DE2140633C3

DE2140633C3 - Verfahren zur Bestimmung der Relativgeschwindigkeit zweier Körper zueinander und Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2140633C3
Application number: DE2140633A
Authority: DE
Inventors: D J L Brown
Original assignee: Commonwealth of Australia
Current assignee: Commonwealth of Australia
Priority date: 1970-08-14
Filing date: 1971-08-13
Publication date: 1978-04-13
Also published as: DE2140633B2; DE2140633A1; NL7111183A; JPS5723233B1; SE374211B; NL173559C; GB1356678A; US3750170A; NL173559B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der maximalen radialen Relativgeschwindigkeit zweier

ίο Körper zueinander, bei dem nach dem Dopplerprinzip ein Signal erzeugt wird, dessen Frequenz proportional zur Relativgeschwindigkeit der beiden Körper ist, und in einer Anzahl von festgesetzten gleichen aufeinanderfolgenden Zeitperioden die Zahl der Schwingungen dieses

ss Signals mit Hilfe von Zählwerken bestimmt wird.

Ein derartiges Verfahren benötigt man beispielsweise zur Bestimmung der Mündungsgeschwindigkeit eines Geschützes, d. h., der Geschwindigkeit, die das Geschoß in der Mündung gehabt hätte, wenn es entsprechend

<>o seiner bekannten ballistischen Eigenschaften einen kontinuierlichen Geschwindigkeitsverlust erlitten hätte. In Wirklichkeit erhält das Geschoß eine leichte Geschwindigkeitserhöhung, wenn es die Mündung verläßt, was auf die Ausdehnung der Gase zurückzufüh-

<>s ren ist, die es aus der Mündung austreiben. Die genaue Bestimmung der Geschoßgeschwindigkeit braucht man, um die Stellung eines Geschützes mit ausreichender Genauigkeit zu errechnen, weil die Mündungsgeschwin-

digkeit ein wichtiger Faktor der Schußgenauigkeit ist und sie sich ändert, wenn das Rohr beim Abschuß verschleißt und korrodiert wird. Die Mündungsgeschwindigkeit kann auf relativ einfache Weise aus der Maximalgeschwindigkeit berechnet werden, die das Geschoß relativ zu dem Geschütz an irgendeiner Stelle der Geschoßbahn erreicht.

In der DE-AS 12 34 075 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem man zur Bestimmung der Geschwindigkeit an mehreren Meßpunkten oder Meßstrecken längs der Bewegungsbahn beim Abschuß des Geschosses einen Zähler startet, der die Zeit für eine bekannte Anzahl Halbperioden der Dopplerschwingungen registriert, wobei gleichzeitig ein Eingangssignal mehreren Verzögerungsnetzwerken zugeführt wird, die voneinander verschiedene Verzögerungszeiten haben. Der Ausgang jedes Netzwerkes ist mit dem Zählereingang verbunden, so daß die Zeitmessung der bekannten Anzahl Halbperioden oder Dopplerschwingungen in zeitlichen Abständen wiederholt wird. Der Meß- und Zählvorgang kann dabei periodisch innerhalb der gesamten Meßstrecke wiederholt werden. Dieses Verfahren "st in erster Linie nicht auf die Bestimmung der maximalen radialen Relativgeschwindigkeit zweier Körper zueinander gerichtet, sondern lediglich auf die Bestimmung der Geschwindigkeit an mehreren Meßpunkten oder Meßstrecken, unabhängig davon, ob dabei die maximale Geschwindigkeit erfaßt wird oder nicht. Bei Auswahl einer begrenzten Zahl von Meßpunkten oder Meßstrekken ist datier von vornherein nicht sicher, ob die maximale Geschwindigkeit überhaupt erfaßt wird, selbst wenn der Meß- oder Zählvorgang periodisch innerhalb der gesamten Meßstrecke wiederholt wird. Den Maximalwert kann man dabei nur entweder zufällig erfassen oder dadurch feststellen, daß entweder eine Bedienungsperson die Anzeige des Gerätes dauernd überwacht oder daß so viel Zähl- und Anzeigegeräte vorgesehen werden, daß für jeden MeB- und Zählvorgang eine eigene Meßwertanzeige erfolgt, oder es müßte hei Verwendung nur eines Zählers und einem Anzeigegerät ein zusätzlicher dauerhafter Speicher für die Meßdaten, beispielsweise ein Drucker oder ein Magnetbandgerät und außerdem ein gesonderter Löschkreis vorgesehen sein, wodurch die zu verwendende Gesamtanlage erheblich kompliziert und verteuert würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Bestimmung der maximalen radialen Relativgeschwindigkeit zweier Körper zueinander der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei welchem man mit geringen, einfachen und schnell auszuführenden Maßnahiren zwangsläufig den maximalen Geschwindigkeitswert feststellt, aus dem man dann beispielsweise die Mündungsgeschwindigkeit eines Geschosses errechnen kann.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß lediglich der Maximalwert der in den verschiedenen Zeitperioden ermittelten Schwingungszahlen festgestellt wird, indem unter Verwendung von zwei Zählwerken zunächst die Schwingungen einer Zeitperiöde dem einen Zählwerk Und dann die Schwingungen einer zweiten Periode dem anderen Zählwerk zugeführt werden, bis in dem anderen Zählwerk die Schwingungszahl, die in dem einen Zählwerk gezählt wunde, erreicht ist, und dann die restlichen Schwingungen der Zeitperiode wieder dem einen Zählwerk zugeführt w^rden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden

also Maßnahmen getroffen, die eine ausschließliche und schnelle Feststellung des Maximalwertes gewährleisten, indem unabhängig davon, wann der Maximalwert auftritt, dieser zwangsläufig festgehalten wird, ohne daß

s eine besondere Beobachtung einer Anzeige oder ein aufeinanderfolgendes Ausdrucken der Einzelwerte und des nachfolgenden Heraussuchens des Maximalwertes erforderlich wäre.

Aus Zeitersparnisgründen wird die Zählung beendet,

ίο wenn die Zahl der Schwingungen in der weiteren Zeitperiode die in einer der vorhergehenden gleichen Zeitperiode gezählten Schwingungszahl nicht übersteigt

Will man den Mittelwert von in aufeinanderfolgenden

Messungen bestimmten Maximalgeschwindigkeiten, also beispielsweise die mittlere Maximalgeschwindigkeit einer ganzen Serie von Geschossen ermitteln, so kann man jeweils aus den in einer bestimmten Serie verschiedener Messungen gezählten Maximalschwin gungszahlen dte durchschnittliche Maximalgeschwin digkeit für diese Serie bestimmen.

Ein Gerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzmessung des Dopplersignals ein Oszillator ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die ein genaues Vielfaches Jer zu messenden Frequenz des Doppler-Signals darstellt, daß das Doppler-Signal mit einer Subharmonischen des Oszillator-Signals hinsichtlich der Phasenverschiebung in einem Phasenvergleicher, dem das zu messende Doppler-Signal und über eine Teilereinheit das Osziilator-Signal zugeführt wird, verglichen und mit dem Vergleichswert die Oszillator-Frequenz derart geregelt wird, daß die Phasenverschiebung für jeden Frequenzwert konstant bleibt und daß

\s die Dopplerfrequenz durch Zählung der Schwingungen des Oszillator-Signals während der festgesetzten Zeitperioden von einem Zähler mit zwei Zählwerken bestimmt wird. Ein solches Gerät weist eine besonders hohe Meßgenauigkeit auf.

Zur Überprüfung der Richtigkeit der Messung und der Ausschaltung von Fehlmessungen bei fehlender Phasenkonstanz, wird bei dem erfindungsgemäßen Gerät die Phasenkonstanz zwischen dem Doppler-Signal und dem Oszillator-Signal während der Zei'perio- de, in der die maximale Schwingungszahl festgestellt wird, und in der Zeitperiode davor und danach automatisch geprüft.

Zur Überprüfung und Gewährleistung, daß nur »echte« Meßergebnisse erzielt und Fehler durch Interferenzen, Unterbrechungen u. dgl. ausgeschaltet werden, kann bei dem erfindungsgemäßen Gerät während der Zählung der Schwingungen mit Hilfe des einen Zählers ein Kontroll-Signal erzeugt und während der Anwesenheit des Kontroll-Signals die Phasenkon stanz zwischen Doppler-Signal und Oszillator-Signa! überwacht werden.

Weitere vorteilhafte Verwirklichungen des erfindungsgemäßen Gerätes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Blockdiagramm eines Mündungsigeschwindigkeitsanzeigers, F i g. 2 ein Diagramm, das die Geschwindigkeit eines

»>s Geschosses beim Verlarsen eines Geschützes aufgetragen über der Zeit dargestellt, gemessen auf einer Radialen von einem abseitigen Standpunkt, F i g. 3 ein Schaltbild zur Darstellung des Ablaufs des

Verfahrens zur Ermittlung einer Maximalzählung,

Fig.4 die Darstellung der Signalimpulse über der Zeit und der Impulse, die in die entsprechenden Zählwerke eingegi. cn werden, welche das Überzählsignal darstellt, bei Verwendung der Schaltung nach * F i g. 3,

F i g. 5 eine Darstellung der Schaltung der Überwachungseinrichtung und

F i g. 6 die Darstellung der Signalimpulse über der Zeit und die Gegebenheiten in der Schaltung nach Fig. 5.

