DE1523179B2

DE1523179B2 - Geraet zum bestimmen der relativen geschwindigkeit zwischen zwei objekten

Info

Publication number: DE1523179B2
Application number: DE1965G0042989
Authority: DE
Inventors: Robert Alban White Plains Stavis Gus Briarchff Manor Gamertsfel der George Royce Pleasantville N Y Flower (V St A)
Original assignee: Singer General Precision Inc
Current assignee: Singer General Precision Inc
Priority date: 1964-03-31
Filing date: 1965-03-03
Publication date: 1971-04-22
Also published as: DE1523179A1; FR1433654A; US3432237A; GB1043791A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Bestimmen ist. Ebenso kann bei Rad- oder Raupenfahrzeugen,

der relativen Geschwindigkeit zwischen zwei Objekten, ' ^: die mit dem Erdboden Kontakt haben, ein kontaktloser

bei dem auf dem einen Objekt mindestens ein Sender Geschwindigkeitsmesser erforderlich sein, besonders

elektromagnetischer Strahlung mit begrenztem Strah- wenn diese Fahrzeuge über Gelände gefahren werden,

lungswinkel befestigt ist und in einem bestimmten 5 das für die Benutzung von Geschwindigkeitsmessern

Abstand von jedem Sender mindestens ein Empfänger mit einem fünften Rad nicht geeignet ist. Neben der

angeordnet ist, der die von dem zweiten Objekt Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen ist die

reflektierte Strahlung vorzugsweise rasterförmig emp- Erfindung von besonderem Nutzen für die Messung

fängt und sie in eine geschwindigkeitsabhängige der Geschwindigkeiten von Materialien, die sich an

Frequenz umwandelt. io einem ortsfesten Punkt vorbeibewegen. Als Beispiel

Es wurde entdeckt, daß bei einer Wellenstrahlung, sei angeführt die Messung der Geschwindigkeit von ganz gleich ob diese entweder im Schallbereich, im ' band- oder streifenförmigen Materialien, z. B. in Stahl-Ultraschallbereich oder in irgendeinem elektroma- und Aluminiumwerken u. dgl.

gnetischen Strahlungsbereich liegt unter Einschluß Die Erfindung sieht ein Gerät vor, welches dadurch der Licht- oder Hochfrequenzen, die auf ein als Zer- 15 gekennzeichnet ist, daß jeder Sender eine Wellenstrahstreuungsfiäche wirkendes Zielobjekt gerichtet wird, lung von so begrenzter Bandbreite erzeugt, daß die die zurückgeleitete Strahlung aus einem Muster Anzahl ihrer Wellenlängen bei einer Frequenz innereinzelner Keulen besteht. Dieses Muster des reflektier- halb der Bandbreite im Übertragungsstrahl sich um ten Signals wird nach der Erfindung zum Ableiten der nicht mehr als eine Einheit (/) von der Anzahl bei Information über die relative Geschwindigkeit be- 20 irgendeiner anderen Frequenz innerhalb der Bandbreite nutzt. an jedem Punkt in dem begrenzten Strahlbereich

Aus der USA.-Patentschrift 3 057 071 ist eine Ein- unterscheidet, damit beim Bestrahlen des begrenzten richtung bekannt, bei der der Empfänger mindestens Bereichs auf dem zweiten Objekt ein reflektiertes [J eine Empfangsöffnung aufweist und ein Ausgangs- Muster bestimmter Strahlenkeulen von willkürlicher signal erzeugt, dessen Frequenz von der Geschwindig- 25 Amplitude und willkürlichem Abstand erzeugt wird, keit bestimmt wird, mit der die reflektierten Strah- Das Gerät nach der Erfindung kann die Gelungsanteile an dem Empfänger vorbeibewegt werden. schwindigkeit zwischen zwei Objekten oder Körpern Diese Einrichtung verwendet eine sehr breitbandige messen, die z. B. aus einem Fahrzeug und dem Bestrahlungsquelle. Es müssen dabei zwei verschie- Untergrund, auf dem es fährt, bestehen, oder aus dene Verhältnisse von Geschwindigkeit zu Höhe 30 einem streifen-, band- oder stangenförmigen Material, (z. B. bei Verwendung der bekannten Einrichtung in das sich an einer ortsfesten Einrichtung vorbeibewegt, einem Flugzeug) bestimmt werden, und außerdem In jedem Falle ist an einem der Objekte ein Wellenmuß eine bekannte oder bestimmbare Differenz sender angebracht, in dem einen Falle z. B. am zwischen den beiden Geschwindigkeiten vorliegen. Fahrzeug und in dem anderen Falle an der ortsfesten Die Einrichtung verwendet demnach kein schmal- 35 Einrichtung. Die auf diese Weise erzeugten Wellen bandiges Sendesignal und auch keinen Empfänger mit werden auf einen begrenzten Bereich auf dem anderen einer Vielzahl von Empfangsöffnungen. Körper, d. h. auf den Untergrund oder auf das vor-

