wie im Fall der Fein-Abtast™ und Haltesohaltungen 32 und 33 der Abtastgatterausgang des Nulldurchgangsdetektors 31 verwendet wird, um diese Grob-Abtast- und Halteschaltungen freizugeben und die dann vorhandenen Amplituden der Grob-Sinus- und Kosinusschwingungen festzuhalten^, wodurch sich an den Aus» gangeleitungen 62 und 63 Gleichspannungen ergeben« die jeweils proportional zu den Grob«Sinus~ und Gro'o-Kosinuswerten der Höh© sind« Genauso wie es bei den ?ein»I)aten der Fall war., werden diese Spannungen den Modulatoren 64 und 65 zugeführt« um entsprechende WechselspannungssignalQ zu liefern, deren Größen Jeweils proportional zu den Grob-Sinus- und G:?ob-Kosinus-Werten der veränderlichen Eingangsgleichspannung und im vorliegenden AusfUhrungsbeispiel der LuftfehrzeughShs sind.

Die Modulatoren 36 und 37 sowie 64 und 65 sind alle identisch, so dafi lediglich der Modulator 36 beschrieben werden soll. Dae zum Sinus des veränderlichen Gleichspsnnungseingangs- oder Höhensignals proportionale Gleichspannungssignal wird einem Integrator

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66 über eine Summierverbindung 6? sugeftthrt» Der Integratorausgang wird dann einem Modulator 68 zugeführt, <3er von einer (nicht gezeigten) Bezugs-Wechselspßnnungsvergorgung mit einer Frequenz erregt wird« die der Frequenz des Nutzsystems entspricht» das das Höhensignal empfängt, wobei diese Frequenz typischer» weise bei Luftfahrzeuganwendungen 400 Hz beträgt. Der Ausgang des Modulators 68 wird dann in geeigneter Weise im Verstärker 69 verstärkt. ^Eine Modulator-RUckfUhrungsschleife koppelt den Ausgang des Modulators 68 zur Summlerverbindung 67 über einen Demodulator 70 zurück» Im Betrieb stellt die zum Sinus der Luft« fahrzeughöhe proportionale Eingangsgleichspannung den Pegel des Ausgangs des Integrators 66 auf einen entsprechenden Wert •in, worauf dieses Signal in ein 400 Hz-Wechselspannungssignal mit einer Amplitude und Phase umgewandelt wird, die proportional zur Größe und zum Vorzeichen der Eingangsgleichspannung sind. Um die Genauigkeit des Modulatorausgangs zu verbessern und um irgendwelche kleinen Änderungen in der Weohselspannungsversorgungaamplitude und/oder Driftersoheinungen des Modulators 68 zu kompensieren, wird der Modulatorausgang in Gegenkopplung zum Eingang des Integrators 66 zurückgeführt, um dessen Ausgangssignalpegel entsprechend einzustellen«

Die Fein- und Grob-Sinus-Aosinus-Wechselspannungsausgänge der Modulatoren 36, 37, 64 und 63 können jeweils direkt im Resolver-Format verwendet werden, d.h* als Eingänge 71* 72 für Fein-/Grob-Reeolver, die einen Teil des Höhen-Nutzsystems bilden, oder wenn dies erwünscht oder erforderlich ist, können diese Signal· In Dreidraht-Synohroformat umgewandelt werden, beispielsweise mit Hilfe von Zweidraht-ZDreidraht-Sohaltungen 73, 74, wie Soott-T-Transformatoren, wie dargestellt, oder es können andere äquivalente Festkörperschaltungen verwendet werden.

