DE1523179A1

DE1523179A1 - Geschwindigkeitsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE1523179A1
Application number: DE1965G0042989
Authority: DE
Inventors: Flower Robert Alban; Gamertsfelder George Royce; Gus Stavis
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1964-03-31
Filing date: 1965-03-03
Publication date: 1970-04-02
Also published as: US3432237A; FR1433654A; DE1523179B2; GB1043791A

Description

Die itriindung bezieht sich auf ueschnindigkeitsmesseinrichtungen, wobei eine der relativen üeschwindigJceit zwischen einem Körper und einem Zielobjekt aus einer tfellenstrahlung abgeleitet wird, die vom Körper aus auf das Zielobjekt gerichtet, von diesem reflektiert und sum Körper zurückgeleitet wird. Im besonderen wurde entdeckt, dass bei einer #ellenstrahlung, ganz gleich ob diese entweder im Schallbereich, im Ultraschallbereich oder in irgend einem elektromagnetischen Strahlungsbereich unter linschluss der Licht» oder Badiofrequenxen, die auf ein als Zerstreuungfläche wirkendes Zielobjekt gerichtet wird, die suruckgeleite te Strahlung aus einem Muster einzelner Lappen oder Fingern besteht. Dieses seltene Muster des reflektierten Signals wird nach der Erfindung sum Ibleiten der Information über die relative Geschwindigkeit benutzt.

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BADORlQfNAi

Jis ist häufig erwünscht, die relative Geschwindigkeit zwischen zwei Objekten zu messen, ohne dass zwischen diesen ein, körperlicher Kontakt besteht. Für diesen Zweck wurden verscniedene ■Einrichtungen entwickelt, bei denen sowohl Lichtwellen als auch Hadiowellen benutzt wurden. Diese älteren Einrichtungen sind in der Hauptsache entweder kostspielig oder unpraktisch.

Kontaktlose Geschwindigkeitsmesser eignen sich besonders für Luftkissenfahrzeuge oder für Flugzeuge, bei den einen üontakt mit dem Erdboden unmöglich ist. Ebenso kann bei üadfc oder Bau penfahr zeugen, die mit dem Erdboden Kontakt haben, ein kontaktloser GeschwindigKeitsmeeser erforderlich sein, besonders wenn diese Fahrzeuge über Gelände gefahren werden, das für die Benutzung von Geschwindigkeitsmessern mit einen fünften Bad nicht geeignet ist. Neben der Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen ist die Erfindung von besonderem Putzen für die Messung der Geschwindigkeit von materialien, die sich an einem ortsfesten Punkt vorbeibewegen. Als Beispiel sei angefahrt die messung der Geschwindigkeit von band- oder streifenföraigen Materialien z.B. in Stahl- und Aluminiumwerken und dergleichen.

Die Ürfindung sieht einen Geschwindigiceitsmesser vor sum Bestimmen der relativen Geschwindigkeit zwischen zwei Objekten, wobei an einem ersten Objekt ein Generator angebracht ist, der einen Strahl einer Wellenstrahlung auf das zweite Objekt richtet und auf diesem einen begrenzten Bezirk bestrahlt, wobei das genannte zweite Objekt die genannte Strahlung zu einen am ersten Objekt vorgesehenen Empfänger reflektiert, der ein Ausgangssignal erzeugt, und wobei ein· Einrichtung zum messen des Ausgangssignals aus dem Empfänger vorgesehen ist, welche Messeinrichtung dadurch gekennzeichnet 1st, dass als fellenstrahlung eine Strahlung

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vorgesehen ist, die fcei der Bestrahlung des genannten begrenzten isfczirKs aui atm zweiten Objekt ein reiiektiertes muster einzelner · Finger mit zufälliger Amplitude und Abstand erzeugt, dass die genannte ü-mpfangseinrichtung mindestens eine verengte Empfangs-' öffnung aufweist und am genannten ersten objekt in festgesetzter Entfernung von dem genannten Generator angebracht ist, der ein ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz bestimmt wird von der Geschwindigkeit, mit der die genannten einzelnen Finger an der iimpiangseinrichtung vorbeigefdhrt werden, und dass die genannte Messeinrichtung die Frequenz des genannten Ausgangssignals misst. |

