DE2258228C2 - FM-CW-Rückstrahlortungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein FM-CW-Rückstrahlortungsgerät nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Das Sendesignal kann eine Strahlung mechanischen Typs, beispielsweise Ultra-Schallwellen, oder elektromagnetischen Typs sein, wie Höchstfrequenz- oder Lichtwellen. Im letzteren Fall muß wegen der Forderung monochromatischen Lichts ein Lasergenerator verwendet werden.

Solche Geräte, wie sie z. B. aus der US-PS 32 83 321 bekannt sind, dienen in der Regel der Geschwindigkeitsund Entfernungsmessung.

Derartige Ortungsgeräte weisen den Nachteil auf, daß die Messung der Frequenzanteile von Entfernung und Geschwindigkeit verhältnismäßig umfangreiche Geräte erfordert.

Ziel der Erfindung ist es, ein einfaches derartiges Gerät anzugeben, mit dem die relative Radialgeschwindigkeit eines Zielpunktes gemessen werden kann. Dieses Ziel wird durch das in Anspruch 1 gekennzeichnete Ortungsgerät erreicht. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Das erfindungsgemäße Gerät wird anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben, die ein Ausführungsbeispiel der

Erfindung zeigen.

F i g. 1 zeigt ein Diagramm der Empfangssignalfrequenzänderung in Abhängigkeit von der als Abszisse aufgetragenen Zeit F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Ortungsgerätes.

Entsprechend F i g. 1 variiert die Empfangssignalfrequenz in Form linearer An- und Abstiege, d.h. die ansteigenden Flanken und die abfallenden Flanken weisen als absoluten Wert die gleiche Neigung auf. Die Bezugsfrequenz ist durch eine gestrichelte waagerechte Linie dargestellt und ist gleich dem Mittelwert der Sendesignalfrequenz. Die Änderung der Sendesignalfrequenz weist die gleiche Form auf wie diejenige des in

is der Figur gezeigten Empfangssignals. Dieses Empfangssignal ist durch Doppler-Effekt frequenzmäßig nach oben verschoben, d. h. der Zielpunkt nähert sich dem Ortungsgerät Die Amplitude der Frequenzverschiebung ist das Maß der Annäherungsgeschwindigkeit des

Zielpunktes.

in F i g. 1 sind mit senkrechten gestrichelten Linien die Zeitpunkte t\, fe, (3 und U bezeichnet, bei denen die Empfangssignalfrequenz durch die Bezugsfrequenz hindurchgeht Wie daraus ersichtlich, sind bestimmte

Durchgangsintervalle wie U — ti, f3—fc länger als die Halbperiode der sich wiederholenden Sägezahlfolge. Bei diesen handelt es sich um sogenannte lange Zeitintervdle. Das Intervall t₂—1₃ ist kürzer als die Halbperiode. Die

langen Intervalle t\ —f2 bzw. h— U sind umso länger, und die kurzen Intervalle fc— /3 umso kürzer, je größer die Frequenzverschiebung durch Doppler-Effekt ist, d. h. je größer die Frequenzerhöhung der stark ausgezeichneten, die Empfangssignalfrequenz darstellenden Kurve ist Die Messung der Zeitdauer eines langen oder eines kurzen Intervalls oder der Differenz zwischen einem langen Intervall und einem kurzen Intervall bzw. zwischen mehreren kurzen und mehreren langen Intervallen bildet daher das Maß der relativen

Radialgeschwindigkeit des Zielpunktes.

Mit Hilfe des in Fig.2 gezeigten Geräts ist eine derartige Messung durchführbar.

In Fig.2 ist ein Lasersender L gezeigt, dessen Lichtbündel durch einen Frequenzmodulator M ge schickt wird, der mit dem Bragg-Effekt arbeitet. Dieser Modulator besteht aus zwei Blöcken M\ und M2, in denen sich die von den Transduktoren Ti und T2 erzeugten Ultraschallwellen ausbreiten. Die Betriebsweise von Bragg-Effekt-Modulatoren ist dem Fach- mann bekannt Die Wechselwirkung zwischen dem Ultraschall und dem Licht in den Hlöcken MX und M2 bewirkt in diesen Frequenzverschiebungen und eine Verschiebung der Richtung des Lichtbündels. Beide Blöcke sind derart angeordnet, daß sich die Wechselver- Schiebungen aufheben und die Frequenzverschiebungen sich addieren.

In F i g. 2 sind die Lichtbündel gestrichelt dargestellt während die elektrischen Verbindungen stark ausgezeichnet sind.

Die Transduktoren Ti und Ti! werden von einem Oszillator O mit Wechselstrom einer Ultraschallfrequenz gespeist. Die aus Laser L, Modulator M und Oszillator O bestehende Einheit bildet das Sendesystem. Die Oszillatorfrequenz O wird durch einen Modula tionsgenerator W gesteuert. Dieser gibt auf den Oszillator O ein Modulationssignal, das von einer abwechselnden Folge von ansteigenden und abfallenden Flanken gebildet wird, wobei das Modulationssignal

durch das gleiche Diagramm wie die Frequenz des Empfangssignals in F i g. 1 dargestellt wird. Das von dem Zielpunkt reflektierte Signal wird von einer Empfangsmischstufe R aufgenommen. Die Empfangsmischstufe empfängt ferner ein vom Laser L erzeugtes BezugslichtbündeL Sie liefert ein Wechselstromsignal; dessen Frequenz ist gleich der Differenz zwischen der Frequenz des vom Zielpunkt kommenden Empfangssignals und der festen Bezugsfrequenz. Die Bezugsfrequenz hat einen Wert, der ungefähr derjenige des vom Laser L auf die Mischstufe R gegebenen Bezugslichtbündels ist Die Mischstufe erzeugt ein Ausgangssignal, dessen Frequenz der erwähnten Differenz entspricht Das Ausgangssignal der Empfangsmischstufe R wird auf einen Frequenzdiskriminator D gegeben, der jeweils dann ein Durchgangssignal abgibt, wenn die von ihm empfangene Signalfrequenz den Nullwert passiert