Wie es weiter oben erläutert wurde _s wird das Druckhöhensignal für Höhen-Meldezwecke in ein Digitalformat umgewandelt» Dieses

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Digitalformat 1st das, das von der ARINC-Norm für Unterschall-Plugdatensysteme gefordert wird, wobei diese Norm als ARINC-Charakteristik Nr. 565 oder kurz gesagt als ICAO-Format bekannt 1st· Der DigitalversohlUßler für die Höhe ist In Fig« ld gezeigt. Allgemein startet und stoppt die von dem Sinus-/fcosinus-Fein-Oszillator 20 gelieferte Zeitbasis einen Hochfrequenz-Oszillator oder einen Taktgeber 75* dessen Ausgang in einem Zähler 76 gezählt wird« der vollständig gefüllt wird und auf Übereinstimmung mit dem Sinus-Ausgang des Oszillators 20 während der anfänglichen Betriebswelse des Doppelflankenintegrators 24 mit Hilfe von einer noch zu beeohrelbenden Synchronisationstechnik Überprüft wird. Die Zeltbasis wird dann in eine Höhe umgewandelt« Indem der Zähler 76 mit dem niedrigst bewerteten Bit-Wert von 100 Fuß erneut gestartet wird. Der Moa-Gllam- oder ICAO-Dekoder 77 wandelt die Höhenzählung In den ICAO-Kode um und der Ausgang des Dekoders 77 wird In Zwischenspeichern 78 mit Hilfe des glelohen Abtastlmpulses gespeichert, der die Grob- und Fein-Abtast- und Halteeohaltungen 62, 63 und 22, 2? bei der tatsächlichen Höhe freigäbe Der zwischengespeicherte Ausgang des Dekoders 77 wird im ICAO-Format dem (nicht gezeigten) Luftfahrzeugtransponder zugeführt, der die Höhe des Luftfahrzeuges der Flugverkehrskontrolle automatisch meldet.

Weil die gemeldete Höhe genau der tatsächlichen Höhe entsprechen muß, muß der Zähler-Taktgeber oder -Oszillator 73 genau mit dem Fein-Sinus-Aosinus-Oszillator 20 synchronisiert sein. Dies wird während der Zeit durchgeführt, während der der Doppelflanken-Integrator 24 das aieichspannungs-HÖhensignal von der Meßsonde 10 Integriert, d.h. während der ersten 10 Perioden der Pein-Oszillator-Sinusschwingung, und zwar mit Hilfe der Synchronisier· schalungen, die allgemein in Fig. Id mit 80 bezeichnet sind. Wie es dargestellt ist, 1st der Taktgeber 75 ein spannungsgesteuerter Oszillator mit einer Nennfrequenz, die proportional zur Frequenz des Oszillators 20 1st. In einem Ausführungsbeispiel betrug die

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Frequenz des Oszillators 20 33O il.s und dia Zähler-Taktfrequenz des Taktgebers 75 betrug nominell y$ KHz. Die Technik zur genauen Synchronisierung dieser Oszillatoren ist der Technik ähnlich* die für die Synchronisierung des Qrob-Oszillatore 40 mit dem Pein-Oszillator 20 verwendet wurde» so daß die Synchronisierung mehrere Datenerneuerungsperioden des Systeme erfordern kann.