Aus der britischen Patentschrift 910 208 ist eine beibewegte Material gerichtet. Diese Wellen werden

Einrichtung bekannt, die keinen eigenen, mitgeführten in einem dem Zufall unterliegenden keulenartigen

Generator, sondern nur die natürliche Strahlung von 40 Muster reflektiert, wobei ein in bezug auf den den

einer Erdquelle verwendet. Es ist damit ein Breit- Sender tragenden Körper ortsfester Empfänger die

bandsystem und erfordert gleiche Winkel zwischen in den aufeinanderfolgenden Keulen, wenn diese an

den empfangenen Strahlenkeulen. einer oder an mehreren Empfangsöffnungen im Emp-

In der britischen Patentschrift 916 045 wird ein fänger vorbeiwandern, enthaltene Leistung ermittelt System gezeigt, bei dem ein Sender und mindestens 45 und aus dieser ein Signal ableitet, dessen Frequenz beein Empfänger vorhanden sind und bei dem das bei stimmend ist für die relative Geschwindigkeit zwider Bestrahlung eines begrenzten Bezirks am zweiten sehen den beiden Körpern oder Objekten. Der beObjekt erzeugte reflektierte Muster von einzelnen grenzte Bereich, auf den die erzeugten Wellen gerichtet Strahlenkeulen mit dem Zufall unterliegender Ampli- werden und von dem sie zurückgeworfen und zertude und Abstand ausgenutzt wird. Es wird dabei 50 streut werden, wird hiernach als belichteter Bereich von der Voraussetzung ausgegangen, daß, wenn mehr bezeichnet, ungeachtet der Wellenlänge oder der Art als ein Echo von der gleichen Flugbahn empfangen dieser Wellen, d. h., ob diese allgemein als Schall-, wird, die Echomuster Duplikate voneinander sind, Licht- oder HF-Wellen anzusehen sind,
jedoch in der Zeit um den Abstand der Empfänger Weiterhin muß berücksichtigt werden, daß in dem verschoben sind. Auch bei diesem System wird keine 55 Falle, in dem der von dem zweiten Objekt zurückgeschmalbandige Strahlungsquelle mit all ihren Vorteilen worfene Strahl eine sphärische Wellenfront aufweist, verwendet, und es werden Amplitudenänderungen an d. h., wenn er in Richtung zum ersten Objekt ausstelle von Frequenzänderungen gemessen. einanderstrebt, die relativen Entfernungen zu den

Aus der deutschen Patentschrift 1 206 187 ist eine im belichteten Bereich gelegenen einzelnen Keulen

Anordnung bekannt, bei der ein Sender und ein Emp- 60 bis zu einem gewissen Ausmaß schwanken, wenn der

fänger auf einem der zu messenden Gegenstände an- begrenzte Bereich des belichtenden Strahls über die

gebracht sind. Der Sender weist ebenso wie der Emp- zerstreuende Fläche hinwegwandert. Hierbei wird eine

fänger einen begrenzten Strahlwinkel auf, und als sich verändernde relative Phase der reflektierten

Meßgröße wird die vom Empfänger gelieferte Frequenz Signale erzeugt mit der Folge, daß für einen am Emp-

verwendet. 65 fänger befindlichen Beobachter das reflektierte keulen-

Kontaktlose Geschwindigkeitsmesser eignen sich förmige Muster sich scheinbar um die Mitte des be-

besonders für Luftkissenfahrzeuge oder für Flugzeuge, lichteten Bezirks dreht, entgegen der relativen Bewegung

bei denen ein Kontakt mit dem Erdboden unmöglich zwischen den beiden Objekten und um eine gleiche

