DE1246831B - Geraet zur Feststellung bewegter Objekte und gleichzeitigen Messung von deren Entfernung - Google Patents

Description

DEUTSCHES #f# PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/63

Nummer: 1 246 831

Aktenzeichen: S 77440IX d/21 a4

^ 24 6 831 Anmeldetag: 8. Januar 1962

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Feststellung bewegter Objekte und gleichzeitigen Messung von deren Entfernung innerhalb eines mittels kontinuierlich ausgesandter frequenzmodulierter elektromagnetischer Wellen nach dem Rückstrahlprinzip ständig überwachten Geländes mit ausgedehnten Festzielen ohne Anzeige derselben durch Auswertung einer der Dopplerverschiebung entsprechenden Differenzfrequenz, mittels Überlagerung der EchoweIIe mit der Sendeschwingung in einer Mischstufe, Aussiebung einer Harmonischen der Modulationsfrequenz und Überlagerung derselben mit der entsprechenden Harmonischen des Sendemodulators in einer weiteren Mischstufe.

Bisher bekannte derartige Geräte weisen folgende Nachteile auf: Eine bisher bekannte Radaranlage für Geschwindigkeitsmessung nach dem Dopplerprinzip (deutsche Auslegeschrift 1 069 222) ist zwar in der Lage, mit einer einzigen Antenne zu arbeiten, jedoch nur zu dem Zweck, entfernte Gegenstände hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit anzuzeigen; mit diesem frequenzmodulierten Radargerät ist es jedoch nicht möglich, eine Entfernungsmessung durchzuführen. Es ist aber auch schon ein frequenzmoduliertes, nach dem Dopplerprinzip arbeitendes und gegebenenfalls mit einer einzigen Antenne auskommendes Radargerät (USA.-Patentschrift 2 435 615) bekannt, das für große Entfernungen geeignet ist, jedoch bei Verwendung einer einzelnen Antenne für Senden und Empfang den bisher bekannten Radargeräten gemeinsamen Nachteil besitzt, daß es in seinem Aufbau sehr aufwendig und daher nicht dafür geeignet ist, als tragbares Gerät, beispielsweise auf dem Rücken des Benutzers, verwendet werden zu können, auch wenn mit ihm nur die Entfernung der ermittelten bewegten Objekte gemessen werden soll.

Die Erfindung läßt die vorgenannten Nachteile insgesamt vermeiden. Dies gelingt bei dem hier vorgeschlagenen Gerät der eingangs genannten Art vor allem dadurch, daß erfindungsgemäß zur bloßen Feststelllung der Objekte eine relativ niedrige (z. B. dritte) Harmonische, zur Entfernungsmessung dagegen eine höhere (z. B. siebente) gewählt ist und ferner ein den Modulationsindex des der Entfernungsmessung dienenden Sendemodulators einstellendes Schaltungselement vorgesehen ist, dessen Einstellung bei maximaler Amplitude der Differenzfrequenzschwingung als Maß für die Objektentfernung dient.

Auf Grund dieser hier vorgeschlagenen Merkmale benötigt das Gerät nach der Erfindung unter VerGerät zur Feststellung bewegter Objekte und
gleichzeitigen Messung von deren Entfernung

Anmelder:

Compagnie Frangaise Thomson
Houston-Hotchkiss Brandt, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,
Patentanwalt, München 42, Gotth ardstr. 81

Als Erfinder benannt:

Jean-Claude Preti,

Massy, Seine-et-Oise (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 16. Januar 1961 (849 781)

wendung einer für Senden und Empfang gemeinsamen Antenne einen nur verhältnismäßig geringen Teile- und Schaltungsaufwand. Es ist ein Gerät mit verhältnismäßig begrenzter Reichweite und weist somit den Vorteil auf, eine beim Senden nur verhältnismäßig geringe Leistung zu benötigen und nur ein schmales Spektrum beim Senden abzugeben. Ferner gibt unter diesen Bedingungen der verwendete Duplexer eine ausreichende Entkopplung zwischen den Sende- und Empfangswegen, wodurch die Notwendigkeit vermieden wird, für Senden und Empfang zwei getrennte Antennen benötigen zu müssen, und gewährleistet trotzdem die Anzeige naher Ziele. Ein weiterer Vorteil besteht in dem veränderlichen Modulationsindex, der zu einer hohen Genauigkeit in der Entfernungsmessung führt. Ein derartiges Gerät benutzt beim Empfang die von dem Dopplereffekt herrührenden Informationen mit einer Frequenz, welche gleich dem Doppelten des Produkts aus der Bewegungsgeschwindigkeit des bewegten Objekts und dem Cosinus des Winkels ist, welchen diese Geschwindigkeit mit der Richtung des Sendebündels bildet, wobei dieses Produkt durch die Sendewellenlänge geteilt wird und diese Information in ihrer ursprünglichen Form verstärkt wird, um in einem (z. B. akustischen) Wiedergabegerät wiedergegeben zu werden. Hierfür wird zweckmäßig wahlweise die in dem siebenten Spektralband der