Bei Betrachtung der Fig. 2a ist es zu erkennen« daß der Taktgeber-Oszillator 75 genau mit der Vollendung der zehnten Periode der Feinhöhen-Sinusechwingung (l) synchronisiert sein muß, was dem Beginn der Höhenmessung entspricht. Auf Grund des ziemlioh großen Frequenzverhältnisses zwischen diesen beiden Oszillatoren wird ihre ^nhton durch eine F*3in-/3rob-Teehnik erzielt, um irgendwelche möglichen Zweideutigkeiten zu beseitigen ο Die Orob-Synchronisation wird wie folgt erreicht s Der Hochfrequenz-Taktgeber 75 wird mit dem Start der Feinoszlllator-Slnusschwingungskurve 1 freigegeben (Kurve 11 nach Flg. 2a) und der Zähler 76 beginnt die Hoohfrequenzlmpulse zu zählen. Bin binär kodierter Dezimalzahler Sl (Flg. Id) der von 90 bis 499 zählt, füllt einen Binärzähler 82 und läuft In diesen über, der von 500 bis 7999 zählt. Well ein vollständiger Fein~Sinusschwingungszyklus einer Ho*he von 5000 Fuß entspricht, wenn die Oszillatoren genau synchronisiert sind, sollte das Fein-Sinusaohwingungskurvensignal (l) am Ende einer Zählung von 5OOO des binaren Zählers 82 auf 0 sein. Daher wird bei der Zählung von 5000 ein Orob-Abtastgattersignal mit einer Breite von ungefähr 25 Mlkroeekunden, das vergrößert in Kurve (12) nach Fig. 2b gezeigt ist, In einer Kodierer-Steuerlogik 84 (Fig. Id) erzeugt, die auf den Taktgeber 75 anspricht und die Fein-Sinussohwingungskurve (l) wird zu diesem Zeltpunkt abgetastet. FUr diesen Zweck wird die FeIn-Sinusschwingung von dem Oszillator 20 einem Begrenzer 85 und einem Reohteckverstärker 86 (Flg. Id) zugeführt, dessen Ausgang eine Integrierverstärker 87 über einen Schalter 88 zugeführt wird, der von dem 5000 Fuß-Grcb-Abtastgatterslgnal von der Kodl

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Steuerlogik 84 gesteuert wird. Uar letztere Sahalter ist vorzugsweise ein Feldeffekttransistor-FestkSx^erfjchalter obwohl er In der Zeichnung sohenatisch alt* mechanischer Schalter dargestellt ist. Der Begrenzer 85 dient dazu,, den Reohteokschwingungsausgang des Rechteckschwingungaverstärkers 86 so zu formen, daß sich eine tote Zone mit vorgegebener Breite um den Null-Wert der Sinusschwingung ergibt, wie dies ouroh die gestrichelt te Kurve in der Kurve (l) bei der Periode 1 nach Fig. 2a dargestellt ist. Wena somit das 5000-Puß-AbtaEtguttersignal den Schalter 88 innerhalb des toten Bereichs der Hechtecksohwingung schließt, so sind die Oszillatoren "grob-¹¹ synchronisiert und es wird dem Integrator 87 kein Signal zugeführt.. Wenn die Oszillatoren Jedoch nicht grob-synchronisiert sincs, wenn das 5000 Fuß-Oattersignal den Schalter 88 schließt« so wird ein Teil der Reohteckschwingungsspannung dem Integrator 87 zugeführt, dessen GrUBe und Polarität von der Zeitvoreilung oder Nacheilung zwischen dem Auftreten des Gattersign&ls und dem Abfall oder Anstieg der Rechteckschwingung abhängt» Der resultierende Ausgang des Integrators 87 wird daher dem spannungsgesteuerten Oszillator oder Taktgeber 75 zugeführt?um denoen Frequenz und damit den Zeitpunkt des Auftretens des Grob=>Gattersignals In einer derartigen Richtung einzustellen, daß das Grob-Gattersignal In den begrenzten toten Bereden dar Reohteokschwingung gebracht wird»

Dl· Feinsynchronisation der Oszillatoren 20 und 75 erfolgt in ähnlicher Weise während der ersten zehn Perioden der Betriebsweise des Doppelflankenintegrators 24. Der Zähler 76 zählt weiterhin die Ausgangsimpulse des HociifrequenBoszillators 75, der Binärzähler 82 läuft in den BinXrzKJiler 83 über und bei der Zählung von 50 000 wird ein 50 000 -Fuß-Fainabtastgattereignal In der Logik 84 erzeugt, wobei dieses Gattersignal zur Abtastung der Fein-Sinusschwingung νσα dem Oszillator 20 verwendet wird. Dieses Fein-Abtastgat^arsi-jEial i;$t die Schwingungs-