Der Geschwindigkeitsmesser nach der .Erfindung kann die Geschwindigkeit zwischen zwei Objekten oder Körpern messen, die z.B. aus eines Fahrzeug und dem Untergrund, auf dem es fährt, bestehen oder aus eine» streifen, band- oder stangen!örmigen üüateriaL, das sich an eines ortsfesten bauelement vorbeibewegt. In jedem Falle ist an einen der Objekte ein tfellengenerator «, gebracht, in dem einen Falle z.U. am Fahrzeug und in dem anderen Falle an dem ortsfesten Bauelement. Die auf diese Weise erzeugten «fellen werden auf einen begrenzten Bezirk an dem anderen Körper d.h. am untergrund oder an dem sie vorbeibewegenden Material gerichtet. Diese fellen werden in einem dem Zufall unterliegenden fingerartigen Muster reflektiert, wobei ein in bezug auf den Körper ortsfester und den Generator aufweisender Smpfänger die in den auf einander folgenden Fingern, wenn diese an einer oder an mehreren Empfangsöffnungen im Smpfänger vorbeiwandern, enthaltene Leistung; ermittelt und aus dieser ein Signal ableitet, dessen Frequenz bestimmend ist für die relative Ge- ' schwindigkeit zwischen den beiden Körpern oder Objekten. Der begrenzte Bezirk, auf den die erzeugten Meilen gerichtet werden und

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von. dem sie zurückgeworfen und zerstreut werden, wird hiernach als belichteter Bezirk bezeichnet ungeachtet der Wellenlänge oder der Art dieser Wellen, d.h. ob diese allgemein als bchali-, Licht- oder ttadiowellen anzusehen sind.

Weiterhin muss berückwchtigt werden, dass in dem Falle , in dem der von dem einen körper zurückgeworfene Strahl eine sphärische Welieniront aufweist, d.h. wenn er in Kichtung zum Zielobjekt auseinanderstrebt, die relativen Entfernungen zu den im belichteten üezirk gelegenen einzelnen Fingern bis zu einem gewissen Ausmaß schwanken, wenn der begrenzte Bezirk des belichtenden Strahls über die zerstreuende Flache hinwegwandert, hierbei wird eine sich verändernde relative Phase der reflektierten Signale erzeugt mit der I<olge , dass f or einen am Empfänger befindlichen beobachter das reflektierte fingerförmige Muster sich scheinbar um die mitte des belichteten Bezirks dreht entgegen der relativen Bewegung zwischen den beiden Körpern und um eine gleiche Strecke. In diesem lalle beträgt die Geschwindigkeit, mit der die Finger an dem sich am Empfänger befindenden und mit diesem bewegenden Beobachter vorbeiwandern das Doppelte der Geschwindigkeit des Beobachters in bezug auf den reflektierenden Jiörper.

leist andererseits der belichtende Strahl eine ebene Wellenfront auf, die dadurch erzielt werden kann, dass entweder die Sendequelle unendlich weit entfernt angeordnet wird, oder dass praktischer der Strahl fokussiert wird, dann bleiben die relativen Entfernungen aller Teile des begrenzten belichteten Bezirke von der tatsächlichen Stelle der Projektionequelle die gleichen, und es besteht keine relative Phasenänderung, wenn

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der belichtete Bezirk über gewählte zerstreuende .Körper hinwegwandert, und die Erscheinung einer scheinbaren Drehung des Fingermusters tritt nicht auf, und die Finger wandern an dem an der Empfangsöffnung befindlichen B&obachter mit der Geschwindigkeit vorbei, die dieser in bezug auf den reflektierenden körper aufweist. Hieraus geht hervor, dass ganz gleich, ob der produzierte Strahl eine sparisehe oder eine ebene Wellenfront aufweist, die erzielten Ergebnisse die gleichen sind, wobei nur der Größenfaktor beeinflusst wird· Die nachstehende Beschreibung bezieht sich daher nur auf eine sphärische Wellenfront, da von Sachkundigen die Einrichtung miihelos an eine ebene Wellenfront lediglich durch Umeichen des AusgangsIndikators angepasst werden kann.

Die Erfindung wird nunmehr ausfuhrlich beschrieben. In den beiliegenden Zeichnungen ist die Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausfdhrungsform der

Erfindung,
Fig.2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausfiihrungs-

form der Erfindung,
Fig.3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausfiihrungs

form der Erfindung,
Fig.4 eine Zeichnung, die zum Verständnis dafür von Mutzen

ist, in welcher Weise ein erwünschter Bandbreiten-Parameter erreicht werden kann,
Fig.5 eine sohematisehe Darstellung einer Einrichtung sum Ermitteln der Geschwindigkeit und der Abtrift bei Verwendung einer der Ausfohrungeformen nach den Figuren 1, 2 und 3 und die

?ig.6 ein Vektordiagramm, das für das Verständnis der Arbeitsweise 009814/0632

weise der in der Fig.5 dargestellten Hinrichtung von nutzen ist.

