DE2338904C3

DE2338904C3 - Funk-Meßsystem zur Entfernungsbestimmung zwischen1 zwei Stationen mittels Pseudorauschcode-Korrelation

Info

Publication number: DE2338904C3
Application number: DE2338904A
Authority: DE
Inventors: Pierre Suresnes Bouvier; Max Vaucresson Schumperli
Original assignee: Electronique Marcal Dassault SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-08-02
Filing date: 1973-08-01
Publication date: 1979-12-13
Also published as: FR2194974A1; US3900873A; GB1435174A; DE2338904B2; DE2338904A1; FR2194974B1; IT993612B

Description

Die Erfindung betrifft ein MeBsystem zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Stationen mittels Funksignalen, bei dem von der ersten Station ein erstes Signal zur zweiten Station gesendet wird und die zweite Station beim Empfang des ersten Signals ein zweites Signal zur ersten Station zurücksendet, wobei beide Stationen zur Phasenmodulierung dieser Signale jeweils einen Pseudorauschsignal-Generato? sowie einen Korrelator aufweisen, durch den die Pseudorauschsignale des stationseigenen Generators mit den empfangenen, modulierten Pseudorauschsignalen der anderen Station in Wechselbeziehung gesetzt werden, um daraus die Entfernung zwischen den beiden Stationen in der Weise zu erhalten, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Pseudorauschsignalcode, deren Abstand einer Periode der Bitfolge des Pseudcrauschsignalcodes entspricht, in

is Korrelation gesetzt werden und daß durch die sich aus den beiden Korrelationen ergebende Differenz eine Laufzeitfolgeschaltung (»delay-lock«) gesteuert wird. Bei einem bekannten Meßsystem dieser Art (US-PS 37 29 736) erfolgt die Entfernungsbestimmung in der Weise, daß zwei Korrelationen auf zwei verschiedenen Kanälen durchgeführt werden, wobei in einem ersten Kanal die Modulation des empfangenen Signals in Korrelation gesetzt wird zu einer ersten Funktion oder einem ersten Code und in einem zweiten Kanal in Beziehung gesetzt wird mit einem identischen, aber um eine Periode des Codes des ersten Kanals phasenverschobenen Code. Die sich aus der Differenz der beiden Korrelations-Funktionen ergebende Spannung wird in einer Ringschaltung dazu benutzt, den Oszillator zu steuern, der die Periode der beiden pseudo-stochastischen Funktionen oder Code danach bestimmt, wie diese an den Ausgängen zweier nebeneinanderliegender Stufen eines n-stufigen Registers anstehen. Dieses System birgt jedoch starke Fehlerquellen in sich insofern, als die beiden unabhängig voneinander arbeitenden Kanäle, auf denen die modulierten, jedoch gegeneinander phasenverschobenen Code oder Signalfolgen geführt werden, stets exakt abgestimmt sein müssen und diese Abstimmung nicht nur einen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfoüert, sondern auch immer wieder zeitbedingten Verstimmungen unterworfen ist. Dadurch können im System selbst Fehler entstehen, die sich als solche auf daß Meßergebnis auswirken.

·*■> Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Abgleich zweier getrennter, Meßsignale bzw. Bezugssignale führender Kanäle der Schaltungsanordnung nicht mehr erforderlich ist und bei dem die

V) abgleichbedingten Fehlerquellen beseitigt sind.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Pseudorauschsignal-Generator wenigstens der einen Station zwei Ausgänge besitzt, die mittels eines Umschalters abwechselnd auf den einzigen Korrelator schaltbar sind, wobei am einen Ausgang die jeweils /Men Signale und am anderen Ausgang die jeweils (π—l)-ten Signale des Generators anstehen und wobei der Umschalter mittels eines Befehlsgenerators derart gesteuert wird, daß die empfangenen, pseudorauschsignalmodulierten Signale nacheinander und abwechselnd mit den aufeinanderfolgenden, von dem in der empfangenden Station vorhandenen Generator erzeugten Code-Signalen in Wechselbeziehung gesetzt werden.