Strecke. In diesem Falle beträgt die Geschwindigkeit, des Musters in der Hauptsache von der wirksamen

mit der die Keulen an dem sich am Empfänger be- Weite der Strahlungsöffnung der Laserstrahlquelle 11

findenden und mit diesem bewegenden Beobachter ab, wobei die reflektierten Keulen des Musters eine

vorbeiwandern, das Doppelte der Geschwindigkeit mittlere Breite aufweisen, die gleich der der Strahdes Beobachters in bezug auf das reflektierende Objekt. .5 lungsöffnung ist, wenn die reflektierten Keulen in der

Weist andererseits der belichtende Strahl eine ebene unmittelbaren Nähe der Sendeöffnung der Laser-Wellenfront auf, die dadurch erzielt werden kann, strahlquelle gemessen werden.

daß entweder der Sender unendlich weit entfernt an- Das günstigste Rückstrahlungsmuster wird erzeugt, geordnet wird oder daß praktischer der Strahl fokussiert wenn der Sender monochromatisch oder fast monowird, dann bleiben die relativen Entfernungen aller io chromatisch arbeitet. Die Bandbreite der Strahlungs-Teile des begrenzten belichteten Bereichs von der tat- quelle kann vergrößert werden mit der Folge, daß die sächlichen Stelle des Senders die gleichen, und es be- Keulen des Musters weniger scharf gegeneinander steht keine relative Phasenänderung, wenn der be- abgegrenzt erscheinen. Das heißt, das durchschnittlichtete Bereich über verschiedene zerstreuende Ob- liehe Verhältnis Spitzenwert zu Null im zurückgejekte hinwegwandert, und die Erscheinung einer 15 strahlten Muster wird verkleinert, wenn die Bandbreite scheinbaren Drehung des Keulenmusters tritt nicht der Strahlungsquelle vergrößert wird, obwohl mit auf, und die Keulen wandern an dem an der Emp- einer verhältnismäßig großen Bandbreite ein verwertfangsöffnung befindlichen Beobachter mit der Ger bares Muster erzeugt werden kann,
schwindigkeit vorbei, die dieser in bezug auf das Im allgemeinen kann die erwünschte Bandbreite mit reflektierende Objekt aufweist. Hieraus geht hervor, 20 Hilfe der nachstehenden mathematischen Analyse bedaß ganz gleich, ob der projizierte Strahl eine sphäri- stimmt werden. Nach der Fig. 4 befindet sich die sehe oder eine ebene Wellenfront aufweist, die .erziel·- Strahlungsquelle am Punkt P in der Höhe h, und die ten Ergebnisse die gleichen sind, wobei nur der auf die Fläche R gerichtete Strahlungswellenenergie Größenfaktor beeinflußt wird. Die nachstehende Be- ist- in einem innerhalb der Grenzen T-U liegenden Schreibung bezieht sich daher nur auf eine sphärische 25 Strahl enthalten. Wie zu ersehen ist, ist die Grenz-Wellenfront, da von Sachkundigen die Einrichtung linie U um die Strecke / größer als die Grenzlinie T. mühelos an eine ebene Wellenfront lediglich durch Es sei nunmehr angenommen, daß die obere Grenze Umeichen des Ausgangsindikators angepaßt werden der Bandbreite des ausgesendeten Signals bei der kann. Frequenz J₁ und die untere Grenze bei der Frequenz/₂

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrie- 30 liegt. Um verwertbare Ergebnisse zu erzielen, soll die

ben. In den Zeichnungen ist in der Strecke / enthaltene Anzahl der Wellenlängen H₁

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Aus- bei der Frequenz Z₁ die in derselben Strecke/ ent-

führungsform der Erfindung, haltene Anzahl der Wellenlängen H₂ bei der Frequenz/₂

F i g. 2 eine schematische Darstellung einer anderen um mehr als Eins nicht übersteigen.