Wach der Fig.1 wirft eine Laserstraniqueiie 11 oder eine andere Quelle einer elektromagnetischen und monochromatischen Strahlung 11 einen Strahl 12 auf eine reflektierende Flache 13. Me Laserstrahlquelle 11 ist an einem tragenden Aulbau angebracht, der durch das mit unterbrochenen Linien dargestellte ßechteck 14 dargestellt ist und aus einem Fahrzeug bestehen kann, in weichem Falle die reflektierende Fläche 13 den Untergrund darstellt, auf dem das Fahrzeug fahrt. Die reflektierende Flache 13 kann andererseits aus einem sich Dewegenden band- oder folienartigen material bestehen, .in welchem Falle der tragende Aufbau einen ortsfesten Träger darstellen würde. Jedenfalls erzeugt der auf die Fläche 13 innerhalb eines begrenzten xiezirkes fallende Strahl 12 mit einem Durchmesser d ein ßiickstrahlungsmuster 16. Dieses Muster weist einen ziemlich großen Umfang auf, wenn die reflektierende Fläche 13 nicht spiegelt, und setzt sich aus Fingern mit dem Zufall unterworfener Amplitude, ureite und Abstand zusammen, .bei einer diffus reflektierenden Fläche hängen die Einzelheiten des Musters in der Hauptsache von der wirksamen feite der Strahlungsöffnung der Laserstrahlquelle 11 ab, wobei die reflektierten Finger des Musters eine mittlere Breite aufweisen, die gleich der der Strahlungsöffnung ist, wenn die reflektierten Finger in der unmittelbaren tfähe der Sendeöffnung der Laserstrahlquelle gemessen werden.

Das günstigste Hückstrahlungsmuster wird erzeugt, wenn die üeetrahlungsquelle monochromatisch oder fast monochromatisch ist. Die Bandbreit· der Strahlungequell· kann vergrößert werden

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der Folge, aass die Finger des musters weniger scharf gegeneinander aD^&enzt erscheinen . D.h., das durchschnittliche Verhält-, nis Spitzenwert/Mull im zurückgestrahlten auster wird verkleinert, wenn die Bandbreite der Strahlungsquelle vergrößert wird, obwohl mit einer verhältnismäßig großen Bandbreite ein verwertbares auster erztugt werden kann.

Im allgemeinen kann die erwünschte Bandbreite mit Hilfe der nachstehenden mathematischen .Analysis bestimmt werden, wach der Fig.4 befindet sich die Strahlungsquelle am irunkt P in der Höhe h , und die auf die Fläche B gerichtete Strahlungfewellen- | energie ist in einem innerhalb der Grenzen T-U liegenden Strahl enthalten. Wie zu ersehen ist, ist die Grenzlinie U um die ütrecke / größer als die Grenzlinie T. Es sei nunmehr angenommen, dass die obere Grenze der Bandbreite des ausgesendeten Signals bei. der Frequenz f- und die untere Grenze bei der Frequeüs ±₂ liegt, um verwertbare Ergebnisse zu erzielen, soll die in .er strecke / enthaltene Anzahl der Wellenlängen n^ oei der Fre quenz f- die in derselben Strecke h enthaltene Anzahl der Wellenlängen n₂ bei der Frequenz f₂ um mehr als i-ins nicht übersteigen.

^thematisch kann die Anzahl der Wellenlängen n. und n₂ durch die Strecke / und die Frequenzen I^ und f₂ wie folgt ausgedrückt werden:

und n₂ « & ^£2 (2)

wobei c die Geschwindigkeit der Wellenenergie im Sendemedium ist.

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BADORfGfNAi.

-β-

lim die oben gestellte Forderung zu erfüllen, muss η. minus n^ kleiner als lins sein, oder mathematisch mit den Werten der Frequenz und der btrecke / ausgedruckt:

h ff -f ) <* 1 (5)

Dieser Ausdruck kann noch dadurch weiter vereinfacht werden, dass die Frequenzdifferenz in die bandbreite f umgewandelt wird, wodurch sich der nachstehende Ausdruck ergibt:

oder transponiert:

j (5)

Aus der Fig.4 ist zu ersehen, dass

so dass der Ausdruck (5) umgewandelt werden kann in

"^v sin γ ₁ sin γ ₂ >

oder /f^o Bin _{y 2} sin _{y 1} ₍₈₎

-"¹^E sin j ₂ sin - ,,

|. Bei einem senkrecht verlaufenden Strahl mit einem

tfinkel A zwischen den Strahlengrenzen kann durch eine ähnliche mathematische Analysis der Ausdruck

c cos 4r

At <- ² ^— (9)

h 1 - cos ^

erhalten werden.

Der Empfangeteil der Anlage, der gleichfalle am tragenden Aufbau angebracht ist, besteht aus einem Photodetektor 17» dem das zurückgestrahlte Signal durch ein nadelloch oder Schlitz

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au einer Membran 19 zügefahrt wird, die zwischen dem zurückgeworfe nen Signal und dem Detektor angeordnet ist. Bei Verwendung eines ' .Schlitzes ist dieser so auszurichten, dass er senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor V des tragenden Aufbaus in bezug auf die reflektierende Fläche 13 gelegen ist. Der Ausgang des Detektors wird zu einer Frequenzmessvorrichtung 21 geleitet, die aus einem an sich bekannten Frequenzmesser bestehen kann.

Bei einer solcnen Anordnung bewirkt die relative Bewegung zwischen dem tragenden Aufbau 14 und der reflektierenden Fläche (unter der Annahme, dass eine sphärische feilenfront vorliegt), dass die Finger des ßticfcstrahlungsmusters 16 am i»adelloch oder am Schlitz 18 mit einer Geschwindigkeit vorbeibewegt werden, die proportional der doppelten relativen Geschwindigkeit zwischen dem Aufbau 14 und der Fläche 13 ist· Der Ausgang des * Detektors 17 besteht daher aus einer Wechselspannung, deren Durchschnittsfrequenz der relativen Geschwindigkeit proportional ist, die mit Hilfe einer geeigneten Sichung der Frequenzmessvorrichtung 21 direkt abgelesen werden kann.

Wie bereits bemerkt, weisen die das Muster 16 bildenden einzelnen Finger einen dem Zufall unterliegenden Abstand und eine Zufallsamplitude auf. Wegen dieses unregelmäßigen Abstandes schwankt die Frequenz des am Ausgang des Detektors 17 erzeugten Signals, so dass die Frequenzmessvorrichtung eine verhältnismäßig lange Zeitkonstante aufweisen soll, damit innerhalb tiner entsprechend gewählten Zeitspanne eine Durchschnittsanzeige erfolgt, fegen der durch den unregelmäßigen Abstand der finger dee reflektierten Mustere verursachten Frequenzsohwankungen ist eine linrichtung mit einen einzigen Schlitz oder MadeHoch von größtem

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Putzen, wenn die Fläche 13 aus einer nicht spiegelnden Fläche, mit mehr oder weniger gleichförmiger Oberseite z.B. aus einem glatten Aluminium- oder Stahlstreifen besteht.

Die Fig.2 zeigt eine Einrichtung, bei der die Schwierigkeiten infolge der Verwendung eines einzigen Schlitzes oder uadelloches weitgehend behoben sind, und die daher zusammen mit einer Frequenzmessvorrichtung benutzt werden kann, die eine kleine Zeitkonstante aufweist.

In der Fig.2 sind einander gleiche oder entsprechende * Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen, tiach der Fig.2 wird ein von einer Laserstrahlquelle 11 oder von einer anderen Quelle einer monochromatischen strahlung erzeugter Strahl 12 auf eine zerstreuend zurückstrahlende Fläche 13 geworfen, die in einem begrenzten Bezirk mit dem Durchmesser d bestrahlt wird. Wie zuvor wird ein Rückstrahlungsmuster 16 erzeugt, das sich aus einzelnen Fingern mit unregelmäßiger Amplitude und Abständen zusammensetzt. Ebenso wird das Muster zu einer Jtmpfangeschaltung zurückgeworfen, die am tragenden Aufbau 14- angebracht ist. Diese Empfangsschaltung umfasst einen Detektor 17* z.B. einen Photovervielfacher oder einen anderen Photodetektor, der als Summierungs einrichtung für die reflektierten Signale wirkt und ein Ausgangssignal erzeugt, das zu einer Frequenzmessvorrichtung 21 geleitet wird gleich der in der Fig.1 dargestellten, die jedoch eine kürzere Zeitkonstante aufweist.

Bei dieser Aueführungsform der Erfindung ist jedoch zwischen dem Photodetektor und dem reflektierten Signal ein Gitter 22 angeordnet, dessen einzelne Linien einen Abstand 8 aufweisen, und die (d.h. die durchsichtigen oder durchgehtinenntη Langsbeeirke) senkrecht zu* G*fchjindigkei*e*ektor ? angeordnet sind,

so dass die Anordnung als Bandfilter wirkt, dessen öpitzenfrequenz von dem Abstand s abhängt, und dessen Bandbreite der Anzahl der Gitterelemente umgekehrt proportional ist.

