DE914632C

DE914632C - Elektrischer Abstands- und Geschwindigkeitsmesser

Info

Publication number: DE914632C
Application number: DET1492D
Authority: DE
Inventors: Carl Georg P Aurell
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1943-05-17
Filing date: 1944-04-27
Publication date: 1954-07-05
Also published as: US2467455A; GB587357A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen des Abstandes und der Geschwindigkeit eines Gegenstandes gegenüber einem anderen mittels Hochfrequenzwellen.

Die Erfindung soll mit Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben werden, die die Erfindung wesenhaft wiedergibt. Es zeigt

Fig. ι ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung,

Fig. 2 die Variation der Frequenz mit der Zeit und

Fig. 3 ein Beispiel einer Schaltung nach der Erfindung. '

Es wird in Fig. ι angenommen, daß A ein Flugzeug und B ein Gegenstand am Boden oder auf dem Wasser, beispielsweise ein Kriegsschiff, sind. Die Aufgabe besteht darin, den Abstand zwischen A und B und die relative Geschwindigkeit v_a zwischen A und B längs der Verbindungslinie zu messen. Die Messungen erfolgen durch Hochfrequenzwellen, insbesondere Kurzwellen, die von einem Sender in A gesandt und vom Gegenstand B reflektiert werden; die nach A reflektierten Wellen werden in einem Empfänger empfangen. Wie bei bekannten Anordnungen dieser Art zum Messen des Abstandes (vgl. beispielsweise Bell System Technical Journal, Bd. 18, 1939, S. 222) wird die Frequenz des Senders derart variiert, wie es durch die ausgezogene Linie g in Fig. 2 veranschaulicht wird. Die Frequenz der reflektierten und bei A wieder empfangenen Wellen schwankt nach der gestrichelten Linie b. Die waagerechte Verschiebung zwischen den Kurven g und b wird durch die Laufzeit von A bis B und zurück verursacht. Der augenblickliche Unterschied zwischen der gesandten und empfangenen Frequenz ist daher dem Abstand α direkt proportional. Dieser Unterschied ist als eine gestrichelte Linie d gezeigt.

Um zusätzlich noch die relative Geschwindigkeit messen zu können, wird nach der Erfindung das Dopplersche Prinzip auf die gesandten und empfangenen Hoch frequenzwellen angewendet. Da die Länge des Weges der Wellen zwischen Sender, reflektierendem Gegenstand und Empfänger mit der Zeit infolge Änderung des Abstandes α schwankt, wird sich die Frequenz der an den Empfänger rückkehrenden Welle verändert haben, und zwar im Verhältnis zur gesandten to auch dann, wenn diese konstant sein sollte. Sind Sender und Empfänger zusammen angeordnet und ist die relative Geschwindigkeit v_a, so wird die durch

die Geschwindigkeit bedingte Differenzfrequenz --—

wo λ die verwendete Wellenlänge ist. Die Kurve c der empfangenen Frequenz wird somit im Verhältnis zur Kurve b, die den Fall v_a = 0 zeigt, senkrecht parallel verschoben. Sollten die Gegenstände A und B, wie in Fig. 1 veranschaulicht, sich einander nähern, steigt die Frequenz, wodurch also die Frequenzkurve aufwärts verschoben wird, wie es die strichpunktierte Kurve c in Fig. 2 zeigt. Wird die Frequenzdifferenz zwischen gesandten und empfangenen Wellen gebildet, so erhält man eine Kurve der Differenzfrequenz entsprechend der strichpunktierten Kurve e in Fig. 2. Wie ersichtlich, schwankt die Frequenz im wesentlichen zwischen zwei konstanten Werten. Die Unterbrechungen in der Kurve e, die infolge der oberen und unteren Spitzen der Sägezähnkurven g und c entstehen, haben keine Bedeutung, da sie in der Praxis sehr kurzzeitig sind.