<>5 Dadurch wird vor allem der Vorteil erreicht, daß die jeweiligen Bezugssignale oder Bezugscode und deren Korrelationen in einem einzigen Kanal verarbeitet werden, was insbesondere die bei dem bekannten

MeQsystem systembedingt vorhandenen Fehlerquellen vermeidet und außerdem einen einfacheren, vor allem aber funktionssichereren Schaltungsaufbau ermöglicht Die Zuverlässigkeit und Meßgenauigkeit wird dadurch wesentlich erhöht

Dadurch, daß dabei die empfangenen Signale jeweils mit den in der empfangenden Station von dem dort vorhandenen Pseudorauschsignal-Generator erzeugten Signalen direkt in Korrelation gesetzt werden, ohne zuvor demoduliert werden zu müssen, ist es zudem möglich, den Einfluß von fremden Störspannungen zu minimalisieren, was insbesondere dann von Bedeutung ist wenn es sich um große Entfernungen handelt

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 4 zu entnehmen.

Anhand der Zeichnung wird nun im folgenden die Erfindung näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 ein Schaltschema einer ersten Station,

F i g. 2 ein Schaltschema einer zweiten Station,

F i g. 3 zwei Diagramme.

Eine in F i g. 1 dargestellte erste Meßstation, die sich beispielsweise an Bord eines künstlichen Erdsatelliten befindet enthält einen ultra-stabilen Oszillator 10, dessen Schwingungen nach dem Durchlaufen eines Frequenzvervielfachers ti in einem Modulator 12 durch einen Bezugscode moduliert werden, der von einem Bezugscode-Generator 13 geliefert wird. Bei dem Bezugscode handelt es sich um einen Pseudorauschsignalcode (»PN«-Code) oder eine pseudo-stochastische Funktion, deren Zeichen oder Signale +1 und — 1 sich entsprechend der Zahl 2"—1 mit der Periode Δ zusammensetzen.

Der Ausgang des Modulators 12 ist auf einen Sender 15 geschaltet dessen Signale von einer Antenne 16 ausgestrahlt werden. Die zweite Station, die zur Ermittlung der genauen Entfernung von der ersten Station vorgesehen ist befindet sich beispielsweise in einer Bodenstation. Sie besitzt eine Antenne 21 (F i g. 2), welche die von der ersten Station des Satelliten ausgestrahlten Signale empfängt und diese direkt auf einen ersten Eingang 22 eines Hochfrequenz-Korrelators 23 leitet. Dieser Korrelator 23 ist Bestandteil eines einzigen Autokorrelationskanais 24, der einen phasenstarren (»phase-lock«-) Empfänger 25 als Laufzeitfolgeschaltung (»delay-lock«) enthält Der zweite Eingang 26 des !«Correlators 23 ist mit dem Ausgang eines einzigen Modulators 27 verbunden, dessen Eingang 28 auf den Wechselschaltkontakt 34 eines Umschalters 33 geschaltet ist. Die mit den beiden feststehenden Polen 35 und 36 des Umschalters verbundenen Eingänge sind jeweils separat auf zwei verschiedene Ausgänge 29 bzw. 31 eines Pseudorauschsignal-Generators 32 geschaltet. Dabei erscheinen am Ausgang 29 des Generators 32 jeweils die Pseudorausch-Signale der Rangordnung π und am Ausgang 31 die Pseudorausch-Signale der Rangordnung n—\. Die in der Zeichnung als Kontakte dargestellten Teile 34,35, und 36 sind nur als Symbole für die Arbeitsweise des an sich elektronischen Umschalters aufzufassen.