Fällt z.B. ein einzelner Finger aui das Gatter 22, so' bewegt sich der Finger iniolge der relativen Bewegung über das Gitter hinweg. Beim Vorbeiwandern des Fingers an jedem transparenten Bezirk des critters erscheint am Ausgang des Detektors ein üignalimpuls oder eine GröÖenveränderung, wobei ein aus einem Impulszug bestehendes Signal erzeugt wird, dessen Wiederholungs-Ire quenz nur davon abhängt, mit welcher Geschwindigkeit -der | Finger an den Linien des Gitters vorbeiwandert. Da das Kdckstrahlungsmuster aus vielen aui Abstand stehenden Fingern besteht, so erscheinen am Ausgang des' Detektors viele ähnliche jedoch von einander unabhängige Impulszüge.

. Da. die Finger einen unregeimäüigen Abstand von einander aufweisen, so leitet jeder Finger den zugehörigen Impulszug zu einem unbestimmten Zeitpunkt ein. Die charakteristische Frequenz eines jeden Impulszuges wird jedoch von dem Abstand der Gitterbezirke von einander und von der relativen Geschwindigkeit bestimmt, während die Dauer eines jeden Impulsζuges von der Länge des Gitters und von der relativen Geschwindigkeit bestimmt wird· Je größer die Anzahl der Felder des Gitters ist, umso größer ist die Länge der Impulsziige, und desto schmaler ist das Frequenzband des Detektoraueganges. Die mitteIfrequenz dieses Bandes ist der relativen Geschwindigkeit proportional und ist daher der vom Frequenzmesser zu messende Parameter. Je schmaler das Frequenzband des Detektorausgangeβ ist, desto genauer ist die Messung der Geschwindigkeit in einer gegebenen Zeitspanne.

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Bei Verwendung von Frequenzverfolgern, wie in den US-Patentschriften 2 896 074 und 2 915 743 offenbart, Kann diase Geschwindigkeitsmessung mit sehr großer Genauigkeit durchgeführt werden.

Werden Gitter verwendet, gleich den beschriebenen, so wird die Breite der transparenten Felder in der Richtung des Geschwindigkeitsvektors vorzugsweise ungefähr gleich 74# des

Durchmessers der Strahlungsöiinung und des Abständeβ β der

der Felder von einander bemessen, d.h./von der vorderen Kante des

einen Feldes bis zur vorderen Kante des nächsten Feldes gemessene * Abstand beträgt ungefähr das Doppelte des Durchmessers der Strahlungsöffnung. Diese Abmessungen brauchen nicht genau eingehalten zu werden und können innerhalb eines angemessenen Bereichs veränderlich sein.

Bei der beschriebenen Anordnung und mit den genannten Abmessungen errechnet eich die von der Frequenzmessvorrichtung gemessene Frequenz f nach der Formel:

f - Uli (10)

oder transponiert

Der Faktor § kann direkt zur Eichung der Frequenzmess vor richtung 21 verwendet werden, so dass diese die Geschwindigkeit direkt anzeigt.

Die in der Fig.5 dargestellte Ausföhrungeform arbeitet in der gleichen Weise wie die AueführungBform nach der Fig.2; da jedoch bei dieser Ausfuhrungeform eine elektromagnetische Strahlung im fiadiofrequenzband benutzt wird, so werden andere Bau- und Schaltungselement verwendet. lin an einem Traggtstell angebrachter Badiofrequenzeender 31 richtet einen Badiowellen-

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strahl 32 auf die Fläche 33, die die Strahlung in einem Muster 36 zurückwirft. Das muster breitet sich aus, wenn die reflektierende fläche 33 nicht spiegelt,und setzt sich aus Fingern von unregelmäßiger Amplitude und Breite zusammen. Bei einer diffus reflektierenden Fläche hängen die Einzelheiten des fcusters in der Hauptsache von der wirksamen tfeite der Strahlungsöffnung der Strahlungsquelle ab, d.h. der zum Sender 31 gehörenden Antenne. Die mittlere Breite der reflektierten Finger ist gleich der Breite der Strahlungsquelle, wenn diese in der unmittelbaren iiähe des g Senders 31 gemessen wird·

In gleichen Abständen sind mehrere einzelne unabhängige Empfänger 1, 2 ϋϊ angeordnet. Diese ersetzen funktionsmäßig

das Gitter 22 und die lichtempfindliche Fläche des Detektors 1? ia der Fig.2. Jeder Smpfänger muss einen Demodulator zum Beseitigen der vom Sender 31 ausgestrahlten !Trägerfrequenz enthalten. Die von den Empfängern 1 - H empfangenen einseinen Hüllkurven der Finger werden in einem Kreis 37 summiert, der funktionsmäßig der Anode der Vervielfacherröhre in der Fig.2 entspricht. Der Ausgang des Summierungskreiseβ 37 wird zu einem Frequenzmesser 39 geleitet, in dem ein Eichungsfaktor § angewendet wird, wie bereits beschrieben, so dass die Geschwindigkeit Y direkt angezeigt werden kann.

