DE1798276C

DE1798276C - Device for determining the speed and / or the path of vehicles by measuring the Doppler effect

Info

Publication number: DE1798276C
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 2800 Bremen Stedtnitz
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Publication date: 1972-11-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Be-Stimmung der Geschwindigkeit und/oder des Weges von Fahrzeugen durch Messung des Dopplereffektes mittels gegen die Bewegungsrichtung um einen Winkel α geneigter, gebündelter Schallwellen, die von aus äquidistanten einzelnen Schwingerelementen be-The invention relates to a device for determining the speed and / or the path of vehicles by measuring the Doppler effect by means of an angle against the direction of movement α inclined, bundled sound waves generated by equidistant individual transducer elements

stehenden ebenen parallelen Sende- und Empfangsschwingergruppen abgestrahlt bzw. empfangen werden.standing, flat parallel transmitting and receiving transducer groups emitted or received will.

Bei Vorrichtungen der genannten Art ist es üblich, mit mehreren Abstrahlkeulen, sogenannten Dopplerruhlern oder -keulen, zu arbeiten. Häufig benutzt man, um die Bewegung des Fahrzeuges aus Bewegungskomponenten in Form zweier rechtwinklig zueinander ausgerichteter Koordinaten in der Ebene der Bewegung zu erfassen, zwei Dopplerfühler, deren Strahlrichtungen azimutal um 90° gegeneinander verdreht sind und unter einem Winkel α von etwa 45 bis 60° gegen die Bewegungsebene schräg strahlen bzw. aus dieser Richtung empfangen. Zu jedem Sendefühler gehört ein entsprechender Empfangsfühler.In devices of the type mentioned, it is customary to use several radiation lobes, so-called Doppler noise or clubs to work. Often one uses to the movement of the vehicle from movement components in the form of two coordinates aligned at right angles to each other in the plane of movement, two Doppler sensors, whose Beam directions are azimuthally rotated by 90 ° to each other and at an angle α of approximately Radiate at an angle of 45 to 60 ° against the plane of movement or receive from this direction. To each transmitter probe includes a corresponding reception sensor.

Strahlt beispielsweise das eine Dopplerfühlerpaar in Richtung »Voraus« und »Rückwärts«, so ist durch Ermittlung der Frequenzdifferenz zwischen einem Voraus- und dem dazugehörigen Rückwärts-Empfangsfühler unmittelbar die Dopplerfrequenz meßbar.If, for example, one pair of Doppler sensors shines in the direction of "ahead" and "backwards", it is through Determination of the frequency difference between a forward and the associated backward receiving sensor the Doppler frequency can be measured directly.

Diese Methode ist unter dem Namen »Janus-Verfahren« bekanntgeworden und beispielsweise in der französischen Patentschrift 1 273 530 beschrieben. Ein Problem besteht darin, hierfür Schwingeranordnungen zu finden, die sich am Boden eines Fahrzeuges einfach einbauen lassen und eine strömungstechnisch günstige Form haben; ferner soll der Einfluß schwankender Schallgeschwindigkeit ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit sein.This method has become known under the name »Janus method« and is, for example, in French patent 1,273,530. One problem is this oscillator arrangements to find that can be easily installed on the floor of a vehicle and one in terms of flow have favorable shape; furthermore, the influence of fluctuating sound velocity should be without Influence the measurement accuracy.

Bisher sind bei Wasserfahrzeugen Schwingeranordnungen bekannt, bei denen jede Abstrahlkeule von je einem Schwingerelement geeigneter Größe abgestrahlt bzw. empfangen wird und vier Schwingerelemenle für die vier Sendekeulen und vier weitere Schwingerelemente für die vier Empfangskeulen auf zwei kegelförmigen Haltern angebracht sind. Die beiden je vier' Schwingerelemente tragenden, zur Entkopplung von Sende- und Empfangskeulen gewöhnlich übereinander oder nebeneinander angeordneten Kegel sind aber nur für geringere Geschwindigkeiten geeignet und beispielsweise bei im flachen Wasser fahrenden Wasserfahrzeugen wegen ihrer exponierten Lage unterhalb des Bodens sehr gefährdet. In der USA.-Patentschrift 3 274 535 ist eine Anordnung beschrieben, bei der das Schwingerelement unter einem solchen Winkel unterhalb des Bodens an einem Wasserfahrzeug befestigt ist, daß die senkrecht zur Oberfläche des Schwingerelementes abgestrahlte bzw. empfangene gebündelte Schall-So far, oscillator arrangements are in watercraft known, in which each radiation lobe emitted by a respective transducer element of suitable size or is received and four Schwingerelemenle for the four transmission lobes and four others Oscillating elements for the four receiving lobes are attached to two conical holders. the Both of them, each carrying four 'transducer elements, are usually used to decouple transmit and receive lobes However, cones arranged one above the other or next to one another are only for lower speeds suitable and for example in watercraft moving in shallow water because of their exposed location below the ground is very endangered. U.S. Patent 3,274,535 is one Arrangement described in which the vibrator element at such an angle below the Bottom is attached to a watercraft that the perpendicular to the surface of the transducer element radiated or received bundled sound

energie die gewünschte Neigung gegen die interessie- zu einem Mehrphasensystem zusammengeschaltetenergy the desired inclination against the interest- interconnected to a multi-phase system

rende Bewegungsrichtung aufweist. sind, das sendeseitig an einen Mehrphasengeneratorhas rende direction of movement. are transmitted to a polyphase generator

Dabei kann der Winkel der Befestigung des Schwin- und empfangsseitig über die einzelnen Phasen inThe angle of attachment of the Schwin and receiving side can be determined by the individual phases in

gerelementes in Abhängigkeit von der in der Um- zyklischer Wiederholung durchschaltende Einrich-gerelementes depending on the device switching through in the cyclical repetition

gebung des Schwingerelementes herrschenden Wasser- 5 tungen an eine frequenzbewertende Schaltung ange-water conditions prevailing in the vibrator element to a frequency-evaluating circuit.

temperatur geringfügig geändert werden; um den schlossen ist.temperature can be changed slightly; around which is closed.

Fehlereinfluß auszugleichen, der bei der Doppler- Als Mehrphasengenerator, zur Anregung der messung von infolge von Temperaturschwankungen Schwingerelemente mit einer starr vorgegebenen Phaim Wasser hervorgerufenen, wechselnden Schall- senverschiebung gegeneinander, eignet sich insbegeschwindigkeiten herrührt. Die übrigen Einfluß- io sondere ein Dreiphasengenerator. Gegenüber der größen auf die momentane Wasserschallgeschwin- Anwendung teurer Laufzeitglieder läßt sich bei dieser digkeit, insbesondere die in Küstennähe bedeutsamen Ausführungsform der Erfindung die technisch elegante Schwankungen von Salzgehalt und Verschmutzungs- Lösung für die Erzeugung je einer gebündelten, grad des Wassers, werden durch eine solche tem- schräg gerichteten Sende- bzw. Empfangskeule wirtperaturabhängige Steuerung aber nicht erfaßt. Die 15 schaftlich mit geringem Aufwand verwirklichen. Der MeSgenauigkeit dieser Anordnung ist daher nicht mechanische Strömungswiderstand der flach im Boden ausreichend, da sie durch Schwankungen der Schall- des Wasserfahrzeuges eingebauten Schwingergruppen geschwindigkeit beeinflußt wird. Bei einer anderen ist minimal. Besondere herausragende und teuere in der genannten USA.-Patentschrift beschriebenen Haltekonstruktionen sind nicht erforderlich.
Anordnung ist das Schwingerelement durch eine aus 20 Um sowohl vorwärts wie rückwärts gerichtete vielen, äquidistant angeordneten Schwingerelementen Sende- bzw. Empfangskeulen zu gewinnen, kann bestehende Gruppe ersetzt, deren gemeinsame Ober- das Mehrphasensystem der Sende- bzw. Empfangsfläche einen solchen Winkel gegen die Bewegungs- Schwingergruppen in der Reihenfolge in der Beweebene aufweist, daß eine — zunächst — senkrecht gungsrichtung benachbarter Schwingerelemente sovon dieser Oberfläche abgestrahlte bzw. empfangene 25 wohl in zyklischer als auch in antizyklischer Wiedergebündelte Schallenergie die gewünschte Neigung holung gleichzeitig, d. h. durch zwei einander gegenhat. Die einzelnen Schwingerelemente sind dabei an sinnig überlagerte Drehfelder, betrieben bzw. durchverschiedene Punkte eines phasendrehenden Netz- geschaltet werden.To compensate for the influence of errors that result from the Doppler speed. The rest of the influence- io special a three-phase generator. Compared to the size of the current waterborne sound velocity application of expensive transit time elements, the technically elegant fluctuations of salinity and pollution solution for the generation of a bundled degree of water can be avoided with this dexterity, especially the embodiment of the invention that is important near the coast inclined sending or receiving lobe, temperature-dependent control but not recorded. Realize the 15 economically with little effort. The measuring accuracy of this arrangement is therefore not sufficient mechanical flow resistance of the flat in the ground, since it is influenced by fluctuations in the speed of the vibrator groups built into the watercraft. Another is minimal. Particularly outstanding and expensive retaining structures described in the aforementioned USA patent are not required.
Arrangement is the transducer element by one of 20 In order to gain both forward and backward directed many, equidistantly arranged transducer elements transmitting or receiving lobes, the existing group can be replaced whose common upper- the multiphase system of the transmitting or receiving surface such an angle against the movement - Oscillator groups in the order in the plane of movement that one - initially - perpendicular movement direction of neighboring oscillator elements so radiated or received from this surface 25 probably in cyclic and anti-cyclic re-bundled sound energy has the desired inclination at the same time, ie by two opposing each other. The individual oscillator elements are operated on sensibly superimposed rotating fields or switched through different points of a phase-rotating network.

