DE1259971B

DE1259971B - Impulsradarverfahren zur Entfernungsmessung und Entfernungsmessanordnung zur Durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE1259971B
Application number: DEC30465A
Authority: DE
Inventors: Paul Fombonne
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1962-07-19
Filing date: 1963-07-18
Publication date: 1968-02-01
Also published as: US3202988A; NL295515A; GB1047773A; FR1340852A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

GOIs

Deutsche Kl.: 21 a4 - 48/61

Nummer: 1259 971

Aktenzeichen: C 30465IX d/21 a4

Anmeldetag: 18. Juli 1963

Auslegetag: 1. Februar 1968

Die Erfindung bezieht sich auf ein Impulsradarverfahren zur Entfernungsmessung, bei welchem die Empfangsimpulse entweder aus den am Ziel reflektierten Sendeimpulsen oder aus vom Ziel auf den Empfang der Abfrageimpulse hin ausgesendeten Antwortimpulsen bestehen und bei welchem eine Bezugsschwingung verwendet wird, deren Frequenz ein Maß für die gesuchte Entfernung ist, sowie auf eine Entfernungsmeßanordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist ein Verfahren dieser Art bekannt, bei welchem die Bezugsschwingung durch die sich mehrfach wiederholenden hin- und herlaufenden Impulse entsteht. Die Periode der Sendeimpulse ist also gleich der Periode der Bezugsschwingung und der zu messenden Entfernung proportional.

Die Sendeimpulsperiode ändert sich somit im Verhältnis der zu messenden Entfernungen. Dies hat zur Folge, daß entweder der Sender bei sehr kurzen Entfernungen überlastet wird oder die Senderleistung «o bei größeren Entfernungen schlecht ausgenutzt wird.

Bei einem ähnlichen bekannten Verfahren werden an Stelle von Impulsen kontinuierliche Wellen ausgesendet, die mit der Bezugsschwingung moduliert sind, deren Frequenz sich gleichfalls von selbst auf die Periode der wiederholt hin- und herlaufenden Wellen einstellt. Die Verwendung kontinuierlicher Wellen ist jedoch aus mehreren Gründen unerwünscht. Vor allem ist es dabei nicht möglich, die Entfernung des gleichen Ziels von mehreren Abfragestellen aus gleichzeitig zu messen.

Im übrigen setzen diese bekannten Verfahren unbedingt das Vorhandensein von Anwortsendern voraus.

Bei einem anderen bekannten Impulsradarverfahren wird an der Meßstelle eine Bezugsschwingung erzeugt, aus der die Sendeimpulse durch Frequenzteilung abgeleitet werden. Die Bezugsschwingung hat aber in diesem Fall eine konstante Frequenz, und auch das Teilerverhältnis des Frequenzteilers ist konstant, so daß die Sendeimpulse stets nach der gleichen Zahl von Perioden der Bezugsschwingung ausgesendet werden und die Bezugsschwingung selbst kein Maß für die zu messende Entfernung darstellen kann. Die Entfernungsmessung erfolgt dabei durch einen Phasenvergleich zwischen den Empfangssignalen und der Bezugsschwingung.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Impulsradarverfahrens der eingangs angegebenen Art, bei welchem die Frequenz der Bezugsschwingung unmittelbar ein Maß für die zu messende Entfernung ist, der Sender aber unabhängig von der zu Impulsradarverfahren zur Entfernungsmessung
und Entfernungsmeßanordnung zur
Durchführung desselben

Anmelder:

CSF-Compagnie G6n6rale de Tetegraphie sans FiI, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. rer. nat. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Paul Fombonne, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 19. Juli 1962 (904 448)

messenden Entfernung im wesentlichen stets mit gleicher Leistung arbeitet.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Bezugsschwingung mit einstellbarer Frequenz an der Meßstelle erzeugt wird, daß die Sendeimpulse in annähernd konstanten Zeitabständen, die wesentlich größer als die veränderliche Periode der einstellbaren Bezugsschwingung sind, so ausgesendet werden, daß sie mit den Zeitpunkten eines festgelegten Phasenwerts (0^1Ρβ<.2π) der Bezugsschwingung zusammenfallen, und daß die Frequenz der Bezugsschwingung so nachgeregelt wird, daß die Empfangsimpulse jeweils zum Zeitpunkt eines um ηπ größeren Phasenwerts der Bezugsschwingung (n = kleine ganze Zahl) an der Meßstelle eintreffen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Frequenz der Bezugsschwingung ständig so nachgeregelt, daß der Abstand zwischen jedem Sendeimpuls und dem zugehörigen Empfangsimpuls einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Periode der Bezugsschwingung entspricht; die Frequenz der Bezugsschwingung ist daher ein Maß für die zu messende Entfernung. Dagegen werden die Sendeimpulse stets in annähernd konstanten Zeitabständen ausgesendet, die nur in engen Grenzen so schwanken, daß jeder Sendeimpuls mit dem festgelegten Phasenwert der

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Bezugsschwingung übereinstimmt. Der Abstand der Stimmung der Entfernung zwischen diesem Luftfahr-Sendeimpulse entspricht also einem in Abhängigkeit zeug und einer Antwortbake verwendbar ist. von der zu messenden Entfernung veränderlichen Es wird in erster Linie eine Anordnung beschrieben,

Vielfachen der Periode der Bezugsschwingung. Der mit welcher Sendeimpulse erhalten werden können, Sender kann also unabhängig von der. zu messenden 5 die zeitlich mit den Punkten der Phase Null einer Entfernung stets mit gleichbleibender optimaler Schwingung G von veränderlicher Frequenz / zuLeistung arbeiten. Infolge des Impulsbetriebs ist es sammenfallen.

dabei möglich, die Entfernung zu einem bestimmten Bei der dargestellten Anordnung erzeugt ein sehr