Wie bereits erwähnt, sind die oben beschriebenen (*·- sohwindigkeitsmesseinrichtungen besondere gut geeignet für Boden- und Luftfahrzeuge. Für.diesen Verwendungszweck müssen zwei Messgeräte oder diesen gleichwertige linrichtungen nach der Fig.5 benutzt werden.

Zwei Messgerät· 120 und 121 gleich denen in den Figuren

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Figuren 1, 2 oder 3 dargestellten, werden beiderseits der Fahrzeugachse unter einem Winkel 0 fest aufgestellt. Die Ausgange der Messgeräte werden zu einem navigationsrechner 122 geleitet, der aus einer herkömmlichen Ausführung bestehen kann. Dieser Bechner ist nicht ausführlich dargestellt, da dessen linzelheiten außerhalb d| Hahmens der vorliegenden Erfindung liegen, und es sind an sich genügend Becheneinrichtungen bekannt, die sich für die Auswertung der von den Messgeräten 120 und 121 gelieferten Navigaeionsinformationen eignen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der in der Fig.5 dargestellten Einrichtung wird auf das Vektordiagramm der Fig.6 verwiesen, wobei die Linie 125 die Längsachse des Fahrzeuges darstellt. Der Vektor V ist der tatsächliche Geschwindigiceitsvektor des Fahrzeuges und unbekannt. Die Vektoren V _D und V^ sind Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit, die von den kessgeraten 120 bexw, 121, traitfc·It wird. Obwohl jeder der Vektoren Vq und V₀ die Greschwindigkeitskoaponente unter dem Kinkel 0 beiderseits der fahrzeugachse ist, so ist di· Suma· dieser Vektoren nicht gleich dem tatsächlichen Geschwindigkeitevektor V des Fahrzeuges (ait Ausnahme für den besonderen Fall, in dem 0 » 45° ist).

Oer Vektor V kann in sw·! orthogonal« Komponenten V*ρ «»<* V'_B tob denen V»_D , wie bereits bemerkt, bekannt ist, da er den Ausgang des Messgerätes 120 darstellt, während der Wert des Vektors V» , obwohl unbekannt, zum Berechnen des Vektors V oder des AbweichungewinkeIs e nicht benötigt «ird. Xn der gleichen Weise kann der Vektor V Ib die orthogonalen Vektoren V_D aod V_B aufgelöst werden. Auch la diesem Falle ist der

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Vektor V» bekannt als Ausgang des Messgerätes 121, nährend der -Vektor V^, obwohl unbekannt, wie in den obenstehenden Falle zum Bestimmen des Vektors V und des Abweichungswinkels 6 nicht benötigt wird.

Zum Navigieren des Fahrzeuges muss der Wert des Geschwindigkeitsvektors V und der Abweichungswinkel <£ bestimmt werden. ü.s ist ferner möglich, in der Weise zu navigieren, dass die Geschwindigkeit in der Querrichtung V™ und die Geschwindigkeit in der Längsrichtung V^ aufgelöst wird.

Aus der Fig.6 ergeben sich die nachstehenden Gleichungen: |V_D| - |V| cos (0 + 6) (12)

|V'J - |V| cos (0 - O) (13)

und bei einer Addition der Gleichungen (12) und (13) ergibt sich:

(^VJ)I ⁺ I^V'dI " I^VI f^coa & '* ^{6) + eos} - |v( 2 cos 0 cos ό

Bei einer Subtraktion der Gleichung (12) von der Gleichung (13) ergibt sich:

1 l⁽ /-^c08 w ^{+ 6) + coe (0} - ⁶U

2/" sin 0 sin 6 J (15).

Wird die Gleichung (14) durch die Gleichung (15) dividiert, so ergibt sieh! |v_D| + |V'_n|

I^v1b/ - I'd! "

wobei tan ό und damit ό berechnet werden kann, da tan fS , |V_D| und |T'_D| bekannt sind.