werks angeschlossen, das aus einer aus der Sonar- Für diesen zyklischen und antizyklischen Betrieb Peiltechnik zur Richtungskompensation bekannten 30 werden im Mehrphasengenerator zweckmäßig zwei L-C-Verzögerungskette besteht. In Abhängigkeit von Oszillatoren kombiniert verwendet, deren Arbeits-Schwankungen der umgebenden Wassertemperatur frequenzen einen geringfügigen Frequenzunterschied können sich hierbei die Phasendrehungen der ein- voneinander aufweisen. Die Möglichkeit, daß störende zelnen Glieder der Verzögerungskette ändern und Sendeenergie des zyklischen Betriebes (d. Ii. der voraus so eine geringfügige Schwenkung der Schallabstrah- 35 gerichteten Schallstrahlung) über eine Voraus-Nebenlung, von der Lotrechten auf die Oberfläche der keule gerade in Richtung der Hauptkeule des anti-Schwingerelemente bewirken, um durch geänderte zyklischen Betriebes und damit der rückwärts ge-Abstrahl-/Empfangsrichtungden Temperaturanteil bei richteten Schallstrahlung — oder umgekehrt — ab-Schallgeschwindigkeitsschwankungen auf die Dopp- strahlt, 'st dann nicht mehr problematisch, weil lermessung auszugleichen. 40 empfangsseitig über Frequenzdiskriminatoren einefactory connected, the one from the sonar For this cyclical and countercyclical operation DF technology for direction compensation known 30 are expediently two in the multi-phase generator L-C delay chain exists. Depending on the oscillators used combined, their work fluctuations the surrounding water temperature frequencies a slight frequency difference can have the phase rotations of the one from the other. The possibility of being disruptive Change individual links of the delay chain and transmit energy of the cyclical operation (i.e. the advance such a slight swiveling of the sound radiation directed towards the sound radiation) over a preconditioning, from the perpendicular to the surface of the lobe straight in the direction of the main lobe of the anti-transducer element cause to change the cyclical operation and thus the reverse transmission / reception direction Temperature component for directed sound radiation - or vice versa - from fluctuations in the speed of sound on the double beam, 'is then no longer problematic because to compensate for the measurement. 40 at the receiving end via frequency discriminators

Auch mit einer solchen Einrichtung, die vor allem Trennung solcher Energieanteile unterschiedlicher den Nachteil hat, daß sie den strömungstechnischen Herkunft durchgeführt werden kann.
Anforderungen nicht entspricht, kann der Einfluß Um den Einfluß von vertikalen Bewegungen, beivon Schwankungen der Wasserschallgeschwindigkeit spielsweise der Seegangsbewegungen bei Wasserinsgesamt, unter Berücksichtigung aller ihrer Ur- 4s fahrzeugen, auf die Messung des Dopplereffektes sachen, nicht voll ausgeglichen werden. Auch werden der horizontalen Nutzbewegung in an sich bekannter hierbei als zusätzliche Unsicherheitsfaktoren die aus Weise zu eliminieren, wird empfangsseitig eine Dilfeder Erstellung von Sonar-Peilanlagen geläufigen Pro- renzbildung ausgenutzt, der sich ein Mittelwertbildner bleme des praktischen Abgleichens und der Betriebs- anschließt, der aus den Schwerpunkten der empfankonstanz von Laufzeitkettengliedern für definierte 50 genen Dopplerspektren eine der Bewegung direkt Phasendrehungen zwischen benachbarten Schwinger- proportionale Meßgröße liefert. Dieser Mittelwertelementen zusätzlich als Fehlerquellen eingeführt. bildner enthält zweckmäßig einen als Tracker aus-Diese Bauart ist außerdem teuer, weil hochwertige gebildeten Integral-Frequenzregelkreis, der stets auf Verzögerungsketten benötigt werden. einen solchen Frequenzwert nachläuft, der für dasEven with such a device, which above all separates such different energy components, it has the disadvantage that it can be carried out according to the fluidic origin.
Does not meet the requirements, the influence of vertical movements, such as fluctuations in the water-borne sound velocity, for example, the swell movements in water as a whole, taking into account all of their original vehicles on the measurement of the Doppler effect, cannot be fully compensated for. The horizontal useful movement is also known per se as additional uncertainty factors that can be eliminated from the way in which a dilfeder creation of sonar direction finding systems is used on the receiving side, which is followed by an averaging system based on the practical comparison and the operational level The focal points of the reception constancy of transit time chain links for defined 50 specific Doppler spectra are supplied by a measured variable that is directly proportional to the movement between neighboring oscillators. These mean value elements are also introduced as sources of error. bildner expediently contains a tracker from this type of construction is also expensive because high-quality integral frequency-locked loop, which are always required on delay chains. lags such a frequency value that for the

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich 55 Dopplerspektrum und damit die gesuchte Bewegungsebene äquidistante Schwingergruppen besonders vor- komponente maßgebend ist. Die Summe von aus teilhaft zum Erzeugen gebündelter, gegen die Horizon- den Ausgangsfrequenzen nach empfangsseitiger Abtale geneigter akustischer Wellen für Dopplermeß- tastung herausgefilterlen Nutzspektren dient dem geräte auf Fahrzeugen ausnutzen lassen, weil der Regelkreis als Führungsgröße. Die Regelgröße des von der Schallgeschwindigkeit abhängige Abstrah- 60 Regelkreises ist der Frequenzwerl, dessen Abweichung lungswinkel gegen die Horizontale sich gerade so von der Differenz der Sendefrequenzen proportional verändert, daß der Einfluß von Schwankungen der der Bewegungskomponente, d. h. der zu messenden Schallgeschwindigkeit auf die Dopplerfrcqucnz elimi- Geschwindigkeit des Fahrzeuges ist.
niert wird. Die Erfindung besteht darin, daß die Die Erfindung ist an Hand der Zeiciinung näher einzelnen Schwingerelemente der parallel zu der 65 erläutert, und zwar zeigtThe invention is based on the knowledge that the Doppler spectrum, and thus the movement plane sought, equidistant oscillator groups, especially precomponent, are decisive. The sum of the useful spectra that are partially bundled to generate output frequencies against the horizon after the receiving end of acoustic waves inclined for Doppler measurement is filtered out by the device on vehicles, because the control loop is used as a reference variable. The controlled variable of the radiation control loop, which is dependent on the speed of sound, is the frequency value, the deviation angle of which from the horizontal changes proportionally to the difference in the transmission frequencies so that the influence of fluctuations in the movement component, i.e. the speed of sound to be measured, on the Doppler frequency is eliminated - is the speed of the vehicle.
is ned. The invention consists in that the individual oscillator elements of the parallel to FIG

Bewegungsrichtung im Boden des Fahrzeuges ein- F i g. 1 a eine Prinzipdarstellung der AnwendungDirection of movement in the floor of the vehicle a F i g. 1 a shows the principle of the application

gebauten Sende- und Empfangsschwingergruppen in des bekannten Janus-Verfahrens, bei einem Wasser-built transmitting and receiving transducer groups in the well-known Janus process, with a water

der Reihenfolge längs der Bewegungskomponente fahrzeug in perspektivischer Darstellung.the sequence along the movement component vehicle in a perspective view.

