-
Anordnung zur Unterscheidung der Bewegungsrichtung von Fahrzeugen
mittels des Dopplerprinzips Die Erfindung betrifft eine nach dem Rückstrahlprinzip
arbeitende Anordnung zur Geschwindigkeitsmessung mit Hilfe der Dopplerfrequenz,
bei welcher eine Ausblendung des Gegenverkehrs durch Auswahl der von kommenden oder
gehenden Zielen reflektierten Signale vorgesehen ist, insbesondere zur Registrierung
von Bewegungsvorgängen von Land- und Wasserfahrzeugen.
-
Es ist eine Doppler-Radaranordnung bekannt, bei der eine Anzeige
der Radialgeschwindigkeit von nur kommenden oder nur gehenden Zielen mit Hilfe einer
die Dopplerfrequenz auswertenden Anzeigevorrichtung möglich ist, wobei diese Anordnung
dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der Empfangsseite Mittel zur Erzeugung zweier
Dopplerschwingungen durch Mischung der Empfangsschwingung mit einer Bezugsschwingung
konstanter Frequenz, insbesondere der Sendeschwingung, in der Weise vorgesehen sind,
daß sich die Phasendifferenzen zwischen Empfangs-und Bezugsschwingung in beiden
Fällen um 900 unterscheiden, daß Mittel zur Erzeugung einer zusätzlichen Phasenverschiebung
von +z/2 oder -7J2 zwischen den beiden Dopplerschwingungen vorgesehen sind, daß
Mittel zur Überlagerung der beiden Dopplerschwingungen nach der zusätzlichen Phasenverschiebung
einer der beiden und daß ferner eine frequenzabhängige Anzeigevorrichtung vorgesehen
ist, der die durch die Überiagerung gewonnene Dopplerschwingung zur Anzeige der
Geschwindigkeit zugeführt wird.
-
Zur erwähnten zusätzlichen Phasenverschiebung der einen Dopplerschwingung
bei dieser bekannten Anordnung ist ein sehr breitbandiger Phasenschieber erforderlich,
der sowohl niedrige als auch hohe Dopplerfrequenzen, die ja wegen des großen geforderten
Geschwindigkeitsmeßbereiches der Anordnung stark schwanken können, stets genau um
7G/2 in der Phase dreht. Der insbesondere für diesen Zweck bei der bekannten Anordnung
vorgesehene Phasenschieber ist wegen dieser Erfordernisse wirtschaftlich sehr aufwendig.
Er verwendet auf der Eingangsseite Uberlagerungs- und Siebmittel zur Transponierung
der in der Phase zu verschiebenden Schwingungen, vorzugsweise in mehreren Stufen,
auf eine solche Frequenz, bei der die auf sie bezogene relative Bandbreite klein
ist, worauf diese Schwingung in der Phase gedreht und einer weiteren Mischstufe
auf die Frequenz der ursprünglichen, nunmehr aber in der Phase verschobenen Dopplerschwingung
zurücktransponiert wird.
-
Zur Erzeugung der beiden um a/2 verschobenen Dopplerschwingungen
sind bei der bekannten Anordnung je eine getrennte Sende- und Empfangsantenne
vorgesehen,
die durch Richtkoppler derart verbunden sind und wobei Mittel vorgesehen sind, daß
die Empfangsschwingungen mit den Sendeschwingungen an zwei getrennte, durch die
in der Phase der zugeführten Sendeschwingungen um a/2 unterschiedlich charakterisierten
Stellen gemischt werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und betriebssichere
Anordnung zur Messung der Radialgeschwindigkeit wahlweise nur kommender oder nur
gehender Ziele anzugeben, die insbesondere wirtschaftlich weniger aufwendig als
die bekannte Anordnung ist.
