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DE69211283T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung von kurzen Abständen durch Analyse der Ausbreitungsverzögerung einer Welle - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von kurzen Abständen durch Analyse der Ausbreitungsverzögerung einer Welle

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DE69211283T2
DE69211283T2 DE69211283T DE69211283T DE69211283T2 DE 69211283 T2 DE69211283 T2 DE 69211283T2 DE 69211283 T DE69211283 T DE 69211283T DE 69211283 T DE69211283 T DE 69211283T DE 69211283 T2 DE69211283 T2 DE 69211283T2
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DE
Germany
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distance
signal
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spectrum
wave
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Charles Barre
Yves Canal
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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Publication date
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    • 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
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
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    • G01S13/343Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal using sawtooth modulation
    • GPHYSICS
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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung kurzer Entfernungen durch Analyse der Laufzeit einer Welle.
  • Sie ist insbesondere auf kollisionsverhindernde Vorrichtungen für Fahrzeuge, auf Entfernungsmeßgeräte bei Hafenmanövern von Schiffen oder auf Geräte anwendbar, die die Erfassung eines Zielpunkts beispielsweise auf einige Meter Entfernung erfordern.
  • Ganz allgemein ist die Erfindung anwendbar auf Geräte, die eine Entfernungsmessung zu einem näherkommenden Hindernis durchführen, wobei der betroffene Entfernungsbereich beispielsweise von null bis zu einigen zehn Metern reicht.
  • Geräte, die eine Entfernungsmessung unterhalb von einigen zehn Metern durchführen, beruhen derzeit entweder auf einer optischen Triangulierung oder auf einer Analyse der Amplitudenänderungen des vom Hindernis reflektierten Signals. Diese Verfahren sind dern Fachmann gut bekannt. Die optische Triangulationsmessung ist jedoch mit ungünstigen meteorologischen Bedingungen nicht vereinbar, wie z.B. Regen oder Nebel. Daher ist dieses Verfahren für Messungen kurzer Entfernungen ungeeignet, wenn eine Störung des Betriebs ausgeschlossen werden muß. Die Messung durch Analyse der Amplitudenveränderungen des vom Hindernis reflektierten Signals beruht auf der relativen Dämpfung dieses Signals im Vergleich zum Sendesignal des Meßgeräts. Wenn das Hindernis beispielsweise eine große Fläche ist, verändert sich die Dämpfung mit dern Quadrat der zu messenden Entfernung, während im Fall eines punktförmigen Hindernisses die Dämpfung mit der vierten Potenz dieser Entfernung variiert. Dieses Verfahren, das auf der elektromagnetischen Emission beruht, kann bei allen meteorologischen Verhältnissen arbeiten. Es setzt jedoch voraus, daß die Reflexionswirkung des Hindernisses sich nicht verändert, wenn das Meßgerät sich dem Hindernis nähert, was jedoch selten bei praktischen Anwendungen zutrifft. So wird die Schwäche dieses Verfahrens beispielsweise im Fall einer Vorrichtung zur Kollisions verhinderung in Fahrzeugen deutlich, wo die Reflexionswirkung der Fahrzeuge für die meisten Wellen einschließlich der elektromagnetischen Wellen mit dem Winkel schwankt, unter dem sie gesehen werden, wobei dieser Winkel insbesondere im Augenblick einer Richtungsänderung verändert wird. Es gibt auch Systeme, um die akustische Ausbreitung auf der Strecke zum Hindernis und zurück zu messen. Aber dieses Systeme beruhen auf der Kenntnis der Schallgeschwindigkeit und hängen damit von der Höhe des Einsatzorts ab, d.h. sind für Raumanwendungen