F i g. 1 b Richtcharakteristiken einer Sende- und Empfangsschwingergruppe der X-Koordinatenrichtung, F i g. 1 b Directional characteristics of a transmitting and receiving transducer group in the X coordinate direction,

F i g. 2 eine an einen Dreiphasengenerator angeschlossene Sendeschwingergruppe,F i g. 2 a transmitter transducer group connected to a three-phase generator,

F i g. 3 eine Sende- bzw. Empfangsschwingergruppe in anderer Ausführungsform, die durch ihre annähernd elliptische Flächenbesetzung Nebenkeulen der Richtcharakteristik reduziert,F i g. 3 a transmitting or receiving oscillator group in another embodiment, which by their approximately elliptical surface occupation side lobes of the directional characteristic reduced,

F i g. 4 ein Blockschaltbild zur Erregung der Sendeschwingergruppe,F i g. 4 a block diagram for the excitation of the transmitter transducer group,

F i g. 5 ein Frequenzspektrum der Sende- und Empfangsfrequenzen,F i g. 5 a frequency spectrum of the transmit and receive frequencies,

F i g. 6 ein Frequenzspektrum der Empfangsfrequenzen nach antizyklischer Abtastung,F i g. 6 a frequency spectrum of the receiving frequencies after countercyclical sampling,

F i g. 7 ein Frequenzspeklrum der Empfangsfrequenzen nach zyklischer Abtastung,F i g. 7 a frequency spectrum of the received frequencies after cyclical scanning,

F i g. 8 ein Blockschaltbild der empfangsseitigen Abtastung,F i g. 8 is a block diagram of the scanning at the receiving end,

F i g. 9 ein Blockschaltbild des Trackers.F i g. 9 is a block diagram of the tracker.

In F i g. 1 a ist die Anwendung des Janus-Verfahrens nach dem bekannten Stand der Technik bei einem Wasserfahrzeug F dargestellt. Mit K₁ sind dabei die in Bewegungsrichtung, also auch vorwärts abgestrahlten Hauptkeulen der Sende- und Empfangsschwingergruppen, mit K₂ ihre entgegengesetzt, also nach rückwärts gerichteten Hauptkeulen bezeichnet.In Fig. 1 a, the application of the Janus method according to the known prior art in a watercraft F is shown. With K ₁ , the main lobes of the transmitting and receiving transducer groups that are radiated in the direction of movement, that is also forwards , are denoted by K ₂ their opposing, that is, backward-directed main lobes.

In F i g. 1 b ist für eine Koordinatenrichtung, die Voraus-Fahrtrichtung oder x-Richtung als Riehtung der interessierenden Bewegungskomponente des Fahrzeuges F, die Richtcharakteristik von Sende- und Empfangsschwingern schematisch dargestellt. Hierbei sind mit K₁ bzw. K₂ wiederum die Hauptkeulen bezeichnet, während mit N₁ bzw. N₂ auftretende Nebenkeulen bezeichnet sind.In Fig. 1 b is shown schematically for a coordinate direction, the advance direction of travel or the x-direction as the direction of the movement component of interest of the vehicle F, the directional characteristic of transmitting and receiving transducers. In this case, the main lobes are in turn denoted by K ₁ and K ₂ , while the secondary lobes occurring are denoted by N ₁ and N _{2, respectively.}

Bei der Sendeschwingergruppe nach F i g. 2 sind scheibenförmige Schwingerelemente 1 in zwei oder mehr auf Lücke stehenden Zeilen nebeneinander in x-Richtung angeordnet und zu einer Gruppe 2 zusammengefaßt. Die notwendige Anzahl der Schwingerelemente 1 ergibt sich dabei in bekannter Weise aus der gewünschten Richtcharakteristik für die Keulen K in F i g. 1 b. Werden gleiche Elemente statt für den Sendefall für den Empfangsfall betrachtet, wird ihrem Bezugszeichen im folgenden ein Apostroph beigefügt.In the case of the transmitter oscillator group according to FIG. 2, disc-shaped transducer elements 1 are arranged in two or more gap-spaced rows next to one another in the x-direction and combined to form a group 2. The necessary number of transducer elements 1 results in a known manner from the desired directional characteristic for the lobes K in FIG. 1 b. If the same elements are considered for the case of receipt instead of the case of transmission, an apostrophe is added to their reference number in the following.

F i g. 3 zeigt, wie die Speisung der einzelnen Schwingerelemente 1 mit Spannung unterschiedlicher Phase dadurch erreicht wird, daß bei der gewählten Ausführung mit einem Dreiphasengenerator als Mehrphasengenerator M zwei in x-Richtung benachbarte Schwingerelemente 1 speisende Spannungen jeweils um 120° gegeneinander phasenverschoben sind.F i g. 3 shows how the supply of the individual oscillator elements 1 with voltages of different phases is achieved in that, in the selected embodiment with a three-phase generator as a multiphase generator M, two voltages feeding adjacent oscillator elements 1 in the x-direction are each phase shifted by 120 °.

Dabei wird jedes dritte Schwingerelement 1 wieder mit der nach Betrag und Phase gleichen Spannung gespeist; alle jeweils dritter. Schwingerelemente 1 können "also miteinander verbunden werden. Die drei Zuleitungen R, S, T mit 0, 120 und 240^r Phasenverschiebung sind an den Dreiphasengenerator angeschlossen. Sie bilden ein Drehstromsystem mit der Betriebsfrequenz des Dreiphasengenerators als Umlauf- oder Drehfrequenz. Nach der Erfindung wären aber auch andere Mehrphasen-Systeme mit geringerem Phasenwinkel anwendbar.Every third oscillator element 1 is fed with the same voltage in terms of magnitude and phase; all third. Oscillator elements 1 can be connected to one another. The three leads R, S, T with 0, 120 and 240 ^r phase shift are connected to the three-phase generator but other multiphase systems with a smaller phase angle can also be used.

Der Abstand x, zweier Schwingerelemente ergibt sich aus dem gewünschten Abstrahl-Winkel α und der Wellenlänge /. der abgestrahlten Sendefrequenz /_s.The distance x, between two oscillator elements results from the desired radiation angle α and the wavelength /. the emitted transmission frequency / _s .

Er errechnet sich nach der FormelIt is calculated using the formula

Xl =Xl =

3 cos u3 cos u

(1/3 wegen 120°), (1)(1/3 because of 120 °), (1)

wobei u der Neigungs-Winkel einer Hauptkeule K der Richtcharakteristik gegen die Bewegungsebene ist.where u is the angle of inclination of a main lobe K of the directional characteristic with respect to the plane of movement.

Bei üblichen Werten von α zwischen 45 und 60° ergeben sich für X₁ Werte zwischen 0,67 und etwa 0,5 /.. Da andererseits die Schwingerelemente 1 üblicherweise einen Durchmesser D von etwa 0,9... 1,1 / haben, werden Schwingerelemente 1 dieser Abmessungen in mindestens zwei Zeilen auf Lücke versetzt nebeneinander angeordnet, so daß die genannten Abstände X₁ in x-Richtung realisierbar sind.With customary values of α between 45 and 60 °, _{values between 0.67 and approximately 0.5 / .. result for X 1.} Since, on the other hand, the transducer elements 1 usually have a diameter D of approximately 0.9 ... 1.1 / , transducer elements 1 of these dimensions are arranged in at least two rows with a gap next to one another, so that the mentioned distances X ₁ can be realized in the x-direction.

Es können auch noch weitere Zeilen hinzugefügt werden, wenn das erforderlich ist, um eine bestimmte Richtcharakteristik zu erzielen. Sind Schwingerelemente 1 kleineren Durchmessers D verfügbar oder ergeben sich für eine bestimmte gewünschte Charakteristik größere X₁-Werte, so wird man die Schwingerelemente 1 nebeneinander in durchgehenden Zeilen zu einer Gruppe 2 kombinieren.Additional lines can also be added if this is necessary to achieve a specific directional characteristic. If transducer elements 1 of smaller diameter D are _{available or if larger X 1} values result for a certain desired characteristic, then transducer elements 1 will be combined next to one another in continuous lines to form a group 2.

