DE2264157C3 - FM-Radargerät zur Entfernungsmessung durch Gleichheitsermittlung zweier Dopplersignale - Google Patents

Description

Die Erfindung geht von einem Radargerät zum aufweist, welche als gleich weit entfernte Punkte bevfessen der Entfernung zu einem sich bewegenden zeichnet werden können und deren Amplituden gleich ~eeenstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 den Amplituden einer Besselfunktion (./«-n) /i + l-ter ■* ^K Ordnung sind. Hierbei gibt es in einer Emfernung,

Bei herkömmlichem frequerzmoduliertem (FM-) 5 welche größer ist als der nächstliegende Punkt W₀, Radar wird die Entfernung durch Vergleich der Fre- zahlreiche »entfernungsgleiche« Punkte In₁, nu, m₃ ..., uenz des Echos mit der des Senders bestimmt, wobei während in einer Entfernung, die gleich oder kürzer der Unterschied proportional der Entfernung zu dem als der Punkt m₀ ist, er. abgesehen von diesem Ziel oder Gegenstand ist. Das FM-Radar weist aber Punkt m₀ keine weiteren entfernungsgleichen Punkte einen festen, durch die folgende Gleichung wieder- io gibt.

aThenen Fehler auf· Mit Hilfe dieser Beziehungen und Eigenschaften

^ges kann mittels des bekannten Radargeräts bestimmt

werden, ob sich ein Zielgegenstand innerhalb einer

vorbestimmten Distanz befindet; hierzu wird dann

_c xä jeweils ein der Distanz m₀ entsprechendes Signal durch

AR = , Vergleich der Maximalampliiuden J„(m_r), J»-i('"r).

8 Af ... für jedes Paar aufeinanderfolgender Seitenbänder

bestimmt. Darüber hinaus wird bei dem bekannten

Radargerät das Verschwinden eines sogenannten

20 Gleichheitssignals in jedem der Kanäle 0-1,1-2 bis 9-10

festgestellt, um daraus den nächstliegenden Punkt /H₀

u · r A\e Wellenausbreitungsgeschwindigkeit und zu bestimmen; hieraus kann dann geschlossen werden. Ti Frequenzhub ist. daß der Zielgegenstand die entsprechende vorbe-

V linem Frequenzhub von 10 MHz liegt der feste stimmte Entfernung bzw. die entsprechende Hohe tr μ, /IR in der Größenordnung von 4 Metern. Dies 25 passiert hat; mit dem bekannten Radargerat können •t her beim Messen des Abstandes zu einem Gegen- somit nur den Punkten /Ji₀, »Ί · · · entsprechende bnt- a ·„ ,.inpr Fntfernung von einigen hundert Metern fernungen bestimmt und angezeigt werden.

aLRadarschirm ein großer Fehler. Um daher Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Radargerat

T Sand zu einem Ziel oder Gegenstand in einer zum Messen der Entfernung zu einem sich bewegenden αϊ neen Entfernung von nur einigen hundert 30 Gegenstand zu schaffen, bei welchem jede beliebige m zu messen muß der Frequenzhub Af außer- Entfernung zu dem Zielgegenstand ohne gelteres stark erhöht werden, was bei einem Radar- genau bestimmt werden kann. Diese Aufgabe wird einem bestimmten Frequenzband zu sehr gemäß der Erfindung bei einem Radargerat zum <™n_Pn technischen Schwierigkeiten führt. Messen der Entfernung zu einem sich bewegenden

Ferner St aus der CH-PS 3 86 498 ein Radargerät 35 Gegenstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mapl dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil dieses Sem Ie AnzlΓ von Seitenbändern, welche in Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte We terb.ldungcn des dem Ausgang einer Mischstufe enthalten sind, abge- Anmeldungsgegenstandes sind den Unteranspruchen trennt und die Amplituden von jeweils zwei der Seiten- entnehmbar.

Ser miteinander verglichen werden, um daraus die 40 Hierbei ist bei dem Radargerät gemäß der Erfindung zäpunSeκ!bestimmen, bei welchen Gleichheit davon ausgegangen, daß sich die relativen Intensität ™Uchen den von Null verschiedenen Werten dieser Verhältnisse zwischen den J₀-, J₁-* /,-, · · -⁰¹¹^₁" SeJ Sekenbänder auftritt; hierbei wird dann aus der niederfrequenten Welle proport.ona entsprechend Her Gleichheit dieser Signale die erforderliche Infor- der Entfernung zu dem Z.elgegens and andern, so daß iition bezSlich der Entfernung erhalten. 45 die Entfernung bzw. der Abstand zu dem Zielgegen-

