DE2440591B2

DE2440591B2 - Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE2440591B2
Application number: DE2440591A
Authority: DE
Inventors: Jacques Paris Sirven
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1974-08-23
Publication date: 1978-03-09
Also published as: GB1470424A; DE2440591C3; DE2440591A1; US3958242A; FR2241792A1; FR2241792B1

Description

Bandbreite eine Verbesserung der Genauigkeit der Anordnung ermöglichen.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird den Einrichtungen zur Demodulation der empfangenen Signale ein Bezugssignal zugeführt, das mittels eines Integrators erhalten wird, der das Aucgangssigniil der Phasendifferenzmeßeinrichtungen erhält, sowie mittels eines Festfrequenzoszillators und eines Frequenzmodulators, der mit dem Integrator und dem Oszillator verbunden ist und das Bezugssignal liefert.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand von Blockschaltbildern und Diagrammen in einem Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht. Es zeigt

Fi g. 1 ein Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung und

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Weiterbildung der Anordnung nach Fig. 1, mit einer Frequenzsteuerschleife,

Fig. 3 einen Teil eines Blockschaltbildes eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anordnung nach 2ii der Erfindung,

F i g. 4 die Phasenmeßschaltungen im einzelnen,

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Form der Signale in Abhängigkeit von der Zeit an verschiedenen Punktender Anordnung. 2")

Fi g. 1 zeigt das Blockschaltbild einer Meßanordnung nach der Erfindung.

Eine Monopulsantenne 1 ist fest mit einem Fahrzeug verbunden, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll. Wenn das Fahrzeug ein Luftfahrzeug ist, ist die jo Achse der Antenne unter einem bestimmten Winkel wuf den Boden gerichtet, und das System mißt folglich die Projektion der Geschwindigkeit auf diese Achse. Die Antenne 1 besitzt ein Summenkanal, der sowohl für das Senden als auch für den Empfang Verwendung findet, )> und einen Differcnzkanal, der lediglich für den Empfang benutzt wird. Der Summenkanal ist mit einem Sender 2 über einen Duplexer 3 verbunden. Der Empfängerausgang des Duplexers 3 und der Differenzkanal der Antenne 1 sind mit einer Schaltung 4 verbunden, die die Summensignale Σ und die Diffcrcnzsignale Δ kombiniert und zwei andere Signale Σ + kjA und Σ — kjA liefert, wobei der Koeffizient k von einer Steuerschaltung 5 geliefert wird. Dieser Koeffizient hängt von der geschätzten Geschwindigkeit V des Luftfahrzeuges. ·»> dem Winkel zwischen der Achse der Antenne und dem Geschwindigkeitsvektor und einer bestimmten Dauer T ab. Die geschätzte Geschwindigkeit wird durch ein nicht dargestelltes Hilfsmeßgerät wie etwa einem Anemometer gemessen. Das Signal Σ + kjA liegt an einer ίΐι Verzögerungseinrichtung 6 an. Eine Phasenmeßschallung mißt die Phasendifferenz zwischen dem Signal Σ + kjA, verzögert um die Dauer T, und dem nicht verzögerten Signal Σ — kjä. Das Ausgangssignal der Meßanordnung ist proportional zu der gesuchten Geschwindigkeit. Es wird anschließend einer Anzeigevorrichtung auf dem Instrumentenbrett des Piloten oder auch einem Aufzeichnungsgerät zugeführt. Diese Einrichtungen sind nicht dargestellt.

In dieser Ausführung ist die Anordnung nach der bo Erfindung sowohl für Impulssysteme als auch für Dauersirichsysteme verwendbar, vorausgesetzt, daß es sich um kohärente Systeme handelt. Die Sende- und F.mpfangsschallungcn, die die Signale Σ und Δ auf der Zwischenfrequenz liefern, werden nicht beschrieben, da es sich hierbei um dem Fachmann bestens bekannte Schaltungen handelt, die nicht Gegenstand der Erfindung sind. Die Kombinationseinrichtungen 4, 5 und die Phasenmeßschaltungen 6, 7 werden nachfolgend noch im einzelnen beschrieben werden.