Ziel von mehreren Meßstellen aus gleichzeitig zu stabiler Generatori, beispielsweise ein Quarzoszillator, messen. io eine Schwingung von fester Frequenz /0. Ein Gene-

Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen rator 2 mit veränderlicher Frequenz, dessen Frequenz Verfahrens geeignete-Entfernungsmeßanordnung mit beispielsweise mit Hilfe einer Spannung gesteuert einer Anordnung zur Aussendung von Abfrage- wird, erzeugt eine Schwingung von veränderlicher impulsen in Form von impulsförmig getasteten Hoch- Frequenz/1. Die Frequenz/0 liegt außerhalb des frequenzwellen und mit einer Anordnung zum Emp- 15 Änderungsbereichs von /1; im vorliegenden Fall sei fang von Antwortimpulsen gleicher Art enthält vor- angenommen, daß sie oberhalb dieses Bereichs liegt, zugsweise einen Bezugsschwingungserzeuger mit Die Oszillatoren 1 und 2 speisen die beiden Eineinem Phasensteuereingang und einem Frequenz- gänge einer Mischstufe 3, welche die Schwingung mit steuereingang, eine Phasenregelschleife, der einerseits der Differenzfrequenz / = /0 —/1 liefert, die mit A die Bezugsschwingung und andererseits die Abfrage- ao bezeichnet wird. Diese Schwingung wird dem Eingang impulse zugeführt werden und die den Phasensteuer- einer Anordnung 4 zugeführt, welche Impulse B lieeingang derart steuert, daß jeder Abfrageimpuls mit fert, die abwechselnd positiv (entsprechend den dem Zeitpunkt des festgelegten Phasenwerts einer Punkten der Phase Null der Schwingung A) und Periode der Bezugsschwingung zusammenfällt, eine negativ (entsprechend den Punkten der Phase π der Frequenzregelschleife, der einerseits die Bezugs- as Schwingung A) sind. Die Anordnung 4 kann in an schwingung und andererseits die Antwortimpulse zu- sich bekannter Weise aus einer Kaskadenschaltung geführt werden und die den Frequenzsteuereingang eines Doppelbegrenzers, eines Verstärkers und einer derart steuert, daß die Antwortimpulse mit den Zeit- Differentiationsschaltung bestehen, punkten des um ηπ größeren Phasenwerts der Be- Die Schwingung.<4 und die Impulse B sind in Abzugsschwingung zusammenfallen, und durch eine die 30 hängigkeit von der Zeit bei A bzw. B in Fig. 2 dar-Sendeanordnung für die Abfrageimpulse steuernde gestellt.

Schaltung mit einer Anordnung, welche aus der Be- Der Ausgang der Anordnung 4 ist erstens über

zugsschwingung Zwischenimpulse ableitet, die mit einen Widerstand 32 mit der Anode einer Diode 8 den Zeitpunkten des festgelegten Phasenwerts aller verbunden, deren Katode an Masse liegt, zweitens an Perioden der Bezugsschwingung zusammenfallen oder 35 den Signaleingang eines elektronischen Schalters 6 in festgelegter Phasenbeziehung zu diesen Zeitpunkten angeschlossen und drittens mit dem ersten Eingang stehen, und mit einer Schaltung, welche aus den einer bistabilen Kippschaltung 7 verbunden, deren Zwischenimpulsen Auslöseimpulse auswählen, die zweiter Eingang an den Ausgang des elektronischen voneinander durch Zeitintervalle getrennt sind, die Schalters 6 angeschlossen ist. größer als das Zeitintervall zwischen der Aussendung 40 Die bistabile Kippschaltung dient in Verbindung eines Abfrageimpulses und dem Empfang eines Ant- mit der Diode 8 in einer später noch genauer zu erwortimpulses bei der größten von der Anordnung läuternden Weise zur Erzeugung von Hilfssignalen. meßbaren Entfernung ist, und die die Aussendung Der Schalter 6 hat einen Steuereingang, der mit dem der Abfrageimpulse auslösen. Ausgang eines Sägezahngenerators 5 verbunden ist,

Nachstehend sollen die einer positiven Ableitung 45 der beispielsweise als Thyratronschaltung ausgebildet entsprechenden Nulldurchgänge einer Schwingung als ist. Die von der Thyratronschaltung 5 _# gelieferten Punkte der Phase Null und die einer negativen Ab- SägezahnsignaleC sind bei C in Fig. 2 gezeigt, leitung entsprechenden Nulldurchgänge einer Schwin- Der Schalter 6 ist ein Schwellwertschalter, der die

gung als Punkte der Phase π bezeichnet werden. seinem Signaleingang zugeführten Impulse B nur

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung bei- 50 dann hindurchgehen läßt, wenn die seinem Steuerspielshalber erläutert. Darin zeigt eingang zugeführte Spannung über einem bestimmten

Fig. 1 das Blockschaltbild eines nach der. Er- Schwellwert liegt, der in dem Diagramm C von findung ausgeführten Entfernungsmeßgeräts, F i g. 2 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Die

Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungs- größte vom Generator 5 gelieferte Spannung liegt weise der Anordnung von Fig. 1 und 55 über diesem Schwellwert.