-
Vom Bekannten ausgehend, wird hierzu eine nach dem Rückstrahlprinzip,
insbesondere mit sehr kurzen elektromagnetischen Wellen arbeitende Anordnung zur
Geschwindigkeitsmessung unter Ausnutzung des Dopplereffekts vorgeschlagen, welche
vorzugsweise zur Registrierung der Bewegungsvorgänge von Land- und Wasserfahrzeugen
geeignet ist. Auf der Empfangsseite sind Mittel zur Mischung eines Teiles der Energie
der Empfangsschwingung mit einem Teil der Energie einer Bezugsschwingung, insbesondere
der Sendeschwingung, direkt und eines weiteren Teiles der Energie der Empfangsschwingung
mit einem gegenüber diesem Bezugsschwingungsanteil um beispielsweise den Faktor
phasenverschobenen Teil der Energie der Bezugsschwingung vorgesehen, wobei die Mischung
derart erfolgt, daß die erzeugten Dopplerschwingungen je nach Bewegungsrichtung
der Ziele eine vorzugsweise +z/2 oder - i2 betragende
Phasenverschiebung
untereinander besitzen, wobei n=l, 2, 3... und i=Wellenlänge der Bezugsschwingung
bedeutet. Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß Mittel
zur Amplitudenbegrenzung der beiden getrennt verstärkten Dopplerschwingungen und/oder
Impulsgeneratoren, insbesondere Rechteckgeneratoren, deren Impulsfolgefrequenz bzw.
Generatorgrundfrequenz durch die Dopplerschwingungen synchronisiert werden, sowie
Mittel zur Differenzierung der amplitudenbegrenzten Dopplerschwingungen bzw. der
Generatorschwingungen vorgesehen sind und daß eine Koinzidenzschaltungsanordnung
zur Feststellung der Phasenbeziehungen und deren differenzierten Schwingungen vorgesehen
ist.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet sich im wesentlichen
von der bekannten durch ihre einfachere Auswerteanordnung für die beiden um z/2
gegeneinander phasenverschobenen Dopplerschwingungen. Nach einem im folgenden an
Hand der Figuren beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
außerdem nur eine kombinierte Sende-Empfangs-Antenne erforderlich. Außerdem braucht
die Phasenverschiebung nicht unbedingt genau :i/2 zu betragen, sondern die erfindungsgemäße
Anordnung arbeitet beispielsweise auch bei einer Phasenverschiebung von z/4.
-
Hierbei zeigt Fig. 1 ein Hohlleitersystem zur Gewinnung der beiden
um a/2 gegeneinander phasenverschobenen Dopplerschwingungen und Fig. 2 eine Schaltungsanordnung
im Prinzipschaltbild zur Auswertung der phasenverschobenen Dopplerschwingungen zur
Gegenverkehrsausblendung, Fig. 3 einen Impulsfahrplan zur näheren Erläuterung der
Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 2.
-
Gemäß der Fig. 1 ist die Sende-Empfangs-Antenne einer Doppler-Radaranordnung
nach der Erfindung über den Hohlleiter 2 an das Hohileitersystem 3 angeschlossen.
Die Einspeisung der Sendeenergie des Hochfrequenzsenders 4 mit der Frequenz fo erfolgt
über die gestrichelt angedeutete Verbindung senkrecht zu dem gezeigten Querschnitt
durch eine rechteckförmige Öffnung 6 derart, daß kein wesentlicher Teil der Sendeenergie
auf direktem Wege zu den Dioden 7 und 8 gelangen kann. Die Entkopplung an dieser
Öffnung 6 erfolgt ähnlich wie beim bekannten magischen T an den E- und H-Armen.
Daher wird die Sendeschwingung f0 nur in Richtung auf die Antenne 1 und in Richtung
auf den Hohlleiterabschnitt 9 gekoppelt, in dem sich variable Dämpfungsmittel, beispielsweise
die in ihrer Eintauchtiefe veränderliche Dämpfungsfolie 10, befinden. Mit diesem
Dämpfungsmittel wird die auf die Mischdioden 7 und 8 gegebene Energie der Sendefrequenz
f0 auf einen Wert geregelt, der größenordnungsmäßig der vom bewegten Fahrzeug reflektierten
Energie der gegenüber fo um die Dopplerfrequenz fD je nach Bewegungsrichtung positiv
oder negativ unterschiedlichen Frequenz fo + tD d. h. der Empfangsfrequenz, entspricht.