Der Umschalter 33 wird von den Befehlssignalen gesteuert die ihm vom Ausgang 37 eines Befehlsgenerators 38 zugeführt werden. Dieser Befehlsgenerator 38 besitzt einen zweiten Ausgang 39, durch den zugleich ein Umschalter 41 gesteuert wird, dessen Eingang auf den Ausgang 42 eines Kohärent-Demodulators 43 geschaltet ist. Dieser Kohärent-Demodulator ist dem Empfänger 25, der eine Laufzeitfolgeschaltung darstellt, nachgeschaltet und wird durch den Umschalter 41 abwechselnd auf den positiven Eingang 44 und den negativen Eingang 45 eines Filters 46 geschaltet dessen Spannung am Ausgang 47 die Frequenz eines ZeH- oder

Taktgebers 48 steuert Der Zeit- oder Taktgeber 48 steuert den Durchlaß bzw. die Ausgabe der einzelnen entsprechend der Funktion 2"—1 geformten aufeinanderfolgenden Zeichen oder Signale, die vom Generator 32 erzeugt werden.

ίο Ein dritter Ausgang 49 des Generators 32 gibt die Codesignale auf einen Modulator 51, der die von einem Hochfrequenzoszillator 52 erzeugten und über einen Frequenzvervielfacher 53 zugeführten Schwingungen moduliert Die modulierte Frequenz wird über eine Leitung 54 einem Sender 55 und von diesem der Antenne 56 zugeführt

Die auf diese Weise von der zweiten Station gesendeten Hochfrequenzsignale, die durch die Codesignale des Generators 32 moduliert sind, werden von der Antenne 61 (Fig. 1) der ersten Station empfangen und auf den Eingang 62 eines Hochi.^quenzkorrelators 63 gegeben.

Der zweite Eingang 64 des Korrelators 63 ist mit dem Ausgang eines Modulators 65 verbunden, dessen Eingang 66 mittels eines Umschalters 70 abwechselnd auf der. einen oder anderen der beiden Ausgänge 67 und 68 eines Pseudorauschsignal-Generators 69 geschaltet wird. Die beiden Ausgänge 67 und 68 des Generators 69 unterscheiden sich dadurch, daß am Ausgang 67 nur die

JO der Rangordnung π entsprechenden Signale anstehen und am Ausgang 68 nur diejenigen der Rangordnung n— 1. In weiterer Analogie zu der Schaltungsanordnung der Fig.2 wird der Generator 69 von einem Befehlsgenerator 92 gesteuert. Wie in F i g. 2 sind auch beim Umschalter 70 der Fi g. 1 die Kontakte 71, 72 und 73 als Schaltsymbole zu verstehen. Der Befehlsgenerator 92 liefert seine Schaltbefehle über einen Eingang 91 an den Umschalter 70.

Der Generator 69 und der Bezugscode-Generator 13

■to sind gemeinsam auf eine Meßschaltung 83 geschaltet die zur Entfernungsbestimmung dient, und mit der auch ein Doppler-Meßschaltkreis 84 verbunden ist.

Auf der einzigen Leitung 73, die den Ausgang des Korrelators 63 bildet befinden sich abwechselnd eine erste, sich aus der Korrelation des empfangenen Signals einerseits und der durch den Ausgang 67 modulierten Hochfrequenz andererseits entstandene Funktion und eine zweite Funktion, die aus der Korrelation des erhaltenen Signals einerseits und der vom Ausgang 68

>υ modulierten Hochfrequenz andererseits resultiert. Der Verlauf dieser Werte als Funktion der Verschiebung to zwischen dem empfangenen Code und den von den Ausgängen 67 und 68 präsentierten Coden ist in den beiden Diagrammen der Fig.3 dargestellt. Der

vi Ausgang 73 ist auf einen Kohärent-Demodulator 74 geschaltet, dessen Ausgang 75 über einen Umschalter 76, der von dem Befehlsgenerator 92 gesteuert wird, abwechselnd auf den positiven Eingang 77 und den negativen Eingang 78 eines Filters 79 schaltbar ist. Der

M) Ausgang 81 des Filters 79 führt die Fehlerspannung,

welche die Frequenz eines Zeit- oder Taktgebers 82 steuert. Der Zeit- oder Taktgeber 82 bestimmt die Frequenz der Bitfolge der Signale des Generators 69.