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form C1?) naah PIg₁ 2fe_c StA diesem £week wird die Fein=Sinus-Schwingung einem Rsehfceekverßfe&rker (oder Reehteekwellenformer) 90 zugeführt^ dessen Ausgang dem Integrator 87 über einen Fein« Abtastschalter 91 zugeführt wird.? der durch das 50 000-Pufl» Feinabtaetgattersignal gesteuert wird* Zn diesem Fall «eist die Fein~Reehte©ksQhwingung die v&lle Breite auf« wie dies durch die mit gestrichelten Linien dargestellte Kurve in der Schwingungsform 1 bei der Periode 10 in Fig. 2a dargestellt 1st» Das Ende der zehnten Periode der Feln-Sinusschwingung entspricht 50 000 Fuß, d.ho die Sinusschwingung durchläuft den Nullpunkt an einem Punkt* der 50 000 entspricht« Wenn die Oszillatoren 20 und 75 feinsynchronisiert sind« gabelt das Fein-Gattersignal gleichmäßig den Nulldurchgang der Fein-Sinusschvringung ein und der Schalter 91 läßt gleiche positive und negative Teile der Rechteckschwingung von dem Rechteckverstärker 90 durch* so daß sich kein Gesamtausgang an dem Integrator 87 ergibt» Wenn die Oszillatoren nicht feinsynchronisiert sind.» läßt der Schalter 91 unsymmetrische Teile der Rechteckschwingung an den Integrator 97 durch» dessen resultierender Ausgang den spannungsgesteuerten Oszillator oder den Taktgeber 75 in einer derartigen Richtung einstellt» daß das 50 OOO»Fuß-Gattersignal so verschoben wird _g daß die Teile der dem Integrator 87 zugeführten Reohteckschwingung ausgeglichen sindο Wie es weiter oben erläutert wurde _s kann dieser SynchronisationsVorgang eine Anzahl von Systemerneuerungszyklen zur Durchführung benötigen«

Die tatsächliche Höhenzählung beginnt genau am Beginn der elften Periode der Sinusschwingung (l)® Während dieser tat= sachlichen Zählung müssen jedoch die Synchronisierimpulse der Kurven (12) und (15) gesperrt werden_c Dies wird wie folgt erreicht: Am Beginn des System°Erneuerungszyklus, d.ho einer ersten Periode der Fein-Sinusschwingung (l) liefert die Steuerlogik 38 einen kurzen Impuls von beispielsweise 200 Hikrosekunden

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an einer Leitung 95 (diese Kurv© ist in Pig» 2 nicht gezeigt) _s wobei dieser Impuls eine übliche Fllpp~Flopp~Sohaltung 96 stellt, deren ^w S tell^M «Ausgang 97 der Koölerlogik 84 zugeführt wird« die ihrerseits das 5OOO°Fuß<=SYNCH° (Nulldurchgangs-) Grob-Oattersignal (12) und das 50 0OO~Fuß=SYNCH~(Nulldurohgangs)~ Feingattersignal (lj5) freigibt, di@ die Schalter 88 bzw, 91 steuern, so daß eine Synchronisation wie vorstehend beschrie* ben, erfolgen kann» Genau bei der Zählung von 50 000 durch den Zähler 8? liefert die Logik 84 einen kurzen Impuls» Kurve (l4) nach Figo 2b* der als Zählerrftckstellimpuls bezeichnet ist,. Dieser Impuls wird dem Zähler 76 über das ODER-Gatter 98 zugeführt* um dieses auf 0 zurückzustellen*, und außerdem der Flipp-Flopp-Schaltung 96_g um diese zurückzustellen*, doh_o um den Zustand des Ausganges 97 dieser Schaltung zu ändern_o Dieser "Rucksteil"-Ausgang hebt das Fein-Äbtastgattersignal nach Kurve (13) und das Grob-Abtastgatterslgnal nach Kurve (12) auf und sperrt damit die Betriebsweise der Schalter 88 und 91« so daß keine Frequenzänderung des Oszillators 75 während der tatsächlichen Höhenzählung erfolgte Am Ende der tatsächlichen Höhen« zählung liefert der Zähler 26 einen Impuls nach Kurve (15) nach Figo 2b über die Steuerlogik 38, was anzeigt,, daß die Zählung vollständig ist, Dieser Impuls wird dem QDER-Gatter 98 zugeführt und dient zur Null°Hüokstell\mg das Zählers 76 zur Vor« bereitung für den nächsten System°Irneuerungszyklus »