Diese Empfangsfrequenz gelangt, wie in Fig. 1 durch die Pfeile angedeutet, zu je
einem Teil zu den beiden Mischdioden 7 und 8, die infolge der symmetrischen Ausbildung
der Hohlleiteranordnung mit gleicher Energie und Phase der Empfangsfrequenz gespeist
werden. Mittels eines variablen Phasenschiebers 11, der den Hohlleiterquerschnitt
t4 und damit die Hohlleiterwellenlänge und die mittlere Hohlleiterlänge verändert,
wird die Phase des Anteils 12 der Sendefrequenz J0 gegenüber dem Anteil
13 verschoben,
so daß die beiden Mischdioden 7 und 8 mit einer gegeneinander phasenverschobenen
Frequenz f0 beaufschlagt werden. Selbstverständlich kann die Phase auch durch andere
phasendrehende Mittel und auch an anderer Stelle verändert werden; beispielsweise
kann der Anteil 13 der Sendefrequenz durch Einbringen eines Dielektrikums in den
geraden Hohlleiterabschnitt bis zur Diode 8 phasenverschoben werden.
-
Durch entsprechendes Einstellen des Phasenschiebers 11 kann man erreichen,
daß die vom Sender 4 über die Folie 10 zur Diode 7 laufende Welle 12 einen um (n
ß + 4) längeren Weg bezüglich ihrer Phase als die Welle 13 zur Diode 8 zurücklegen
muß, wobei n=1, 2, 3... und Ä die Hohlleiterwellenlänge bedeutet. Die Welle 12 mit
der Frequenz fO ist dann an der Diode 7 um +z/2 odera/2 gegenüber der Welle 13 an
der Diode 8 phasenverschoben.
-
Es sei angenommen, die vom Sender 4 kommende Welle 12 mit der Frequenz
sei von der Diode7 um + a/2 gegenüber der Welle 13 an der Diode 8 phasenverschoben.
Das angemessene Fahrzeug nähere sich im Antennenstrahl der Antenne, d. h., die sich
ergebende Dopplerverschiebung sei positiv. Die von der Antenne 1 zu den Dioden gelangende
Welle hat dann die Frequenz fO+fD, und an der Diode 8 entsteht nach Überlagerung
der Empfangsschwingung mit der Sendeschwingung und Aussiebung der Summenfrequenz
als Differenzfrequenz die Dopplerfrequenz (fO + fD) fO fo = fD, die beispielsweise
nach der Funktion A sin (2 sin(2afD fD t) verläuft, wobei A die Amplitude der Dopplerschwingung
und t die Zeit darstellt. An der Diode 7 entsteht gleichzeitig eine um -n/2 phasenverschobene
Dopplerschwingung (fo + tD) (fD + a12) = ffDa/2) . Entfernt sich das Fahrzeug von
der Antenne, d. h. bei gehendem Ziel, so entsteht an der Diode 7 dagegen die Dopplerschwingung
(fD + a/2), d. h. eine Schwingung, die gegen die an der Diode 8 entstehende Dopplerschwingung
fD um + £2 phasenverschoben ist.
-
Die um + a/2 phasenverschobenen Dopplerschwingungen werden nunmehr
dem Auswertegerät zugeführt, dessen Prinzipschaltbild Fig. 2 zeigt.
-
Die bereits an Hand der Fig. 1 beschriebenen Mischdioden 7 und 8
sind in Fig. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Schwingungssymbole 15
und 16 stellen die beiden um + a/2 phasenverschobenen Dopplerschwingungen dar. Diese
Schwingungen werden an sich bekannten Amplitudenbegrenzern oder auch zur Synchronisation
von Impulsgeneratoren, beispielsweise Multivibratoren 17, zugeführt, an deren Ausgängen
um +v7/2 gegeneinander phasenverschobene Rechteckschwingungen 18, 19 mit der Grundfrequenz
fD erscheinen. Über die Trennkondensatoren 20, 21 werden diese den Steuergittern
22, 23 der Röhren 24, 25 zugeführt. Gleichzeitig werden die Rechteckschwingungen
18, 19 über die Widerstands-Kondensator-Kombination 26, 27 bzw.
-
28, 29 differenziert und den Kathoden der Röhren 24, 25 zugeführt.
Diese differenzierten Signale sind durch die Schwingungszüge 30, 31 symbolisiert.