Die selbe Leitung bzw. der gleiche Kanal, der ebenso in der ersten Station vorhanden ist, wird benutzt zum Erfassen der beiden in Abhängigkeit von der Fehlerspannung entstehenden Amplitudenwerte, wobei die Fehlerspannung selbst aus der Autokorrelation zweier

Zeitwerte resultiert, die um eine Bitperiode des Codes phasenverschoben sind.

Da in beiden Stationen die Korrelation zwischen Hochfrequenzsignalen stattfindet, wird der Störeffekt, der insbesondere durch die Wellenstreuung auf der zwischen den beiden Stationen zurückzulegenden Wegstrecke entsteht, auf ein Minimum reduziert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. MeBsystem zur Bestimmung der Entfernung zwischen zwei Stationen mittels Funksignalen, bei dem von der ersten Station ein erstes Signal zur zweiten Station gesendet wird und die zweite Station beim Empfang des ersten Signals ein zweites Signal zur ersten Station zurücksendet, wobei beide Stationen zur Phasenmodulierung dieser Signale jeweils einen Pseudorauschsignal-Generator sowie einen Korrelator aufweisen, durch den die Pseudorauschsignale des stationseigenen Generators mit den empfangenen, modulierten Pseudorauschsjgnalen der anderen Station in Wechselbeziehung gesetzt werden, um daraus die Entfernung zwischen den beiden Stationen in der Weise zu erhalten, daß jeweils zwei aufeinanderfolgende Pseudorauschsignalcode, deren Abstand einer Periode der Bitfolge des Pseudorauschsignalcodes entspricht, in Korrelation gesetzt werden und daß durch die sich aus den beiden Korrelationen ergebende Differenz eine Laufzeitfolgeschaltung (»delay-lock«) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,, daß der Pseudorauschsignal-Generator (32 bzw. 69) wenigstens der einen Station zwei Ausgänge (29 und 31 bzw. 67 und 68) besitzt, die mittels eines Umschalters (33 bzw. 70) abwechselnd auf den einzigen Korrelator (23 bzw. 63) schaltbar sind, wobei am einen Ausgang (29 bzw. 67) die jeweils n-ten Signale und am anderen Ausgang (31 bzw. 68) die jeweils (n—l)ten Signale des Generators (32 bzw. 69) anstehen unu wobei der Umschalter (33 bzw. 70) mittels eines Befehlsgönerato- j (38 bzw. 92) derart gesteuert wird, daß die empfangenen pseudorauschsignalmodulierten Signale nai ",einander und abwechselnd mit den aufeinanderfolgenden, von dem in der empfangenden Station vorhandenen Generator (32 bzw. 69) erzeugten Code-Signalen in Wechselbeziehung gesetzt werden.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Pseudorauschsignal-Generator (32 bzw. 69) und dem Befehlsgenerator (38 bzw. 92) ein vom Befehlsgenerator (38 bzw. 92/ gesteuerter Umschalter (41 bzw. 76) angeordnet ist, dessen Eingang mit dem Korrelator (23 bzw. 63) in Verbindung steht und dessen zwei Ausgänge (44 und 45 bzw. 77 und 78) je für sich einerseits mit dem positiven Eingang und andererseits mit dem negativen Eingang eines Filters (46 bzw. 79) verbunden sind, dessen einziger Ausgang (47 bzw. 81) den Generator (32 bzw. 69) abwechselnd mit positiven und negativen Signalen beaufschlagt

3. MeBsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (47 bzw. 81) des Filters auf einen Zeit- oder Taktgeber (48 bzw. 82) geschaltet ist, der die Bitfolge des Generators (32 bzw. 69) steuert.

4. Meßsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingang des Umschalters (41 bzw. 76) über einen Kohärent-Demodulator (43 bzw. 74) auf den Korrelator (23 bzw. 63) geschaltet ist.