DE2346556B2

DE2346556B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen einer Relativgeschwindigkeit

Info

Publication number: DE2346556B2
Application number: DE19732346556
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Phys. Dr. Volker 2800 Bremen Graefe
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1973-09-15
Filing date: 1973-09-15
Publication date: 1981-04-02
Also published as: DE2346556C3; DE2346556A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit eines Fahrzeugs durchs Wasser durch Aussenden von Schallimpulsen vom Fahrzeug und Auswerten der Dopplerverschiebung von Echosignalen, die nach Volumenstreuung im Wasser empfangen werden, und Vorrichtungen zum Ausüben des Verfahrens.

Verfahren zum Bestimmen der Relativgeschwindigkeit mittels abgestrahlter Schallimpulse und Auswerten empfangener, dopplerverschobener Echosignale sind schon bekannt. So beschreibt die DE-OS 16 73 362 eine Anordnung dieser Art, bei der für die Ausweg tung eine Zeitblende vorgesehen ist, deren Beginn und Öffnungszeit einen Meßbereich in einem Abstand vom Fahrzeug bestimmt. Per ausgewählte Abstand des Meßbereichs soll gewährleisten, daß nur Echosignsie aus einem Volumen ausgewertet werden, das nicht durch die Bewegung des Fahrzeugs gestört ist,

Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß zunächst für die Bestimmung des Abstands eine Störungsfunktionskurve ermittelt werden muß, die für jedes Fahrzeug unterschiedlich ist Erst anhand dieser Störungsfunktionskurve können Relativgeschwindigkeiten gemessen werden. Ein anderer Nachteil dieser Anordnung ist die Vorgabe von festen Meßbereichen in dem vorgegebenen Abstand vom Fahrzeug, da nicht auszuschließen ist, daß auch im gewählten Meßbereich vom Fahrzeug hervorgerufene Turbulenzen zu finden sind, die die Messung verfälschen. Bei sehr ruhigem Wasser und geringer Fahrt des Fahrzeugs können innerhalb des vorgegebenen Meßbereichs eventuell keine auswertbaren Echosignale empfangen werden, so daß eine Bestimmung der Relativgeschwindigkeit nicht möglich ist

Es ist demnach Aufgabe der vorliegenden Erfindung, nur Echosignale auszuwerten, die aus einem störungsfreien Volumen stammen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst,

daß diejenigen Echosignale ausgewertet werden, deren

Amplituden kleiner als ein vorgebbarer Batrag sind, der

signifikant über einem Störpegel liegt

In einer vorteilhaften Ausbildung der vorliegenden

Erfindung ist vorgesehen, zur Auswertung der Amplituden der Echosignale zwei Schwelienwerte vorzusehen, von denen ein oberer Schwellenwert dem vorgebbaren Betrag entspricht und ein unterer Schwellenwert eine Grenze vorgibt, an der die Amplituden der Echosignale keinen ausreichenden Abstand vom Störpegel haben.

Durch dieses Auswerten von Echosignalen sehr kleiner Amplituden, die sich gerade vom Störpegel abheben, ist gewährleistet, daß die Dopplerverschiebung der Echosignale die wahre Relaiivgeschwindigkeit des Fahrzeugs gegen Wasser angibt

Eine Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens enthält eine Schwellenschaltung, die einem Empfänger für Echosignale nachgeschaltet ist, wobei ein Schwellenwert dem vorgebbaren Betrag und ein zweiter Schwellenwert einer unteren Grenze entspricht, die der Störpegel vorgibt Der Schwellenschaltung ist eine UND-Logik nachgeschaltet, deren anderer Eingang mit dem Empfänger verbunden ist. Die UND-Logik schaltet Echosignale nur dann zur Auswertung an einen

so Doppleranalysator durch, wenn ein Ausgangssignal der Schwellenschaltung angibt, daß Echosignale mit ihrer Amplitude zwischen den Schwellenwerten liegen. Der Doppleranalysator ist mit einem zweiten Eingang mit einem Oszillator für eine Sendefrequenz verbunden.

Um nach Erhalt von Echosignalen der gewünschten Amplitude sofort wieder eine neue Sendeperiode einzuleiten, ist es in einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, daß die Schwellenschaltung ein Signal abgibt, wenn die Echosignale in ihrer Amplitude erstmals den zweiten Schwellenwert unterschreiten. Dieses Signal wird über einen Taktgeber an ein Sendetor gegeben, das zwischen Oszillator und Sendewandler nageordnet ist und löst somit einen neuen Sendevorgang aus.

Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Amplitudenauswertung der Echosignale sichergestellt ist, daß nur Echosignale aus ungestörtem Medium bezüglich ihrer

Dopplerverschiepung ausgewertet worden. Echosignale hoher Amplitude, die aus einem Bereich des Wassers, der durch die Bewegung des Fahrzeugs beeinflußt ist, z, B, von Luftblasen oder vonStrömungswirpeln im Wasser, reflektiert werden und deren Doppleryerschiebung demnach kein Maß für die Relativgeschwindigkeit liefern kann, werden von der Auswertung ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g„ 1 ein Prinzipschaltbild

F i g. 2 ein Blockschaltbild.

In Fig. 1 wird der Wassprschallsender 1 durch ein Sendetor 2 geschaltet und erregt den Schallwandler 3. is Der Schallwandler 3 strahlt daher Schallenergie gegen das Meßvolumen 4. Diese Schallenergie wird, nachdem sie den Weg Iy zurückgelegt hat, von dem Meßvolumen 4 der Länge k als Nachhallsignal zurückgeworfen. Das Nachhallsignal legt die Strecke h abermals zurück und trifft wieder auf den Schallwandler 3.