Ausführungsform der Erfindung, 35 Mathematisch kann die Anzahl der Wellenlängen K₁

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer weite- und W₂ durch die Strecke / und die Frequenzen /j

ren Ausfiihrungsform der Erfindung, und /₂ wie folgt ausgedrückt werden:

F i g. 4 eine Zeichnung, die zum Verständnis dafür

von Nutzen ist, in welcher Weise ein erwünschter _n _ -^¹ m

Bandbreiten-Parameter erreicht werden kann, 40 c

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer Einrich- und

tung zum Ermitteln der Geschwindigkeit und der If₂

Abtrift bei Verwendung einer der Ausführungsformen "² ~~ _c ' ' '
nach den Fig. 1, 2 und 3 und

F i g. 6 ein Vektordiagramm, das für das Verstand- 45 wobei c die Geschwindigkeit der Wellen im Medium

nis der Arbeitsweise der in F i g. 5 dargestellten ist.

Einrichtung von Nutzen ist. Um die oben gestellte Forderung zu erfüllen, muß

Nach der F i g. 1 wirft eine Laserstrahlquelle 11 H₁ minus H₂ kleiner als Eins sein oder, mathematisch

oder ein anderer Sender einer elektromagnetischen mit den Werten der Frequenz und der Strecke / aus-

und mindestens annähernd monochromatischen Strah- 5° gedrückt:

lung einen Strahl 12 auf eine reflektierende Fläche 13. /

Die Laserstrahlquelle 11 ist an einem ersten Objekt "^T '/1 ~ /2) < 1 · (³)
angebracht, das durch das mit unterbrochenen Linien

dargestellte Rechteck 14 dargestellt ist und z. B. ein Dieser Ausdruck kann noch dadurch weiter verein-

Fahrzeug sein kann, in welchem Falle die reflek- 55 facht werden, daß die Frequenzdifferenz in die

tierende Fläche 13 den Untergrund darstellt, auf dem Bandbreite Af umgewandelt wird, wodurch sich der das Fahrzeug fährt. Die reflektierende Fläche 13 kann
andererseits aus einem sich bewegenden band- oder

folienartigen Material bestehen, in welchem Falle / J ^ \ _; λα

das erste Objekt eine ortsfeste Einrichtung darstellt. 60 c
Jedenfalls erzeugt der auf die Fläche 13 innerhalb

eines begrenzten Bereiches fallende Strahl 12 mit c

einem Durchmesser if ein Rückstrahlungsmuster 16. l'
Dieses Muster weist einen ziemlich großen Umfang
auf, wenn die reflektierende Fläche 13 nicht spiegelt, 65
und setzt sich aus Keulen mit dem Zufall unterworfener

Amplitude, Breite und Abstand zusammen. Bei einer /₌ h\—- - V (6)

diffus reflektierenden Fläche hängen die Einzelheiten i i'

nachstehende Ausdruck ergibt:	7-4£<l,

oder transportiert:	ist zu ersehen, daß
Aus der F i g. 4	*hi ^{l 1} \*
/-	UiHy₁ smyJ

5 6

so daß der Ausdruck (5) umgewandelt werden kann in chende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Nach der F i g. 2 wird ein von einer Laser-

^c_ strahlquelle 11 oder von einem anderen Sender einer

1 1 \ (7) annähernd monochromatischen Strahlung erzeugter

· ■ I 5 Strahl 12 auf eine zerstreuend zurückstrahlende Fläche

13 geworfen, die in einem begrenzten Bereich mit dem ° . . Durchmesser d bestrahlt wird. Wie zuvor wird ein

Af < ^C ^sm^^{a sin}yi ^ ^ Rückstrahlungsmuster 16 erzeugt, das sich aus einzel-

h siny₂ SUIy₁ nen Keulen mit unregelmäßiger Amplitude und Ab-

lo ständen zusammensetzt. Ebenso wird das Muster zu

Bei einem senkrecht verlaufenden Strahl mit einem einer Empfangsschaltung zurückgeworfen, die am Winkel β zwischen den Strahlengrenzen, kann durch Objekt 14 angebracht ist. Diese Empfangsschaltung eine ähnliche mathematische Analyse der Ausdruck umfaßt einen Detektor 17', z. B. einen Photovervielfacher oder einen anderen Photodetektor, der als