Fig. 3 eine Ausführungsform eines Teils der An- Die nicht durch den Schalter 6 hindurchgehenden

Ordnung von Fig. 1. positiven ImpulseB werden über den Widerstand32

Die Erfindung eignet sich sowohl für den Fall, daß und die Diode 8 nach Masse abgeleitet. Der Widerdie auf Grund von Sendeimpulsen empfangenen Im- stand 32 ist ausreichend groß bemessen, daß diese pulse Echos sind, als auch für den Fall, daß die emp- 60 Anordnung den Durchgang der positiven Impulses fangenen Impulse von einem aktiven Antwortsender durch den Schalter 6, falls dieser geschlossen ist, nicht stammen, der durch die Abfragung seitens des Ent- beeinträchtigt, fernungsmessers erregt wird. Jeder durch den Schalter 6 hindurchgehende nega-

AIs Beispiel soll dieser" zweite Fall angenommen tive Impuls wird durch eine Diode 33, deren Katode werden. 65 mit dem Ausgang des Schalters 6 verbunden ist und

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines nach der Er- deren Anode an Masse liegt, nach Masse abgeleitet, findung ausgeführten Entfernungsmessers, der ins- Der Ausgang des Schalters 6 ist ferner mit dem

besondere an Bord eines Luftfahrzeugs zur Be- Steuergitter des Thyratrons 5 derart verbunden, daß

der erste durch den Schalter 6 nach dessen Schließung hindurchgehende positive Impuls B das Thyratron erregt und dadurch den Beginn eines neuen Sägezahns auslöst. Daher ist der Schalter 6 offen, bis der Sägezahn wieder einen Wert erreicht hat, der gleich der Schwellwertspannung ist, die das Schließen des Schalters hervorruft.

Der Schalter 6 läßt dann erneut den ersten positiven Impuls B hindurchgehen, der erscheint, nachdem die Sägezahnspannung diesen Schwellwert er- io Phasenverschiebung erzeugt, deren Größe von dem reicht hat; dieser Impuls ruft eine neue Erregung des Wert einer (hier positiven) Gleichspannung abhängt,

die an seinen Steuereingang angelegt wird. Diese Steuerspannung wird in folgender Weise erhalten: D A d Phhib 1 i i

durch die Mischung dieser phasenverschobenen Schwingung der Frequenz /0 mit der veränderlichen Frequenz /1 eine entsprechend phasenverschobene Schwingung G der Frequenz / erhalten wird.

Der Ausgang des Oszillators 1 speist daher außer der Mischstufe 3 den Signaleingang eines Phasenschiebers 10 bekannter Art (beispielsweise eines Phasenschiebers, der unter Verwendung von Dioden mit veränderlicher Kapazität aufgebaut ist), der eine

Thyratrons hervor, so daß der Zyklus erneut beginnt.

In Fig. 2 sind bei D die auf diese Weise durch den Schalter 6 aus den Impulsen B ausgewählten Impulse D dargestellt.

Jeder Impuls D löst die Aussendung eines Meßimpulses aus.

Dementsprechend sind die Konstanten der Schaltungselemente der Thyratronschaltung so bemessen, daß das Zeitintervall zwischen einer Erregung des Thyratrons und dem Zeitpunkt, in welchem die Sägezahnspannung den Schwellwert erreicht, zumindest dem Zeitintervall

Der Ausgang des Phasenschiebers 10 speist einen Eingang einer Mischstufe 11, deren anderer Eingang gleichphasig mit der Mischstufe 3 von dem die Frequenz/l erzeugenden Oszillator 2 gespeist wird. Die Mischstufe 11 liefert die Schwingung G mit der Frequenz /0 —/1, die im Gleichgewichtszustand in ao Phase mit den Impulsen F sein muß. Ihr Ausgang ist mit einem Eingang einer Schaltung 14 verbunden, deren anderem Eingang die von der Schaltung 13 gelieferten Impulse F zugeführt werden. Die Schaltung 14 kann eine beliebige Schaltung von an sich bekannter Art sein, die an ihrem Ausgang einen positiven bzw. einen negativen Impuls abgibt, je nachdem, ob die ihren beiden Eingängen gleichzeitig zugeführten Signale die gleiche Polarität oder entgegengesetzte Polaritäten haben, oder ein Signal Null, wenn wenig

entspricht, das die Aussendung eines Meßimpulses
von dem Zeitpunkt trennt, in welchem der Antwortimpuls für die größte vom Gerät zu erfassende Ent- ₃₀ stens eines dieser Signale Nulfist. Es kann sich dabei fernung d_M empfangen wird. Dadurch ist gewähr- um einen einfachen Phasendiskriminator, aber auch leistet, daß zwei Impulse D, unabhängig von der um eine komplexere Schaltung handeln. Dann liefert Frequenz/, mindestens, durch dieses Zeitintervall die Schaltung 14 bei jedem Impuls F einen positiven voneinander getrennt sind. Impuls oder einen negativen Impuls, je nachdem, ob

Der Ausgang des Schalters 6 ist mit einer Abfrage- 35 die Schwingung G gegen die Impulse F voreilt oder anordnung 9 verbunden, in welcher jeder der Im- nacheilt, worunter zu verstehen ist, daß diese Impulse pulse D die Erzeugung eines Hochfrequenzimpulses geringfügig nach bzw. geringfügig vor einem Punkt hervorruft, der mittels der Antenne 30 ausgesendet der Phase Null der Schwingung G erscheinen,
wird. Die Ausgangsimpulse der Schaltung 14 werden in

Die Schaltungen in der Abfrageanordnung 9 ver- 40 einer Integrationsanordnung 15 integriert. Da die zögern jedoch jeden Meßimpuls systematisch um eine Schwingung G anfänglich gegen die Impulse F voreilt, liefert die Schaltung 14 positive Impulse, welche allmählich die Integrationsanordnung 15 aufladen, deren Ausgangsspannung auf den Phasenschieber 10 45 in der Weise einwirkt, daß die Schwingung G um einen Winkel Fr = In-Jr phasenverschoben wird. Die dadurch auferlegte Phasenverschiebung wird dann im Verlauf der Zeit zur Aufrechterhaltung der Gleichphasigkeit mit Hilfe der von der Schaltung 14 ge-

daß die ausgesendeten Impulse mit den Punkten der 50 lieferten, nun positiven oder negativen Impulse, Phase Null der Schwingung G zusammenfallen, die welche die positive Ladung der Integrationsanorddann »in Phase« mit den ausgesendeten Impulsen ist. nung 15 verändern, geringfügig korrigiert. Diese An-Zu diesem Zweck fängt eine kleine örtliche An- Ordnung gewährleistet also die Gleichphasigkeit der tenne 34 die ausgesendeten Impulse ein, die zu einem Schwingung G mit den Impulsen F unabhängig von Detektor 12 übertragen werden, der sie in Video- 55 der Frequenz /. In F i g. 2 ist bei G die Schwingung G impulse F umformt, die mit den gesendeten Impulsen nach der Ausbildung dieser Phasenübereinstimmung

dargestellt.