Der Inhalt des Zählers 76 während der Höhenzählung wird einem üblichen ICAO (Moa Güam) «Dekoder 77 zugeführt, um den Höhenmeldekode zu liefern« der in der obengenannten ARINC-Veröffentliohung definiert ist* wobei diese Höheninformation dem Höhenmeldetransponder an Bord des Luftfahrzeuges zur Aussendung an die Flugverkehrskontrolle zugeführt wird» Die Zählung wird fortgesetzt bis der Höhenahtastimpuls (Schwingungsform (7)) von dem Doppelflankenintegrator 24 erzeugt wird» wobei zu dieser Zelt der Inhalt des Zählers 96 in die Zwischenspeicher 78 über-

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speichert wird und gleichseitig der Hoehfrequenz°Tektgeber durch das Schließen des Takk°Freig&begatters durch die Steuerlogik 38 abgeschaltet wird» Am Enü® jedes Systemzyklus liefert die Steuerlogik 38 einen XCAO-Konvertar-Rtiekstellimpuls, der in der Kurve (15) nach Flg. 2b dargestellt ist und der den Zähler 96 mir Vorbereitung des nächsten Systemzyklus auf 0 zurückstellt«

Ee ist verständlich? daß insofern als die tatsächliche Höhenzählung in der Praxis negative oder unter der Meereshöhe liegende Höhen einschließt;, die tatsächliche Zählung von dem Zähler 76» die zur Ausbildung der Fein- und Qrob-Qattersignale während der Synohronisierperiode verwendet werden, durch die Zählung von 1250 für unter dem Meeresspiegel liegende Höhen verringert wird«. Somit tritt das Grob^Synchronisationsgattersignal in der Praxis bei einer Zählung von 3750 Fuß von dem Zähler 76 auf und nicht bei den geraden 5000 FuS, die weiter oben zur Vermittlung eines Verständnisses der Betriebswelse des Systems verwendet wurden. In gleicher Welse tritt das Fein-Synchronlsatlonsgatterslgnal in der Praxis bei einer Zählung von 48750 Fuß von dem Zähltr 76 auf und nicht bei den zur Erläuterung verwendeten 50 000 Fuß_e

Patentansprüche t

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Claims (1)

1. Patentansprüche ι

   ( 1J Vorrichtung zur Umwandlung eines Gleichstromsignals mit ^- veränderlicher Amplitude in ein entsprechendes Sinus-/ Kosinus-Signalformat« gekennzeichnet durch erett Oeneratoreinrichtungen (10, 11, 12), die ein Qleiohstromsignal mit veränderlicher Amplitude liefern, zweit· Generatoreinriohtungen (29)» die ein Oleichstromsignal mit fester Amplitude liefern, mit den ersten und zweiten Oeneratoreinrichtungen (10, 11, 12, 29) gekoppelte Sohaltereinriohtungen (25) zum Schalten des Oleiohstromsignals mit veränderlicher Amplitude für eine erste Zeitperiode und des Qletohstromsignale mit fester Amplitude für eine zweite Zeitperiode, erste Oszillatoreinriohtungen (20), die ein Bezugs-Sinusschwingungs-Prequenzsignal gleichzeitig mit einem synchronisierten Bezugs-Koslnussehwingungs-Frequenzsignal erzeugen, erste ZHhlereinrichtungen (26), die mit den Sohaltereinriehtungen (25) und den ersten Oszillatoreinriohtungen (20) gekoppelt sind, um die Dauer der ersten und zweiten Zeitperloden zu steuern, Integratoreinriohtungen (30), die mit den Schaltereinriohtungen (25) gekoppelt sind' und die ein erstes Ausgangssignal, das das Integral des Oleiohstromsignals mit veränderlicher Amplitude während der ersten Zeitperlade 1st, und ein zweites Ausgangssignal erzeugen, das das Integral des Oleichstromsignals mit fester Amplitude während der zweiten Zeitperiode ist, Detektoreinrichtungen (31), die mit den Integratoreinrichtungen (30) gekoppelt sind und die einen Ausgangs-Abtastimpuls zu dem Zeitpunkt während der zweiten Zeltperiode erzeugen, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral wird, und Abtast-'und Halteeinrichtungen (22, 33),