Ein kontinuierlich arbeitender Radarwellen-Sender/ Empfänger 1 steht etwa 0,9 m abseits der Justiergerätachse 2 des Geschützlaufes 3 und etwa 3 m hinter der Mündung. is

Der Sender/Empfänger I erzeugt, wenn eine Granate aus dem Geschütz in ihre Bahn abgeschossen wird, ein Doppler-Signal, dessen Frequenz sich über der Zeit entsprechend F i g. 2 ändert, in welcher die Frequenz F über der Zeit rdargestellt ist.

Das Signal geht in eine Filtereinheit 4, die Interferenzen ausfiltert. Das gewünschte Signal wird in der Verstärkereinheit 5 verstärkt. Dann wird unter Verwendung des phasenkonstanten Oszillatorsystems mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 6 nach i.s Teilung durch 100 in der Einheit 7 und eines Phasenvergleichers 8 ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die das Hundertfache des Doppler-Signals ist. Dieses Signal wird dann in ein Digitalfrcquenzmeßsystem mit einer Uhr 9 eingegeben, die festgelegte Meßintervalle vorsieht, deren Länge vorbestimmt werden kann, sowie mit einem Signalgatter 10 und einem Zähler II, der nur den maximalen Zählbereich festhält. Die Arbeitsweise dieses Zählers 11 wird anhand der F i g. 3 und 4 noch beschrieben. Ein Überwachungsgerät 12 stellt fest, ob die registrierte Höchstzahl an Zyklen ein korrekter Wert ist. Zwischen dem Phasenvergleicher 8 und dem Überwachungsgerät 12 wird ein 5-Zyklenverzug 13 in das Signal konstanter Phase eingereiht, so daß die Phasenkonstanz während einer 4c Messung bis zu der Periode von 5-Zyklen von Doppler-Signalen verlorengehen kann, ohne daß die Messung als falsch angesehen wird. Die Charakteristika des Oszillators 6 sind so, daß ein solcher Verlust die Genauigkeit der Messung nicht wesentlich beeinträchtigen kann. Die Einreihung des Verzugs macht das Fehlerfeststellsystem weniger empfindlich gegenüber Geräusch oder Schwächung des Doppler-Signals, wenn solches auftritt.

Hat das Überwachungsgerät 12 bestimmt, daß die Messung falsch ist, dann wird dies von einer Lampe 14 angezeigt und ein Signal »falsch« erzeugt Die Wirkungsweise des Überwachungsgerätes 12 wird im einzelnen anhand der F i g. 5 und 6 noch beschrieben. Wenn das Überwachungsgerät 12 feststellt, daß die Messung stimmt, dann wird ein diesbezügliches Signal »richtig« an eine zentrale Steuereinheit 15 gegeben, die auch ein Zeitkontrollsignal und ein Überzählsignal von der Uhr 9 bzw. dem Zähler 11 aufnimmt und die Tätigkeiten steuert, die erforderlich sind, um die &> Messungen als Ablesungen sichtbar zu machen. Zuerst wird ein Dezimalzähler 16 auf einen vorbestimmten konstanten Wert eingestellt Dann wird ein Umwandlungssteuersignal an ein Zurückweisungsgatter 17 gegeben, welches zul&ßt, daß die Maximalzahl vom t>5 Zähler 11 gehalten wird, welche als Binärwert an den Dezimalzähler 16 gehen so!!, der die Binärzählung in eine Form umwandelt, die einen Dezimaldarsteller 18 steuern kann, und außerdem die vorliegende Konstant« zu dem Zählwert hinzuaddiert. Zur gleichen Zeit wire der maximale Zählwert in binärer Form an einet Speicher 19 abgegeben, der Maximalwerte wahrem aufeinanderfolgender Abschüsse addiert. Die zentral« Steuereinheit 15 sendet dann einen Einstellwert ai einen zweiten Dezimalzähler 20, der gleich den konstanten Wert ist, der für den Dezimalzähler 16 gilt.