ungeeignet. Schließlich können sie leicht durch das Umfeld gestört werden, und zwar ungewollt oder gewollt mit Hilfe beispielsweise von Verstärkern mit definierter Verzögerung. Daher werden sie praktisch nicht eingesetzt. Die bekanntesten Methoden, die nicht gegenüber Schwankungen der Reflexionswirkung des Zielpunkts empfindlich sind, sind die bereits erwähnte optische Triangulierung oder die Messung der Laufzeitverzögerung einer Welle. Insbesondere wegen der Unempfindlichkeit gegenüber meteorologischen Bedingungen gilt die Messung der Laufzeit einer elektromagnetischen Welle derzeit als die weltweit bevorzugte Lösung für die Messung von Entfernungen größer als einige zehn Meter. Diese Lösung ist auch unabhängig von der Annäherungsgeschwindigkeit und garantiert somit eine gewisse Unabhängigkeit zwischen Entfernung und Geschwindigkeit. Diese elektromagnetischen Vorrichtungen führen außerdem genaue Entfernungsmessungen durch. Je geringer jedoch die zu messende Entfernung wird, umso komplexer und teurer werden die Meßvorrichtungen. Diese Geräte verwenden nämlich alle einen Parameter, der Entfernungsauflösung genannt wird. Dieser Parameter bestimmt eine Aufteilung der Entfernung in benachbarte Entfernungsbereiche. Eine genaue Messung der Entfernung besteht dann darin, den Energiepegel des vom Zielpunkt empfangenen Signals mit zwei benachbarten Entfernungsbereichen zu vergleichen und durch Gewichtung der Abstände von den Zentren dieser beiden Bereiche die tatsächliche Entfernung zum Zielpunkt zu bestimmen. Für Messungen kurzer Entfernungen führt diese Methode zu einer erheblichen Vergrößerung des Frequenzbands des ausgesendeten Signals.
  • Will man beispielsweise eine Entfernung von 1,5 m messen, dann muß die Entfernungsauflösung typisch einen Meter betragen und jedenfalls nie mehr als 1,5 m. Die elektromagnetische Welle muß also eine Bandbreite von 150 MHz besitzen oder es ist eine Impulsdauer von 6,6 ns erforderlich, was die Realisierung der damit teuren und wenig betriebssicheren Vorrichtungen verkompliziert.
  • Ziel der Erfindung ist es, die obigen Nachteile zu beheben, so daß es möglich ist, eine Entfernung unterhalb der Entfernungsauflösung zu messen.
  • Hierzu ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Messung kurzer Entfernungen durch Analyse der Laufzeit einer Welle, die mit einer Modulationsperiode (T) in ihrer Frequenz moduliert ist und in Richtung auf einen Zielpunkt von einem Meßmittel ausgesendet wird, wobei die Entfernung zwischen dem Meßmittel und dem Zielpunkt in aufeinanderfolgende Entfernungsbereiche unterteilt ist, von denen der erste am Meßmittel mit der Entfernung Null beginnt und jedem Entfernungsbereich ein Energiepegel zugeordnet ist, der bei der Demodulation des Laufzeitmeßsignals erhalten wird, das aus dem Korrelationsprodukt zwischen dem Sendesignal und dem Ernpfangssignal in den Meßmitteln resultiert, wobei das Empfangssignal die Reflexion des am Zielpunkt reflektierten Sendesignals ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Faltungen des Spektrums des Signals durchgeführt werden, das aus der Korrelation zwischen dem Sende- und dem Empfangssignal resultiert und dessen Energiepegel dem ersten Entfernungsbereich entspricht, wobei diese Faltungen im negativen Entfernungen entsprechenden Teil des Spektrums erfolgen und der Falz der Entfernung Null entspricht, wobei diese beiden getrennten Faltungen zwei unterschiedliche Energiepegel über den gesamten ersten Entfernungsbereich hinweg ergeben und alle Entfernungen in diesem ersten Entfernungsbereich durch Vergleich und Analyse der beiden Energiepegel zu messen erlauben.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung für die Durchführung des obigen Verfahrens.
  • Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Messung kurzer Entfernungen unabhängig von den Umweltbedingungen oder den Schwankungen der Reflexionswirkung der Zielpunkte, und dies auf sichere und preiswerte Art.