β xs Summierungseinrichtung für die reflektierten Signale

c ^COST (Q-. wirkt und ein Ausgangssignal erzeugt, das zu einer

■^ / < — ö~ *■ ' Frequenzmeßvorrichtung 21 geleitet wird, gleich der

1 —cos-y in der Fig. Γ dargestellten, die jedoch eine kürzere

Zeitkonstante aufweist.

erhalten werden. 20 Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist je-

Der Empfangsteil der Anlage, der gleichfalls am doch zwischen dem Photodetektor und dem reflekersten Objekt angebracht ist, besteht aus einem Photo- tierten Signal ein Raster 22 angeordnet, dessen einzelne detektor 17, dem das zurückgestrahlte Signal durch lichtdurchlässige Bereiche zueinander einen Abstand s ein Nadelloch oder Schlitz 18 in einer Blende 19 zu- aufweisen und senkrecht zum Geschwindigkeitsgeführt wird, die zwischen dem zurückgeworfenen 25 vektor V angeordnet sind, so daß die Anordnung als Signal und dem Detektor angeordnet ist. Bei Ver- Bandfilter wirkt, dessen Spitzenfrequenz von dem Abwendung eines Schlitzes ist dieser so auszurichten, daß stand s abhängt und dessen Bandbreite der Anzahl er senkrecht zum Geschwindigkeitsvektor V des tra- der Rasterelemente umgekehrt proportional ist.
genden Auf baus in bezug auf die reflektierende Fläche Fällt z. B. eine einzelne Keule auf das Raster 22, so

13 gelegen ist. Der Ausgang des Detektors wird zu 30 bewegt sich die Keule infolge der relativen Bewegung einer Frequenzmeßvorrichtung 21 geleitet, die aus über das Raster hinweg. Beim Vorbeiwandern des einem an sich bekannten Frequenzmesser bestehen Fingers an jedem lichtdurchlässigen Bereich des kann. Rasters erscheint am Ausgang des Detektors ein

Bei einer solchen Anordnung bewirkt die relative Signalimpuls oder eine Größenveränderung, wobei ein Bewegung zwischen dem ersten Objekt 14 und der 35 aus einem Impulszug bestehendes Signal erzeugt wird, reflektierenden Fläche (unter der Annahme, daß eine dessen Wiederholungsfrequenz nur davon abhängt, sphärische Wellenfront vorliegt), daß die Keulen des mit welcher Geschwindigkeit die Keule an den licht-Rückstrahlungsmusters 16 am Schlitz 18 mit einer durchlässigen Bereichen des Rasters vorbeiwandert. Geschwindigkeit vorbeibewegt werden, die proportio- Da das Rückstrahlungsmuster aus vielen auf Abstand nal der doppelten relativen Geschwindigkeit zwischen 40 stehenden Keulen besteht, so erscheinen am Ausgang dem Objekt 14 und der Fläche 13 ist. Am Ausgang des des Detektors viele ähnliche, jedoch voneinander unDetektors 17 entsteht daher eine Wechselspannung, abhängige Impulszüge.

deren Durchschnittsfrequenz der relativen Geschwin- Da die Keulen einen unregelmäßigen Abstand von-

digkeit proportional ist, die mit Hilfe einer geeigneten einander aufweisen, so leitet jede Keule den zugehöri-Eichung der Frequenzmeßvorrichtung 21 direkt abge- 45 gen Impulszug zu einem bestimmten Zeitpunkt ein. lesen werden kann. Die charakteristische Frequenz eines jeden Impuls-

Wie bereits bemerkt, weisen die das Muster 16 zuges wird jedoch von dem Abstand der Rasterbebildenden einzelnen Keulen einen dem Zufall unter- reiche voneinander und von der relativen Geschwinliegenden Abstand und eine Zufallsamplitude auf. digkeit bestimmt, während die Dauer eines jeden Wegen dieses unregelmäßigen Abstandes schwankt 50 Impulszuges von der Länge des Rasters und von der die Frequenz des am Ausgang des Detektors 17 er- relativen Geschwindigkeit bestimmt wird,
zeugten Signals, so daß die Frequenzmeßvorrichtung Je größer die Anzahl der lichtdurchlässigen Bereiche