Dann wird der Inhalt des Speichers 19 in binäre Form an einen Modulteiler 21 für veränderlich! Modulen geleitet, der den binären Wert aus den Speicher 19 durch die Zahl der Abschüsse teilt, di< abgefeuert wurden, seit der Speicher 19 mit Hilfe eine Einstellsteuerung 22 von Hand zurückgestellt wordei ist. Die Zahl der Abschüsse wird von einem Schußzähle 23 festgehalten, der ebenfalls mit der Einsiellsteuerunj 22 von Hand zurückgestellt wird und einmal am End« jeder gelungenen Messung durch die zentrale Steuer einheit 15 weitergestellt wird. Ferner gibt es ein« Anzeige 24, die die Zahl der Messungen anzeigt, die dei Speicher 19 aufgenommen hat Der Ausgang de: Modulteilers 21 wird auf den Dezimalzähler 20 gegeber der eine Anzeige 25 steuert Wenn die Länge de Meßintervalle T der Uhr 9 und die vorbestimmti Konstante B, auf die die Dezimalzähler 16 und 2< eingestellt sind, nach der Aufeinanderfolge der Datei richtig sind, dann sind die Ablesungen auf den Anzeiger 18 und 75 numerisch gleich der Mündungsgeschwindig keit des letzten Abschusses und, innerhalb gewisse Genauigkeitsgrenzen, gleich dem Durchschnitt alle Abschüsse seit der letzten Betätigung der manueller Einstellsteuerung 22. Dies kommt daher, daß dit Beziehung zwischen der maximalen relativen Radialge schwindigkeit zwischen Granate und Radareinheit unc die Mündungsgeschwindigkeit der Granate aneinandei angenähert werden können durch die Formel

= A ■ V_Rmax + B,

wobei A und B Konstanten sind, die wie folgt bestimmt werden:

V_n, — Mündungsgeschwindigkeit, Vr„,,x - maximale relative Radialgeschwindigkeit,

Y — Abstand zwischen Radarantenne und Schußlinie im rechten Winkel zur Schußlinie, / « Abstand zwischen Radarantenne und f>,Jn-

dung, gemessen entlang der Schußlinie, f, - Verzögerungsfaktor der Granate, ausgedrückt als Geschwindigkeitsverlust Ober die zurückgelegte Entfernung,

V - nominaler Geschwindigkeitswert innerhalb

20% des für V_n, erwarteten Wertes.

Nunmehr ergibt sich aufgrund des Dopplereffektes

/r.

/m, - Maximalwert der Dopplersignalfrequenz, C - Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Radarsignals, /V - Radarsendefrequenz.

Das wirklich gemessene Signal hai eine maximale Frequenz gleich 100 f„„, line! wird über ein Zeitintervall Γ gemessen, welches kurz ist im Vergleich zu der Zeit der Frequenzänderung, die in F i g. 2 gezeigt wird. So ist die größte Zählung, die von dem Zähler 11 registriert wird, gegeben mit

l)esli;ilbeiL'ibt sieh die Ablesung \oiulei An/eiue 18

²¹¹⁰'/.' ' u · κ

WmI claim / so registriert, tlah

2IHi /, · V

der Miruesehnebciicn Konstante

dann sind die Bedingungen der Gleichung (1) erfüllt.

Tund B können so justiert werden, daß die Ablesung beispielsweise lOmal V_n, ist. Dann wird ein Dezimalpunkt notwendig, der für die Dauer in den Anzeigen 18 und 25 eingesetzt ist.

Die Wirkungsweise des Schußzählers 23 ist so, daß nach der Einstellung der Einstellsteuerung 22 von Hand bis zu acht Abschüsse in dem Speicher 19 gespeichert werdei« können. Sind alle diese acht Schüsse abgefeuert, dann erscheint eine Durchschnittsablesung auf der Anzeige 25, und die Zahl der Abschüsse, die in diesem Durchschnitt enthalten ist, wird in der Anzeige 24 aufgezeichnet. Ist der Abschuß abgefeuert, dann wird der Speicher 19 mittels des Schußzählers 23 auf Null eingestellt und fährt dann fort, die Maximalzählung sämtlicher fortan abgefeuerter Schüsse aufzuspeichern. Die Anzeige 25 wird aber entsprechend der Zahl 8, die jetzt von der Anzeige 24 gezeigt wird, gehalten. Dies setzt sich fort, bis weitere acht Schüsse gemessen worden sind, wo dann die Anzeige 25 durch die Herstellung eines neuen Durchschnittswertes ersetzt wird, welcher der Durchschnittswert der letzten acht abgefeuerten Schüsse ist. Der Vorgang wiederholt sich immer wieder, so daß die Durchschnittsablesung, die angezeigt wird, nach jedem achten Schuß ersetzt wird durch den Durchschnitt der vorangegangenen acht Abschüsse.

Die Tätigkeit des Zählers 11. der nur eine Maximalzählung festhält, ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Danach ist die Wirkungsweise des Kreises wie folgt:

I) Die Zähler A und B sind binäre Aufwärts-Zähler, und der Zähler B steht auf dem komplementären Wert des Standes des Zählers A, wenn die Leitung 30 unter Strom gesetzt wird (d. h., wenn die Maximalzählung, die der Zähler Baufnehmen kann, Nbeträgt und der Stand des Zählers A den Wert P zeigt, dann wird der Zähler B auf den Wert N- ^gestellt).