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Sendemoduiation enthaltene Energie benutzt, um eine Messung der Entfernung des Senders von dem Ziel vorzunehmen, indem ein Wert des Modulationsindex aufgesucht wird, welcher beim Empfang einem Maximum des hörbaren Echos entspricht. Vorzugsweise wird hierfür im Bereitschaftsbetrieb das Empfangsgerät an einen selektiven Analysatorkreis angeschlossen, welcher einen hörbaren oder sichtbaren Alarm auslöst, wenn ein bewegter Körper den von dem Sendebündel bestrichenen Wirkungsbereich durchläuft, wobei der Analysator und das Alarmsignal parallel an das akustische Wiedergabegerät zur Identifizierung des Ziels angeschlossen sind, worauf auf die Modulation mit veränderlichem Index für die Entfernungsmessung übergegangen wird.

Bei allem bedingt das Gerät nach der Erfindung einen äußerst geringen Apparateaufwand, und das hierdurch gegebene geringe Gewicht ermöglicht, daß das Gerät bequem auf dem Rücken des Benutzers transportiert und auch leicht in Betrieb gesetzt und so auf flachem Feld verwendet werden kann.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert, deren einzige Abbildung sehr schematisch die Anordnung der Teile der Apparatur in einem erfindungsgemäßen Suchgerät zeigt.

Die Apparatur enthält einen Klystronsender 1, welcher etwa 100 mW mit einer Frequenz von 9000 MHz ausstrahlt. Mittels eines Umschalters 2 kann die Sendung des Klystrons entweder durch An-Schluß an einen Modulator 3 für 60 kHz. welcher der Betriebsbereitschaftsmodulator ist, moduliert werden, oder durch Anschluß an einen Modulator 4 für 25,715 kHz, welcher den Entfernungsmeßmodulator darstellt, wobei der Modulationsindex dadurch verändert werden kann, daß zwischen dem Modulator 4 und dem Oszillator 1 ein Spannungsteiler 5 vorgesehen ist, dessen Schieber vor einer Skala verschieblich ist, welche unmittelbar in Hunderten von Metern geeicht sein kann.

Die so modulierte Sendung wird in der üblichen Weise über eine Duplexschaltung 6 an eine mit einem Reflektor 8 versehene bewegliche Antenne 7 angelegt, welche die Überstreichung des abzutastenden Geländes ermöglicht.

Diese Antenne 7 empfängt die Echos und gibt sie über die Duplexschaltung 6 und einen Primärmischer 9 an einen Empfänger weiter, dessen Arbeiten auf die Frequenz 180 kHz zentriert ist und dessen Eingang durch die Mischstufe 9 gebildet wird. Dieser Empfänger enthält auch einen Verstärker 10, welcher mit dem Mischer 9 verbunden und an einen Ausgangsmischer 11 geschaltet ist. Dieser Ausgangsmischer ist über einen Umschalter 12 an einen Vervielfacher 13 geschaltet, welcher die Frequenzen mit drei vervielfacht und mit dem Sendemodulator 3 verbunden ist.

Die Schwebung zwischen der in dem Vervielfacher 13 mit drei vervielfachten Sendemodulationsfrequenz und der von dem Verstärker 10 kommenden Empfangsfrequenz entsteht in dem Mischer 11 und wird am Ausgang des Mischers einem Niederfrequenzverstärker 14 zugeführt, in welchem ein Hochpaß vorgesehen ist, welcher die zwischen 0 und 20 Hz liegenden Frequenzen ausscheidet, welche durch die Bewegung der Pflanzen in dem Wind entstehen, wie dies durch Versuche festgestellt werden konnte.

Das niederfrequente Ausgangssignal mit begrenzter Amplitude wird einem akustischem Wiedergabegerät 15 und einem an ein Lichtsignal 17 angeschlossenen Alarmstromkreis 16 zugeführt. Dieser Alarmstromkreis wählt die niederfrequenten Komponenten aus, deren Frequenz zwischen 25 und 150 Hz liegt. Hierfür ist in dem Alarmstromkreis ein Bandfilter mit Selbstinduktivitäten und Kapazitäten vorgesehen, über welchen die benutzten Signale zu dem Verstärker 14 gelangen, welcher in dem entsprechenden Ausgang einen Integrator enthält, welcher ein kontinuierliches Signal liefert, welches zur Steuerung eines Relais zur Speisung einer Signalvorrichtung 17 benutzt wird, welche bei dem beschriebenen Beispiel ein Leuchtzeichen ist, aber auch ein akustisches oder andersartiges Zeichen sein könnte.

Ferner wird mittels der Umschalter 2 und 12 die den Spannungsteiler 5 und den Modulator 4 enthaltende Entfernungsmeßkette mit dem auf der Seite des Spannungsteilers liegenden Ende an den Sender 1 und mit dem anderen Ende unter Zwischenschaltung eines die Frequenzen mit sieben vervielfachenden Frequenzvervielfachers 18 au den sekundären Mischer 11 geschaltet.

Der obige Apparat wird folgendermaßen benutzt: Während des Bereitschaftsbetriebes erteilt die Bedienungsperson dem Reflektor 8 die Bewegung zur Abtastung des Geländes. Wenn das Sendebündel auf ein bewegtes Ziel trifft und die Umschalter 2 und 12 in der auf der Zeichnung angegebenen Stellung stehen, in welcher die Entfernungskette abgeschaltet ist, entsteht an der Stelle des Mischers 11 eine Schwebung, welche das Lichtsignal 17 zum Aufleuchten bringt. Das Abhören des empfangenen Signals in dem akustischen Wiedergabegerät 15 ermöglicht die genaue Beurteilung der Bewegungsart des beweglichen Körpers und meistens auch die Feststellung der Art desselben. So kann man, wenn das Ziel durch ein menschliches Wesen gebildet wird, das Wippen seiner Schultern oder das Schlenkern seiner Arme und Beine hören, während bei einem Fahrzeug die Gangschaltung, die Beschleunigung oder die Bremsung gehört werden kann, wobei das durch die vom Wind bewegten Pflanzen gebildete Grundgeräusch in allen Fällen unterdrückt ist.

Es kann somit das Vorhandensein eines Ziels in einem gegebenen Azimut festgestellt werden. Der Reflektor 8 wird dann in der Richtung des Ziels stillgesetzt, es wird umgeschaltet, und die Entfernungsmeßkette 4, 5, 18 wird durch die Umschalter 2 und 12 zwischen den Sender 1 und den Mischer 11 geschaltet. Durch Abhören wird durch Betätigung des Spannungsteilers 5 die größte Stärke des hörbaren Signals aufgesucht, und die Stellung des Spannungsteilers gibt die Entfernung zwischen dem Apparat und dem betreffenden Ziel an.

Mit einer Sendeleistung von 100 mW und einem Verbrauch von 30 W erhält man so ein Suchgerät geringen Gewichts und Volumens, welches leicht tragbar ist und dessen Reichweite etwa 1500 m für ein durch einen Fußgänger gebildetes Ziel beträgt, wobei die Abtastung eines Winkels von 100° in 4 Sekunden vorgenommen werden kann und bei der Entfernungsmessung eine Genauigkeit von ± 50 m erreicht wird.

Alle Teile der obigen Apparatur sind an sich bekannt und brauchen daher weder im einzelnen be-

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schrieben noch dargestellt zu werden. Die Apparatur ist sowohl zur Überwachung des Geländes durch Abtasten als auch zur Überwachung mit Hilfe von festen Bündeln geeignet. Patentansprüche:

1. Gerät zur Feststellung bewegter Objekte und gleichzeitigen Messung von deren Entfernung innerhalb eines mittels kontinuierlich ausgesandter frequenzmodulierter elektromagnetischer Wellen nach dem Rückstrahlprinzip ständig überwachten Geländes mit ausgedehnten Festzielen ohne Anzeige derselben durch Auswertung einer der Dopplerverschiebung entsprechenden Differenzfrequenz, mittels Überlagerung der Echowelle mit der Sendeschwingung in einer Mischstufe, Aussiebung einer Harmonischen der Modulationsfrequenz und Überlagerung derselben mit der entsprechenden Harmonischen des Sendemodulators in einer weiteren Mischstufe, dadurch gekennzeichnet, daß zur bloßen Feststellung der Objekte eine relativ niedrige (z. B. dritte) Harmonische, zur Entfernungsmessung dagegen eine höhere (z. B. siebente) gewählt ist und ferner gekennzeichnet durch ein den Modulationsindex des der Entfernungsmessung dienenden Sendermodulators einstellendes Schaltungselement (5), dessen Einstellung bei maximaler Amplitude der Differenzfrequenzschwingung als Maß für die Objektentfernung dient.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur bloßen Feststellung der Objekte und die zur Entfernungsmessung benutzte Modulationsfrequenz (60 kHz; 25,715 kHz) derart unterschiedlich gewählt sind, daß ihre ausgesiebten Harmonischen ein und dieselbe Frequenz (180 kHz) besitzen.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das den Modulationsindex einstellende Schaltungselement ein Spannungsteiler (5) ist, dessen Schieber vor einer unmittelbar in Entfernungen geeichten Skala verschiebbar ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1068 315,
222;
USA.-Patentschrift Nr. 2 435 615.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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