Bef dem bekannten _Radarge?ät werden somit die stand durch das Zeitintervall gemessen werden kann Amp iSn von zwei benachbarten Seitenbändern das aus den unterschiedlichen Intensitäten und eine Ander verglichen und sogenannte Gleichheits- Phasenbezeichnung erhalte η w'rd· »«erbe, w ™ Se gebildet wenn die Amplituden der beiden dem Radargerat gemäß der E findung die EnUernung ^Sg miteinander verglichenen, benachbarten Seiten- 5o zu einem Zielgegenstand, ^" "^' ^dJ ^EmP • J -J, J₁-J* 7,-J₁, · - · gleich sind. Die Gleich- fangsantenne zu- oder von diesel wegbewegt α male¹ in 'jedem Kanal 0-1, 1-2, 2-3 bis 9-10 gemessen, daß ein Bezugsze.tnunktund en Ze. [dann nicht mehr aufgezeichnet, wenn der Ziel- bestimmt w.rd. be. welchem die ^enatoten stand sich in einer vorbestimmten Distanz bzw. Dopplersignale gleich sind, wobei ein ^™< _Clll„ vorbestimmten Höhe über dem Erdboden be- 55 zwischen dem Bezugsze.tpunkt und dem ZeUpunkt find t Bei dem bekannten Radargerät sind dann die gleicher Intens.taten sow.e eine besj.mn„te Penode Lximalamplituden J^. «*,). . der Doppler ^Ρ^^^Α^ΓίηΛtriode signale 7₀('"r) cos f»_t,-l/. ./,(/»,) cos [«,„,t -|- , ₍ berechnet wird. .

— '■ »-»™.' ' <■ ">- "'··■ ⁶" ^B" *'" ^R"^d"^Ecri" ^^,!Äd™

Funktion entsprechend SÄ^d eiir die^n;,. ₌nden Vor kti ädert und in der richtung ^d^»^"^d^^

^Ä^nifÄFunktion p Ä ^; ₌

einer trigonometrischen Funktion ändert und in der richtung ^d^»^"^d _c^^ bei der

Intensität proportional mit zunehmender Entfernung einer Sinuswellc ^fr^"^^^od"'.^ ^ ; _{d da}.

«_r allmählich abnimmt, zeigt sich bei einem Vergtach ^ herk^nim jehen ™ CV^lJada' >^™^η

der Besselfunktionen (J_n, J_n „ ...) der vcrsch.edeiien Echo sig i.al S vvclc es die ο η _ück

Welle oder der Bezugswelle R₀ gemischt, um daraus eine niederfrequente Welle oder ein Differenzfrequenzsignal e zu erhalten, das durch die Gleichung beschrieben werden kann:

ι ... W_nAt I M_7nAt \ e — rcoslwcAt -)- 2/H/Sin cos|cj,n? H I

J₀(m_r) + 2 j>^ ( — 1)" cos In Ico_mt -\

nAt

B=O

(D

in welcher bedeutet

r = der Koeffizient, der in Abhängigkeit von dem Reflexionsfaktor eines Zielgegenstandes, den Kenndaten der Mischstufe u. ä. bestimmt ist, Oc = die Kreisfrequenz der Trägerwelle, At = die Laufzeit, d. h. die Zeit, die die Welle für den Hin- und Rückweg benötigt,

Wf = der Frequenzmodulationsindex, o)_m = die Kreisfrequenz der modulierten Welle und J₂n = die Besselfunktion 2/i-ter Ordnung erster Art.

Der Frequenzmodulationsindex m/ ist durch die Gleichung gegeben:

ntf — 2π AfIw_n; und m_r ist durch die Gleichung gegeben:

so daß die Maximalwerte der mittels des Bandpaßfilters abgetrennten Frequenzkomponenten werden

rJ₀(m_r),

m_T — 2m f sin

w_m At

At = 2RjC\st,

(2)

(3)

35

40

wobei R der Abstand von der Antenne zu einem Zielgegenstand und C die Wellenausbreitungsgeschwindigkeit ist.

Die durch Gleichung (1) wiedergegebene, niederfrequente Welle wird mittels eines noch zu beschreibenden Bandpaßfilters in die einzelnen Frequenzkomponenten, wie eine Doppler-Signalkomponente, eine Grundwellenkomponente und harmonische Komponenten gefiltert:

rJ₀(m_r) cos w_cAt,

— IrJ₁ (/Wr) cos I w_n t H ——) sin a>_cAt,

— 2rJ₂{m_i) cos (2w_nt + to_m.At) cos w_cAt.

55

60

Die Doppler-Kreisfrequenz cod ==

2 vto_c

, (wobei ν

die Relativgeschwindigkeit des Zielgegenstandes bezüglich der Antenne ist) ist so gewählt, daß sie der folgenden Bedingung genügt:

Die Amplituden J₀{m_r), J₁(IiIr), Ji(m_T), ■ ■ ■ werden durch At, d. h. durch die Entfernung zu dem Zielgegenstand bestimmt; r ist eine oben definierte Konstante. Die Verhältnisse zwischen den Amplituden der Frequenzkomponenten sind daher unabhängig von der Konstanten r.

Das FM/CW-Radarsystem gemäß der vorliegenden Erfindung beruht auf dem vorbeschriebenen Prinzip, so daß die Entfernung zu einem Gegenstand in sehr kurzem Abstand durch digitale Signalverarbeitung mittels Taktimpulsen unabhängig von der absoluten Intensität des Signals gemessen werden kann, das durch die Empfindlichkeit, Verstärkungsfaktoren usw. des Sender- und Empfängersystems beeinflußt wird. Nachfolgend wird die Erfindung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wozu auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen

F i g. 1 bis 4 die verschiedenen Wellenformen der zur Erläuterung des der Erfindung zugrunde liegenden Prinzips verwendeten Signale,

F i g. 5 eine Kurve, die ebenfalls zur Erläuterung des der Erfindung zugrundeliegenden Prinzips verwendet ist und in der die Beziehung zwischen κ und tjz dargestellt ist,

F i g. 6 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 7 Wellenformen der verschiedenen in dem ir F i g. 6 dargestellten Blockschaltbild erhaltenen Signale und

F i g. 8 eine Schaltung, um zu ermitteln, ob sich der Zielgegenstand auf die Antenne zu oder von diesel weg bewegt.

Aus F i g. 1, in der die Beziehung zwischen m_r und J_n(m_r) dargestellt ist, ist zu ersehen, daß sich die Amplituden proportional zu der Besselfunktion J„{m_T ändern, wenn sich m_T ändert. Den Gleichungen (2 und (3) ist zu entnehmen, daß m_r eine Funktion vor At ist, d.h. der Entfernung R zu dem Gegenstand wenn der Frequenzhub Af und die Kreisfrequenz w„ bestimmt sind. Aus den Verhältnissen der Amplitudei der Besselfunktion J₀, J₁, J₁ ... kann daher die Ent fernung R zu dem Gegenstand bestimmt werden.

7 8

In F i g. 2 sind schematisch die Wellenformen der den Punkten α und P' sind durch die Gleichungen Signale J₀, J₁, J₂ dargestellt, wenn sich der Zielgegen- gegeben:
stand in einer Entfernung R von der Antenne mit der
Relativgeschwindigkeit ν bewegt; die Wellenformen

der Signale werden bei Durchgang der Signale J₀, J₁ 5 \ ^π

und J₂ durch Filter erhalten, die keine Kreisfrequenz und

durchlassen, die größer als die Kreisfrequenz w_m der / 2 arc tg λ'\

modulierten Welle ist. In F i g. 2 ist e₀ die Wellen- ^{Ta =} '° ^¹ _π Γ

form des Doppler-Signals mit der Amplitude rJ₀(m_r),

C₁ die Wellenform der Grundwelle mit der Amplitude io

2r J,(m_r), die mit der Doppler-Kreisfrequenz oh ampli- wobei λ (.*') das Verhältnis zwischen den Amplituden

tudenmoduliert ist, e₂ die Wellenform der harmo- oder Intensitäten der Signale e₃ (e₃) und e₀ ist. Das

nischen Komponente mit der Amplitude 2rJ₂(m_r), die Zeitintervall I₀ ist gleich einem Viertel der Wellen-

mit der Doppler-Kreisfrequenz 2oj_d amplitudenmodu- länge /_d, d. h., das Zeitintervall ist gleich einem Viertel

liert ist, e₃ die Wellenform des Signals, das durch 15 der Periode.

Demodulation des Signals e_y erhalten wird, das mit Die Beziehung zwischen /₀/τ und dem Verhältnis a,

der Kreisfrequenz w_m der modulierten Welle modu- wenn die Amplitude des Signals e₀ gleich 1 ist,'ist in

liert ist, und e_k stellt die Wellenform des Signals dar, F i g. 5 dargestellt. Wenn λ = 1, d. h., wenn die

das durch Demodulation des Signals e₂ erhalten wird, Amplitude des Signals e₃ gleich der des Signals e₀ ist,

das mit der doppelten Kreisfrequenz w_m moduliert 20 ist ί_ο/τ = 2; d. h., die Signale e_a und e₃ schneiden sich

ist. in einem Punkt, der von dem Punkt α in der Phase

Aus Gleichung (1) ist zu ersehen, daß sich das um 45° entfernt liegt; die Größe /₀/τ nimmt genau

Signal e₃ in der Phase um 90° von dem Signal <?₀, und linear zu, wenn das Verhältnis α bis 5 zunimmt. Wie

das Signal e_t in der Phase um 180° von dem Signal e₀ im einzelnen später noch beschrieben wird, sind die

unterscheidet. 25 Verstärkungsfaktoren der Verstärker für die Signale e₀

In F i g. 3 sind die Wellenformen der Signale e₀ und e₃ so gewählt, daß das Verhältnis α in einem Be- und e₃ dargestellt, wenn sich der Gegenstand mit der reich zwischen 1 und 5 liegt. Da die Größen /,,/T₁ und Geschwindigkeit ν auf die Antenne zu oder von dieser ί_ο/τ₂ eine Funktion von α bzw. .λ' sind, d. h. eine weg bewegt. Die Frequenz /<j der Signale e₀ und e₃ ist Funktion der Entfernung, kann die Entfernung zu proportional der Relativgeschwindigkeit v. Die Phase 30 einem Gegenstand aus der Größe /₀/tj und /Jt₂ bedes Signals e₃ eilt um 90° bezüglich der Phase des stimmt werden. Hierbei muß natürlich das VerSignals e„ vor, wenn sich der Gegenstand auf die hältnis λ in einem Bereich geändert werden, in dem <\ Antenne zu bewegt, eilt aber um 90° nach, wenn sich proportional der Entfernung R zu dem Gegenstand der Gegenstand von der Antenne weg bewegt. Die ist, damit die Größe /₀/τ proportional zu der EntAmplituden der Signale e₀ und e₃ ändern sich propor- 35 fernung R ist. Da die Signale e₀ und e₃ durch die tional zu J₀(m_r) bzw. J₁(Wr). Besselfunktionen J₀(m_r), J₁(IVr), ... gegeben sind,

In F i g. 4 ist die Beziehung zwischen den Teilen kann der Bereich, in dem die Größe /₀/r linear proder in F i g. 3 dargestellten Signale e_B und e₃ darge- portional zu der Entfernung R ist, entsprechend gestellt. Das heißt, die mit e₃ bezeichnete Wellenform wählt werden.

ist das Signal, (das erhalten würde,) wenn sich der 40 Die Entfernung zu dem Ziel bzw. Gegenstand, das

Gegenstand nicht mehr an der Stelle befindet, an der bzw. der sich auf die Antenne zu oder von dieser weg

das Signal e₃ erhalten wird. Hierbei ändert sich die bewegt, kann also dadurch gemessen werden, daß die

Amplitude in Abhängigkeit von der Entfernung R zu Zeit, zu der die Intensitäten der Signale e₀ und e,

dem Gegenstand. Das Zeitintervall I₀ zwischen dem gleich sind, wie in F i g. 4 dargestellt ist, und die

Punkt a, an dem das Signal e₀ die Maximalamplitude 45 Periode 4/₀ des Signals <?₀ oder e₃ gemessen wird und

aufweist und das Signal e₃ oder e₃ den Nullpegel die Größe /₀/τ berechnet wird. Das der vorliegender

kreuzt, und dem Punkt b, an dem das Signal e₃ oder Erfindung zugrunde liegende Prinzip ist beschrieben

e₃ die Maximalamplitude aufweist und das Signal P₀ worden, wenn zur Frequenzmodulation eine Sinus·

den Nullpegel kreuzt (im Prinzip stimmen der Zeit- welle verwendet wird; selbstverständlich kann zui

punkt, zu dem die Amplitude eines Signals ein Maxi- 50 Frequenzmodulation auch irgendeine andere dei

mum aufweist, und der Zeitpunkt, zu dem das andere Sinuswelle ähnliche Wellenform, wie eine Dreieck

Signal den Nullpunkt kreuzt, miteinander überein, so Wellenform, verwendet werden,

daß der Begriff »Nulldurchgang«, bei dem das Signal An Hand der F i g. 6 und 7 wird die erste Aus

den Nullpegel kreuzt, in der vorliegenden Beschrei- führungsform der Erfindung im einzelnen beschrieben

bung verwendet wird), ist umgekehrt proportional der 55 In F i g. 6 sind folgende Einrichtungen dargestellt: eir

Doppler-Signalfrequenz fa, d. h. der Relativgeschwin- Oszillator 1 zur Erzeugung einer Trägerwelle, eir

digkeit ν des Zielgegenstandes. In F i g. 4 ist das Modulator 2 zur Frequenzmodulation der TrägerwelU

Signale, so dargestellt, daß es in der Phase um 90° mit der Modulationswelle, ein Modulationswellen

bezüglich des Signals e₀ nacheilt, wenn sich der oszillator 3 zur Erzeugung der Modulationswelle mi

Gegenstand von der Antenne weg bewegt; es ist aber 60 einer Frequenz f_m, die ausreichend größer als dii

ohne weiteres zu ersehen, daß. wenn sich der Gegen- Doppler-Signalfrequenz /„ ist, eine Antenne 4 zun

stand auf die Antenne zu bewegt, das Signal e₃ um Aussenden der Welle zu dem Ziel oder Gegenstan<

90° bezüglich des Signals e₀ voreilt. Die Punkte, an und zum Empfang des von dem Gegenstand reflek

denen sich die Signale e„ und e₃, bzw. die Signale e₀ tierten Echos, ein Zirkulator 5 zur Zuführung de

und e₃ schneiden, d. h., die Punkte, an denen die 65 Ausgangs des Modulators an die Antenne 4 und de

Intensität der Signale C₀ und e₃ bzw. e₀ und e₃ gleich mittels der Antenne 4 empfangenen Echos an ein

sind, sind mit P bzw. P' bezeichnet. Die Zeitinter- erste Mischstufe 6 zum Mischen des Echos mit de

valle T₁ und T₂ zwischen den Punkten α und P, bzw. von dem Modulator 2 erzeugten Welle, um auf dies

9 ίο

Weise die niederfrequente Welle oder den Schwebungs- sich der Zielgegenstand auf die Antenne 4 zu bewegt

ton zu erzeugen, einen Breitbandverstärker 7 zur Ver- Die Weilenform der von dem Taktimpulsgenerator K

Stärkung des Ausgangs der Mischstufe 6, eine zweite erzeugten Taktimpulse ist in F i g. 7 G dargestellt

Mischstufe 8 zum Mischen des Ausgangssignals des Die Taktimpulse werden den Zählern 19 und 20 zu

Breitbandverstärkers 7 mit dem Ausgang des Modu- 5 geführt und von diesen nur gezählt, wenn die Si

lationswellenoszillators 3, um dadurch das Signal zu gnale D und F »1« sind.

erhalten, in welchem die Doppler-Signalkomponente Auf diese Weise zählt dann der Zähler 19 ein Vierte

der Welle mit einer Frequenz überlagert ist, die größer der Frequenz des Dopplersignals, d. h. durch Zähler

als die Modulationsfrequenz ist, ein erster Verstärker der Taktimpulse die Zeit /₀. Entsprechend zählt dei

und ein Tiefpaßfilter 9, die nur das Dopplersignal e₀ io Zähler 20 das Zeitintervall τ zwischen der Maximal

(s. Fig. 2) durchlassen und verstärken, ein zweiter amplitude des Signals e₀ oder dem Nulldurchgang de

Verstärker und ein Tiefpaßfilter 10, die nur das Signals e₃ und dem Zeitpunkt an dem die Intensitä

Signal e₃ (s. F ι g. 2) durchlassen und verstärken, eine des Signals e₀ gleich der des Signals e, oder -e, ist

erste Wellenformerschaltung 11 zur Erzeugung des Aus den Ausgangssignalen der Zähler 19 und 20 er

Rechteckwellensignals, um so die Nulldurchgänge des 15 zeugt dann die Teilerstufe 21 die Größe / Ic

Dopplersignals e₀ zu ermitteln, ein Vergleicher 13 zum Wie oben an Hand der F i g 5 beschrieben ist

Erzeugen des Rechteckwellensignals, das während des ändert sich die Gröi?e uh linear wenn sich das Ver

Zeitintervalls τ ansteigt, um so Kreuzungspunkte fest- hältnis λ, d. h. das Intensitätsverhältnis des Signals <-.

zustellen, an welchen das Signal e₃ das Signal e₀ zu dem Signal e₀, im Bereich zwischen 1 und 5 ändert

schneidet, ein erstes UND-Glied 14, welches das Aus- 20 Wenn beispielsweise die Abschnitte der JJmJ- unc

gangssignal wahrendI des Zeitintervalls /„ (s. F i g. 4) der ./,(,^-Kurven so gewählt werden, daß sich da!

abgibt, ein zweites UND-Glied 15 das das Ausgangs- Intensitätsverhältnis zwischen ihnen linear ander

signal abgibt wenn die Ausgange des Vergleiches 13 (beispielsweise die Abschnitte links von 2 auf de,

und der Wellenforrnerschaltungen 11 und 12 gleich- Abszisse in Fig. 1), kann die Entfernung R zu den

Kitig wahrend des Zeihntemlls τ anhegen ein Takt- ,5 Zielgegenstand digital gemessen werden indem di<

Impuls-Generator 16, ein drittes UND-Glied 17, das Taktimpulse mit der erforderlichen Genauigkeit er-

ÄnaTtnTm UND ΓΓ^4 Γ'ί f," T^ *^hU ^ ^{Der Iin}~« ^h kann TA dufe

signal von dem UND-Glied 14 ebenfalls anliegt, ein entsprechende Wahl der VerstärkuiWak-toren an

cT, "ND-GIiCd 17 entsprechendes viertes UND- Verstärket und 10 und/odeZ^Freque znu s

Glied 18, das den Tak impuls nur durchlaßt, wenn das 30 ausgewählt werden. Durch Auswahl der Frequenz de

Ausgangssignal von dem UND-Glied 15 anliegt, ein Taktimpulse kann die Genauigkeit 1t de?die Ent-

5NScLdT₇ ¹ d h zunTzXfe'nT \Tr ^ ^fcrnUng ™ ^dm ^Wsland gerne en w.rd. ent-

V-5?"™ ' a-,," T -f , ^Zciti°' ^{em s}P^rechend eingestellt werden

Zahler 20 zum Zahlen der Taktimpulse von dem Wenn wie ans F ; r, ί ' u ■ ■ u a

UND-Glied 18, d.h. zum Zählen der Zeitr, eine 35 ZieSnsTind ion H ⁸" 1 ? ^entnehm _u ^{en ISt}" ⁵^ ^dei

digitale Teilerstufe 21 zum Teilen des Ausgangs de ί K*™ 1 '^Ο*"%f*"™ 7*« bewegt, ne hmer

Zählers 19 durch den Ausgang des Zählers 20, um die gleichzeitig zu Ünn ί dargestellten Impulse

Größe φ zu erhalten, eine Steuereinheit 22 zum fand Zdie a! _P ^ande.^{rerseits s}'<* ^der ™Ψ*™

Steuern des Ein- und Rückstellen der Zähler 19 und 20 Fig 7 D' und 7 Fd "" ^' "^{ehmen die} !^{n d} _t ^er

und zum Steuern des Betriebs der Teilerstufe 21, und 40 ab WeLnTn IteLi ^? Ί η ^ ΐ°' Iit

eine digitale Anzeigeeinrichtung 23 zum Anzeigen des bezüglich de SiSe D Ψ? α "ρ. Γ ?

Ausgangs der Teilerstufe 21. _nhpn ^g ," 7^ßna'^ ^{D und F a}"»er Phase. Aus der

A Hd F i 7 id i £ 5S

An Hand von F i g. 7 wird die Arbeitsweise der mi£, Z5ST ob Γη"^"^" ^"",^ T Vorrichtung beschrieben. In F i g. 7 A sind die Anti.™ J ι ^ " ^Zieig^e8cnstand auf du

f g ^A ^

Vorrichtung beschrieben. In F i g. 7 A sind die Anti.™ J ι ^ " ^Zieig^e8cns

Wellenformen der Ausgangssignale der Verstärket 45 wirdMm eignen Im" f Γ ^A;^tenne«^e8 ^.

und 10 dargestellt, wenn sich der Zielgegensta.id in beschrieben ^foI8cnden an Hand von F. g.

einem bestimmten Abstand von der Antenne 4 be- |„ ρ; „ » _ict ■ _C1, , , . .

findet. Das Signal e_B entspricht der Größe J₀(„i_r) und fest"estc U werln Schaltung dargestellt, mit de,

das Signal e₃ der Größe JAj_nJ. Das Ausgangssignal _auf 't Ant T' °^{b S}'^{ch CU1 Ziel}S^eS^cnstanc

der Wellenformerschaltung 11 ist in F i g 7 B Z- 50 Z f\ A η "^ ^ZU„°^dei" ^{VOn diescr we}S ^bewcS¹· ^Dlf

gestellt; demnach wird das Signal »1« erzeuet wenn sfnhillnM .f-f^ ^SchaltunS weist einen mono

das Signal e_a sich in der positiven Hälfte der'periode der Α^ΐηΓΐ " p' ⁷^f" ^anS^{estcuert wird}' ^wenr

befindet. Das Ausgangssignal der Wellen formerschal- f7e «?η£Λ Λ^{Ί) deS UND}"^{Glieds U (s}

tung 12 ist in F i g. 7 C dargestellt. Der Ausgang des interval e™?T η ^S'^{gnal >>1(< fÜf e}'^{n Z}f

UND-Glieds 14, d.h. das logische Produkt der in 55 Zeit7 \,nT ^{& l}\ ^da^ ^ausreiche"d kürzer ist als du

den F i g. 7 B und 7 C dargestellten Ausgangssignai A₁₁ Λ' η ^" ^UND-^GIied 25 auf, an welchem de,

der Schaltungen 11 und 12, ist in F i g 7 D dar Ai 1 ^monostabiIen Multivibrators 24 und de,

gestellt. Der Ausgang des Vergleichers 13, der das Das IJNn rr J ?" ^{7 F) deS UND}-^{G]ieds 15 anliegt}

Signal e₀ mit dem Signal e₃ (oder -e₃) vergleicht ist sis-il ' _K ^{Olied 25} ß^{lbt dah}cr nur dann ein Ausgangs in F i g. 7 E dargestellt. Der Vergleicher 13 gibt also Γ"" ^{dCr Zieltd d An}

das Signal »1« nur ab, wenn das Signal e₀ > e, ist
D A d UNDGlid

Signal e₀ mit dem Signal e₃ (oder -e₃) vergleicht ist sis-il _K ß^{lbt dah}cr nur dann ein Ausgangs

in F i g. 7 E dargestellt. Der Vergleicher 13 gibt also 60 tenne we Γ""«* ^{dCr Ziel}8^eß^{enstand von der An}' das Signal »1« nur ab, wenn das Signal e₀ > e, ist In A»™ ,^

Der Ausgang des UND-Glieds 15, d. h. das logische zwe η ^^OrheS^cndcn Ausführungsbeispiel sind die Produkt der Signale B, C und E, ist in F i g 7 F dar- i_n L p,P^plersi8^nalkomPonentcn c₀ und e_s, die sich

gsche zwe η ^

Produkt der Signale B, C und E, ist in F i g 7 F dar- i_n L p,P^plersi8^nalkomPonentcn c₀ und e_s, die sich

gestellt. In den F i g. 7 C, 7 D', 7 E' und 7 F' sind sewähli ü"^{1 9}°° ^voncinander unterscheiden, nui

die Wellenformen der Signale dargestellt, die den in 65 «Lik««.' "™ f;i^e. ^Datenverarbeitung zu vereinfachen

den F i g. 7 C, 7 D, 7 E bzw. 7 F dargestellten Si- _k^^slverstandlich können aber auch Dopplcr-Signal-

gnalen entsprechen, wenn das Signal e₃ in der Phase Grad °^nen _f, ' ^{die s}'^ch in der Phase um irgendwelche

bezüglich des Signals e₀ um 90° voreilt, d h wenn ,„Γ,? ¹⁸⁰° unterscheiden, verwendet werden

ducn Können drei oder mehr Donnier-Sienalkompo-

nenten ausgewählt werden, um die Genauigkeit bei der Messung der Entfernung zu dem Gegenstand zu verbessern.

Weiterhin werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel das Zeitintervall zwischen dem Bezugszeitpunkt und dem Zeitpunkt, zu dem die Amplituden oder Intensitäten der Dopplersignale jeweils gleich sind, ebenso wie die Periode digital gemessen, und ihr Verhältnis wird digital verarbeitet. Die vorbeschriebene Anordnung dient der Vereinfachung der Datenverarbeitung und der Verminderung der Kosten des Radarsystems. Selbstverständlich können aber das Zeitintervall und die Periode auch analog gemessen werden; ebenso kann auch ihr Verhältnis analog verarbeitet werden. Diese Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Entfernung zu dem Gegenstand analog gemessen und angezeigt werden muß.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Nulldurchgangszeitpunkt der beiden Dopplersignale gemessen, um eine Viertelpcriodc I₀ zu ermitteln, die als ein Ausführungsbeispiel der Periode verwendet ist;

selbstverständlich kann der Bezugszeitpunkt auch auf irgendeine andere entsprechende Weise bestimmt werden. Beispielsweise kann der Bezugszeitpunkt der Zeitpunkt sein, wenn die Amplitude des Signals den Maximalwert erreicht.

In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Größen J₀. J₁ in Gleichung (1) verwendet; es können aber auch irgendwelche anderen Frequenzkomponenten, beispielsweise J₀ und J₃ oder J₁ und J₂ verwendet werden, die sich in der Phase unterscheiden. Die Verstärkungsfaktoren der Verstärker für die Signale, der Bereich der meßbaren Entfernung, die Anzeigeeinrichtung und die zugeordneten Schaltungen können dann entsprechend gewählt werden. Das wichtigste Merkmal ist darin zu sehen, daß die Entfernung zu einem Gegenstand dadurch gemessen werden kann, daß das Zeitintervall aus den Intensitäten und der Phasenbeziehung gemessen wird, was auf der beobachteten Tatsache beruht, daß die relativen Intensitätsverhältnisse zwischen J₀, J₁, J₂ ... der niederfrequenten Welle sich proportional der Entfernung zu dem Gegenstand ändern.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Radargerät zum Messen der Entfernung zu einem sich bewegenden Gegenstand mittels ausgesendeten und reflektierten, frequenzmodulierten, ungedämpften Wellen mit einer Einrichtung zum Abtrennen eines Dopplersignals von einer durch Mischen der ausgesendeten und der empfangenen Wellen erhaltenen, niederfrequenten Welle und mit Einrichtungen, um eine Grundwellenkomponente bei der Modulationsfrequenz und Oberwellenkomponenten der Moiiulationsfrequenz von der niederfrequenten Welle und davon weitere Dopplersignale abzuleiten, ferner mit einer Einrichtung, um aus den Dopplersignalen mindestens zwei Dopplersignale auszuwählen, welche sich in der Phase voneinander unterscheiden, und mit einer Einrichtung zum Ermitteln des Zeitpunktes in einer Periode, zu welchem die Intensitäten der mindestens zwei Dopplersignale gleich sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (11, 12, 14), um in einer Periode einen Bezugs-Zeitpunkt (a) bei einer der mindestens zwei Dopplersignale (z. B. e₀, e₃) festzulegen, durch eine Einrichtung (16 bis 20) zum Bestimmen eines Zeitintervalls (τ) zwischen dem Bezugszeitpunkt (ä) und dem Zeitpunkt (P), zu welchem die Intensitäten der mindestens zwei Dopplersignale in einer Periode gleich sind, und durch eine Einrichtung (21, 22) zum Berechnen eines Verhältnisses (/₀/τ) zwischen dem Zeitintervall und einer Periode (4/₀) der mindestens zwei Dnpplersignale als Maß für die Entfernung zu dem Gegenstand.

2. Radargerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (24, 25) zum Bestimmen einer Phasenbeziehung zwischen den mindestens zwei Dopplersignalen (<?„, e₃) als Anzeichen für die Richtung der Relativbewegung des Gegenstandes.

3. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (11 bis 23) digital arbeiten.

4. Radargerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenz zwischen den mindestens zwei Dopplersignalen (e₀, e₃) so gewählt ist, daß sie 90 beträgt.

5. Radargerät nach Anspruch 4, rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die den Bezugspunkt (a) schaffende Einrichtung (11, 12, 14) eine erste Wellenformerschaitung (11) zum Erzeugen einer Rechteckschwingung (B), die nur dann einen hohen Pegel aufweist, wenn das erste abgetrennte Dopplersignal (e₀) in der positiven Halbperiode liegt, um so Nulldurchgänge des abgetrennten Dopplersignals festzustellen, eine zweite WeI-lenformcrschaltung (12) zum Erzeugen einer Rechteckschwingung (C), die einen hohen Pegel nur dann aufweist, wenn das aus der Grundwellenkomponente (J₁) der Modulationsfrequenz (/,„) erhaltene Dopplersignal (e₃) in der positiven Halbperiode liegt, um εο Nulldurchgänge dieses Dopplersignals festzustellen, und ein erstes UND-Signal (14) aufweist, an welchem die Ausgänge der beiden Wellenformerschaltungen (11, 12) anliegen;

b) die Einrichtung (13, 15) zum Bestimmen des Zeitpunktes (P) in einer Perode, zu welchem die Intensitäten der mindestens zwei Dopplersignale gleich sind, einen Vergleicher (13) zur Abgabe einer Rechteckschwingung (E), die nur dann einen hohen Pegel besitzt, wenn die Amplitude des ersten abgetrennten Dopplersignals (e_a) größer ist als die des aus der Grundwellenkomponente (J₁) der Modulationsfrequenz (fm) erhaltenen Dopplersignals (e₃), um so die Zeitpunkte zu bestimmen, zu denen das erste abgetrennte Dopplersignal und das aus der Grundwellenkomponente erhaltene Dopplersignal in der Amplitude gleich sind, und ein zweites UND-Glied (15) aufweist, an welchem die Ausgänge des Vergleichers (13) und der beiden Wellenformerschaltungen (11, 12) anliegen und das ein Ausgangssignal (F) für ein Zeitintervall zwischen dem Nulldurchgang des aus der Grundwellenkomponente erhaltenen Dopplersignals (e₃), wenn dieses von der negativen Halbperiode in die positive Halbperiode übergeht, und dem Zeitpunkt abgibt, wenn das erste abgetrennte Dopplersignal (e₀) und das aus der Grundwellenkomponente erhaltene Dopplersignal (ei) gleich sind;

c) die das Intervall messende Einrichtung (16 bis 20) einen Taktimpulsgenerator (16), ein drittes UND-Glied (17), das die Taktimpulse (G) nur durchläßt, wenn das Ausgangssignal (D) des ersten UND-Glieds (14) anliegt, ein viertes UND-Glied (18), das die Taktimpulse (G) nur durchläßt, wenn das Ausgangssignal (F) des zweiten UND-Glieds (15) anliegt, und Zähler (19, 20) zum Zählen der Taktimpulse des dritten (17) bzw. des vierten UND-Glieds (18) aufweist und

d) die das Verhältnis berechnende Einrichtung (21, 22) eine digitale Teilerstufe (21) zum Teilen des Ausgangs des einen Zählers (19) durch den Ausgang des anderen Zählers (20) und eine Steuereinheit (22) zum Steuern der Operationen der Zähler (19, 20) und der digitalen Teilerstufe (21) aufweist.

6. Radargerät nach Anspruch 5 unter Rückbeziehung des Anspruchs 3 auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Phasenbeziehung bestimmende Einrichtung (24, 25) einen mono- ₍ stabilen Multivibrator (24), der entsprechend dem Ausgang des ersten UND-Glieds (14) gesteuert wird, um das Ausgangssignal »1« für eine Zeitdauer abzugeben, die erheblich kurzer als das Zeitintervall zwischen dem Bezugszeitpunkt (a) und dem Zeitpunkt (/■") ist, zu welchem das erste abgetrennte Dopplersignal (e_c) und das aus der Grundwcllenkomponente (J₁) der Modulationsfrequenz (fm) erhaltene Dopplersignal (e₃) in der Amplitude gleich sind, und ein fünftes UND-Glied (25) aufweist, an dem die Ausgänge des zweiten UND-Glieds (15) und des monostabilen Multivibrators (24) anliegen.