Über den Arbeitswiderständen 31, 32 der Röhren 24, 25, über die gleichzeitig die
Anodenspannungsversorgung aus der Batteriespannungsquelle über die Klemme 35 erfolgt,
wird an den Ausgängen 33 und 34 gegebenenfalls über Trennkondensatoren 36, 37 das
für jeweils kommende bzw. gehende Ziele charakteristische
Signal
mit der der Dopplerfrequenz identischen Grundfrequenz zur Steuerung an sich bekannter,
nicht gezeigter Anzeige- oder Auswertemittel, beispielsweise von in Zielgeschwindigkeiten
geeichten Zungenfrequenzmessern oder in Wegeinheiten geeichten Impulszähleinrichtungen,
zugeführt.
-
Über die Widerstände 38, 39 erfolgt in Verbindung mit den Kathodenwiderständen
27, 29 die feste Gittervorspannungserzeugung der Röhren 24, 25. Die Widerstände
40, 41 sind übliche hochohmige Gitterableiterwiderstände.
-
An Hand des Impulsfahrplanes nach Fig. 3 sei die Arbeitsweise der
Anordnung nach Fig. 2 näher erläutert. In der oberen Hälfte der Fig. 3 für das Beispiel
eines kommenden Zieles sind die Amplitudenverläufe der Steuerspannungen in Abhängigkeit
von der Zeit t aufgetragen, wobei der Rechteckschwingungszug 19 auf das Gitter 22
der Röhre 24 und der um £2 phasenverschobene Nadelimpulszug 30 auf die Kathode der
Röhre 24 gegeben wird. Da die Röhre 24 so stark negativ vorgespannt ist, daß weder
durch die positiven Anteile der Rechteckimpulse 19 noch durch die negativen der
Nadelimpulse 30 allein die an sich gesperrte Röhre aufgetastet wird, sondern nur
dann, wenn die positiven Steuerspannungen am Gitter 22 mit den negativen an der
Kathode zeitlich zusammenfallen, erscheint am Ausgang 33 kein Signal. Die Schwingungszüge
18, 31 symbolisieren die in analoger Form an das Gitter 23 der Röhre 25 gelegte
Rechteckspannung und die an die Kathode derselben Röhre zugeführten Nadelimpulse.
Da hier die positiven Halbwellen des Schwingungszuges 18 mit den negativen des Schwingungszuges
31 zeitlich zusammenfallen, kann am Ausgang 34 ein für die Geschwindigkeit eines
kommenden Zieles charakteristisches Signal abgenommen werden.
-
Die untere Hälfte von Fig. 3 zeigt in analoger Weise den zeitlichen
Verlauf der Steuerspannungen für ein gehendes Ziel, wobei ohne weiteres zu ersehen
ist, daß in diesem Fall am Ausgang 34 kein Signal, am Ausgang 35 jedoch ein für
die Geschwindigkeit von gehenden Zielen charakteristisches Signal auftritt, da in
diesem Fall die positiven Halbwellen des Rechteckschwingungszuges 19 mit den negativen
des Schwingungszuges 30 zeitlich zusammenfallen.
-
Für die Auswertung der phasenverschobenen Schwingungszüge 18, 19
ist man nicht auf die an Hand der Fig. 2 beschriebene Röhrenschaltungsanordnung
mit den Röhren 24, 25 und der ihnen zugeordneten Bauelemente angewiesen, sondern
es können auch an sich bekannte andere Koinzidenzschaltungen Verwendung finden,
insbesondere die aus der Datenverarbeitungstechnik bekannten logischen Schaltungsanordnungen.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel der Koinzidenzschåltung nach Fig. 2 stellt
lediglich eine besonders vorteilhafte Ausführungsform an sich möglicher Realisierungen
dar.
-
Auch ist die erfindungsgemäße Anordnung nicht auf die bloße Geschwindigkeitsmessung
beschränkt, sondern kann vorteilhaft in Verbindung mit bereits vorgeschlagenen Mitteln
zur Zählung beispielsweise der Nulldurchgänge der Dopplerfrequenz zur Füllstandsmessung
von Verkehrswegen benutzt werden.