Die Erfindung ist in Anwendung auf eine solche Anordnung zum Messen von Abstand und Geschwindigkeit gekennzeichnet durch Vorrichtungen UKM zur Bildung der Differenz zwischen den Frequenzen der ausgesandten und der empfangenen (reflektierten) Wellen, Vorrichtungen FM zur Umwandlung der Frequenzdifferenz in einen Amplitudenwert sowie Vorrichtungen C, L zur Aufteilung der Amplitudenwerte entsprechend dem Abstand bzw. der Geschwindigkeit des Gegenstandes im Verhältnis zu dem anderen Gegenstand.

Die Fig. 3 veranschaulicht eine Anordnung zum Messen von Abstand und Geschwindigkeit mit Hilfe von Wellen als besonders zweckmäßige Ausführungsform des Erfindungsgedankens. Sie besteht aus einem Sender UKS für ultrakurze Wellen und einem Empfänger UKM für die reflektierten Wellen. Sender und Empfänger sind mit Antennen AS bzw. AM versehen, die zweckmäßig für gerichtete Sendung und Empfang angeordnet sind, wobei die Richtwirkung gegen den Gegenstand B in Fig. 1 hin eingestellt wird. Die von UKS gesandten Signale werden auf zwei Wegen vom Empfänger UKM empfangen, teils unmittelbar zwischen den Antennen AS und AM (oder gegebenenfalls im Innern der Apparatur selbst) und teils über den Gegenstand, gegenüber dem Abstand und Relativgeschwindigkeit zu messen sind. Die beiden Frequenzen, beispielsweise g und c in Fig. 2, werden also in UKM zusammengeführt, wo sich die Differenzfrequenz nach der Kurve e in Fig. 2 durch Modulation zwischen den beiden Frequenzen bildet. Die Differenzfrequenz wird in einem Verstärker V verstärkt und in einem Frequenzdemodulator FM in Amplitudenwerte umgesetzt. Das Ergebnis besteht aus einem pulsierenden Gleichstrom. Der Gleichstromwert veranschaulicht dabei, wie aus Fig. 2 hervorgeht, den Abstand α zwischen A und B und der Wechselstromwert der Pulsationen die (Relativ-) Geschwindigkeit v_a. Bei einer Anordnung nach Fig. 3 wird der pulsierende Gleichstrom in Gleichstrom und Wechselstrom zerlegt. Der Gleichstrom fließt durch ein Tiefpaßfilter, durch eine Spule L veranschaulicht, und läuft zu einem Gleichstrommeßgerät I_a, das den Abstand angibt. Der Wechselstrom fließt durch ein Hochpaßfilter, durch einen Kondensator C veranschaulicht, zu einem Wechselstrommeßgerät I_va, welches den Wert der Geschwindigkeit v_a angibt.

Claims

80 Patentansprüche:

ι. Anordnung zum Messen von Abstand und Geschwindigkeit eines Gegenstandes 2U einem anderen Gegenstand, bei welcher Anordnung in bei Abstandsmessungen an sich bekannter Weise vom Sender des einen Gegenstandes Hochfrequenzwellen mit periodisch auf und ab schwankender Frequenz gesandt werden, welche vom anderen Gegenstand reflektiert und in einem Empfänger im ersten Gegenstand empfangen und mit direkt vom Sender übertragenen Wellen in der Frequenz verglichen werden, gekennzeichnet durch Vorrichtungen [UKM) zur Bildung der Differenz zwischen den Frequenzen der ausgesandten und der empfangenen (reflektierten) Wellen, Vorrichtungen (FM) zur Umwandlung der Frequenzdifferenz in einen Amplitudenwert sowie Vorrichtungen (C, L) zur Aufteilung der Amplitudenwerte entsprechend dem Abstand bzw. der Geschwindigkeit des Gegenstandes im Verhältnis zu dem anderen Gegenstand,
2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei parallel geschaltete Filter [L, C), von denen das eine nur Gleichstrom und das andere nur Wechselstrom durchläßt und das erste ein den Wert des Abstandes gebendes Gleichstrommeßgerät, das zweite ein die Geschwindigkeit anzeigendes Wechselstrommeßgerät speist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

0526 6.54