Das durch diesen erzeugte elektrische Signal wird über das Empfangstor 5 dem Empfänger 6 zugeführt. Es enthält, wenn das Meßvolumen 4 gegenüber dem Schallwandler 3 eine Relativbewegung hat, einen Doppleranteil, dessen Frequenz ein Maß für die Relativbewegung ist Das Sendetor 2 wird für eine Zeit t\ geöffnet und dadurch der Schallimpuls ausgesendet, wobei das Empfangstor 5 geschlossen ist Sodann wird das Sendetor 2 geschlossen, so daß beide, Sendetor 2 und Empfangstor 5, für eine Zeit fe geschlossen sind. Sodann wird das Empfangstor 5 für die Zeit f₃ geöffnet Dann wird die Meßentfernung h durch die Zeit h bestimmt, die Länge des Meßvolumens k durch die Zeiten t\ und h.

Eine Amplitudenmeßeinrichtung 7 mißt nach Schließen des Sendetors 2 die Amplitude des Echosignals. Sie öffnet das Empfangstor 5, wenn die Amplitude des Echosignals einen vorgewählten oberen Schwellenwert unterschreitet, und schließt, wenn di$?e Amplitude einen. unteren Schwellenwert unterschreitet. Dadurch begrenzt sie die Zeit i_t und damit die Meßentfernung A in Abhängigkeit von der Amplitude des Echosignals,

Fig_r2 zeigt Einzelheiten der Vorrichtung im Blockschaltbild, Der Oszillator S schwingt mit der Meßfrequenz f. Er ist über das Sendetor 10 mit dem Schall wandler 11 verbunden. Das Sendetor 10 wird durch den Taktgeber 12 geöffnet Gleichzeitig ist durch diesen Taktgeber 12 das Empfangstor 14 geschlossen, damit die Schwellenschaltung 15 nicht mit der hohen direkten Sendespannung beaufschlagt wird. Der Schallwandler 11 sendet das Sendesignal mit der Frequenz /in Richtung auf das Meßvolumen 13. Das von diesem reflektierte Echosignal, das außer der Frequenz /"die Dopplerfrequenz /b enthält, wird, nachdem das Empfangstor 14 durch den Taktgeber 12 wieder geöffnet ist, einer Schwellenschältung 15 zugeführt Diese gibt ein Signal an die UND-Logik 16, wenn sich die Amplitude des Echosignals zwischen einem untren und einem oberen Schwellenwert befindet Die UND-Logik 16 läßt daher nur dann das Echosignal an den Empfänger, einen Doppelanalysator 17, zum Vergleich mit der vom Oszillator 9 abgegriffenen Sendefrequenz /hindurchtreten, wenn die Amplitude des Echosignals zwischen den beiden Schwellwerten liegt Die UND-Logik 16 ist sodann für das Echosignal mit der Frequenz f+fo durchlässig. In dem Doppleranalysator 17 wird mit dem vom Oszillator angelieferten Sendesignal der Frequenz f verglichen und das Dopplersignal /*£> gewonnen, dessen Frequenz ein Maß für die Relativgeschwindigkeit der Vorrichtung gegenüber dem Meßvolumen 13 darstellt Bei Unterschreiten des unteren Schwellwertes beendet die Schwellenschältung 15 über den Taktgeber 12 die Meßperiode und gibt den Taktgeber zum Starten einer neuen Meßperiode wieder frei.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche?

K Verfahren zum ßestimmen tier Relativgesehwindigkeit eine? Fahrzeugs durch Wasser durch Aussenden von Schallimpulsen ypm Fahrzeug und Auswerten der Doppjerverschiebung von Echosignalen, die nach Votomenstreuung im Wasser empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Echosignale ausgewertet werden, deren Amplitude kleiner als ein vorgebbarer Betrag ist, der signifikant aber einem Störpegel liegt,

Z Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auswertung der Amplituden der Echosignale zwei Schwellenwerte verwendet werden, von denen ein oberer Schwellenwert gleich dem vorgebbaren Betrag ist und ein unterer Schwellenwert eine Grenze vorgibt, an der die Amplituden der Echosignale keinen ausreichenden Abstand vom Störpegel haben.

3. Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens nach Anspruchl oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß einem Empfänger (Schallwandler 11) eine Schwellenschaltung (15) nachgeschaltet ist, deren Schwellenwert dem Betrag entspricht und der eine UND-Logik (16) nachgeschaltet ist, deren anderer Eingang mit dem Empfänger (Stellwandler 11) verbunden ist, wobei die UND-Logik (16) Echosignale nur dann zur Auswertung an einen Doppleranalysator (17) durchschaltet, wenn ein Ausgangssignal der Schwellenschaltung (15) angibt, daß Echosignale mit ihrer Ampi^de den Schwellenwert unterschreiten, und daß der DoppleranaJysator (17) mit der UND-Logik (16) und mit einem Oszillator (9) für eine Sendefrequenz (f) verbunden ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellenschaltung (15) zwei Schwelienwerte enthält, von denen der obere Schwellenwert dem vorgebbaren Betrag und der untere Schwellenwert dem am Störpegel orientierten Schwellenwert entspricht, daß die UND-Logik (16) nur diejenigen Echosignale zur Auswertung an den Doppleranalysator (17) freigibt, die in ihrer Amplitude zwischen den beiden Schwellenwerten liegen, daß beim folgenden erstmaligen Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes die Schwellenschaltung (15) ein Signal zum Einleiten eines neuen Schallimpulses abgibt und über einen Taktgeber (12) ein Sendetor (10) ansteuert, das zwischen Oszillator (9) und Sendewandler (Schallwandler 11) angeordnet ist.