  • Andere Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Figur 1a zeigt eine Frequenzmodulation des von den Meßrnitteln ausgesendeten Signals.
  • Figur 1b zeigt die zeitliche Entwicklung der Frequenz der durch die Meßmittel ausgesendeten und empfangenen Signale.
  • Figur 1c zeigt das Signal der Verzögerungsrnessung, das aus der Korrelation zwischen dem ausgesendeten und dem empfangenen Signal, wie sie in Figur ib gezeigt sind, resultiert.
  • Figur 1d zeigt das Linienspektrurn des Signais in Figur 1b.
  • Figur 2a ist eine in Entfernungsbereiche unterteilte Achse.
  • Figur 2b zeigt Energiepegel, die den Entfernungsbereichen zugeordnet sind.
  • Figur 3a zeigt eine Energiepegelkurve, die sich aus einer subtraktiven Faltung des Spektrums des Verzögerungs- Meßsignals ergibt.
  • Figur 3b zeigt eine Energiepegelkurve, die sich aus der additiven Faltung des Spektrums des Verzögerungs-Meßsignals ergibt.
  • Figur 3c zeigt zwei Energiepegelkurven, die mit dem ersten Entfernungsbereich verknüpft sind und Messungen kurzer Entfernungen erlauben.
  • Figur 4a und 4b zeigen zwei Demodulationsfunktionen des Verzögerungs-Meßsignals.
  • Figur 5 zeigt, wie zwei Energiepegelkurven, die mit dem ersten Entfernungsbereich verknüpft sind, sich schneiden.
  • Figur 6 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Figur 1a zeigt die Frequenzmodulation des durch die Entfernungsmeßmittel ausgesendeten Signals 1 abhängig von der Zeit. Dieses Signal ist mit der Frequenz 1/T moduliert. Erfindungsgemäß kann diese Frequenzmodulation beliebig sein, jedoch ist aus Gründen einfacherer Darstellung das Signal in Figur 1a linear mit der Zeit moduliert. In Figur 1a variiert die Frequenz des Sendesignals zwischen F&sub0; - ΔF/2 und der Frequenz F&sub0; + ΔF/2. Mehrere Modulationsperioden sind in der Figur zwischen den Zeitpunkten nT und (n+3)T dargestellt, wobei T die Modulationsperiode ist.
  • Figur 1b zeigt nochmals die Frequenz des Sendesignals 1 abhängig von der Zeit, aber auch die Frequenz des von den Meßmitteln empfangenen Signals 2 abhängig von der Zeit. Dieses Signal beruht auf der Reflexion des Sendesignals am Zielpunkt, dessen Entfernung gemessen werden soll. Die Frequenz des Ernpfangssignals 2 schwankt stets zwischen F&sub0; - ΔF/2 und F&sub0; + ΔF/2, aber die Modulation ist um eine Zeitdauer t&sub0; bezüglich der Modulation des Sendesignals 1 verzögert, wobei folgende Gleichung gilt:
  • t&sub0; = 2D/c (1)
  • Hierbei ist D die zu messende Entfernung zwischen dem Zielpunkt und dem Meßmittel, während c die Lichtgeschwindigkeit ist. In Figur 1b ist die Frequenzdifferenz zwischen den Sende- und Empfangssignalen zwischen dem Zeitpunkt nT + t&sub0; und (n+1)T konstant und wird mit fENTF bezeichnet. Sie hängt von der Entfernung des Zielpunkts ab. Gemäß obigen Definitionen gilt:
  • fENTF = ΔF t&sub0;/T
  • und aufgrund der Gleichung (1) gilt:
  • fENTF = (ΔF/T) (2D/c) (2)
  • Kennt man also ΔF, T und c und mißt man fENTF, dann kann man die Entfernung D bestimmen. Diese Gleichung ergibt jedoch keine genauen Messungen, da es nicht möglich ist, geringe Schwankungen von fENTF zu messen, die beispielsweise auf Veränderungen kurzer Entfernungen von einigen Metern beruhen, es sei denn, man verwendet sehr teure und wenig zuverlässige Vorrichtungen.
  • Für genaue Messungen ist es besser, wenn man eine Analysemethode für die nachfolgend dargestellten Signale verwendet.
  • Figur 1c zeigt die Amplitude A des Korrelationsprodukts zwischen dem Empfangs- und dem Sendesignal abhängig von der Zeit für eine gegebene Entfernung. Dieses resultierende Signal 3 hängt von der Verzögerung ab und wird deshalb Verzögerungs-Meßsignal genannt. Es bildet eine Folge von Sinuskurvenabschnitten einer Dauer von T-t&sub0; und mit der Frequenz fENTF. Jeder Abschnitt einer Sinuskurve entspricht einer Modulationsperiode des Sendesignals bis auf eine Verzögerung t&sub0;.
  • Figur 1d zeigt das Linienspektrum des Signals 3 aus Figur 1c. Jeder Sinusabschnitt des Signals 3 besitzt nämlich ein Spektrum, dessen Linien mit der Funktion (sin x)/x variieren und das auf die Frequenz fENTF zentriert ist. Die Breite zwischen den Nullstellen O&sub1; und O&sub2; der Hauptkeule mit den Abszissenwerten fENTF - 1/T und fENTF + 1/T beträgt 2/T, wobei T wieder die oben definierte Modulationsperiode darstellt. Die Verzögerungsgröße t&sub0; wird nicht berücksichtigt, da sie vernachlässigbar ist gegenüber T, typisch etwa 0,1% davon beträgt. Diese Größe t&sub0; spielt also bei der Breite der Keulen keine Rolle.
  • Die Lage der Hüllkurve 4 des Spektrums im Frequenzbereich hängt vom Wert der Frequenz fENTF und damit von der Entfernung ab. Die Hüllkurve umhüllt die Linien 5, 6, 7, 8 und 9, die durch die Modulation des Sendesignals 1 mit der Frequenz 1/T gebildet werden. Diese Linien blieben im Gegensatz zur Hüllkurve 4 unverändert, wenn die Frequenz fENTF variiert, und werden bei Frequenzen positioniert, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen i der Modulationsfrequenz 1/T gewählt wird, wobei i eine positive ganze Zahl ist. Die aufeinanderfolgenden Linien 7 und 8 liegen beispielsweise bei den Frequenzen i/T und (i+1)/T und besitzen Amplituden Ai und Ai+1, wie in Figur 1d gezeigt. Das Verzögerungsmeßsignal 3 der Figur 1c, das durch Vielfache der Frequenz 1/T demoduliert wurde, erzeugt Gleichspannungen, die ein Maß für die Entfernung sind. Diese Spannungen sind für einen von den Meßmitteln empfangenen Energiepegel repräsentativ. Die Frequenzabweichung ΔF des Sendesignals oder seine zeitliche Entsprechung 1/(2ΔF) definiert die Entfernungsauflösung des Meßwerts. Die Frequenzauflösung ist nämlich die Frequenz, für die gilt:
  • fENTF =1/T
  • Dies bedeutet nach Gleichung (2):
  • 1/T 2(ΔF/T)(DR/c) (3)
  • Hierbei ist DR die Entfernungsauflösung. Aus (3) ergibt sich:
  • DR = c/(2ΔF)
  • Da das Meßmittel also kontinuierliche Impulszüge, die mit 1/2 ΔF moduliert sind, zum Zielpunkt sendet, kann man ohne weiteres die Entfernung nur auf c/(2ΔF) genau definieren, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. Die Entfernung kann also in aufeinanderfolgende Segmente unterteilt werden, deren Breite R den Wert c/(2ΔF) besitzt und die Entfernungs bereiche genannt werden.
  • Figur 2a zeigt eine Entfernungsmeßachse 21 mit drei benachbarten Entfernungsbereichen 22, 23 und 24 einer Länge R ausgehend von einem Ursprungspunkt 0 entsprechend der Entfernung 0. Das Fach 22 liegt zwischen dem Punkt 0 und dem Punkt R, das Fach 23 zwischen R und 2R und das Fach 24 zwischen 2R und 3R. Ihre Zentren lauten C1, C2 und C3. Ohne genaue Meßmethode gehört jede Entfernung zwischen den Punkten 0 und 3R nur zu einem der drei Bereiche entsprechend der Lage der drei Zentren C1, C2, C3 in den Entfernungsbereichen 22, 23 und 24.
  • Figur 2b zeigt die von den Meßmitteln empfangenen Energiepegel, die ein Maß für diese Entfernungsbereiche sind und wie oben beschrieben durch Dernodulation des Signals 3 erhalten wurden. Die Kurven 25, 26 und 27 entsprechen den Energiepegeln gemäß dem Entfernungsbereich 22, 23 oder 24. Jede Energiekurve ist auf den zentralen Punkt ihres eigenen Entfernungsbereichs zentriert und hat eine Breite von 2R entsprechend der Breite 1/ΔF der Hauptkeule der Hüllkurve in Figur 1d. Der Einfluß der Nebenkeulen wird vernachlässigt, da diese nur wenig beitragen. So liegt die Energie, die mit dem ersten Entfernungsbereich 22 verknüpft ist, zwischen dem Punkt C0 mit dem Abszissenwert -R/2 und dem oben definierten Punkt C2; die mit dem zweiten Entfernungsbereich 23 verknüpfte Energie liegt zwischen den Punkten C1 und C3 und die mit dem dritten Entfernungsbereich 24 verknüpfte Energie liegt zwischen dem Punkt C2 und einem Punkt C4 mit dem Abszissenwert 7R/2. Es ist daher möglich, diese Energiepegel auszuwerten, um genau die Entfernungen zu messen, d.h. mit einer Genauigkeit, die besser als die Auflösung der Entfernungsbereiche ist. Beispielsweise braucht man zur genauen Messung einer Entfernung zu einem im Punkt A zwischen C1 und R liegenden Zielpunkt nur die Energiepegel N1 und N2 der beiden benachbarten Entfernungsbereiche 22 und 23 in diesem Punkt zu vergleichen, da man vorab die Form der Kurven 25 und 26 kennt, und dann die Energiepegel der Zentren C1, C2 und C3 zu vergleichen. Da C1 den höchsten Energiepegel zeigt, ergibt sich, daß der Punkt A im ersten Entfernungsbereich liegt. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Methode besteht darin, daß es Messungen zwischen den Punkten 0 und C1 nicht ermöglicht, d.h. Messungen zwischen 0 und R/2, also sehr kurze Entfernungen, da zwischen 0 und R/2 nur eine einzige Energiekurve existiert. Jede Unterscheidungsmethode, wie die oben angegebene, muß hier somit versagen. Um Messungen zwischen 0 und R/2 durchführen zu können, verwendet die Erfindung die Besonderheit des ersten Entfernungsbereichs 22. Die Energie dieses Bereichs erstreckt sich nämlich auf negative Entfernungen, d.h. zwischen 0 und C0 mit dem Abszissenwert -R/2. Solche Entfernungen gibt es in Wirklichkeit nicht, und der entsprechende Teil des Spektrums findet sich ganz natürlich gefaltet in überlagerung mit dem entsprechenden Spektralbereich im positiven Teil dieses ersten Entfernungsbereichs. Diese Faltung wird jedoch nicht beherrscht und erfolgt in einer beliebigen Phase. Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt zwei getrennte und in der Nähe des Ursprungspunkts definierte Faltungen, um die oben beschriebene Meßmethode auch auf Entfernungen erstrecken zu können, die zwischen 0 und R/2 liegen. Diese beiden Faltungen sind Faltungen des Spektralbereichs entsprechend den negativen Entfernungen, wobei der Falz des Spektrums dem Abstand 0 entspricht, der durch den Punkt 0 in Figur 2b bezeichnet ist. Beispielsweise kann eine subtraktive Faltung des Spektrums erzielt werden, wie dies in Figur 3a für das im ersten Entfernungsbereich erhaltene Ergebnis gezeigt ist. Die gestrichelte Kurve 31 zeigt die theoretische Energie, wie sie in Figur 2b angegeben ist, während die Kurve 32 die Energie zeigt, die nach einer subtraktiven Faltung des entsprechenden Spektrums erzielt wird. Diese Faltung kann durch eine Demodulation des Verzögerungs-Meßsignals 3 erhalten werden, indem dieses Signal 3 mit einer periodischen Funktion der Frequenz 1/T multipliziert wird, so daß diese Demodulationsfunktion eine Phase von 90º oder 270º in der Mitte der Modulationsperiode T aufweist, z.B. wie das Signal 41 in Figur 4a. Eine additive Faltung kann wie in Figur 3b gezeigt durchgeführt werden. Die theoretische Kurve 31 ist hier wieder dargestellt. Die Kurve 33 zeigt die bei der additiven Faltung des Spektrums erhaltene Energie. Diese Faltung kann durch eine Demodulation des Signals 3 erhalten werden, indem es mit einer periodischen Funktion der Frequenz 1/T und einer Phasenverschiebung um 90º oder 270º bezüglich dieser multipliziert wird, wie das Signal 42 in Figur 4b beispielsweise zeigt, d.h. daß diese Demodulationsfunktion eine Phase von 0 oder 180º in der Mitte der Demodulationsperiode besitzt. Wie Figur 3c zeigt, sind also zwei Energiepegelkurven im ganzen ersten Entfernungsbereich verfügbar und ermöglichen Messungen zwischen dem Anfangspunkt 0 und dem Punkt C1 mit der Entfernung R/2. Diese Messungen sind außerdem genau aufgrund des markierten Unterschieds der beiden Kurven 32 und 33 in diesem Bereich. Um die Entfernung des Punkts B zu erhalten, braucht man nur die Energiepegel N1+ und N1- zu vergleichen.
  • Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, daß aufgrund des Umstands, daß die Demodulationskurven 32 und 33 kontinuierliche Kurven sind, durch Veränderung des Verstärkungsgrads eines der Demodulationskanäle ein Kreuzungspunkt der beiden Kurven wie in Figur 5 gezeigt geschaffen werden kann, an dem die Kurve 32 aufgrund der subtraktiven Faltung so verstärkt ist, daß sich die Kurve 34 ergibt. Diese besitzt einen Schnittpunkt 5 mit der Kurve 33. Hieraus kann man eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens verwirklichen. Ein binärer Vergleich zwischen den beiden Energiepegeln, von denen mindestens einer um einen vorbestimmten Wert angehoben wurde, ergibt eine Kenntnis darüber, ob die Entfernung größer oder kleiner als eine gegebene Entfernung ist, nämlich die Entfernung entsprechend dem Schnittpunkt 5 der beiden Kurven. Diese gegebene Entfernung kann sehr klein sein, d.h. fast Null.
  • Eine mögliche Ausführungsform einer Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 6 gezeigt.
  • Die in Figur 6 schematisch gezeigte Vorrichtung enthält einen Wiederholtaktgeber 61 mit der Frequenz 1/T, der an Sende- und Empfangsmittel 62 für die Welle, an einen ersten Multiplizierer 65 und einen zweiten Multiplizierer 64 gekoppelt ist. Der erste Multiplizierer 65 kann beispielsweise das Signal 41 aus Figur 4a liefern, während der zweite Multiplizierer 64 das Signal 42 in Figur 4b liefert. Diese Multiplizierer können einfach beispielsweise aus logischen Schaltungen hergestellt werden. Die Mittel 62 sind an Mittel 63 zur Umwandlung der Verzögerung in eine Frequenz gekop pelt. Die Funktion am Ausgang dieser Mittel, beispielsweise die Funktion 3 in der Kurve 1c, wird durch die Signale der Multiplizierer 64 und 65 demoduliert. Detektor- und Integrationsmittel 66 und 67, die an die Ausgänge der Multiplizierer 64 und 65 angeschlossen sind, ergeben die Energiepegel, die ein Maß für die Entfernungsbereiche sind, und insbesondere für den ersten Entfernungsbereich. Beispielsweise liefern die Mittel 64 den Pegel 33 in Figur 3c und die Mittel 65 den Pegel 32 in Figur 3c. Ein Verstärker 68 ist an den Ausgang der Detektor- und Integrationsmittel 67 gekoppelt. Dieser Verstärker 68 verstärkt beispielsweise den Pegel 32, so daß an seinem Ausgang beispielsweise der Pegel 34 in Figur 5 erhalten wird. Die Ausgänge der Verstärker 68 und der Detektor- und Integrationsmittel 66 sind an den Eingang eines Komparators 69 angeschlossen. Dieser ver gleicht beispielsweise die Energiepegel 32 und 34, und je nach dem Ausgangssignal kann man bestimmen, ob die Entfernung größer als eine Bezugsentfernung ist. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 68 kann abhängig von der gewünschten Bezugsentfernung geregelt werden, bei der der Komparator 69 anspricht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf beliebige von den Meßmitteln ausgesendete Wellen anwendbar, ob diese nun elektromagnetische, optische, akustische oder andere Wellen sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Messung kurzer Entfernungen durch Analyse der Laufzeit einer Welle, die mit einer Modulationsperiode (T) in ihrer Frequenz moduliert ist (1) und in Richtung auf einen Zielpunkt von einem Meßmittel ausgesendet wird, wobei die Entfernung zwischen dem Meßmittel und dem Zielpunkt in aufeinanderfolgende Entfernungsbereiche (22, 23, 24) unterteilt ist, von denen der erste (22) am Meßmittel (0) mit der Entfernung Null beginnt und jedem Entfernungsbereich ein Energiepegel (25, 26, 27) zugeordnet ist, der bei der Demodulation des Laufzeitmeßsignals (3) erhalten wird, das aus dem Korrelationsprodukt zwischen dem Sendesignal (1) und dem Empfangssignal (2) in den Meßmitteln resultiert, wobei das Empfangssignal (2) die Reflexion des am Zielpunkt reflektierten Sendesignals (1) ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei getrennte Faltungen des Spektrums (4) des Signals (3) durchgeführt werden, das aus der Korrelation zwischen dem Sendeund dem Empfangssignal (1, 2) resultiert und dessen Energiepegel dem ersten Entfernungsbereich (22) entspricht, wobei diese Faltungen im negativen Entfernungen entsprechenden Teil des Spektrums erfolgen und der Falz der Entfernung Null entspricht, wobei diese beiden getrennten Faltungen zwei unterschiedliche Energiepegel (32, 33) über den gesamten ersten Entfernungsbereich (22) hinweg ergeben und alle Entfernungen in diesem ersten Entfernungsbereich durch Vergleich und Analyse der beiden Energiepegel (32, 33) gemessen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine subtraktive Faltung (32) des Spektrums (4) durch eine Demodulation des Laufzeitmeßsignals (3) mittels Multiplizierung dieses Signals (3) mit einer periodischen Funktion einer Frequenz gleich der Modulationsfrequenz des Sendesignals (1) bewirkt, wobei diese periodische Funktion (41) eine Phase von 90º oder 270º in der Mitte der Modulationsperiode (T) des Sendesignals besitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine additive Faltung (33) des Spektrums (4) durch