eine verhältnismäßig lange Zeitkonstante aufweisen des Rastsrs ist, um so größer ist die Länge der Impulssoll, damit innerhalb einer entsprechend gewählten züge und desto schmaler ist das Frequenzband des Zeitspanne eine Durchschnittsanzeige erfolgt. Wegen 55 Detektorausganges. Die Mittenfrequenz dieses Bandes der durch den unregelmäßigen Abstand der Keulen ist der relativen Geschwindigkeit proportional und ist des reflektierten Musters verursachten Frequenz- daher der vom Frequenzdurchmesser zu messende Schwankungen ist eine Einrichtung mit einem einzigen Parameter. Je schmaler das Frequenzband des Detek-Schlitz geeignet, wenn die Fläche 13 aus einer nicht torausganges ist, desto genauer ist die Messung der spiegelnden Fläche mit mehr oder weniger gbich- 60 Geschwindigkeit in einer gegebenen Zeitspanne. Bei förmiger Oberseite, z. B. aus einem glatten Aluminium- Verwendung von bekannten Frequenzverfolgern kann oder Stahlstreifen, besteht. diese Geschwindigkeitsmessung mit sehr großer Ge-

Die F i g. 2 zeigt eine Einrichtung, bei der die nauigkeit durchgeführt werden.

Schwierigkeiten infolge der Verwendung eines einzigen Werden Raster verwendet, gleich den beschriebe-

Schlitzes weitgehend behoben sind und die daher zu- 65 nen, so wird die Breite der lichtdurchlässigen Bereiche sammen mit einer Frequenzmeßvorrichtung benutzt in der Richtung des Geschwindigkeitsvektors vorzugswerden kann, die eine kleine Zeitkonstante aufweist. weise ungefähr gleich 74% des Durchmessers der In der F i g. 2 sind einander gleiche oder entspre- Strahlungsöffnung und des Abstandes s der Bereiche

voneinander bemessen, d. h., der von der vorderen Kante des einen Bereiches bis zur vorderen Kante des nächsten Bereiches 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 sich die von der Frequenzmeßvorrichtung 21 gemessene Frequenz / nach der Formel:

2 IFl

oder transponiert

Vl =

(10)

(H)

15

Der Faktor -| kann direkt zur Eichung der Fre-

quenzmeßvorrichtung 21 verwendet werden, so daß diese die Geschwindigkeit direkt anzeigt.

Die in der F i g. 3 dargestellte Ausführungsform arbeitet in der gleichen Weise wie die Ausführungsform nach der F i g. 2; da jedoch bei dieser Ausführungsform eine elektromagnetische Strahlung im Hochfrequenzband benutzt wird, so werden andere Bau- und Schaltungselemente verwendet. Ein an einem Objekt 34 angebrachter Hochfrequenzsender 31 richtet einen Wellenstrahl 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 Musters in der Hauptsache von der wirksamen Weite der Strahlungsöffnung der Strahlungsquelle ab, d. h. der zum Sender 31 gehörenden Antenne. Die mittlere Breite der reflektierenden Keulen ist gleich der Breite der Strahlungsquelle, wenn diese in der unmittelbaren Nähe des Senders 31 gemessen wird.

In.gleichen Abständen sind mehrere einzelne unabhängige Empfänger 1, 2 ... N angeordnet. Diese ersetzen funktionsmäßig das Raster 22 und die lichtempfindliche Fläche des Detektors 17 in der F i g. 2. Jeder Empfänger muß einen Demodulator zum Beseitigen der vom Sender 31 ausgestrahlten Trägerfrequenz enthalten. Die von den Empfängern 1 ... N empfangenen einzelnen Hüllkurven der Keulen werden in einem Kreis 37 summiert, der funktionsmäßig der Anode der Vervielfacherröhre in der F i g. 2 entspricht. Der Ausgang des Summierungskreises 37 wird zu einem Frequenzmesser 39 geleitet, in dem ein

Eichungsfaktor -=■ angewendet wird, wie bereits be-

schrieben, so daß die Geschwindigkeit V direkt angezeigt werden kann.

Wie bereits erwähnt, sind die oben beschriebenen Geschwindigkeitsmeßeinrichtungen besonders gut geeignet für Boden- und Luftfahrzeuge. Für diesen Verwendungszweck müssen zwei Meßgeräte oder diesen gleichwertige Einrichtungen nach der F i g. 5 benutzt werden.