H) Vor der Betätigung werden der Zähler A auf Null und der Zähler B auf seinen größten Zählwert (N) gesetzt. Dieser Zustand des Zählers B aktiviert die Leitung 31. die die Leitung 32 mit der Leitung 33, nicht jedoch die Leitung 34 mit Leitung 33 verbindet. Erscheint ein Signal in der

Leitung 35 und aktiviert die Uhr die Leitung 3*, dann geht das Signal zur Leitung 32 und in den Eingang des Zählers A durch das Gatter 37 und die Leitung 33.

II!) Am Ende der Zählerperiode, d.h., wenn die Leitung 36 durch die Uhr ausgeschaltet wird, wird das Signal an dem Signalgatter 38 abgeschnitten, und die Leitung 30 wird aktiviert und stellt den Zähler B auf den Komplementärwert von Zähler A (d. h., wenn die Zahl der Signalimpulse in der ersten Zählperiode gleich F war, wird der Zähler B auf den Wert N- F gestellt). Die Leitung 31 wird dann deaktiviert (weil der Zähler B sich nicht weiter auf seinem maximalen Zählerstand befindet) und dies schaltet die Leitung 32 auf die Leitung 34, nicht auf die Leitung 33. Die Schaltung erfolgt durch das zweite Gatter 39.

IV) Zu Beginn der nächsten Zählperiode, wenn die Uhr wiederum die Leitung Jb unter Strom steht, geht das Signal durch den Eingang von Zähler B, durch das Signalgatter 38 und das Gatter 39. Ist die Signalfrequenz angestiegen, d. h., wenn die Zahl der Signalimpulse, die in einer Zählperiode auftritt, jetzt größer ist als P, z. B. (P + 6P), dann erreicht der Zähler B eine Zählung in der Größe N, wenn P-Impulse gezählt worden sind, und dies wird der Fall sein, bevor die Zählperiode zu Ende ist. Alsdann kommt die Leitung 31 unter Strom, leitet den Rest der Impulse (öP)zu dem Zähler A durch Schalten der Leitung 32 auf die Leitung 33 nicht die Leitung 34. Diese Impulse addieren sich zu den P-Impulsen, die in dem Zähler A seit der vorhergehenden Zählperiode des Speichers sind, so daß am Ende der zweiten Zählperiode die Gesamtzählung des Zählers A gleich (P + 6P, ist, nämlich die genaue Zahl der Signalimpulse, die in der zweiten Zählperiode waren.
V) Dieser Ablauf wiederholt sich solange die Signalfrequenz anwächst, wobei der Zähler A am Ende jeder Zählperiode eine Zählung enthält, die gleich ist der Anzahl der Signalimpulse, die in dieser Zählperiode waren.

Vl) Fällt aber die Signalfrequenz nach einem Maximum von z. B. Q-Signalimpulsen, die in einer Zählperiode angefallen sind, so daß in der nächsten Zählperiode die Zahl der Signalimpulse (Q — OQ) beträgt, dann erreicht der Zähler £ nicht seinen maximalen Zählerstand N, bevor die Zählperiode abgelaufen ist, denn er war auf (N-Q) eingestellt und hatte (Q - dQ) zusammengezählt, so daß eine Summe von (N-6Q^ zustande gekommen ist. Deshalb wird die Leitung 31 vor Beendigung der Zählperiode nicht aktiviert, und keine zusätzlichen Impulse kommen auf den Zähler A, der jetzt eine Zahl im Wert Q hält. Der Zustand der Leitung 31, die am Ende einer Zählperiode nicht unter Strom gekommen ist, wird von einem anderen Steuerkreislauf erkannt und der Zählprozeß wird damit abgebrochen, daß das Signal abgeschnitten wird. VII) Die Gesamtzählung Q, die in dem Zähler A gespeichert ist (in binärer Form), wird dann in eine Dezimalablesung umgewandelt, indem der Zähler B wiederum auf N— Q eingestellt wird und ein Kontrollsignal gleichzeitig in den Zähler B und in einen dekadischen Zähler eingegeben wird, bis der Zähler B den Zählwert N erreicht.

809Β15Ί8?

Z 1 4U 9

Der ursprüngliche Zustand des Dekadenzählers wird eingestellt, um den erwünschten Additionsvorgang zu beeinflussen, und der Endstand des Dekadenzählers wird decodiert und dazu benutzt, eine ablesbare Dezimalzahlenanzeige zu s kontrollieren. Diese Arbeit ist die Funktion des Umwandleraddierers und Anzeigers und ist nicht in Fig. 3dargestellt.
VIII) Aus dem obigen ergibt sich, daß unter der Voraussetzung, daß die Signalfrequenz sich nicht ι ο über die Zeit einer Zählperiode entscheidend ändert, der Endstand des Zählers A eine wahre Anzeige der Maximalfrequenz ist, die mit dem Signal erreicht worden ist.

IX) Einen ähnlichen Vorgang, wie oben geschildert, is könnte man erreichen, wenn man den Zähler ßin einen Abwärtszähler ändert und ihn auf denselben Stand stellt wie den Zähler A, statt auf den Komplementwert des Zählers A. Die Leitung 31 müßte dann unter Strom festgestellt werden, wenn der Zähler ßden Stand Null erreicht.
X) Bei Verwendung einer Uhr mit einer Periode, die kürzer ist als die Periode der Signalfrequenz und durch Auswechseln des Signals und der Uhrfunktion in diesem Kreislauf, könnte man die Anzeige :s einer maximalen Periode (d. h. einer minimalen Frequenz) erhalten.

In F i g. 3 ist die logische Einheit L ein Negationsglied, d. h., sie ändert »Eins« (oder »JA«) in »Null« (oder »Nein«) und umgekehrt. i< >

F i g. 4 zeigt die Zeitbeziehungen zwischen verschiedenen Teilen der Schaltung nach Fig. 3 für ein Signal, das durch einen Zustand maximaler Frequenz läuft. Die Signalfrequenz ist bei 40 über einer Zeitbasis 41 dargestellt. Die Uhrsteuerung sieht man bei 42; 43 zeigt ?s die Signalimpulse nach Aufnahme in das Gatter. Die Impulse für den Zähler A sieht man bei 44 und die Impulse für den Zähler ßbei 45. Das Überzählsignal ist in 46 dargestellt. Die Gesamtzählung im Zähler A ist bei angezeigt, während die Gesamtsumme im Zähler B bei 48 zu sehen ist.

Die Fig. 5 und 6 illustrieren die Tätigkeit des Überwachungsgerätes 12 für die Fehlerfeststellung. Es benötigt drei Eingaben zur Bestimmung der Richtigkeit der maximalen Zählermessung. Diese drei Eingabefunk- 4s tionen sind:

(I) Der Phasenkonstanzüberwacher: Leitung 50 bleibt unter Strom, während das örtliche Oszillator-Signal mit dem ankommenden Doppler-Signal in Phase bleibt. so

(II) Die Uhrkontrolle: Leitung 51 kommt unter Strom für eine kurze Periode zwischen den Zählperioden.

(Ill) Das Überzählsignal: Leitung 52 kommt unter Strom, wenn die Zahl der Signalimpulse in einer ss Zählperiode die Zahl überschreitet, die in der vorhergegangenen Zählperiode empfangen worden ist (Leitung 31 in Fig.3).

Somit bestimmen diese drei Funktionen die Gültigkeit einer maximalen Zählung. Dies ergibt sich aus fto folgendem:

1. Der lokale Oszillator kann nur dann mit dem einkommenden Signal phasenkonstant bleiben, wenn die Amplitude des Signals für eine korrekte Phasenkonstanzhaltung ausreicht und wenn die fts Änderungsgeschwindigkeät der Phase (und deshalb jedenfalls die Frequenz) des einkommendsn Signals niedriger ist als die Maximalgeschwindigkeit, K)

mit der der örtliche Oszillator seine Phase ändern kann. Diese Gi.schwindigkeit wird bestimmt durch die Kreiskonstanten und ist bemessen, um mit der erwarteten Änderungsgeschwindigkeit des einknmmenden Signals vergleichbar zu sein. Diese Überlegungen bedeuten, daß Geräusch oder Signalausfall, wenn sie ausreichen, um die Messungsgenauigkeit zu verhindern, den lokalen Oszillator die Phasenkonstanz mit dem einkommenden Signal verlieren lassen.

2. Es folgt, daß, wenn die Phasenkonstanz aufrechterhalten wird, die Frequenz des örtlichen Oszillatorsignals ein direktes Vielfaches der Frequenz des ankommenden Signals sein muß und deshalb als Maß für des letzteren Frequenz benutzt werden kann.

3. Wenn während einer Zählperiode, während der eine Maximalzählung registriert wurde, und während der Zählperioden unmittelbar davor und danach Phasenkonstanz erhalten bleibt, dann kann man sagen, daß die registrierte Maximalzählung eine treue Wiedergabe der Maximalfrequenz ist, die von dem ankommenden Signal erreicht wird.

In F i g. 5 ist eine logistische Schaltung für eine gültige Messung schematisch dargestellt, die wie folgt arbeitet:

(1) Signale der Uhrsteucrung und Überzählsignale in den Leitungen 51 und 52 werden verbunden, um ein Signal Czu erzeugen, das nur durch das Gatter 53 aktiviert wird, wenn Uhrkontrollsignal und Überzählsignal aktiviert sind.

(II) Uhrkontrollsignal und Überzählsignal werden ebenfalls verbunden, um ein anderes Signal D zu erzeugen, das nur dann aktiviert wird, wenn die Uhrkontrolle aktiviert wird und wenn das Überzählsignal nicht aktiviert wird. Dies erreicht man durch Verwendung eines Gatters 54 und der logischen Einheit 55.

(III) Das Signal Cliegt an dem Eingang eines Zählers 56, der nur dann tätig wird, wenn der Phasenkonstanzüberwacher 50 in Tätigkeit ist. Es wird auf Null gestellt, wenn der Starrphasenüberwacher außer Tätigkeit kommt. Der Zähler wird aber nur dann fortfahren, von Null an drei Eingangsimpulse zi' zählen und wird dann so verbleiben, einerlei, ob weitere Eingangsimpulse kommen, und zwar so lange, als der Phasenkonstanzüberwacher in Tätigkeit bleibt. Gelangt der Zähler auf eine Zählung von Drei, dann aktiviert er ein Signal £

(IV) Die Signale D und Ewerden in dem Gatter 57 zur Herstellung eines Signals F zusammengefaßt, das aktiviert ist, wenn die Signale D und E aktiviert sind.

F i g. 6 zeigt die Aufeinanderfolge der Ereignisse in dem Kreis unter Bezugnahme auf eine wechselnde Signalfrequenz. An F i g. 6 erkennt man, daß zwecks Erscheinens eines Impulses im Signal FPhasenkonstanz zumindest während der Zählperiode beibehalten werden muß, während welcher ein Maximum gezählt wurde, sowie während der Zählperioden unmittelbar davor und unmittelbar danach. Phasenkenstanz kann natürlich auch über eine längere Periode aufrechterhalten werden, dies ist aber hier ohne Bedeutung.

Der Impuls in Signal Fkann dazu benutzt werden, die Anzeige einer zufriedenstellenden Messung zu betreiben. Dies kann man dazu benutzen, eine Datenspeicherung in eine Kondition zu bringen, durch die ein Anzeiger bis zur Wiedereinstellung erleuchtet gehalten wird, aber in der her dargestellten Form wird eine

Datenautspeicherung eingestellt, wenn die phasenverriegelte Schleife in einen phasenverriegelten Zustand für eine vortostimmte Zeitperiode übergeht, und sie . ird durch Impulse in dem Signal Fneu eingestellt. Der Ausgang auf der Datenspeicherung wird über die Zeit integriert, so daß, wenn eine korrekte Messung innerhalb einer vorgeschriebenen Zeit, in der die Datenspeicherung eingestellt werden muß, nicht ausgeführt wird, eine Anze'^e kommt, daß ein unkorrekter Vorgang vorliegt, was auch dazu benutzt wird, zu verhindern, daß der Stand des Zählers A in eine Ablesung umgewandelt wird (die Verzögerung beim Einstellen der Datenspeicherung wird zu dem Zweck

eingeführt, unechte Anzeigen von Konditionen zu verhindern, denn die phasenverriegelte Schleife kann gelegentlich kurzzeitig als Rauschen in Erscheinung treten).

In F i g. 6 wird bei 58 die Frequenz über der Zeit 59 dargestellt.

Damit ist eine Einrichtung erfunden worden, die die gestellten Aufgaben erfüllt und dank der Multiplikation der verwendeten Frequenz und der exakten Zeiteinschnitte zusammen mit der Sicherheit, daß die Messung nicht nachteilig durch Rauschen oder durch Verlust an Signalstärke während der kritischen Meßperiode beeinträchtigt wird, ein hohes Maß an Genauigkeit gibt.