Bekanntlich ergibt sich eine Dopplerfrequenz J f_D aus Schallgeschwindigkeit c, Geschwindigkeit ν der interessierenden Bewegungskomponente des Fahrzeuges F, der Sendefrequenz j_s und dem Abstrahlwinkel ο gegen die Bewegungskomponente nach der FormelAs is known, a Doppler frequency J f _D results from the speed of sound c, speed ν of the movement component of interest of the vehicle F, the transmission frequency j _s and the radiation angle ο against the movement component according to the formula

Af₀ = -y- ·/, · cos α . (2) Af ₀ = -y- · /, · cos α. (2)

Löst man die Gleichung (1) nach cos α auf und setzt sie in (2) ein, erhält man mit c = / -f_s Solving equation (1) for cos α and inserting it into (2), one obtains with c = / -f _s

Daraus ergibt sich die bemerkenswerte Eigenschaft dieser Anordnung der Schwingerelemente 1 in der Gruppe 2, daß die Schallgeschwindigkeit c, deren Kompensation bei anderen Anordnungen stets kritisch und umständlich ist, in den Dopplereffekt nicht mehr eingeht. Die Dopplerfrequenz Δ f_D ist vielmehr nur vom Abstand X₁ der Schwingerelemente 1 und von der horizontalen Geschwindigkeit ν abhängig.This results in the remarkable property of this arrangement of the transducer elements 1 in group 2 that the speed of sound c, the compensation of which is always critical and cumbersome in other arrangements, is no longer included in the Doppler effect. Rather, the Doppler frequency Δ f _D is only dependent on _{the distance X 1 between} the oscillating elements 1 and on the horizontal speed ν.

Das ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil ein Fehler in der Dopplerfrequenz J f_D sich bei der Wegmessung aufsummiert und die Genauigkeit beeinträchtigt Diese Unabhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit c ist ein wesentlicher Vorteil der Erfindung.This is of particular importance because an error in the Doppler frequency J f _D adds up in the distance measurement and impairs the accuracy. This independence from the speed of sound c is an essential advantage of the invention.

Wird die Gruppe 2 aus dem Mehrphasengenerator M mit einem Drehfeld r, s, t, das mit der Sendefrequenz f_s der abgestrahlten Schallenergie periodisch umläuft, gespeist, so wird eine Hauptkeule K unter dem Winkel α gegen die Ebene der Gruppe 2 abgestrahlt. Da die Anordnung der Schwingerelemente 1 symmetrisch ist, ist eine Abstrahlung prinzipiell nach der einen wie nach der anderen Seite möglich. Tatsächlich hängt die Abstrahlrichtung nur vom Drehsinn, d. h. der Phasenfolge des Drehfeldes r, s, ί auf den Zuleitungen R, S, T und damit der zeitlichen Staffelung der Anregung der Schwingerclemente 1 ab. Da die Schwingerelemente 1 praktisch lineares elektromechanisches Verhalten aufweisen, ist es möglich, die Gruppe 2 mit zwei einander überlagerten Drehfeldern η, s,, J₁; r₂, i₂. S₂ gleichzeitigIf group 2 is fed from the polyphase generator M with a rotating field r, s, t that periodically rotates with the transmission frequency f _{s of} the emitted sound energy, a main lobe K is emitted at the angle α against the plane of group 2. Since the arrangement of the oscillator elements 1 is symmetrical, radiation is possible in principle to one side as well as to the other. In fact, the direction of radiation depends only on the direction of rotation, ie the phase sequence of the rotating field r, s, ί on the supply lines R, S, T and thus the time grading of the excitation of the oscillator elements 1. Since the oscillator elements 1 have practically linear electromechanical behavior, it is possible to use the group 2 with two superimposed rotating fields η, s ,, J ₁ ; r ₂ , i ₂ . S ₂ at the same time

zu speisen, die entgegengesetzten Drehsinn haben. Dabei ist es nicht einmal erforderlich, daß beide Drehfelder r_h s_h t, (/ = 1,2) gleiche Dreh- und damit die Schwingerelemente 1 gleiche Sendefrequenz f_s = /j = /₂ haben. Meist reicht es, wenn beide Frequenzen/! und f₂ innerhalb der mechanischen Bandbreite der Schwingerelemente 1 liegen.to dine that have opposite directions of rotation. It is not even necessary for both rotating fields r _h s _h t, (/ = 1,2) to have the same rotating frequency and thus the oscillating elements 1 to have the same transmission frequency f _s = / j = / ₂ . It is usually sufficient if both frequencies /! and f ₂ lie within the mechanical bandwidth of the oscillator elements 1.

Die Darstellung in F i g. 1 b kann auch interpretiert werden als die zweier sendeseitiger Richtcharakteristiken und ihrer Hauptkeulen K₁ und K₂. wobei die Keule K₁ von einem Drehfeld r,, S₁, t,, also mit der als zyklisch bezeichneten Phasenfolge 0,120,240°, z. B. nach voraus, und die Keule K₂, mit dagegen antizyklischer Phasenfolge 0, 120, 240° von einem gegenläufigen Drehfeld r₂, t₂, s₂, dann nach rückwärts gerichtet, erzeugt wird.The representation in FIG. 1 b can also be interpreted as the two directional characteristics on the transmission side and their main lobes K ₁ and K ₂ . where the lobe K ₁ of a rotating field r ,, S ₁ , t ,, ie with the phase sequence referred to as cyclic 0.120.240 °, z. B. ahead, and the lobe K ₂ , on the other hand, with a countercyclical phase sequence 0, 120, 240 ° by an opposing rotating field r ₂ , t ₂ , s ₂ , then directed backwards, is generated.

Die Frequenzen /, und /₂ der um 120° unterschiedlichen drei Phasen der Drehfelder /·,-, S₁-, i, werden, wie F i g. 4 zeigt, in bekannter Weise durch Teilen von (ι x 3) höheren Oszillatorfrequenzen gewonnen, wobei ι eine ganze Zahl ist. Die Oszillatorfrequenzen, die im Beispiel als 6 Z₁ und 6 /₂ (d. h. t = 2) gewählt sind, werden in den Oszillatoren 3 a und 3 b erzeugt und in drei in Ring geschalteten JK-Flip-Flops 4a, 5a, 6a und 4b, 5b, 6b geteilt. Diese steuern unmittelbar die Sendestufen la und 7 b, deren Ausgangsspannungen im zueinander entgegengesetzten Drehsinn, also die Drehfelder ?·,· in der Weise r, mit r₂, S₁ mit t₂ und t, mit S₂, über Filter S_R, 8_S, 8_r addiert werden. Die so überlagerten Drehi'elder r_h S₁-, f, (/ = 1,2) können dann über drei Zuleitungen R, S, T in Sternschaltung auf die Gruppe 2 der Schwingerelemente 1 geschaltet werden. Die allen Schwingerelementen 1 und den Sendestufen 7 gemeinsame Sternleitung ist in F i g. 4 nicht dargestellt. The frequencies /, and / _{2 of} the three phases of the rotating fields / ·, -, S ₁ -, i, which differ by 120 ° are, as in FIG. 4 shows, obtained in a known manner by dividing (ι x 3) higher oscillator frequencies, ι being an integer. The oscillator frequencies, which are selected in the example as 6 Z ₁ and _6/2 (ie, t = 2), are in the oscillators 3 a and 3 b generated and in three connected in a ring JK flip-flop 4a, 5a, 6a, and 4b, 5b, 6b shared. These directly control the transmission stages la and 7b, the output voltages of which are in opposite directions of rotation, i.e. the rotating fields? ·, · In the manner r, with r ₂ , S ₁ with t ₂ and t, with S ₂ , via filter S _R , 8 _S , 8 _{r can be} added. The superimposed rotary signals r _h S ₁ -, f, (/ = 1, 2) can then be connected to group 2 of the transducer elements 1 via three supply lines R, S, T in a star connection. The star line common to all oscillator elements 1 and the transmission stages 7 is shown in FIG. 4 not shown.

Nebenzipfel N, wie sie in F i g. 1 b eingezeichnet sind, lassen sich mit geläufigen Methoden, wie durch Staffelung der Schvvingerelemente 1 in einer Gruppe 2 in Form einer annähernd elliptischen Fläche entsprechend der Darstellung in F i g. 3 und/oder durch Schaltungsmittel zur Amplitudenstaffelung, reduzieren. Trotzdem läßt es sich nicht sicher vermeiden, daß Nebenzipfel N der sendeseitigen Vorwärts-Hauptkeule K₁ mit der Rückwärts-Hauptkeule K₂ des Empfängers und umgekehrt zusammenfallen. Die Folge davon ist eine geringe Ubersprechdämpfung.Secondary lobe N, as shown in FIG. 1 b are drawn in, can be carried out using common methods, such as by staggering the Schvinger elements 1 in a group 2 in the form of an approximately elliptical surface as shown in FIG. 3 and / or by switching means for amplitude graduation. Nevertheless, it cannot be reliably avoided that side lobes N of the forward main lobe K ₁ on the transmission side coincide with the backward main lobe K _{2 of} the receiver and vice versa. The consequence of this is low crosstalk attenuation.

Diese Schwierigkeit wird nach einer Weiterbildung der Erfindung dadurch vermieden, daß sendeseitig die beiden speisenden Drehfelder r_f, s_h r,- (i=l,2) etwas unterschiedliche Frequenzen haben, nämlich /, und f₂. Mit der F i g. 5 wird diese Weiterbildung der Erfindung näher erläutert. Für die Lage der beiden Sendefrequenzen /j und f₂ sowie die dopplerbehafteten Empfangssignale, nämlich der Dopplerspektren Ef₁ und Ef₂ der Voraus- und Rückwärts-Empfangskeulen K₁' und K₂ bei Vorwärtsbewegung des Fahrzeuges F in x-Richtung gilt:According to a further development of the invention, this difficulty is avoided in that the two feeding rotating fields r _f , s _h r, - (i = 1, 2) have slightly different frequencies on the transmitting side, namely /, and f ₂ . With the F i g. 5 this development of the invention is explained in more detail. The following applies to the position of the two transmission frequencies / j and f ₂ and the Doppler-affected reception signals, namely the Doppler spectra Ef ₁ and Ef _{2 of} the forward and backward reception _{lobes K 1} 'and K ₂ when the vehicle F moves forward in the x direction:

J Z₁ _hor der Dopplerfrequenzanteil durchJZ ₁ _hor the Doppler frequency component

horizontale Bewegung,
•J/2/im- der Dopplerfrequenzanteil durchhorizontal movement,
• J / 2 / im- the Doppler frequency component through

horizontale Bewegung,
A /, ,.„., der Dopplerfrequenzanteil durchhorizontal movement,
A /,,. "., The Doppler frequency component through

vertikale Bewegung und mit
Af_2verl der Dopplerfrequenzanteil durch
vertikale Bewegungvertical movement and with
Af _2verl the Doppler frequency component through
vertical movement

bezeichnet istis designated

über Nebenzipfel, z. B. mittels N₁ auf K₂, übersprechende Frequenzanteile der »falschen« Keule sind in Fig. 5, nach Dopplerbehaftung, gestrichelt eingezeichnet.via side lobes, e.g. B. by means of N ₁ to K ₂ , crosstalk frequency components of the "wrong" lobe are shown in Fig. 5, after Doppler liability, dashed.

Durch Mischen werden die Dopplerspektren Ef₁ und Ef₂ in gleiche Frequenzbänder transponiert. Dafür gibt es zwei Möglichkeiten.The Doppler spectra Ef ₁ and Ef _{2 are} transposed into the same frequency bands by mixing. There are two ways to do this.

Im ersten Fall kann jeweils die Sendefrequenz f_s (Z₁ bzw. /₂) der entgegengesetzten Keule K₁ bzw.In the first case, the transmission frequency f _s (Z ₁ or / ₂ ) of the opposite lobe K ₁ or

K₂ zum empfangenen Dopplerspektrum Ef₂ bzw. Ef₁ der anderen Keule K₂ bzw. K₁ hinzuaddiert werden. Es werden also ein empfangenes Dopplerspektrum Ef und die Sendefrequenz der anderen Keule K zusammengefaßt:K _{2 can be added} to the received Doppler spectrum Ef ₂ or Ef _{1 of} the other lobe K ₂ or K ₁ . A received Doppler spectrum Ef and the transmission frequency of the other lobe K are therefore combined:

ΣΛ + /2 = /1 + /2 + Af_{1 hor} + Af_{1 ven} ΣΛ + / 2 = / 1 + / 2 + Af _{1 hor} + Af _{1 ven}

Es ergibt sich aus der Differenzbildung beider SummenIt results from the difference between the two sums

-l/l tor+ J/2/.or
■ ' J1 vcrt ■'-' Jl γι?«-l / l tor + J / 2 / .or
■ ' J 1 vcrt ■' - ' Jl γι? "

ist.
In F i g. 6 ist die Lage der Dopplerspektren nachis.
In Fig. 6 is the position of the Doppler spectra

dieser Transponierung dargestellt. Mit der Abkürzung Ef_t werden die übersprechfrequenzen bezeichnet, die entstehen, wenn Sendeenergie der einen Keule über Nebenzipfel N in die andere Keule gelangt, dort dopplerbehaftet wieder empfangen und im Zuge des Abtastens mit der Sendefrequenz/_s der erstgenannten Keule gemischt wird. Die durch übersprechen aus den Dopplerspektren Ef_x und Ef₂ entstehenden Spektren der Übersprechfrequenzen betragen :this transposition. The abbreviation Ef _t denotes the crosstalk frequencies that arise when transmission energy from one lobe reaches the other lobe via side lobe N , is received again there with Doppler and is _{mixed with the transmission frequency (s) of} the first lobe mentioned in the course of scanning. The spectra of the crosstalk frequencies resulting from crosstalk from the Doppler spectra Ef _x and Ef _{2 are:}

Σ Sm = 2/, + Af_lh„ + J/_lt,_m = Ef₁ + Σ Sm = 2 /, + Af _lh "+ J / _lt , _m = Ef ₁ +

= 2/₂ - Af_2hor + Af_2vcr, = Ef₂ + f₂ = _2/2 - Af Af + _2hor _2vcr, Ef = ₂ + f ₂

darin giltapplies therein

= /i +l/l D=/, + Ι/ι tor +
Zfl = /2 + I/2D = /2 - 1/₂tor + I/2= / i + l / l D = /, + Ι / ι tor +
Zfl = / 2 + I / 2D = / 2 - _1/2 tor + I / 2

'2 vert '2 vert

wobei mit:where with:

die (Sende-) Frequenz der Vorauskeule K,, die (Sende-) Frequenz der Rückwärtskeule K₂.the (transmit) frequency of the forward lobe K ,, the (transmit) frequency of the backward lobe K ₂ .

^JJ2/ior ~ ->Jlhor* ^J J2 / ior ~ -> Jlhor * ^J2vert ~ -¹Jl perl' ^ J2vert ~ - ¹ Jl perl '

da, wie aus Gleichung (3) hervorgeht, die Dopplerfrequenzen Af₀ von den Sendefrequenzen /_s unabhängig sind. Die übersprechfrequenzen Ef₆ liegen außerhalb eines Betriebsbereiches B, der durch maximal auftretende Doppierabweichungen begrenzt ist (F i g. 6), und werden mittels Bandpässen 9 (Fig.8) herausgefiltert.since, as can be seen from equation (3), the Doppler frequencies Af ₀ are independent of the transmission frequencies / _s. The crosstalk frequencies Ef ₆ lie outside an operating range B, which is limited by the maximum doubling deviations that occur (FIG. 6), and are filtered out by means of bandpass filters 9 (FIG. 8).

Im zweiten Fall wird jeweils die Sendefrequenz der entgegengesetzten Keule subtrahiert, wobei sich aus der SubtraktionIn the second case, the transmission frequency of the opposite lobe is subtracted, whereby from the subtraction

^ Jl ~ J₂ — .11 ~ J₁ + ^J₁ bor + '.'1 ri-rl ^ Jl ~ J ₂ - .11 ~ J ₁ + ^ J ₁ bor + '.' 1 ri-rl

Zf₂ - Si = Sx + fi - Δ S₂ *„_r + -Kf_{2 ver}, Zf ₂ - Si = Sx + fi - Δ S ₂ * " _r + -Kf _{2 ver} ,

ergibt.results.