Zwei Meßgeräte 120 und 121 gleich denen in den F i g. 1, 2 oder 3 dargestellten werden beiderseits der Fahrzeugachse unter einem Winkel Φ fest angeordnet. Die Ausgänge der Meßgeräte werden mit einem Navigationsrechner 122 verbunden, der aus einer herkömmlichen Ausführung bestehen kann. Dieser Rechner ist nicht ausführlich dargestellt, da dessen Einzelheiten außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen, und es sind an sich genügend Recheneinrichtungen bekannt, die sich für die Auswertung der von den Meßgeräten 120 und 121 gelieferten Navigationsinformationen eignen.

Zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der in der F i g. 5 dargestellten Einrichtung wird auf das Vektordiagramm der F i g. 6 verwiesen, wobei die Linie 125 die Längsachse des Fahrzeuges darstellt. Der Vektor V ist der tatsächliche Geschwindigkeitsvektor des Fahrzeuges und unbekannt. Die Vektoren Vd und Vd sind Komponenten der Fahrzeuggeschwindigkeit, die von den Meßgeräten 120 bzw. 121, ermittelt wird. Obwohl jeder der Vektoren Vd und Vd die Geschwindigkeitskomponenten unter dem Winkel Φ beiderseits der Fahrzeugachse darstellt, ist die Summe dieser Vektoren nicht gleich dem tatsächliehen Geschwindigkeitsvektor V des Fahrzeuges (mit Ausnahme für den besonderen Fall, in dem Φ = 45° ist).

Der Vektor V kann in zwei orthogonale Komponenten Vd und Vr zerlegt werden, von denen Vd, wie bereits bemerkt, bekannt ist, da er den Ausgang des Meßgerätes 120 darstellt, während der Wert des Vektors Vr, weil unbekannt, zum Berechnen des Vektors V oder des Abweichungswinkels δ nicht benötigt wird. In der gleichen Weise kann der Vektor V in die orthogonalen Vektoren Vd und Vb aufgelöst werden. Auch in diesem Falle ist der Vektor Vb bekannt als Ausgang des Meßgerätes 121, während der Vektor Vr, weil unbekannt, wie in dem obenstehenden Falle zum Bestimmen des Vektors V und des Abweichungswinkels δ nicht benötigt wird.

Zum Navigieren des Fahrzeuges muß der Wert des Geschwindigkeitsvektors V und der Abweichungswinkel δ bestimmt werden. Es ist ferner möglich, in der Weise zu navigieren, daß die Geschwindigkeit in der Querrichtung Vch und die Geschwindigkeit in der Längsrichtung Vah aufgelöst wird.

Aus der F i g. 6 ergeben sich die nachstehenden Gleichungen:

Vd V_d'

= V] cos (Φ +δ), (12)

= \V\cos(0-ö), (13)

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

V_D +\Vd'\ =

V j [cos (Φ + δ) + cos (Φ — δ)]

V j 2 cos Φ cos δ. (14)

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

Vd'\-\V_d\ =

[-cos (Φ + δ) + cos (Φ - δ)]

2 [sin Φ sin δ].

(15)

Wird die Gleichung (14) durch die Gleichung (15) dividiert, so ergibt sich:

\V_D'\

Vd \

V_D 1 + Vd'

tg<5, (16)

wobei tg<5 und damit δ berechnet werden kann, da tgΦ, Vd und V_D' bekannt sind.

109 517/28

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

Vah = V j cos δ,

(17)

wobei durch Einsetzen des betreffenden Wertes für V aus der Gleichung (14) sich die nachstehende Gleichung ergibt:

Va h =

AH =

Vd + j Vd'

2 cos Φ

(18)

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

VCH = \V sin δ

(19)

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

Vd'\-\Vd\ 2 sin Φ

(20)

Aus den obenstehenden Ausführungen ist zu ersehen, daß alle Größen zum Auflösen von Vah und Vch bekannt sind. Wenn nötig, kann bei bekannten Vah und Vch V leicht aufgelöst werden, da

V =

(21)

Claims

Patentansprüche:

1. Gerät zum Bestimmen der relativen Geschwindigkeit zwischen zwei Objekten, bei dem auf dem einen Objekt mindestens ein Sender elektromagnetischer Strahlung mit begrenztem Strahlungswinkel befestigt ist und in einem bestimmten Abstand von jedem Sender mindestens ein Empfänger angeordnet ist, der die von dem zweiten Objekt reflektierte Strahlung vorzugsweise rasterförmig empfängt und sie in eine geschwindigkeitsabhängige Frequenz umwandelt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender (11, 31) eine Wellenstrahlung von so begrenzter Bandbreite erzeugt, daß die Anzahl ihrer Wellenlängen bei einer Frequenz innerhalb der Bandbreite im Übertragungsstrahl (12, 32) sich um nicht mehr als eine Einheit (/) von der Anzahl bei irgendeiner anderen Frequenz innerhalb der Bandbreite an jedem Punkt in dem begrenzten Strahlbereich unterscheidet, damit beim Bestrahlen des begrenzten Bereichs auf dem zweiten Objekt (13, 33) ein reflektiertes Muster (16, 36) bestimmter Strahlenkeulen von willkürlicher Amplitude und willkürlichem Abstand erzeugt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Empfänger (17, 21) ein optisches Raster (22) mit einer Anzahl von abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen aufweisen, wobei das optische Raster (22) so orientiert ist, daß die abwechselnden lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereiche praktisch senkrecht zu einem Geschwindigkeitsvektor (V) stehen, der durch die relative Geschwindigkeit zwischen den beiden Objekten (13, 14) bestimmt wird, und daß ein Fotodetektor (17')

10

nahe dem Raster (22) auf der vom zweiten Objekt (13) fern liegenden Seite angeordnet ist, der eine Anzahl von Signalen von aufeinanderfolgenden bestimmten Strahlenkeulen des reflektierten Leistungsmusters (16) erzeugt, wenn die Strahlenkeulen an aufeinanderfolgenden lichtdurchlässigen Bereichen des Empfängers (17', 21) vorbeibewegt werden, und die Signale summiert.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der lichtdurchlässigen Bereiche des optischen Rasters (22) ungefähr gleich 74 % des Durchmessers der Strahlungsöffnung des Senders (11) ist und daß der Abstand (s) zwischen den lichtdurchlässigen Bereichen ungefähr gleich dem doppelten Durchmesser der Strahlungsöffnung ist.

4. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Empfängern (1, 2 ... N), die in gleichem Abstand (s) entlang der Länge eines Geschwindigkeitsvektors (V) angeordnet sind, der durch die relative Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt (34, 33) bestimmt wird, wobei jeder Empfänger (1, 2 ... JV) eine begrenzte Öffnung besitzt, und durch Summiervorrichtungen, die die Ausgangssignale der Empfänger (1, 2 ... JV) summieren.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Sender vorgesehen sind, von denen jeder einen Strahl einer elektromagnetischen Strahlung gegen eine von dem genannten Fahrzeug körperlich entfernt liegende Fläche richtet und auf dieser den genannten begrenzten Bereich bestrahlt, daß jedem Sender eine gesonderte Anzahl von Empfängern zugeordnet ist, die die von dem genannten bestrahlten Bereich 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 (120, 121) zugeordnet sind, die auf die summierten Ausgänge der Empfänger ansprechen und deren Frequenz messen, daß die genannten beiden Sender und die ihnen zugeordneten Empfänger beiderseits der Längsachse des Fahrzeuges angeordnet sind derart, daß deren Geschwindigkeitsermittlungsachsen zu den entgegengesetzten Seiten unter dem gleichen Winkel (Φ) geneigt sind, und daß eine Einrichtung (122) vorgesehen ist, die auf Grund der Ausgänge der letztgenannten Einrichtungen (120, 121) die Fahrzeuggeschwindigkeit in bezug auf den Bezugsrahmen und den Abtriftwinkel berechnet.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sender aus einem HF-Sender besteht, der einen HF-Strahl erzeugt, und daß jeder der Empfänger eine Empfangsantenne zum Auffangen der von der Bezugsfläche reflektierten HF-Wellen, einen Demodulator zum Absondern und Entfernen der Sendefrequenz aus dem empfangenen Signal,und eine Summierungsschaltung aufweist, die auf jeden der Demodulatoren anspricht und die empfangenen Signale summiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen