DE1191588B - Einrichtung zur Rueckstrahlentfernungsmessung - Google Patents

Einrichtung zur Rueckstrahlentfernungsmessung

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DE1191588B
DE1191588B DEA31548A DEA0031548A DE1191588B DE 1191588 B DE1191588 B DE 1191588B DE A31548 A DEA31548 A DE A31548A DE A0031548 A DEA0031548 A DE A0031548A DE 1191588 B DE1191588 B DE 1191588B
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DE
Germany
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frequency
oscillation
comparison
mixed
modulation
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Pending
Application number
DEA31548A
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English (en)
Inventor
Dipl-Phys Markus Biermann
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Continental Elektronidustrie AG
Original Assignee
Continental Elektronidustrie AG
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • 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
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Rückstrahlentfernungsmessung Die Erfindung geht aus von einer nach dem Rückstrahlverfahren arbeitenden Einrichtung zur - elektrischen oder elektro-optischen - Entfemungsmessung, bestehend aus einem Sender zur Emission einer mit der Frequenz w modulierten Trägerstrahlung, einem am Ort des Senders angeordneten Empfänger zum Empfang der am Ort der zu messenden Entfernung rückgestrahlten Strahlung und einer Phasendifferenzmeßvorrichtung zum Vergleich der Modulationsphasen des gesendeten und des empfangenen Signales, bei der der Phasendifferenzmeßvorrichtung ein der Modulation des gesendeten Signals entsprechendes Vergleichsignal und ein der Modulation des empfangenen Signals entsprechendes Meßsignal zugeführt ist und beide Signalschwingungen derart miteinander gemischt sind, daß die Amplitude einer Wechselkomponente der elektrischen Mischspannung ein Maß für die Phasendifferenz darstellt.
  • In einer bekannten elektrischen Höhenmeßeinrichtung z. B. für Flugzeuge, wird die von einem Hochfrequenzsender erzeugte Vergleichsschwingung zu der dazu gleichfrequenten, von einem Empfänger empfangenen Meßspannung in der vorgesehenen Phasenmeßvorrichtung additiv gemischt, so daß die resultierende Mischspannung eine Amplitude aufweist, die eine Funktion der Phasendifferenz zwischen der Meß-und der Vergleichsschwingung ist. Die Mischschwingung ist mittels eines Überlagerungsoszillators in den Hörbereich transponiert, und Extremwerte der Mischspannung werden akustisch als Maß für bestimmte Phasendifferenzen bzw. bestimmte Signallaufzeiten angezeigt. Anordnungen dieser Art genügen bekanntlich höheren Genauigkeitsanforderungen nicht, da die Amplitude der Meßspannung sich additiv aus einzelnen Spannungsanteilen ableitet, die unter anderem von den Amplituden der Meß- und der Vergleichsschwingung abhängen; es sind also im Mischergebnis Störglieder enthalten, die, wenn sie nicht konstant gehalten werden können, das Meßergebnis verfälschen können.
  • In einer anderen Einrichtung, die bevorzugt zur elektro-optischen Entfemungsmessung Anwendung findet, ist die Anordnung derart getroffen, daß die beiden hinsichtlich ihres Phasenwinkels miteinander zu vergleichenden Wechselspannungen mittels einer Mehrgitterröhre multiplikativ miteinander gemischt sind. Die Mischspannung stellt eine komplizierte Wechselspannung dar, die eine Gleichstromkomponente enthält, die bis auf gewisse Störglieder eine periodische Funktion der Signallaufzeit bzw. der Phasendifferenz darstellt. Um die Störglieder aus dem Mischergebnis zu eliminieren, ist durch gesonderte Mittel eine zur ersten symmetrische zweite Mischschwingung hergestellt, die von der ersten subtrahiert ist, so daß die Störgrößen aus der Differenz herausfallen.
  • Diese Anordnung weist aber den Nachteil auf, daß das Meßsignal als Gleichstromsignal anfällt, welches bekanntlich mit besonders stabilisierten Gleichstromverstärkern verstärkt werden muß.
  • Zur Verbesserung der bekannten Einrichtungen wird deshalb bei einer Anordnung der eingangs erwähnten Art der vorliegenden Erfindung entsprechend vorgeschlagen, daß die Meß- oder die Vergleichsschwingung vor der Mischung einer trägerlosen Amplitudenmodulation mit einer Frequenz p t o, unterworfen ist und die Amplitude der dann in der Mischschwingung enthaltenen Schwingung mit der Frequenz £? als Maß für die Phasendifferenz benutzt ist.
  • In Einrichtungen nach der Erfindung können die beiden Maßspannungen bzw. Meßschwingungen, von denen eine der erwähnten trägerlosen Amplitudenmodulation unterworfen ist, additiv oder multiplikativ gemischt sein. In jedem Fall enthält das Mischergebnis eine Schwingung der Frequenz Q, deren Amplitude eine periodische Funktion der Phasendifferenz zwischen der Meß- und der Vergleichsspannung ist. Dabei ist die Frequenz, mit der die trägerfreie Amplitudenmodulation an einer der beiden Schwingungen erfolgt, derart zu wählen, daß sie einen genügend großen Abstand gegen die Frequenz der gleichfrequenten Meß- und Vergleichsschwingung aufsveist, so daß durch Filter oder andere geeignete Hilfsmittel eine einwandfreie Trennung des interessierenden Spannungsanteils von den nicht interessierenden Anteilen des Mischergebnisses möglich ist.
  • Die Zeichnung erläutert die Ausbildung von elektro-optischen Entfernungsmeßgeräten nach der vorliegenden Erfindung. In F i g. 1 bezeichnet 1 eine Lichtquelle eines Lichtsenders. Ein Teil des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstroms passiert über einen Polarisator eine Kerrzelle 3 und durchläuft die Meßstrecke 5. Das Meßlicht, das mittels der Kerrzelle moduliert ist, wird am Ort der zu messenden Entfernung an einem Spiegel reflektiert und durchläuft die Meßstrecke erneut, um als Meßlichtsignal 6 von einem am Ort des Lichtsenders 1, 2, 3 angeordneten Lichtempfänger 7 empfangen zu werden. Der Lichtempfänger 7 enthält eine Photozelle, in der der Lichtstrom demoduliert wird. Als Vergleichssignal ist ein Teil des Lichtstroms der Lichtquelle 1 über den Polarisator 2 über eine Kerrzelle 4 geführt und gelangt dann über den Lichtweg 8 ebenfalls zum Lichtempfänger 7. Dem Lichtempfänger ist ein Analystator 9 vorgeschaltet, den sowohl das Meßlicht als auch das Vergleichslicht passiert.
  • Die doppelbrechenden Eigenschaften der Kerrzellen 3 und 4 sind in üblicher Weise elektrisch gesteuert. Die Steuerspannung liefert ein Oszillator 11, der auf den Leitungen 12 und 13, die mit den Kerrzellen 3 und 4 verbunden sind, eine hochfrequente Wechselspannung gleicher Frequenz erzeugt. Die Hochfrequenzspannung der Leitung 13 ist einem Modulator 15 zugeführt, in dem sie einer trägerfreien Amplitudenmodulation unterworfen ist. Die Modulationsspannung liefert ein Oszillator 17, der vorzugsweise eine niederfrequente Modulationsspannung erzeugt. Seine Ausgangsspannung ist über die Leitung 16 dem Modulator 15 zugeführt. Der Modulator 15 ist in üblicher Weise, z. B. als Ringmodulator oder als Hallgenerator, ausgebildet, und es ist Vorsorge getroffen, daß bei der Amplitudenmodulation der Träger unterdrückt ist, d. h., es dürfen in dem Modulationsergebnis lediglich Kombinationen der Modulationsfrequenz mit der Frequenz der modulierten Spannung auftreten. Die Ausgangsspannung des Modulators 15 ist über nicht dargestellte Verstärker der Kemelle 3 zur Modulation des Meßlichtsignals zugeführt.
  • Das Meßlichtsignal stellt deshalb ein in seinem Polarisationszustand im Takte der Modulationsspannung moduliertes Lichtsignal dar, das hinter dem Analysator 9 des Lichtempfängers in ein entsprechendes intensitätsmoduliertes Lichtsignal übergeht. Das Meßlichtsignal 6 bzw. das Vergleichslichtsignal 8 wird im Lichtempfänger 7 z. B. additiv gemischt, und die in der Mischspannung enthaltene Komponente mit der Frequenz des Oszillators 17 wird über geeignete Filter mittels eines Wechselstrominstrumentes angezeigt. Die Amplitude dieser Wechselkomponente ist für bestimmte Laufzeiten des Meßlichtsignals 5 Null.
  • In der Anordnung nach F i g. 2 ist die Ausbildung derart getroffen, daß die zusätzliche Amplitudenmodulation, die prinzipiell entweder am Meß- oder aber am Vergleichssignal erfolgen kann, auf elektrischem Wege erfolgt, ohne daß die modulierten Lichtströme, die am eigentlichen Meßvorgang beteiligt sind, einer solchen zusätzlichen Modulation unterworfen sind.
  • In der F i g. 2 bezeichnet 20 wiederum eine Lichtquelle, deren Lichtstrom über einen Polarisator21, über eine Kernelle 22 und einen Analysator 23 in Verbindung mit geeigneten optischen zusätzlichen Hilfsmitteln über die Meßstrecke 24, 25 geschickt ist.
  • Das am Ende der Meßstrecke reflektierte Licht gelangt auf einen lichtelektrischen Empfänger 26.
  • Mit 27 ist ein zur Kerrzellensteuerung vorgesehener Hochfrequenzoszillator bezeichnet, dessen Ausgangsspannung nach geeigneter Verstärkung über die Leitung 28 der Kerrzelle 22 zugeführt ist.
  • Ein der Modulation des Meßlichts entsprechendes elektrisches Signal ist mit Hilfe des Lichtempfängers 26 erzeugt und einer Phasenmeßvorrichtung 33 zugeführt. Das der Vergleishsvorrichtung 33 zuzuführende Vergleichssignal des Oszillators 27 ist als elektrische Spannung einem Modulator 30 zugeführt, dem gleichzeitig die Ausgangsspannung eines Niederfrequenzoszillators 31 zugeführt ist. Der Modulator 30 bewirkt an der Ausgangsspannung des Oszillators 27 eine trägerfreie Amplitudenmodulation. Die modulierte Spannung ist als Vergleichsspannung über die Leitung 32 der Phasenvergleichsvorrichtung 33 zugeführt. Der Leitung 34 ist eine Spannung zugeführt, deren Frequenz der Frequenz des Oszillators 31 entspricht und deren Amplitude mit der Signallaufzeit des Meßlichtsignals variabel ist. Sie kann, wie im Fall der Vorrichtung nach Fig. 1, zur Anzeige ausgezeichneter Laufzeiten benutzt werden. Da diese Spannung die Phasendifferenz zwischen dem emittierten und dem empfangenen Meßlichtsignal lediglich dem Betrage und nicht dem Vorzeichen nach wiedergibt, ist es mitunter zweckmäßig, das niederfrequente Meßsignal einer erneuten Mischung mit einer gleichfrequenten Schwingung fester Phase in einer Vorrichtung 35 zu unterwerfen, so daß dann das resultierende Mischergebnis auch dem Vorzeichen nach die interessierende Phasendifferenz wiedergibt.
  • Mittel dieser Art sind in Fig. 2 mit 35 angedeutet.
  • Die Vorrichtung 35 enthält beispielsweise einen Gegentaktmodulator, dem die Ausgangsspannung der Vorrichtung 33 und die Ausgangsspannung des Oszillators 31 zugeführt ist. Die Ausgangsspannung der Vorrichtung 35 ist dann in bekannter Weise eine Spannung, die nach Polarität und Größe, z. B. zur Frequenzregelung am Oszillator 27, zwecks selbsttätiger Anpassung der Modulationsfrequenz an die Länge der Meßstrecke benutzt werden kann.

Claims (4)

  1. Patentansprüche: 1. Nach dem Rückstrahlverfahren arbeitende Einrichtung zur Entfernungsmessung, bestehend aus einem Sender zur Emission einer mit einer Frequenz oj modulierten Trägerstrahlung, einem am Ort des Senders angeordneten Empfänger zum Empfang der am Ort der zu messenden Entfernung rückgestrahlten Strahlung und einer Phasendifferenzmeßvorrichtung zum Vergleich der Modulationsphasen des gesendeten und des empfangenen Signals, bei der der Phasendifferenzmeßvorrichtung ein der Modulation des gesendeten Signals entsprechendes Vergleichssignal und ein der Modulation des empfangenen Signals entsprechendes Meßsignal zugeführt ist und beide Signalschwingungen derart miteinander gemischt sind, daß die Amplitude einer Wechselkomponente der elektrischen Mischspannung ein Maß für die Phasendifferenz darstellt, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß eine der beiden Signalschwingungen vor ihrer Mischung einer trägerlosen Amplitudenmodulation mit einer Frequenz Q + w unterworfen ist und die Amplitude der dann in der Mischschwingung enthaltenen Schwingung mit der Frequenz Q als Maß für die Phasendifferenz benutzt ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmodulation mit einer Frequenz erfolgt, die kleiner ist als die Frequenz der Meß- bzw. Vergleichsschwingung.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur elektro-optischen Entfernungsmessung, bestehend aus einen Lichtmodulator aufweisenden Lichtsender und einem Lichtempfänger mit einer Phasenvergleichsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenvergleichsvorrichtung in an sich bekannter Weise die Vergleichsschwingung elektrisch zugeführt ist und dadurch, daß die Amplitudenmodulation an der Vergleichsschwingung erfolgt.
  4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Mischvorgang hervorgehende Wechselkomponente mit der Frequenz der Amplitudenmodulation mit einer gleichfrequenten Hilfsschwingung gemischt ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 993 326.
DEA31548A 1959-03-10 1959-03-10 Einrichtung zur Rueckstrahlentfernungsmessung Pending DE1191588B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2580391A1 (fr) * 1985-04-15 1986-10-17 Onera (Off Nat Aerospatiale) Procede et dispositif de detection heterodyne, a l'aide d'une photodiode a avalanche, d'un rayonnement lumineux module en amplitude, et applications a la telemetrie

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1993326A (en) * 1930-05-19 1935-03-05 Submarine Signal Co Means and method of measuring distance

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