Nach zusätzlicher Subtraktion des Gliedes 2 (Zi -J₂) bleibt die gesuchte DopplergrößeAfter additional subtraction of the term 2 (Zi -J ₂ ) , the Doppler magnitude that is sought remains

Λ Sl hör + J S₂ hör 'Λ S hear + J _{S 2} hear

und es betragen die in diesem Falle aus den Dopplerspektren If₁, If₂ auftretenden niederfrequenten Spektren der Ubersprechfrequenzenand in this case the low-frequency spectra of the crosstalk frequencies occurring from the Doppler spectra If ₁ , If _{2 are}

^/fl21 ⁼ /l + ^Zl hör + ^ Sl ven ~ Sl ^ / fl21 ⁼ / l + ^ Zl hear + ^ Sl ven ~ Sl

= Δ Sl hör+ iSlrer, 2-Su₂₂ — S₁ ~ ' /2 /lor + 'Ί ./2 nc« ~
⁼ ~ ^ /2 hör + «J 72 rc« »= Δ Sl hear + iSlrer, 2-Su ₂₂ - S ₁ ~ '/ 2 / lor +' Ί ./2 nc «~
⁼ ~ ^ / 2 hear + «J 72 rc« »

die wiederum durch Bandpässe 9 (Fig. 8) abgetrennt werden, wie dies mit gestrichelten senkrechten Linien in F i g. 7 angedeutet ist.which in turn are separated by bandpass filters 9 (FIG. 8), as indicated by vertical dashed lines Lines in Fig. 7 is indicated.

Die praktische Bedeutung dieser Transponierung liegt darin, daß das übersprechen durch Nebenzipfel N der einen Richtung in die Hauptkeulen K, K' der anderen Richtung durch empfangsseitige Frequenzselektion der Frequenzanteile von den Sende-Frequenzen/, und f₂ reduziert wird, so daß sich die Nebenzipfeldämpfungen beim Senden und Empfangen addieren. Ist die Dämpfung der Nebenzipfel beim Senden oder Empfangen beispielsweise 12 db, so ergibt sich insgesamt, d. h. über einen ganzen Sende- und Empfangsweg, eine gesamte Nebenzipfeldämpfung von 24 db. Ohne Frequenzselektion würde sich dagegen nur eine Dämpfung von insgesamt 12 db ergeben, die eine Anwendung der Erfindung erheblich beeinträchtigen würde.The practical significance of this transposition is that the crosstalk through side lobes N in one direction into the main lobes K, K 'of the other direction is reduced by frequency selection on the receiving side of the frequency components from the transmission frequencies /, and f ₂ , so that the side lobe attenuation is reduced add up when sending and receiving. If the attenuation of the secondary lobes when transmitting or receiving is, for example, 12 db, the total secondary lobe attenuation is 24 db, ie over an entire transmission and reception path. Without frequency selection, on the other hand, there would only be an attenuation of a total of 12 db, which would considerably impair the application of the invention.

Die Dreiphasigkeit ist bei dieser Betrachtung noch nicht berücksichtigt worden. Tatsächlich werden die Frequenzen Z₁ und f₂ dreiphasig der Gruppe 2 der sendenden Schwingerelemente 1 zugeführt Ebenso werden die empfangenen Dopplerspektren 2"Z₁, Ef₂ der Voraus- und der Rückwärtskeulen K₁', K₂ ^- einander überlagert als Dreiphasensignal an der Gruppe 2' der empfangenen Schwingerelemente Γ erhalten.The three-phase nature has not yet been taken into account in this consideration. In fact, the frequencies Z ₁ and f _{2 are} fed in three phases to the group 2 of the transmitting transducer elements 1. The received Doppler spectra 2 "Z ₁ , Ef _{2 of} the forward and backward lobes K ₁ ', K ₂ ^- are superimposed as a three-phase signal at the group 2 'of the received transducer elements Γ received.

Zum Verständnis der Funktion der Empfangsseite sollen zunächst die bei der Frequenzumsetzung entstehenden Spektren erläutert werden. Nach einem weiteren Schritt der Erfindung wird nämlich die Aufspaltung zwischen dem Signal der Vorauskeule K₁ und dem Signal der Rückwärtskeule K₂ mit der Frequenzumsetzung in sinnvoller Weise kombiniert.In order to understand the function of the receiving end, the spectra arising from the frequency conversion should first be explained. According to a further step of the invention, the splitting between the signal of the forward lobe K ₁ and the signal of the backward lobe K _{2 is combined} with the frequency conversion in a meaningful way.

Bei der in F i g. 8 schematisch dargestellten Schaltungsordnung auf der Empfangsseite sind die Schwingerelemente 1 ebenfalls dreiphasig zusammengefaßt. Die drei Zuleitungen R', S\ T — die allen Schwingern gemeinsame Sternleirung ist nicht dargestellt — führen an zwei als Kommutatoren arbeitende Abtaster 10o und 10b mit je drei Segmenten Ho₁ lib, die für eine Wirkungsweise nach dem zweiten Fall der Mischung geschaltet sind. Der eine Abtaster 10a läuft mit der Sendefrequenz/₂ zyklisch in der Phasenfolge des Drehfeldes r₂, -s₂, t₂ um. Das von der Vorauskeule K[ ankommende Dopplerspektrum If₁ durchläuft in der gleichen Phasenfolge, nämlich mit dem Drehfeld r,. S₁, r,, die Schwingerelemente Γ, und es entsteht am Ausgang des Abtasters 10a ein Differenzspektrum If₁ — f₂. Das ebenfalls anliegende, von der Rückwärtskeule X₂ stammende Dopplerspektrum If₂ weist jedoch antizyklische Signal-Phasenfolge entsprechend einem Drehfeld r₂, t₂, S₂ auf, ergibt also ein im Vergleich dazu hochfrequentes Summenspektrum If₂ + /₂, das herausgefiltert werden kann. Der andere Abtaster 10b läuft mit der FrequenzZi bei antizyklischem Drehfeld r,, i,, s,. Sinngemäß entstehen ein Differenzspektrum Zi — Σ Si- dazu ein Summenspektrum If₁ + Zi* das wiederum herausgefiltert werden kann. Wenn man die Drehrichtung der beiden Abtaster 10a und 10b gegenüber der Darstellung in F i g. 8 umkehren, jedoch die Umlauffrequenzen beibehalten würde, so würden sich nach der Abtastung Frequenzen wie im oben erläuterten ersten Fall als Nutzsignale ZSi +S₂= Si+S₂+If_{1 hlir} + j /, _1W In the case of the in FIG. 8 schematically illustrated circuit arrangement on the receiving side, the transducer elements 1 are also combined in three phases. The three feed lines R ', S \ T - the star line common to all oscillators is not shown - lead to two scanners 10o and 10b working as commutators, each with three segments Ho ₁ lib, which are connected for an operation according to the second case of mixing. One scanner 10a runs at the transmission frequency / ₂ cyclically in the phase sequence of the rotating field r ₂ , -s ₂ , t ₂ . The Doppler spectrum If ₁ arriving from the forward lobe K [ passes through in the same phase sequence, namely with the rotating field r i. S ₁ , r ,, the oscillator elements Γ, and a difference spectrum If ₁ - f ₂ is produced at the output of the scanner 10a. The Doppler spectrum If ₂ , which is also present and originates from the backward lobe X ₂ , however, has an anti-cyclical signal phase sequence corresponding to a rotating field r ₂ , t ₂ , S ₂ , thus results in a high-frequency sum spectrum If ₂ + / ₂ in comparison, which can be filtered out . The other scanner 10b runs at the frequency Zi with an anti-cyclical rotating field r ,, i ,, s ,. Correspondingly, a difference spectrum Zi - Σ Si- is created, plus a sum spectrum If ₁ + Zi *, which in turn can be filtered out. If the direction of rotation of the two scanners 10a and 10b is compared with the illustration in FIG. 8 would reverse, but the rotation frequencies would be retained, then frequencies would result after the sampling as in the first case explained above as useful signals ZSi + S ₂ = Si + S ₂ + If _{1 hlir} + j /, _1W

Zf₁ +Sl=Sl+ S₂ - -1 S₂ hör+ 1 S₂ ,er, Zf ₁ + Sl = Sl + S ₂ - -1 S ₂ hear + 1 S ₂ , er,

ergeben, aus denen sich durch Differenzbildung zwischen diesen beiden Spektren der Nutzdoppierresult from which the useful Doppler is obtained by forming the difference between these two spectra

'JDJV ⁼ 'Jl hör + J J₂ hör 'JDJV ⁼ ' Jl hear + J J ₂ hear

ergibt. Welche der beiden Möglichkeiten in der Praxis angewendet werden soll, hängt vom Aufwand ab; im Prinzip sind beide gleichwertig. Bei gemischter Anwendung kommt man sogar mit nur einem Abtaster 10 aus.results. Which of the two options should be used in practice depends on the effort involved away; in principle both are equivalent. With mixed applications, you can even use just one scanner 10 off.

Praktisch werden die in der F i g. 8 angedeuteten Abtaster 10a und 10b mit elektronischen Mitteln realisiert, z. B. mit gesteuerten Feldeffektransistoren.In practice, those shown in FIG. 8 indicated scanners 10a and 10b with electronic means realized, e.g. B. with controlled field effect transistors.

Die Übertragung der grundsätzlichen Schaltung in elektronische Schaltungstechnik ist dem Fachmann geläufig.The transfer of the basic circuit in electronic circuit technology is a person skilled in the art common.

Die von den Abtastern 10« und 10b abgegebenen Frequenzen, die transponierten Dopplerspektren entsprechend dem oben erläuterten zweiten FallThe frequencies emitted by the samplers 10 'and 10b, the transposed Doppler spectra accordingly the second case discussed above

27, - S₁ und /, - If₂ ,27, - S ₁ and /, - If ₂ ,

werden vorteilhaft in einem Frequenz-Tracker 12 weiterverarbeitet.are advantageously processed further in a frequency tracker 12.

Dieser hat die Aufgabe, die für den momentanen Doppler repräsentative Schwerpunktfrequenz des transponierten Dopplerspektrums stetig zu ermitteln und diese bei einem eventuellen Signalausfall zu speichern, damit eine anschließend erfolgende, hierauf basierende, Wegintegration nicht unterbrochen wird. Die Schwerpunktfrequenz wird nach zweckmäßiger Umformung, die noch beschrieben wird, stetig an einen weiterverarbeitenden Dopplerrechner 13 abgegeben, der die anfallenden fahrzeugbezogenen Geschwindigkeitsinformationen beispielsweise in nordbezogene Wegangaben umrechnet. Zunächst werden in Bandpässen 9a, 9b die von den Abtastern 10a, 10b erzeugten transponierten DopplerspektrenThis has the task of continuously determining the center frequency of the transposed Doppler spectrum, which is representative for the current Doppler, and to store this in the event of a signal failure so that a subsequent path integration based on this is not interrupted. After appropriate conversion, which will be described later, the center of gravity frequency is continuously output to a further processing Doppler computer 13, which converts the resulting vehicle-related speed information, for example, into north-related route information. First, the transposed Doppler spectra generated by the scanners 10a, 10b are stored in bandpass filters 9a, 9b

27i - S₁ und /, - If₂ 27i - S ₁ and /, - If ₂

von unerwünschten Mischprodukten befreit und innerhalb des Trackers 12 auf (F i g. 9) zwei Frequenzdiskriminatoren 14a, 14b gegeben.freed of undesired mixed products and within the tracker 12 (FIG. 9) two frequency discriminators 14a, 14b given.

Diese prüfen für jedes der beiden transponierten Dopplerspektren, ob es in der Mitte zwischen zwei, durch Teilerschaltungen I5a, \5h aus einer — im als Spannungs-Frequenz-Wandler ausgeführten Hilfsoszillatorlö erzeugten — Hilfsfrequenz/,, gewonne-These check for each of the two transposed Doppler spectra whether it is in the middle between two, through divider circuits I5a, \ 5h from an auxiliary frequency /, generated in the auxiliary oscillator designed as a voltage-frequency converter.

f ff f

nen, Frequenzen — und -^*- liegt. Dies wird erreicht, indem das Dopplerspektrum je Kanal mit -^- undnen, frequencies - and - ^ * - lies. This is achieved by dividing the Doppler spectrum for each channel with - ^ - and

— in Mischstufen 17a, Mh gemischt wird.
Die neu entstehenden Spektren- is mixed in mixing stages 17a, Mh.
The newly emerging spectra

- (Zf_x -f₂)- (Zf _x -f ₂ )

(Zi(Room

werden über Tiefpässen 18 a, 18b gleicher Grenzfrequenz frequenzabhängig geschwächt und gegenpolig gleichgerichtet. Liegt die Schwerpunktfrequenz auf Grund der aktuellen Frequenzverteilung imare over low-pass filters 18 a, 18 b of the same cut-off frequency Weakened depending on the frequency and rectified with opposite polarity. Is the center of gravity frequency due to the current frequency distribution in

Dopplerspektrum symmetrisch zwischen — und —,Doppler spectrum symmetrically between - and -,

so ist der Ausgangsstrom der Frequenzdiskriminatoren 13 a und 13 b gleich Null, bei einer Abweichung dagegen positiv bzw. negativ proportional zur Unsymmetrie. so the output current of the frequency discriminators 13 a and 13 b is equal to zero, in contrast, if there is a deviation, it is positive or negative proportional to the asymmetry.

Bei ruhiger horizontaler Fahrt des Fahrzeuges F sind die transponierten Dopplerspektren der Voraus- und der Rückwärtskeule K₁' und K{ gleich, und die Ausgangsströme bzw. Spannungen U₁ der Frequenzdiskriminatoren 14a, 14b ebenfalls nach Betrag und Richtung gleich.When the vehicle F is moving smoothly horizontally, the transposed Doppler spectra of the forward and backward lobes K ₁ ' and K {are the same, and the output currents or voltages U _{1 of} the frequency discriminators 14a, 14b are also the same in magnitude and direction.

Sie fließen in den Summationspunkt 19 eines Integrators 20. Die Ausgangsspannung des Integrators 20 steuert als Regelspannung U_R die Hilfsfrequenz f_h des Hilfsoszillators 16. Die Frequenzdiskriminatoren 14a, 14 fr, der Integrator 20 und der Hilfsoszillator 16 einschließlich der Teilerschaltungen 15a, \5b bilden einen Regelkreis mit /-Verhalten. Der Regelkreis wirkt in der Weise, daß im Summationspunkt 19 die Ausgangsströme der Frequenzdiskriminatoren 14a, 14b auf Null geregelt werden.They flow into the summation point 19 of an integrator 20. The output voltage of the integrator 20 controls the auxiliary frequency f _h of the auxiliary oscillator 16 as control voltage U _R. The frequency discriminators 14a, 14 fr, the integrator 20 and the auxiliary oscillator 16 including the divider circuits 15a, \ 5b form a control loop with / behavior. The control loop acts in such a way that at the summation point 19 the output currents of the frequency discriminators 14a, 14b are regulated to zero.

Ist der horizontalen Bewegung des Fahrzeuges F eine periodische vertikale Bewegung überlagert, dann sind die Ströme der beiden Frequenzdiskriminatoren 14 a, 14 b ungleich gepolt, weil die Vertikalkomponenten der Dopplerspektren in den beiden Kanälen der Frequenzdiskriminatoren 14a, 14b ungleiches Vorzeichen haben. Im Summationspunkt 19 heben sich aber die durch die Vertikalkomponenten hervorgerufenen Gleichströme bereits auf, so daß die Ausgangsspannung des Integrators 20, die Regelspannung U_R, proportional zur Horizontalgeschwindigktit ist und diese allein bei Signalausfall gespeichert wird. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß nur ein integrator 20 benötigt wird und daß dieser nur der im allgemeinen langsamen horizontalen Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeuges F zu folgen braucht.Is the horizontal motion of the vehicle F is superimposed a periodic vertical movement, the currents of the two frequency discriminators 14 a, 14 b not equal polarity, because the vertical components of the Doppler spectra in the two channels of the frequency discriminators 14a, 14b have unequal signs. At the summation point 19, however, the direct currents caused by the vertical components cancel each other out, so that the output voltage of the integrator 20, the control voltage U _R , is proportional to the horizontal speed and this is only stored in the event of a signal failure. The advantage of this arrangement is that only one integrator 20 is required and that it only needs to follow the generally slow horizontal speed change of the vehicle F.

Das Teilerverhältnis der Tcilerschaltungen 15a, 15bThe dividing ratio of the divider circuits 15a, 15b

muß, damit -~ und ~ symmetrisch zur Schwerpunktfrequenz des Dopplcrspcktrums liegen, für bcliebige Nutzdoppier
genügen:must, so that - ~ and ~ lie symmetrically to the center-of-mass frequency of the double spectrum, for any useful doublers
suffice:

Kfon folgenden Bedingunger Kfon the following condition

= Wi -L + Af_DK) - = Wi -L + Af _DK ) -

zweck'mäßigerweise dimensioniert man ferner gemäß der Beziehung:it is also expedient to dimension in accordance with the relationship:

Wi -Wi -

+ -I/djv) j = + -I / djv) j =

m, /ι, p, q, r ganzzahlig, um am Eingang des Dopplerrechners 13 gerade eine vorgebbare Impulszahl pro Wegeir.heit zu erhalten. m, / ι, p, q, r integer, in order to get a prescribable number of pulses per path unit at the input of the Doppler computer 13.

Für eine gute Regelsteilheit, d. h. eine große Reaktionsschnelligkeit des Trackers 12, soll ferner die DifferenzFor a good control steepness, i. H. great responsiveness of the tracker 12 should also be the difference

/Jl/ Jl

- (Z. -h + Jfds) - (Z. -h + Jfds)

und damit der auszuregelnde Frequenzhub möglichstand thus the frequency deviation to be regulated if possible

klein sein. Das Verhältnis — , ein Maßstabs-Um-be small. The relationship - a measure of

rechnungsfaktor von vorbeschriebener Bedeutung.calculation factor of the importance described above.

beträgt in einem konkreten Fall -=-. Ein weitererin a specific case is - = -. Another

Teiler 21 mit dem Teilerverhältnis ρ liefert eine ge-■ schwindigkeitsabhängige Frequenz/,, deren weitere Auswertung noch beschrieben wird.Divider 21 with the divider ratio ρ provides a speed-dependent frequency /, whose further evaluation will be described below.

Die Zahlenwerte der Faktoren 7?i, η und ρ werden so gewählt, daß der Aufwand für die Teiler 15 und 21 minimal ist. Die Zahl der Möglichkeiten ist bei vernünftigem Aufwand und zweckmäßiger Auslegung sehr begrenzt. Beispielsweise werden folgende Zahlenwerte gewählt: The numerical values of the factors 7? I, η and ρ are chosen so that the effort for the divisors 15 and 21 is minimal. The number of possibilities is very limited with reasonable effort and appropriate design. For example, the following numerical values are selected:

7?ι = 2· 12
η = 2- 15
P — - - 7? Ι = 2 12
η = 2- 15
P - - -

(Der Faktor 2 ist notwendig, um Tastverhältnis 1:1 an den Ausgängen der parallel arbeitenden Teilerschaltungen 15a und 15b zu bekommen.)
Ist/ —/₂ + Af_DN beispielsweise 3 kHz, dann sind(The factor 2 is necessary to get a duty cycle of 1: 1 at the outputs of the divider circuits 15a and 15b working in parallel.)
For example, if / - / ₂ + Af _DN is 3 kHz, then are

/, = 8OkHz/, = 8OkHz

f„f "

-^- = 3.333 kHz
m - ^ - = 3,333 kHz
m

A = 2,666 kHzA = 2.666 kHz

A = 2,OkHz,
PA = 2, OkHz,
P.

und die Grenzfrequenz der Tiefpässe in den Frequenzdiskriminatoren 14 a, 14/? beträgtand the cutoff frequency of the low-pass filters in the frequency discriminators 14 a, 14 /? amounts to

Wg = In- 333 see"¹. Wg = In- 333 see " ¹ .

Um nach einer Frequenzmischung nach der zweiten der beiden Möglichkeiten, die oben beschrieben worden sind, das für die Weiterverarbeitung allein, interessierende Dopplersignal zu erhalten, wird in einer Differenzstufe 22 die Differenz zwischen der"der geschwindigkeitsabhängigen Frequenz/,, proportio-To look for a frequency mixing according to the second of the two possibilities described above to obtain the Doppler signal of interest for further processing alone is shown in a differential stage 22 the difference between the "the speed-dependent frequency /" proportio-

nalen Anzahl der Impulse des Teiiers 21 und der Anzahl der Impulse des Teilers 23 gebildet: Der Teiler 21 liefert:nalen number of pulses of the part 21 and the Number of pulses of the divider 23 formed: The divider 21 delivers:

-fi +-fi +

I- = -Ä- I- = -Ä- <i P<i P

und der Teiler 23and the divisor 23

woraus sich die Differenzwhence the difference

M_DN —M _DN -

ergibt.results.

Der Teiler 23 hat also die Aufgabe, die Frequenz-The divider 23 has the task of calculating the frequency

differenz (/, — /₂) mit dem gleichen Maßstabsfaktor — zu versehen wie das Dopplerspektrumdifference (/, - / ₂ ) to be provided with the same scale factor - as the Doppler spectrum

Die Differenzstufe 22 gibt an zwei Ausgängen die FrequenzThe differential stage 22 is at two outputs frequency

Afos ■ jAfos ■ j

ab, wobei der eine Ausgang Impulse bei Vorwärts-, der andere bei Rückwärtsbewegung abgibt. Die Impulse werden auf den Dopplerrechner 13 gegeben und können z. B. dazu dienen, über Zählwerke den ίο zurückgelegten Weg anzuzeigen.one output emits impulses when moving forward and the other when moving backward. the Pulses are given to the Doppler computer 13 and can, for. B. serve to counters ίο display the distance covered.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der beschriebenen Doppler-Meßanordnung ist es möglich, ein und dieselbe Gruppe von Schwingerelementen im Impulsbetrieb als Sender und Empfönger zu betreiben. Des weiteren kann es zweckmäßig sein, zwischen die Empfangsschwingergruppe und die elektronischen Abtaster Zwischenverstärker einzuschalten.In an advantageous development of the Doppler measuring arrangement described, it is possible to operate one and the same group of transducer elements in pulse mode as a transmitter and receiver. It can also be useful to connect intermediate amplifiers between the receiving transducer group and the electronic scanner.

In den beschriebenen Ausfuhrungsbeispielen sind nur die Bewegungen des Fahrzeuges F in einer Koordinatenrichtung erfaßt. Man kann die vorliegende Erfindung aber auch zur Erfassung von Bewegungskomponenten in zwei Koordinatenrichtungen anwenden, wozu jedoch zusätzliche Schaltungsmittel erforderlich sind, die um 90° azimutal versetzt wirksam sind. Im übrigen ist die Erfindung nicht nur bei Wasserfahrzeugen, sondern auch bei Land- oder Luftkissenfahrzeugen anwendbar.In the exemplary embodiments described, only the movements of the vehicle F in one coordinate direction are recorded. However, the present invention can also be used to detect movement components in two coordinate directions, but this requires additional circuit means that are effective offset by 90 ° azimuthally. In addition, the invention can be used not only in watercraft, but also in land or air-cushion vehicles.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Device for determining the speed and / or the path of vehicles by measuring the Doppler effect by means of bundled sound waves inclined against the direction of movement by an angle α, which are emitted or received by flat, parallel transmitter and receiver groups, characterized in that the individual transducer elements (1, V) of the transmitting and receiving transducer groups (2, T) installed parallel to the direction of movement in the floor of the vehicle (F) are connected together in the sequence along the movement components to form a multi-phase system that is connected to the transmission side a multiphase generator (M) and, on the receiving side, devices that look through the individual phases in cyclical repetition are connected to a frequency-evaluating circuit.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the polyphase generator (M) is designed as a three-phase generator.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the individual oscillator elements (1, V) each have one of the phases of the multi-phase system of the SendeVEmpfangsschwingergruppen (2, T) by the multi-phase generator (M) in the sequence along the movement components both in cyclic and can also be operated simultaneously in countercyclical repetition.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the cyclical and the anti-cyclical Operation takes place with a slight difference in frequency.

5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that on the receiving side a Doppler frequency U \ f _D ) with cyclical and anti-cyclical scanning obtained receiving frequencies evaluating device (frequency discriminators 14 a, 14 ft) is present.

6. Apparatus according to claim 4 or 5, characterized in that an averaging device is present on the receiving side, which supplies a measured variable directly proportional to the movement from the focal points of the received Doppler spectra (Zf).

7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the averaging as Tracker (12) is formed.

8. The device according to claim 7, characterized in that the tracker (12) has a respective frequency discriminator (14 α, 14ft) following the cyclical and anti-cyclical scanning (scanner 10a, 10ft), a frequency · deviations (Zf _x - / ₂ ; Zf ₂ - / j) proportional DC voltage (V ₁ ) - which correspond to the centers of gravity of the received Doppler spectra ( Zf) - generating control circuit in which the DC voltages (V,) to a control voltage (U _R ) be integrated, which regulates the frequency deviations via an auxiliary oscillator (16) designed as a voltage frequency converter and which is the measure of the movement size.

9. Device according to the preceding claims, characterized in that on the Transmission side a device for pulse-like control of the transmission elements (1) and on the Receiving side a device is provided, which the frequency evaluating circuit during which blocks transmission pulses.