Diese Durchgangssignale werden von einem Zeitkomparator C empfangen, der Intervallsignale, beispielsweise des analogen Typs, abgibt, welche die Zeitdauer der Durchgangsintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgangssignalen darstellen. Diese Intervallsignale weisen abwechselnd einen hohen Wert und einen niedrigen Wert auf, entsprechend beispielsweise den langen Intervallen und den kurzen Intervallen. Sie werden auf eine Verteilerschaltung CD gegeben, die sie abwechselnd an einem oder dem anderen ihrer Ausgänge abgibt. Die beiden Ausgänge liegen jeweils an einem von zwei Eingängen einer algebraischen Summierschaltung ES, deren einer Eingang ein positives Zeichen und deren anderer Eingang ein negatives Zeichen aufweist, d. h. die Schaltung ES zählt jedes zweite Intervallsignal positiv bzw. negativ. Die Summierschaltung ES ist derart ausgelegt, daß sie nur eine bestimmte Anzahl von ihr empfangener Intervallsignale berücksichtigt, und zwar stets die von ihr zuletzt empfangenen Signale. Diese Summierschaltung stellt während einer bestimmten Dauer den Mittelwert der langen Intervallsignale her, die um den Wert der kurzen Intervallsignale verringert sind. Die von der Summierschaltung ES errechnete mittlere Differenz wird von einem Geschwindigkeitsanzeiger IV angezeigt

Diese Differenz stellt allerdings nur den absoluten Wert der Geschwindigkeit des Zielpunktes dar, d. h. es ist nicht bekannt, ob der Zielpunkt sich nähert oder entfernt Diese Ungewißheit kann auf verschiedene Weise beseitigt werden. Beispielsweise ist es möglich, anstatt der Bezugsfrequenz eine Hilfsfrequenz zu verwenden, die im Verhältnis zur Bezugsfrequenz geringfügig verschoben ist Hierzu werden der Modulationsgenerator W oder die Mischstufe R mit der Hilfsfrequenz gesteuert So wird entsprechend F i g. 1 die gestrichelte waagerechte Linie, die die Übergangsintervalle bezeichnet, geringfügig verschoben.

Daraus ergibt sich eine Änderung der Anzeige durch das Anzeigegerät IV. Aus der Richtung der erfolgten Änderung ist ersichtlich, ob sich der Zielpunkt nähert oder entfernt

In Fig. 1 sind beispielsweise zwei alternierende Signale geeigneter Frequenz abgebende Generatoren G1 und G 2 gezeigt; die Frequenz ist so gewählt, daß auf die Empfangsstufe R über einen Umschaltkreis CC entweder die eine oder die andere der beiden Frequenzen gegeben wird, die von der Frequenzumsetzung betroffen sind. Durch Betätigung des Umschaltkreises CC wird eine Verschiebung der Bezugsfrequenz erzielt. Von den beiden Frequenzen entspricht bei gleicher Frequenzumsetzung die eine der Bezugsfrequenz und die andere der Hilfsfrequenz.

. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. FM-CW-Rückstrahlortungsgerät mit einer Einrichtung zur Geschwindigkeitsmessung anhand der Doppler-Verschiebung des Empfangssignals, mit einem Sender, der ein linear EM-moduliertes Sendesignal aussendet, und mit einem Empfänger, in welchem ein im Sender erzeugtes Signal mit dem augenblicklichen Empfangssignal in einem Mischer umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (R) außer dem Empfangssignal als im Sender erzeugtes Signal eine unmodulierte Schwingung zugeführt erhält, deren Frequenz so gewählt ist, daß das Zeitintervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des Frequenzhubs des Sendesignals durch die Bezugsfrequenz gleich der halben Periodendauer der Modulationsfrequenz ist, daß dem Mischer ein Frequenzdiskriminator (D) nachgeordnet ist, der jeweils dann ein Signal abgibt, wenn die Frequenz des umgesetzten Empfangssignals gleich der Frequenz der unmodulierten Schwingung ist, und daß ein Anzeigegerät (IV) vorgesehen ist, das eine Anzeige in Abhängigkeit vom Abstand mindestens zweier aufeinanderfolgender Ausgangssignale des Frequenzdiskriminators liefert

2. Ortungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigegerät jeweils die Differenz zweier Abstände aufeinanderfolgender Signale des Frequenzdiskriminators anzeigt

3. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation des Sendesignals eine symmetrische Dreiecksmodulation ist.

4. Ortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es mit Einrichtungen (CC, Gl, G 2) ausgerüstet ist, mit denen die Frequenz der unmodulierten Schwingung durch eine bestimmte Hilfsfrequenz ersetzbar ist die sich von der Bezugsfrequenz unterscheidet.