Unter diesen Voraussetzungen erfolgt die Entfernungsmessung nun dadurch, daß die Frequenz / in schematisch durch einfache senkrechte Striche bei F 60 der Weise verändert wird, daß die entsprechende

ⁱⁿDie^ggewiSf Schwingung G könnte nicht ohne Halbperiode-f-gleich dem Zeitintervall ist, welches

weiteres dadurch erhalten werden, daß eine an einem die Aussendung des Abfrageimpulses von dem Emp-

anderen Ausgang der Mischstufe 3 abgenommene fang des Antwortimpulses trennt. Es ist zu bemerken, Schwingung der Frequenz / verzögert wird, weil / 65 daß auf Grund der Vorsichtsmaßnahme, welche für

veränderlich ist. Man wendet daher einen Kunstgriff das die Impulse D voneinander trennende Zeit-

an, der darin besteht, daß auf die Phase der Schwin- Intervall getroffen worden ist, ein Antwortimpuls sich

gung der festen Frequenz/0 eingewirkt wird, so daß stets auf den letzten ausgesendeten Impuls bezieht.

geringe Zeit r gegenüber dem entsprechenden Impuls' D, so daß die ausgesendeten Impulse zeitlich nicht mehr mit den Punkten der Phase Null der Schwingung^ zusammenfallen.

Aus diesem Grund ist eine Anordnung vorgesehen, mit der eine Schwingung G erhalten wird, die in jedem Zeitpunkt die gleiche Frequenz wie die Schwingung A hat, jedoch gegen diese derart verzögert ist,

synchron sind. Diese Impulse F werden vorzugsweise durch einen an den Ausgang des Detektors 12 angeschlossenen Impulsformer 13 geschickt; sie sind

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Wenn die zuvor angegebene Bedingung erfüllt ist, ist zwischen den Impulsen Ό und den Impulsen F. Die die gesuchte Entfernung d gegeben durch monostabile Kippschaltung 17 ist ferner so einjustiert, daß sie unter der Wirkung der Hinterflanke 2 (d + d') T 1 der Rechtecksignale E in diesen quasistabilen Zu-

~— ⁼ ~2~ ~ ~2~f~> 5 stand umkippt. Man erhalt dadurch die bei / in

. Fig. 2 dargestellten Fenster /, deren Mitte nach ^⁰' einem Zeitintervall in der Größenordnung r nach

d —5 _£ d'. ihrer Vorderflanke erscheint und daher annähernd

4 / mit den Punkten der Phase π der Schwingung G zu-

lo sammenfällt, weil diese Punkte gegen die Punkte der

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt Phase π der Schwingung A nmr verzögert sind, die Frequenzeinstellung der Schwingung G mit Hilfe Die von der Antenne 31 aufgefangenen Antwort-

von Rechtecksignalen / geringer Dauer, welche die impulse H werden vom Empfänger 16 als Video-Rolle von »Fenstern« spielen. Diese Signale/ liegen impulse mit positiver Polarität abgegeben und dem jeweils annähernd zentrisch zu den Punkten der 15 ersten Eingang einer Koinzidenzschaltung 18 zuPhase π, welche auf die Punkte der Phase Null der geführt, deren zweiter. Eingang an den Ausgang der Schwingung G folgen, die mit einem Impuls F zu- monostabilen Kippschaltung 17 angeschlossen ist und sammenfallen. Man verändert dann die Frequenz / in die Fenster / empfängt.

der Weise, daß zunächst die empfangenen Impulse Wenn die Schaltung 18 die Impulse H durchgehen

in diese Fenster eingebracht werden, und dann wird 20 läßt, wenn diese Impulse also in den Fenstern / die Frequenz/in genauerer Weise durch direkten Ver- liegen, werden sie in einer später noch zu erläuterngleich zwischen den empfangenen Impulsen und der den Weise in der angeschlossenen Schaltungsanord-Schwingung G eingeregelt. nung verwertet. Diese Schaltungsanordnung enthält

Die Fenster / werden aus der Hinterflanke von die Schaltung 19, die von gleicher Art wie die Schal-Rechtecksignalen E gebildet, die ihrerseits mit Hilfe »5 tung 14 ist und außerdem die Schwingung G empder zuvor erwähnten bistabilen Kippschaltung 7 er- fängt, sowie eine Integrationsanordnung 20, deren zeugt werden. Ausgangssignal dem Oszillator 2 für eine Fein-

Die Kippschaltung 7 liefert in ihrem ersten sta- regelung der Frequenz / zugeführt wird. Diese Feinbilen Zustand eine positive Ausgangsspannung und · regelung erfolgt in der Weise, daß eine genaue in ihrem zweiten stabilen Zustand die Spannung Null. 30 Koinzidenz zwischen den Impulsen H und den Punk-Sie ist als Kippschaltung mit zwei Eingängen aus- ten der Phase π der Schwingung G hergestellt wird, gebildet, die in gleicher Weise auf die Kippschaltung Wenn man jedoch von einer willkürlichen Fre-

einwirken. Sie kippt bei jedem positiven Impuls, der quenz / ausgeht, fallen die Impulse H im allgemeinen an einen beliebigen Eingang gelegt wird, in ihren nicht in die Fenster /, so daß der Ausgang der Schalersten Zustand, falls sie diesen nicht bereits innehatte, 35 tung 18 kein Signal abgibt. Daher empfängt der erste und sie geht bei jedem negativen Impuls, der an Eingang der Schaltung 19 kein Signal, und die zuvor einem beliebigen Eingang angelegt wird, in ihren erläuterte Regelanordnung für die Frequenz / ist zweiten Zustand, falls sie diesen nicht bereits inne- vollkommen außer Tätigkeit, hatte. Ihr erster Eingang ist mit dem Eingang des Deshalb ist eine Grobregelanordnung vorgesehen,

Schalters 6 verbunden, während ihr zweiter Eingang *o damit zunächst die Impulse H möglichst sicher in die an den Ausgang dieses Schalters angeschlossen ist. Fenster/ eingebracht werden. Das Prinzip besteht Unmittelbar vor dem Erscheinen eines Impulses D darin, daß bei der Messung einer Entfernung d von am Ausgang des Schalters 6 befindet sich die Kipp- der niedrigsten Frequenz f_m ausgegangen wird, die schaltung 7, wie nachstehend noch zu erkennen sein , ..„, _ . , „ 2 . ,. , _u ..

wird, in ihrem zweiten Zustand. Der durch den 45 der größten Penode Γ« = ^- entspricht, welche mit Schalter hindurchgegangene Impuls D gelangt an der größten Entfernung d_M, für welche das Gerät ihren zweiten Eingang und läßt sie in ihren ersten ausgelegt ist, durch die folgende Beziehung ver-Zustand gehen, und sie wird in ihren zweiten Zu- knüpft ist:

stand durch den auf diesen Impuls D folgenden nega- T_M _ 2 (d_M + d')

tiven Impuls B zurückgestellt, der ihrem ersten Ein- 50 ~2~ ~ c '

gang zugeführt wird. Man erhält dadurch die bei E in

Fig. 2 dargestellten RechtecksignaleE. Die Vorder- Unter diesen Bedingungen können die ImpulseH

flanke des Rechtecksignals fällt mit einem Punkt der nur entweder unmittelbar in die zentrisch zu den Phase Null der Schwingung A zusammen und ihre Punkten der Phase π· der Schwingung G liegenden Hinterflanke mit dem folgenden Punkt der Phase π. 55 Fenster / eintreten (für den theoretischen Fall, !daß d

Die Kippschaltung kippt nicht mehr um, bis ein sehr nahe bei d_M liegt) oder diesen Fenstern voranneuer Impuls D am Ausgang des Schalters 6 erscheint. gehen. Es genügt daher, nötigenfalls T fortschreitend Die negativen Impulse sind nämlich nicht geeignet, zu verringern bzw. / fortschreitend zu vergrößern, ein Umkippen der Kippschaltung auszulösen, und bis die Impulse H in die Fenster / eintreten, die positiven Impulse B können auf den ersten Ein- 60 Der Oszillator 2 ist so eingeregelt, daß er bei Zugang der Kippschaltung 7 nicht einwirken, weil sie führung einer Steuerspannung des Wertes Null auf durch die Diode 8 nach Masse abgeleitet werden. der maximalen Frequenz/1 schwingt, die mit /1_M

Man erhält somit für jeden Impuls D ein Rechteck- bezeichnet werden soll und mit der Frequenz f_m durch signal E am Ausgang der Kippschaltung 7, welcher die Beziehung mit dem Eingang einer monostabilen Kippschaltung 65 f = fQ — j\

Yl verbunden ist. Die Dauer des quasistabilen Zu- ^m

stands der monostabilen Kippschaltung 17 liegt in verknüpft ist, während durch Anlegen einer positiven der Größenordnung der doppelten Verzögerungszeit r Steuerspannung an diesen Oszillator 2 die Frequenz

/1 um so stärker verringert wird, je höher diese Span- allmählich auf, deren Ausgangssignal die Frequenz /1 nung ist. allmählich vermindert, so daß die Frequenz / allmäh-

Beim Ingangsetzen des Geräts ist die Integrations- lieh wächst.

anordnung 20 entladen. Die dem Oszillator 2 züge- Dies verändert nicht die Koinzidenz, die zwischen

führte Steuerspannung hat den Wert Null, und der 5 den Sendeimpulsen und den Punkten der Phase Null Oszillator 2 schwingt auf der Frequenz fl_M. Nun der Schwingung G hergestellt ist, weil die Impulse D muß die Frequenz/ fortschreitend erhöht werden. bereits auf Grund ihrer Erzeugungsweise mit den

Die Impulse H gehen durch die Koinzidenzschal- Punkten der Phase Null der Schwingung A in Koinzitung 18 nicht hindurch, so daß sie nicht in die Schal- denz sind und die mit der Schwingung G vorgenomtung 19 gelangen können. Man greift daher auf künst- io mene Phasennachregelung die Impulse F automatisch liehe Impulse H' zurück, von denen man sicher ist, in Phase mit der Schwingung G bringt,
daß sie vor den Punkten der Phase π der Schwin- Andererseits sind die Fenster / auf Grund ihrer Er-

gung G, jedoch ausreichend nahe bei diesen Punkten zeugungsweise an den Punkten der Phase π der liegen, daß ein richtiger Betrieb der Schaltung 19 Schwingung G »angehängt«, so daß sie zentrisch zu möglich ist. 15 diesen bleiben.

Diese Impulse H' werden durch Differentiation der Sie nehmen bei ihrer Bewegung die Impulse H'

Vorderflanke der Rechtecksignale / in der von der mit, die an ihrer Vorderflanke »angehängt« sind, so monostabilen Kippschaltung 17 gespeisten Schaltung daß diese Impulse stets vor den Punkten der Phase π 21 erhalten. Diese Schaltung 21 enthält eine Diffe- der Schwingung G liegen und somit die Aufladung rentiationsanordnung und eine Diode. 20 der Integrationsanordnung 20 durch positive Impulse

Man erhält dadurch die Impulse H', von denen und dementsprechend die Verringerung der Frequenz einer im DiagrammH von Fig. 2 dargestellt ist. In /1 fortsetzen,
diesem Diagramm ist ferner ein Impuls H gezeigt, der Die Periode

in einem gegebenen Zeitpunkt während dieser ersten _ 1 _ 1

Phase des Meßverfahrens empfangen worden ist. Die 25 ~j~ ~ fQ — /1

Impulse H und H' sind schematisch durch einfache
senkrechte Striche angedeutet. nimmt daher ständig ab, so daß schließlich notwendi-

Die Impulse H' werden der Schaltung 19 über gerweise der Augenblick eintritt, in dem die Imeinen elektronischen Schalter 23 zugeführt, dessen pulse H in die Fenster / eintreten. Sie treten in diese Signaleingang an den Ausgang der Schaltung 21 30 Fenster durch deren Vorderflanke ein, und ihre Wirangeschlossen ist. Dieser Schalter 23 ist geschlossen, kung hat wenigstens im Beginn die gleiche Richtung, wenn an seinen Steuereingang, der mit dem Ausgang wie diejenige der Impulse H'.
einer Integrationsanordnung 22 verbunden ist, keine Da die Aufgabe dieser Impulse H' nun beendet ist,

Spannung angelegt wird. Die Integrationsanordnung wird ihre Einwirkung auf die Schaltung 19 in der fol-22, deren Eingang mit dem Ausgang der Koinzidenz- 35 genden Weise beendet:

schaltung 18 verbunden ist, ist beim Ingangsetzen des Die durch die Koinzidenzschaltung 18 hindurch-

Geräts entladen, und sie bleibt entladen, solange die gegangenen Impulse H werden nicht nur der Schal-Schaltung 18 kein Ausgangssignal liefert. Der Schal- tung 19 zugeführt, sondern auch in der Schaltung 22 ter 23 ist also anfänglich geschlossen. integriert, die bald eine Spannung liefert, die zum

Wie bereits zuvor angegeben wurde, ist die Schal- 40 Öffnen des Schalters 23 ausreicht,
tung 19 in gleicher Weise wie die Schaltung 14 ausge- Von diesem Zeitpunkt an arbeitet die Schaltung 19

führt. Sie liefert also ein positives bzw. ein negatives nur noch mit den Impulsen H. Insbesondere wegen Ausgangssignal, je nachdem, ob die ihrem ersten der Periode des gemeinsamen Betriebs mit den Im-Eingang und ihrem zweiten Eingang gleichzeitig zu- pulsen H' können die Impulse H nun geringfügig geführten Signale die gleiche Polarität oder entgegen- 45 gegen die Punkte, der Phase π der Schwingung G vorgesetzte Polaritäten haben, während sie ein Aus- eilen oder nacheilen. Der Diskriminator 19 liefert gangssignal Null abgibt, wenn wenigstens eines dieser dann je nach Lage des Falles entweder positive oder Eingangssignale Null ist. Im Hinblick auf ihren an- negative Impulse, so daß die positive Ladung der fänglichen Betrieb mit den Impulsen H' enthält aber Integrationsanordnung 20 schließlich auf die richtige die Schaltung 19 außer ihrem »zweiten Eingang«, 50 Höhe eingeregelt wird, für welche die Frequenz / den dem die von der Mischstufe 11 gelieferte Schwin- Wert

gungG zugeführt wird, und ihrem ersten »Hauptein- f(d) = fO — fl(d)

gang«, der an den Ausgang der Schaltung 18 angeschlossen ist, einen ersten »Hilfseingang«, der mit hat, bei dem die Impulse H in Koinzidenz mit den dem Ausgang des Schalters 23 verbunden ist. 55 Punkten der Phase π der Schwingung G sind.

Der erste Haupteingang und der erste Hilf seingang Diese Frequenz /1 (d) wird beispielsweise mittels

sind durch eine geeignete Anordnung in der Schal- eines Frequenzmessers 26 gemessen, der von einem tung 19 in der Weise zusammengefaßt, daß diese Hilf sausgang des Oszillators 2 gespeist wird. Der Fre-Schaltung in gleichwertiger Weise sowohl mit den quenzmesser 26 kann in Werten von
ihrem ersten Haupteingang als auch mit den ihrem 60

ersten Hilfseingang zugeführten Impulsen arbeiten d + d' — °

kann. 4 (/0-/1)

Beim Beginn arbeitet die Schaltung also mit den . , . _, . .,.,.,, et' , . ^ -,. ,

Impulsen H', die ihrem ersten Hilfseingang zugeführt §^{eeicht sem}" ^Darm &^{lt d} = T ' ^wobei ' ^{die An}" werden. Da diese Impulse gegen die Punkte der 65 Sprechzeit des Antwortsenders ist, welche zwischen Phase π der Schwingung G voreilen, liefert die Schal- dem Empfang des Abfrageimpulses und der Aussentung 19 für jeden Impuls H' einen positiven Impuls /. dung des Antwortimpulses verstreicht und für einen Diese Impulse laden die Integrationsanordnung 20 gegebenen Antwortsender von vornherein bekannt ist.

Bei der beschriebenen Anordnung wird durch die Integrationsschaltungen 20 und 22, welche den Steuereingang des Oszillators 2 bzw. den Steuereingang des Schalters 23 speisen, eine »Speicherwirkung« gewährleistet. Dadurch wird einerseits erreicht, daß beim Ausfall der empfangenen Impulse die erste Integrationsanordnung die gespeicherte Information nur mit einer gewissen Zeitkonstante verliert. Andererseits besitzt auch die Schaltung 22 eine gewisse Zeitkonstante, so daß sie erst nach einer ge- ίο wissen Verzögerung durch EntSperrung des Schalters 23 die Wiederaufnahme des Suchvorgangs zuläßt.

Wenn sich der Suchvorgang aus irgendeinem Grund als unfruchtbar erweist, wächst die Frequenz / ständig an. Für diesen Fall ist eine vollständige Wiederholung des Suchzyklus mit Hilfe der folgenden Anordnung vorgesehen:

Der Ausgang der Integrationsschaltung 20 ist über eine Anordnung 25, die außerdem einen Steuereingang aufweist, mit Masse oder einem negativen Punkt verbunden.

Diese Anordnung 25 besitzt normalerweise eine unendlich große Impedanz, während sie einen Kurzschluß darstellt, wenn ihrem Steuereingang eine Wechselspannung von ausreichender Amplitude zugeführt wird. Dieser Steuereingang ist an einen Resonanzkreis 24 angekoppelt, der mit dem Ausgang der Mischstufe 11 verbunden ist.

In F i g. 3 ist eine mögliche Ausführungsform der Schaltung 25 gezeigt, die es ermöglicht, den Ausgang der Schaltung 20 mit einem Punkt negativen Potentials zu verbinden. Die Schaltung 25 enthält einen Transistor 40, dessen Emitter mit dem Ausgang der Integrationsanordnung 20 verbunden ist, dessen Kollektor an einer negativen Spannungsquelle liegt und dessen Basis über eine Parallelschaltung mit einer positiven Spannungsquelle verbunden ist. Der eine Zweig der Parallelschaltung besteht aus einem Widerstand 43, während der andere Zweig in Serie eine Induktivität 42 und eine mit ihrer Anode an die Basis des Transistors 40 angeschlossene Diode 41 enthält. Die Induktivität 42 ist mit der Induktivität des Resonanzkreises 24 gekoppelt, der eine Parallelschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität enthält.

Die die Basis des Transistors 40 vorspannende positive Spannung ist größer als die maximale Ausgangsspannung der Integrationsanordnung 20, so daß der Transistor 40 normalerweise gesperrt ist. Wenn in dem Schwingkreis 24 ein Signal von starker Amplitude auftritt, also Resonanz besteht, erzeugt der im Basiskreis des Transistors durch die Diode 41 gleichgerichtete Strom im Widerstand 43 einen Spannungsabfall, der zur EntSperrung des Transistors und zur Entladung der Integrationsanordnung 20 ausreicht.

Der Resonanzkreis 24 ist auf die größte im Gerät verwendete Frequenz / abgestimmt, also auf die Frequenz f_M, die der kleinsten Entfernung d_m entspricht. Eine Klemme des Resonanzkreises ist mit dem Ausgang der Mischstufe 11 verbunden, während seine andere Klemme an Masse liegt.

Der Resonanzkreis bewirkt also die Entladung der Integrationsanordnung20, wenn die Frequenz/ den Wert f_M erreicht, so daß der Zyklus mit der Frequenz

wiederholt wird.

Wenn der Suchvorgang erfolglos unendlich oft wiederholt wird, kann diese Erscheinung zur Auslösung eines Alarmsignals verwendet werden, wodurch eine Störung der Anlage angezeigt wird.

Wenn der Sender außer den den Sendeimpulsen entsprechenden Antwortimpulsen noch weitere Impulse empfängt, beispielsweise bei der Abfragung der gleichen Antwortbake durch mehrere Luftfahrzeuge, sind diese Impulse nicht störend, weil sie keine definierte Phasenbeziehung zu den Abfrageimpulsen des Entfernungsmessers aufweisen. Die Folgefrequenzen der verschiedenen Entfernungsmesser sind nämlich im Gleichgewichtszustand ganzzahlige Teiler von Frequenzen /, die sich mit der Entfernung d ändern. Ferner machen die Fensterimpulse die Anordnung nur für Impulse empfindlich, welche während eines geringen Zeitanteils von der Antenne 31 aufgefangen werden. Wenn dennoch ein Störimpuls in dem Fenster erscheint, ist die Störwirkung gering, weil die Frequenz/ auf Grund mehrerer Folgeperioden eingeregelt wird.

Die Erfindung ist natürlich nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere kann die im Gleichgewichtszustand zwischen γ und d + d' stehende Beziehung

dadurch verändert werden, daß auf die Dauer der Rechtecksignale E eingewirkt wird, die man vorzugs-

weise auf einem Wert hält, der ein Vielfaches von -y-

beträgt.

Die Erfindung eignet sich für Radargeräte, insbesondere für ein Höhenmeßradargerät.

Claims

Patentansprüche:

1. Impulsradarverfahren zur Entfernungsmessung, bei welchem die Empfangsimpulse entweder aus den am Ziel reflektierten Sendeimpulsen oder aus vom Ziel auf den Empfang der Abfrageimpulse hin ausgesendeten Antwortimpulsen bestehen und bei welchem eine Bezugsschwingung verwendet wird, deren Frequenz ein Maß für die gesuchte Entfernung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsschwingung mit einstellbarer Frequenz an der Meßstelle erzeugt wird, daß die Sendeimpulse in annähernd konstanten Zeitabständen, die wesentlich größer als die veränderliche Periode der einstellbaren Bezugsschwingung sind, so ausgesendet werden, daß sie mit den Zeitpunkten eines festgelegten Phasenwerts (0<Pe<C2^) der Bezugsschwingung zusammenfallen, und daß die Frequenz der Bezugsschwingung so nachgeregelt wird, daß die Empfangsimpulse jeweils zum Zeitpunkt eines um η π größeren Phasenwerts der Bezugsschwingung (n = kleine ganze Zahl) an der Meßstelle eintreffen.

2. Entfernungsmeßanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Anordnung zur Aussendung von Abfrageimpulsen in Form von impulsförmig getasteten Hochfrequenzwellen und mit einer Anordnung zum Empfang von Antwortimpulsen gleicher Art, gekennzeichnet durch einen Bezugsschwingungserzeuger (1, 2, 10, 11) mit einem Phasensteuereingang und einem Frequenzsteuereingang, eine Phasenregelschleife (14, 15), der einerseits die Bezugsschwingung (G) und andererseits die Abfrageimpulse (F) zugeführt werden und die den

Phasensteuereingang derart steuert, daß jeder Abfrageimpuls (F) mit dem Zeitpunkt des festgelegten Phasenwerts einer Periode der Bezugsschwingung (G) zusammenfällt, eine Frequenzregelschleife (20, 24, 25), der einerseits die Bezugsschwingung (G) und andererseits die Antwortimpulse (H) zugeführt werden und die den Frequenzsteuereingang derart steuert, daß die Antwortimpulse (H) mit den Zeitpunkten des um η π größeren Phasenwerts der Bezugsschwingung (G) zusammenfallen, und durch eine die Sendeanordnung (9) für die Abfrageimpulse steuernde Schaltung (4, 5, 6) mit einer Anordnung (4), welche aus der Bezugsschwingung Zwischenimpulse (B) ableitet, die mit den Zeitpunkten des festgelegten Phasenwerts aller Perioden der Bezugsschwingung zusammenfallen oder in festgelegter Phasenbeziehung zu diesen Zeitpunkten stehen, und mit einer Schaltung (5, 6), welche aus den Zwischenimpulsen (B) Auslöseimpulse (D) ao auswählen, die voneinander durch Zeitintervalle getrennt sind, die größer als das Zeitintervall zwischen der Aussendung eines Abfrageimpulses und dem Empfang eines Antwortimpulses bei der größten von der Anordnung meßbaren Entfernung ist, und die die Aussendung der Abfrageimpulse auslösen.

3. Entfernungsmeßanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslöseimpulse (D) mit den Zeitpunkten des festgelegten Phasenwerts bestimmter Perioden einer Hilfsschwingung (A) zusammenfallen, die der Bezugsschwingung (G) gleich ist, aber gegen diese um eine Zeit voreilt, die gleich der von den Abfrageschaltungen hervorgerufenen Verzögerungszeit ist.

4. Entfernungsmeßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsschwingungserzeuger einen Oszillator (1) mit fester Frequenz enthält, der einen verstellbaren Phasenschieber (10) speist, dessen Steuereingang den Phasensteuereingang darstellt, sowie einen Oszillator (2) mit veränderlicher Frequenz, dessen Steuereingang den Frequenzsteuereingang darstellt, und eine Mischstufe (11), die einerseits an den Ausgang des verstellbaren Phasenschiebers (10) und andererseits an den Ausgang des Oszillators (2) mit veränderlicher Frequenz angeschlossen ist.

5. Entfernungsmeßanordnung nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Erzeugung der Hilfsschwingung (A) eine zweite Mischstufe (3) vorgesehen ist, die einerseits an den Oszillator mit fester Frequenz und andererseits an den Oszillator mit veränderlicher Frequenz angeschlossen ist.

6. Entfernungsmeßanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenregelschleife eine Anordnung (12, 13) zur Demodulation der Abfrageimpulse bei der Sendung, eine einerseits mit den demodulierten Impulsen (F) und andererseits mit der Bezugsschwingung (G) gespeiste und ein Phasenfehlersignal liefernde Vergleichsschaltung (14) und eine von der Vergleichsschaltung (14) gespeiste und den Steuereingang des verstellbaren Phasenschiebers (10) speisende Integrationsanordnung (15) enthält.

7. Entfernungsmeßanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzregelschleife eine Anordnung (7, 17) zur Erzeugung von Rechtecksignalen (/) enthält, die annähernd zentrisch zu den Zeitpunkten der um η π größeren Phasenwerte der Bezugsschwingung (G) liegen, daß die beiden Eingänge einer Koinzidenzschaltung (18) mit den Ausgängen der Anordnung (7, 17) zur Erzeugung der Rechtecksignale (Z) und der Anordnung (16) zum Empfang der Antwortimpulse (H) verbunden sind, daß eine Anordnung (21) zur Erzeugung von künstlichen Impulsen (H') vorgesehen ist, welche durch Differentiation der Vorderflanke der Rechtecksignale (/) erhalten werden, daß eine Phasenvergleichsanordnung (19) vorgesehen ist, die einen ersten Haupteingang aufweist, der mit dem Ausgang der Koinzidenzschaltung (18) verbunden ist, einen ersten Hilfseingang, der mit der Anordnung (21) zur Erzeugung der künstlichen Impulse (H') über einen elektronischen Schalter (23) verbunden ist, sowie einen zweiten Eingang, der die Bezugsschwingung (6) empfängt, daß der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung (19) mit dem Steuereingang des Oszillators (2) mit veränderlicher Frequenz über eine Integrationsanordnung (20) verbunden ist, daß die Phasenvergleichsschaltung (19) so ausgebildet ist, daß sie ein Phasenfehlersignal durch Vergleich des ihrem zweiten Eingang zugeführten Signals mit dem dem einen oder dem anderen ihrer ersten Eingänge zugeführten Signal bildet, daß der elektronische Schalter (23) einen Steuereingang aufweist, der mit dem Ausgang der Koinzidenzschaltung (18) über eine Integrationsanordnung (22) verbunden ist, und daß der Oszillator (2) mit veränderlicher Frequenz derart eingeregelt ist, daß er beim Fehlen eines Signals an seinem Steuereingang auf der Frequenz schwingt, welche der kleinsten Frequenz der Bezugsschwingung (G) entspricht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 545 168;
USA.-Patentschrift Nr. 3 030 620.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 747/195 1. 68

Bundesdruckerei Berlin