eine Demodulation des Laufzeitrneßsignals (3) mittels Multiplizierung dieses Signals (3) mit einer periodischen Funktion (42) einer Frequenz gleich der Modulationsfrequenz des Sendesignals (1) bewirkt, wobei diese periodische Funktion eine Phase von 0 oder 180º in der Mitte der Modulationsperiode (T) des Sendesignals besitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Verstärkung eines der Energiepegel (32, 33) des ersten Entfernungsbereichs (22) durchführt, um einen Schnittpunkt (5) der beiden Kurven zu erhalten, so daß durch Vergleich der beiden resultierenden Energiepegel (33, 34) die Entfer nung im Vergleich mit der dem Schnittpunkt (5) entsprechenden Entfernung definiert werden kann.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Wiederholtaktgeber (61) einer Periode (T), mit Sende- und Empfangsmitteln (62) für eine mit einer Modulationsperiode (T) in der Frequenz modulierte Welle, die mit dem Taktgeber gekoppelt sind, mit Mitteln zur Umwandlung der Verzögerung der empfangenen Welle im Vergleich zur gesendeten Welle in eine Frequenz (63), die an die Sende- und Empfangsmittel (62) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie Multiplizierer (64, 65) aufweist, die von dem Taktgeber die geeigneten Signale empfangen, um die Faltungen des Spektrums zu erzeugen, und die von den Sende- und Empfangsmitteln das resultierende Frequenzsignal empfangen, wobei die Ausgänge der Multiplizierer (64, 65) an die Eingänge von Detektorund Integrationsmitteln (67, 66) angeschlossen sind, von denen eines (67) mit einem Verstärker (68) gekoppelt ist, dessen Ausgänge ebenso wie die der Detektor- und Integrationsmittel (66) an die Eingänge eines Komparators (69) angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers (68) einstellbar ist.
DE69211283T 1991-10-18 1992-10-06 Verfahren und Vorrichtung zur Messung von kurzen Abständen durch Analyse der Ausbreitungsverzögerung einer Welle Expired - Fee Related DE69211283T2 (de)

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DE69211283D1 DE69211283D1 (de) 1996-07-11
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US (1) US5266956A (de)
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DE (1) DE69211283T2 (de)
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0988778A (ja) * 1995-07-17 1997-03-31 Denso Corp 始動発電装置
FR2764738B1 (fr) 1997-06-13 1999-08-27 Thomson Csf Dispostif d'emission ou de reception integre
FR2769154B1 (fr) * 1997-09-30 1999-12-03 Thomson Csf Dispositif de synchronisation precise
FR2776888B1 (fr) 1998-03-27 2000-06-16 Thomson Csf Structure de circuits electroniques a encombrement optimise en fonction du volume disponible
US7327440B2 (en) * 2004-08-16 2008-02-05 James N. Horn Distance measuring device
JP4293194B2 (ja) * 2005-09-02 2009-07-08 財団法人雑賀技術研究所 距離測定装置、及び距離測定方法
US9602807B2 (en) * 2012-12-19 2017-03-21 Microsoft Technology Licensing, Llc Single frequency time of flight de-aliasing
JP6880850B2 (ja) * 2017-03-13 2021-06-02 富士通株式会社 測距装置,水位計測システム及び測距方法
RU2686674C1 (ru) * 2018-08-28 2019-04-30 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Бесконтактный способ измерения пройденного пути

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2453169A (en) * 1943-04-10 1948-11-09 Sperry Corp Radio ground clearance indicator
US4078234A (en) * 1975-04-25 1978-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Continuous wave correlation radar system
FR2537347B1 (fr) * 1982-12-03 1985-09-27 Trt Telecom Radio Electr Antenne directive double pour hyperfrequences a structure mince
FR2600778B1 (fr) * 1986-06-27 1988-09-02 Trt Telecom Radio Electr Dispositif radar pour mesurer la distance qui le separe d'une surface
GB2235346B (en) * 1989-08-25 1994-01-05 Marconi Co Ltd Radar receiver

Also Published As

Publication number Publication date
US5266956A (en) 1993-11-30
DE69211283D1 (de) 1996-07-11
FR2682772B1 (fr) 1993-12-03
FR2682772A1 (fr) 1993-04-23
EP0538096A1 (de) 1993-04-21
EP0538096B1 (de) 1996-06-05

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