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   die mit den Detektoreinrichtungen 131} und den ersten Oszillatoreinrichtungen (20) gekoppelt sind, um die Amplitude der Sinus- und Kosinue-Schwingungs-Bezugsfrequenzsignale zu dem Zeitpunkt abzutasten, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral wird» so daß die abgetasteten Amplituden der Sinus- und Kosinuseohwingungen jeweils proportional zur Amplitude des QleiohetroBJsignals mit veränderlicher Amplitude während der ersten Zeitperiode sind«

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet« daß die zweiten Qeneratoreinriohtungen (29) ein Gleloh-•tromsignal mit fester Amplitude und gegenüber dem von den ersten Qeneratoreinriohtungen erzeugten Gleichstromsignal mit veränderlicher Amplitude entgegengesetztem Vorzeichen erzeugen.

   3* Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Modulatoreinrichtungen (36, 37), die mit den Abtast- und Halteeinrichtungen (32, 33) gekoppelt sind und die amplitudenmodulierte Weohseletromsignale erzeugen, die proportional zu den momentanen Werten der Sinus- und Kosinusschwingunge-Bezugsfrequenzsignale eind.

   4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Oszillatoreinriohtung«n (20) Sinus- und Kosinuesahwingungs°Bezugsfrequenzsignale mit gleichen Perioden liefern und daß die ersten Zählereinriohtungen (26) entweder auf das Sinus- oder auf das Kosinussohwlngunge-Bszugsfrequenzslgnal ansprechen.

   Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtungen (31) einen Nulldurchgangsdetektor (31)., der den Ausgangsabtastlmpuls erzeugt, wenn tSas zweite Ausgangssignal von den Integratoreinrichtungen 0 ist, und eine Rüokstellsohaltungseinrichtung (3O¹) einschließen, die mit den Detektoreinrichtungen und den Integratoreinrichtungen gekoppelt ist, um die Integratoreinrlohtungen zurückzustellen.

   409832/1010 ·/·

   Vorrichtung nach einem dar vorhergehenden Äm3prtiehe_s gekennzeichnet durch zweite Oszillatorein=· richtungen (40)* die mit den ersten ZMhlareinriehtungen (26) gekoppelt sind und die ein zweites B@Eugs~8inuss<5hwingungs«· frequenzslgnal gleichzeitig mit einem zweiten Kosinusschwingungs·= Bezugsfrequenzsignal erzeugen, wobei dlsse Signale ein© Frequenz aufweisen« die proportional auf die Frequenz der ersten Oszillatoreinrichtungen bezogen 1st« und zweite Abtast» und Halteeinrichtungen (60 _s 6l)_s die mit den Detektoreinrichtungen (Jl) und den zweiten Oszillafeoreinrichtungen (40) ge° koppelt sind und die die Amplitude der zweiten Sinus» und Kosinussohwingungs^Bezugsfrequenasignals zu dem Zeitpunkt abtasten« zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Inte» gral ist« so daß die abgetasteten zweiten Sinus- und Kosinus= schwingungswerte proportional auf die ersten abgetasteten Sinus- und Kosinusschwingungswerte bezogen sindo

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6₅ g α kennzeichnet durch zweite Modulatoreinriehtungen (64» 65) * die auf die zweit« Gleichspannungs-Slnus·» und Kosinussohwingungsslgnale ansprechen« um diese in V/echaels sromsignale umzuwandeln« die proportional auf die erstgenannten Wechselstromsignale bezogen sind«

   Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 _s dadurch g e - kennzeichnet« daß die ersten Modulatorelnrlch» tungen (J6₉ 37)* und/oder die zw©iten Modulatoreinrichtungen

   65) Konvertereinrichtungen (73# 74) einschließen^ die amplitudenmodulierten Wechsels ti O33signale_a die proportional zu den momentanen Werten der Sinus» und Kosinusschwingungs-Bezugsfrequenzsignale sind_s in Dreidraht=Synchrosignalformat umwandeln ο

   o/o

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   - je -

   Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e kennzeich net durch zusätzliche Oszillatoreinrichtungen (75), die mit den ersten Zählerainriehtungen (26) gekoppelt sind, zweite Zähleinrlehtungen (75)^ die mit den zusätzlichen Oszillatoreinrichtungen (75) gekoppelt sind, um eine digitale AusgangszMhlung zu liefern* Synchronisier« einrichtungen (80), die mit den ersten Oszillatoreinriehtun= gen (20) und den ersten Zählereinriehtungen (26) gekoppelt sind, um die zusätzlichen Oszillator einrichtungen (75) mit den ersten Oszillatoreinrichtungen (20) zu synchronisieren, und Zwischenspeieher^Schaltungseinrichtungen (73), die mit den Detektoreinrichtungen (31) gekoppelt sind, um das digitale Ausgangszählungssignal von den zweiten Zählereinrichtungen (76) zu dem Zeltpunkt während der zweiten Zeitperiode zwisohenzuspeichern, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral ist·

   1Oo Vorrichtung nach Anspruch 9_S dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronisiereinrichtungen (80) Einrichtungen (84,85, 86, 88, 90, 91} einschließen» die die zusätzlichen Oszillatoreinrichtungen (75) mit den ersten Oszillatorein-. richtungen (20) während der ersten Zeltperiode synchronisieren und daß der zweite Zähler (76) während der zweiten Zeltperiode überspeichert wird,

   11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichne t* daß das Gleichstromsignal mit veränderlicher Amplitude proportional zur Höhe ist und dafl die Vorrichtung einen Teil eines Luftfahrzeug-Höhenmessers bildet.

   12. Verfahren zur Umwandlung eines Gleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude in ein entsprechendes Sinus-/Kosinuseignalformat, gekennzeichnet durch die

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   Schritte der Erzeugung eines ersten Oleichstromsignals mit veränderlicher Amplitude, der Erzeugung eines zweiten Oleiohstromsignals mit fester Amplitude, des Schaltens des ersten Oleichstromsignals für eine ersten Stitperiode und des zweiten Oleichstromsignals für eine zweite Zeitperiode, der Erzeugung eines Bezugs^Sinusschwingungs-Frequenzsignals und eines synchronisierten Bezugs-Kosinueschwingungs-Frequenzsignals, der Steuerung der ersten und zweiten Zeltperioden für feste Anzahlen von Perioden des Bezugs-Sinusschwingungs-Frequenzsignals oder des synchronisierten Bezug s-Kosinussohwingunga-Prequenzsignals, der Integration des ersten Gleichetromsignals für die erste Zeltperiode, der Integration des zweiten Gleichstromsignals für die zweite Zeltperiode, der Erzeugung eines Abtastimpulses zu dem Zeitpunkt während der zweiten Zeltperiode, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral 1st, der Abtastung der Amplitude der Sinus- und Kosinus-Schwingungs-Bezugsfrequenzsslgnale zu dem Zeitpunkt, zu dem das zweite Integral gleich dem ersten Integral ist, und der Erzeugung von Oleichstromsignalen aus den abgetasteten Amplituden der Sinus- bzw. Kosinasschwingungen, die proportional zur Amplitude des ersten Oleichstromeignals wShrend der ersten Zeitperiode sind.

   13· Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch den Schritt der Modulation der Oleichstromsignale aus den abgetasteten Amplituden der Sinus- und Koslnussohwlngungen mit einer zur Verwendung bei Resolver- und Synohrosohaltungen geeigneten Frequenz.

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