Außerdem kann aufgelöst werden der Vektor für dit Geschwindigkeit in der Längsrichtung

tan 0 tan 6 , ⁽¹⁶⁾

^VAH ^e I^VI ^{coe 6}

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wobei durch .Einsetzen des betreffenden liiertes for IVl aus der Gleichung (14) sich die nachstehende Gleichung ergibt:

V₁H - »^Y»' * «^T'l>» (18)

2 cos 0

während sich bei der Auflösung des Vektors für die Geschwindigkeit in der Querrichtung

V_0H - |V| sin 6 (19)

und durch Einsetzen des betreffenden Wertes für !Vi aus der P Gleichung (15) sich die nachstehende Gleichung ergibt:

. (20)

2 sin

Aus den obenstehenden Ausführungen ist zu ersehen, dass alle Größen zum Auflösen von V^ und V_0H bekannt sind. Wenn nötig, teann bei bekannten V^g und Vq_H V leicht aufgelöst »erden, da

V - V (V^)² + (V_0H)² ist. (21)

ule Erfindung ist selbstverständlich nicht aul die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr können fachkundige ohne Abweichung vom Irfindungsgedanken Änderungen, Abwandlungen und Ersetzungen vornehmen. Die .Erfindung selDst wird daher nur durch die beiliegenden Patentansprüche abgegrenzt.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1) Geschwindigkeitsmesseinrichtung zum Bestimmen der relativen Geschwindigkeit zwischen zwei Objekten mit einer Generatoreinrichtung (11), die atr einem ersten (14) der genannten Objekte angebracht ist, den Strahl einer Wellenstrahlung auf das zweite (13) der genannten Objekte richtung und auf diesem ä einen begrenzten Jöezirk bestrahlt, woDei das genannte zweite Objekt die genannte Strahlung zu einer am ersten Objekt angeordneten Empfangseinrichtung reflektiert, die ein Ausgangssignal erzeugt, und mit einer Einrichtung zum messen des genannten Ausgangssignals aus der genannten Smpfangseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass als Kiel lens tr ah lung eine Strahlung gewählt wird, die bei der Bestrahlung des genannten begrenzten Bezirks am zweiten Objekt ein reflektiertes Muster von einzelnen Strahlenfingern mit dem Zufall unterliegender Amplitude und Abstand erzeugt, dass die genannte Smpfangseinrichtung (17) mindestens eine begrenzte Empfangsöffnung (18) aufweist und am genannten ersten Objekt in festgesetztem Abstand von der genannten Empfangseinrichtung angebracht ist, und die ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz von der Geschwindigkeit bestiemt wird, mit der die genannten einzelnen Strahlenfinger an der genannten Empfangseinrichtung vorbeibewegt werden, und dass die genannte Meseeinc" richtung die Frequenz des genannten Ausgangseignale misst·

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2) Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Generatoreinrichtung aus einer Lichtquelle besteht, die einen schmalen Lichtstrahl begrenzter Bandbreite auf das genannte zweite Objekt richtet.

3) Geschwindigkeitemesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die. genannte Generatoreinrichtung aus einem elektromagnetischen Generator besteht, der einen Strahl elektromagnetischer Energie auf das genannte zweite Objekt richtet, dass die genannte fimpfangseinrichtung aus einer Anzahl von in gleichen Abständen längs eines Geschwindigkeitsvektors angeordneten Empfängern besteht, welcher Vektor von der relativen Bewegung zwischen den genannten beiden Objekten bestimmt wird, dass eine Summierungseinrichtung vorgesehen ist, die die Ausgänge der genannten Empfänger summiert und ein Ausgangesignal erzeugt, dessen Frequenz von der Geschwindigkeit be-stimmt wird, mit der die einzelnen Strahlenfinger an den genannten Empfängern vorbeibewegt werden.

4) Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Empfänger eine begrenzte Empfangeöffnung aufweist und ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz von der Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der die einzelnen ötrahlenfinger an einem entsprechenden Empfänger vorbeibewegt werden.

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5) Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch Λ , ■ dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Generatoreinrichtung aus einer Lichtquelle schmaler Bandbreite besteht, dass die genannte ümpiangseinrichtung aus einem Photodetektor besteht, der an einem optischen Gitter aus einer Anzahl von mit einander abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Längsbezirken angeordnet ist, welches optische Gitter so angeordnet ist, dass die genannten mit. einander abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bezirke im wesentlichen senkrecht zu einem Gesehwindigkeitsvektor liegen, der von der relativen Geschwindigkeit zwischen den genannten beiden Objekten bestimmt wird, dass der genannte Photodetektor, der am genannten optischen Gitter an der von dem genannten zweiten ubjekt entfernten Seite angeordnet ist, eine Anzahl von Signalen aus den auf einander folgenden einzelnen Strahlenfingern des genannten reflektierten Ötrahiungsmusters erzeugt, wenn die genannten Strahlenfinger an den genannten auf einander folgenden lichtdurchlässigen Bezirken des genannten Gittere vorbeibewegt werden, die genannten Signale summiert und ein Summenausgangssignal erzeugt.

6) ' Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Lichtquelle ein monochromatisches Licht ausstrahlt.

7) Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite der lichtdurchlässigen Jöezirke des genannten optischen Gitters ungefähr gleich 74# des Durchmessers der Strahlungsöffnung der genannten Lichtquelle

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bemessen ist, und dass der Abstand zwischen den genannten lichtdurchlässigen Bezirken ungefähr gleich dem doppelten Durchmesser der genannten Strahlungsöffnung bemessen ist.

8) Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Generatoreinrichtung aus einer ein monochromatisches Licht erzeugenden Lichtquelle besteht, die einen schmalen Strahl monochromatischen Lichtes auf das genannte zweite Objekt richtet, dass die genannte Empfangseinrichtung aus einem am genannten ersten Objekt angebrachten Photodetektor besteht, und dass die genannte eine begrenzte öffnung von einer eine einzelne Öffnung begrenzter Weite aufweisenden .blende gebildet wird, die zwischen dem genannten Photodetektor und dem vom genannten zweiten objekt reflektierten Strahlungsmuster angeordnet ist.

')) Greschwindigkeitsmeseeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Blenöffnung aus einem Hadelloch besteht.

10) Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Blendenöffnung aus einem Schlitz besteht, der im wesentlichen senkrecht zu einem von der relativen Geschwindigkeit zwischen den genannten beiden Objekten be stiemte η Greschwindigke its vektor verläuft.

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11)" Geschwindigkeitsmesseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Generator- . einrichtungen vorgesehen sind, von denen jeder Generator einen Strahl einer elektromagnetischen Strahlung gegen eine von dem genannten Fahrzeug körperlich entfernt gelegene Fläche richtet und auf dieser den genannten begrenzten Bezirk bestrahlt, dass jeder Generatoreinrichtung eine gesonderte Anzahl von Empfängern zugeordnet ist, die die von dem genannten bestrahlten Bezirk der genannten Fläche reflektierte elektromagnetische Strahlung empfangen, die empfangenen Signale demodulieren, die erzeugte ^ Trägerfrequenz entfernen und die Ausgänge der einzelnen Empfänger summieren, dass den genannten gesonderten Empfängern Einrichtungen zugeordnet sind, die auf die summierten Ausgänge der Empfänger anspjEechen und deren frequenz niesen, dass die genannten beiden Generatoreinrichtungen und die verbindenden Empfänger beiderseits der Längsachse des Fahrzeuges angeordnet sind derart, dass deren Geschwindigkeitsermittlungsachsen zu den entgegengesetzten Seiten unter dem gleichen Winkel geneigt sind, und dass eine Einrichtung vorgesehen ist, die aufgrund der Ausgänge der letztgenannten Einrichtung die Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Bezugsrahmen und den Abtriftwinkel berechnet.

12) Geechwindigkeitsmesseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Generatoreinrichtungen einen Strahl, eines im wesentlichen monochromatischen Lichtes erzeugt, dass jeder der genannten Smpfänger ein optisches Gitter aus einer Anzahl von mit einander abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bezirken aufweist, die im wesentlichen senkrecht zur Geecnwindigkeitsermittlungsachs·

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dec Messeinrichtung verlaufen, dass am genannten optischen «litter . an de« von der reflektierenden Fläche entfernten Seite ein Photodetektor angeordnet ist, der die durch das Gitter hindurch reflektierte Energie empfängt, eine Anzahl von Signalen entsprechend dem durch jeden lichtdurchlässigen jaezirk des Gitters hindurch empfangenen reflektierten Licht erzeugt und die genannten Signale summiert.

13) Gresohnindigkeitemesseinrichtung nach Anspruch 11,

w dadurch gekennzeichnet, dass jede Generatoreinrichtung aus einem Badiüsender besteht, der einen fiadiowelienstrahl erzeugt, und das β jeder der genannten Smpfänger aufweist eine JSmpfangs antenne sum Auffangen der von der Bezugsflache reflektierten Radiowellen, eisen Demodulator sum Absondern und fintfernen der Sendefrequenz aus dem empfangenen Signal, und eine Summierungsschaltung, die auf jeden der Demodulatoren anspricht und die empfangenen Signale summiert·

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