lici/u λ Blatt /.L-

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der maximalen radialen Relativgeschwindigkeit zweier Körper zueinander, bei dem nach dem Doppler-Prinzip ein Signal erzeugt wird, dessen Frequenz proportional zur Relativgeschwindigkeit der beiden Körper ist, und in einer Anzahl von festgesetzten gleichen aufeinanderfolgenden Zeitperioden die Zahl der Schwingungen dieses Signals mit Hilfe von Zählwerken bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß lediglich der Maximalwert der in den verschiedenen Zeitperioden ermittelten Schwingungszahlen festgestellt wird, indem unter Verwendung von zwei Zählwerken zunächst die Schwingungen einer Zeitperiode dem einen Zählwerk (A) und dann die Schwingungen einer weiteren Zeitperiode dem anderen Zählwerk (B) zugeführt werden, bis in dem anderen Zählwerk die Schwingungszahl, die in dem einen Zählwerk gezählt wurde, erreicht ist, und dann die restlichen Schwingungen der Zeitperiode wieder dem einen Zählwerk zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählung beendet wird, wenn die Zahl der Schwingungen in der weiteren Zeitperiode die in einer der vorhergehenden gleichen Zeitperioden gezählte Schwingungszahl nicht übersteigt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils aus den in einer bestimmten Serie verschiedener Messungen gezählten Maximalschwingungszahlen die durchschnittliche Maximalgeschwindigkeit für diese Serie bestimmtwird.

4. Gerät zur Durchführung des Vtrfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Frequenzmessung des Doppler-Signals ein Oszillator (6) ein Signal mit einer Frequenz erzeugt, die ein genaues Vielfaches der zu messenden Frequenz des Doppler-Signals darstellt, daß das Doppler-Signal mit einer Subharmonischen des Oszillator-Signals hinsichtlich der Phasenverschiebung in einem Phasenvergleicher (8), dem das zu messende Doppler-Signal und über eine Teilereinheit (7) das Oszillator-Signal zugeführt wird, verglichen und mit dem Vergleichswert die Oszillator-Frequenz derart geregelt wird, daß die Phasenverschiebung für jeden Frequenzwert konstant bleibt und daß die Doppler-Frequenz durch Zählung der Schwingungen des Oszillator-Signals während der festgesetzten Zeitperioden von einem Zähler (U) mit zwei Zählwerken (A, ß^oesümmt wird.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zählwerke (A, B) Aufwärtszähler sind, daß dem einen Zählwerk (A) die Schwingungen so lange zugeführt werden, wie das andere Zählwerk (B) auf einem eingestellten Maximalwert (N) steht, daß bei Beendigung der einen Zeitperiode, in welcher mit einem Zählwerk (A) eine Schwingungszahl (P) gezählt wurde, das andere Zählwerk (B) auf den Komplementärwert (N- P) gestellt wird, daß dann dem anderen Zählwerk (B) Schwingungen so lange zugeführt werden, bis das andere Zählwerk (B) wieder den Maximalwert (N) erreicht hat, und daß dann die restlichen Schwingungen wieder dem einen Zählwerk (^zugeführt werden (F i g. 3 und 4).

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch Bekennzeichnet, daß die Phasenkonstanz zwischen

dem Doppler-Signal und dem Oszillator-Signal während der Zeitperiode, in der die maximale Schwingungszahl festgestellt wird, und in der Zeitperiode davor und danach automatisch geprüft wird.

7. Gerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß während der Zählung der Schwingungen mit Hilfe des einen Zählers (A) ein Kontrollsignal erzeugt und während der Anwesenheit des Kontrollsignals die Phasenkonstanz zwischen Doppler-Signal und Oszillator-Signal überwacht wird.

8. Gerät nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Überwachungseinheit (12), welche mit dem Phasenvergleicher (8), einer die Zeitperioden bestimmenden Zeituhr (9) und der Zähleinheit (U) derart gekoppelt ist, daß bei Anwesenheit eines Zeitkontrollsignals (51) von der Zeituhr (9) und eines Überzählsignals (52) von der Zähleinheit (11) bei Zählung in dem einen Zählwerk (A) ein der Überwachungseinheit (12) zugeführtes Signal (C) und über die Überwachungseinheit (12) bei Anlegen eines Phasenkonstanzsignals (50) ein Signal (E) erzeugt wird, welches zusammen bei Anwesenheit des Zeitkonstanzsignals (51) und Abwesenheit des Überzählsignals (52) das Kontrollsignal (F) erzeugt (F i g. 5 und 6).

9. Gerät nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Phasenvergleicher (8) und der Überwachungseinheit (12) eingeschaltetes Verzögerungsglied (13) (F ig. 1).

10. Gerät nach einem der Ansprüche 4 bis 9 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Speicher (19), einen Modulteiler (21) und einen Messungszähler (23), die derart gekoppelt sind, daß der Speicher (19) die von der Zählereinheit (11) festgestellten maximalen Schwingungszahlen für aufeinanderfolgende Messungen aufaddiert, der Mesfungszihler (23) die Anzahl der durchgeführten Messungen festhält und der Modulteiler (21) die in dem Speicher (19) aufaddierte Summe durch die Anzahl der Messungen teilt (F ig. 1).