Die Kombinationseinrichtungen 4, 5, die mit einer Monopulsempfangsantenne verbunden sind, haben den Zwech eine künstliche Verschiebung des Phasenzentrums der Antenne zu erzeugen. Der Zweck einer solchen Operation und seine Vorteile sind im Kapitel 18 des »RADAR HANDBOOK« von M. I. Skolnick, erschienen bei Mac Graw Hill, beschrieben und werden nachfolgend zusammengefaßt:

g,, und S₁, seien der Seitenwinkel und der Höhenwinkel der Antennenachse in bezug auf eine mit dem Geschwindigkeitsvektor des Luftfahrzeuges zusammenfallende Achse. Wenn ein Objekt auf der Achse der Antenne liegt, wird das von dem Radar empfangene Signül in bezug auf das gesendete Signal in der Frequenz um einen Betrag verschoben sein, der gleich der Doppler-Frequenz /jist:

ft = (2 K/A) (COSg,, cos sj;

hierin ist Kdie Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges und λ die Wellenlänge der gesendeten Welle, jedoch liegen nicht alle Bodenechos auf der Achse der Antenne, so daß sie Doppler-Frequenzen (2 VIX) ■ (cos g ■ cos S) entstehen, die um den Mittelwert fj verteilt sind, wobei s und g die Höhenwinkel- und Seitenwinkelwerte der Objekte am Boden sind, die diese Echos verursachen. Es entsteht somit ein breites Spektrum von Bodenechos um den Wert fj herum. Diese Streuung ist um so größer, je weiter die Echos von der Achse der Antenne abliegen, und die Erscheinung fällt um so mehr ins Gewicht, je mehr die Achse der Antenne sich von der Richtung des Geschwindigkeitsvektors entfernt. Diese Echos können folglich zu verfälschten Phasenmessungen und folglich zu fehlerhaften Geschwindigkeitsmessungen führen.

Unter Verwendung der auf dem Seiten-Differenzkanal eines Monopulsradar empfangenen Signale ist es möglich, diese Phasenfehler zu kompensieren: Ein um 90" phasenverschobener Teil des Differenzsignals wird im Verlauf einer ersten Messung dem Summensignal hinzugefügt und im Verlauf der folgenden Messung abgezogen. Die Messung der Geschwindigkeit wird ausgehend von dem zum Zeitpunkt ίο empfangenen Signal Σ + kjA und von dem im Zeitpunkt ίο+ Τ empfangenen Signal Σ — kjA durchgeführt.

Die Rechnung gestattet die Bestimmung des Wertes des Koeffizienten k, der von der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges, der Dauer T, der Wellenlänge λ und dem Winkel zwischen der Antennenachse und der Achse des Geschwindigkeitsvektors abhängt:

y k = 17 y Tcosg„ sin s_a;

hierin ist q eine Konstante, die im Verlauf der Grundeinstellungen der Anordnung bestimmt wird.

Im Fall eines Impulsradars wird die Dauer Tgleich der Wiederholperiode des Radars gewählt,

Die Steuerschaltung 5 bestimmt den an die Kombinationsschaltung 4 anzulegenden Wert von k in Abhängigkeit von den vorgenannten Größen. Die Konstante q, die Dauer Tund die Wellenlänge λ können feste Werte sein; die Geschwindigkeit V wird von einer weniger genauen Hilfsmeßanordnung geliefert, und der Höhenwinkcl .s,, sowie der Seiten winkel g_:, der Antenne werden von Lagedetektoren geliefert, insbesondere wenn die Antenne beweglich angeordnet ist, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn die drei Projektionen des

Geschwindigkeitsvektors auf drei vorzugsweise aufeinander senkrecht stehende Achsen erhalten werden sollen. Die auf diese Weise durch die Anordnung bestimmte Richtung des Geschwindigkeiisvektors kann darüber hinaus mit der Stellung der Antenne verglichen ~> werden, um noch genauere Werte für λ,., und g_:, zu ermitteln.

Das Signal Σ + kjA wird in der Verzögerungsanordnung 6 um eine Dauer /"verzögert, um mit dem Signal Σ — kjA verglichen werden zu können. Der Phascnver- ι ο gleich, der in der Phasenmeßschaltung 7 durchgeführt wird, ergibt die gesuchte Anzeige der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges.

Um den Fahrzeuggeschwindigkeitsvektor nach Größe und Richtung zu ermitteln, sind mindestens drei π Meßanordnungen dieser Art erforderlich, oder eine einzige Anordnung muß nacheinander mit drei festen Antennen verbunden werden, oder sie muß mit einer einzigen Antenne verbunden werden, die dann nacheinander in drei verschiedenen Richtungen ausgerichtet :<> wird.

F i g. 2 zeigt eine Weiterbildung der Anordnung nach F i g. I, bei der das Ausgangssignal der Phasenmeßschaltung 7 dazu verwendet wird, das Demodulationsbezugssignal in der Frequenz zu verschieben. r>

Bei diesem Beispiel wird davon ausgegangen, daß die Signale auf der Zwischenfrequenz in der Schaltung 4 demoduliert werden. Hierzu wird das Bezugsdemodulationssignal gewöhnlich von einem kohärenten Oszillator 8 geliefert, der phasenkohärent mit den Schwingungen in der gesendeten Wellen gehalten wird. Das Ausgangssignal des Oszillators 8 wird nicht, so wie es ist, für die Demodulation verwendet, sondern einem Einsehenwand-Frequenzmodulator 9 zugeführt, der die Frequenz des Bezugssignals um einen Betrag verschiebt, der r> gleich der Doppler-Frequenz f,i ist. Der Modulator 9 erhält an einem Regelcingang ein Gleichsignal einer Amplitude, die proportional zu der zu erzielenden Frequenzverschiebung ist. Dieses Rcgelsignal ist das Ausgangssignal der Meßsehaltung 7, verstärkt und w integriert in dem Integrator 10. Der mit dem Regeleingang des Modulators 9 verbundene Ausgang des Integrators IO liefert außerdem das zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges proportionale Ausgangssignal der Anordnung. -n

Die somit gebildete Regclschleifc hat den Zweck, die Gefahr von Meßfehlern durch Verringerung der Bandbreite der Meßanordnung zu vermindern, wobei diese Verringerung der Bandbreite das Rauschen herabsetzt und die dynamische Genauigkeit der in Anordnung steigert.

Zwischen dem Ausgang des Integrators 10 und dem Eingang des Modulators 9 liegt ein Schalter 11, der es gestattet, diesen Eingang entweder im Normalbctricb mit dem Integrator /u verbinden, wodurch die Schleife v> geschlossen ist. oder mit einem Hilfssignalgencrator 12, der eine Voreinstellung der Rcgelschleifc gestattet, bevor diese geschlossen wird.

Das von dem I lilfssignalgcneralor 12 gelieferte Signal muß nahe bei demjenigen Signal liegen, das der mi Integrator 10 nach Schließen der Schleife erzeugen wird. Die Amplitude dieses Signals wird ausgehend von den Daten ties Navigationssystems, el. Ii. ausgehend von einer Anzeige der geschätzten Geschwindigkeit, errechnet, h'i

Im I all eines Impulsradarsysleiiis mit einer Wieder holperiode 7'=1//', muß die I'requeiuverschicbung des Bezugsdeniodulationssignals /wischen - f,J2 und +/',/2 liegen, was die Bedingung für den eingeschwungenen Zustand und die Stabilität der Regclschleifc ist. In diesem Fall hängt der Wert der gemessenen Geschwindigkeit nicht mehr von der Wiederholfrequenz I] ab, wenn diese sich ein wenig ändert. Wenn die Angabe der geschätzten Geschwindigkeit ungenau ist, kann man sich vom korrekten Arbeiten der Regelschlcifc durch ein Verfahren überzeugen, das darin besteht, die Wiederholfrequenz /', zu wobbeln. Wenn am Ausgang der Anordnung keine Schwankungen auftreten, ist die Regelung korrekt; wenn die Geschwindigkeitsmessung Änderungen im Rhythmus der Wobbclfrequcnz ergibt, ist die Regelung nicht korrekt, und die Schleife muß durch Verbinden des Modulators 9 mit dem Generator 12 aufgetrennt werden, und es muß der korrekte Wert des Rcgelsignals aufgesucht werden.

F i g. 3 zeigt ein Tcilschalibild einer bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung nach der Erfindung.

Bisher wurde die Anordnung in sehr allgemeinen Zügen geschildert, um das Arbeitsprinzip zu verdeutlichen. Dieses Prinzip findet Anwendung auf Radarsystcmc an Bord von Luftfahrzeugen, die elektromagnetische Signale in den Raum senden und empfangen. Es findet ebenso Anwendung auf Sonarsystcme an Bord von Schiffen, die akustische Signale aussenden und empfangen. In beiden Fällen erfolgt die Verarbeitung der empfangenen Signale Σ und Δ in ähnlicher Weise. Lediglich die Bauteile und verwendeten Schaltungen für das Senden und Empfangen dieser Signale sind je nach Fall verschieden.

Im ersten wie im zweiten Fall sind Sender, Antenne und Empfangsschaltungen dem Fachmann bekannt, und es können bereits existierende Anordnungen verwendet werden; wegen des Unterschiedes in der Natur der gesendeten und empfangenen Wellen und im Fortpflanzungsmedium unterscheiden sich jedoch Antenne und Sende- und Empfangsschaltungen des ersten Falles von denen des zweiten Falles, wobei insbesondere im zweiten Fall die Antenne mehrere Elemente umfaßt.

Das im folgenden beschriebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel ist eine Meßanordnung vom Typ des Impulsradars.

Die Sende- und Empfangsteile sind bekannt und werden daher nicht im einzelnen beschrieben; lediglich der Teil zur Verarbeitung der Summensignalc 2" und der Diffcrcnzsignalc A auf der Zwischenfrequenz wird beschrieben.

F i g. 3 zeigt insbesondere im einzelnen die in den F i g. I und 2 mit »4« bezeichnete Kombinalionssehaltung. Die Signale Σ Lind Δ werden in zwei Kanälen in Quadratur demoduliert, nämlich in einem Sinuskanal und einem Cosinuskanal, derart, daß der Phasenwinkel über die gesamte Verarbeitung beibehalten wird, da es die Phase ist. die zur Geschwindigkeitsmessung verwendet wird. Die Schaltung erzeugt folglich das Signal Σ + kjA im Verlauf einer ersten Wiederholung und das Signal Σ - k/A im Verlauf der darauf folgenden Wiederholung.

Das Summensigmil Σ und das Differenzsignal /J werden zunächst mittels eines Demodulators 9 entstammenden Bczugssignals demoduliert. Kin Amplituden/ Phasen-Detektor 401 erhält einerseits das Summensignal Σ und andererseits das Bezugssignal und liefert das demodulierte Signal Σ. Ein zweiter Ampliluden/Pliasen-Deteklor 402 erhält this Summensignal Σ und das in einem Phasenschieber 403 zuvor um 40 phasenverschobene Bezugssignal und liefert ein deniodulicrtcs Signal /2. Die Demodulation des Signals A geschieht in

gleicher Weise und umfallt zwei Amplitudcn/Phasen-Dctcktoren 404 und 405 und einen 90°-Phasenschieber 406 zur Erzielung der demodulierten Signale A und jA. Diese Signale gelangen dann an zwei Multiplizierschallungcn 410 und 411, die Verstärker mit steuerbarer Verstärkung sind und an deren Ausgang die Signale kA und JkA erscheinen.

Zwei Inverterschallungen 430 bzw. 431 zur Umkehr des Vorzeichens sind mil den Ausgängen der Mulliplizierschaltungen 410 bzw. 411 verbunden. Diese Schaltungen invertieren das Vorzeichen ihres Eingangssignals im Verlauf jeder zweiten Wiederholung, während bei den anderen Wiederholungen das Vorzeichen nicht invertierl wird.

Eine erste Addicrschaltung 420 ist mit den Ausgängen des Detektors 401 und des Inverters 431 verbunden. Eine Subtrahierschaltung 421 ist mit den Ausgängen des Detektors 402 und des Inverters 430 verbunden. Im Verlauf einer ersten Wiederholung liefern die Schaltungen 420 bzw. 421 die Signale Σ + kjAbzw. j(Z + kjA). In der folgenden Wiederholung liefern sie dann die Signale Σ-kjA bzw. j(Σ - kjA). Die Vorzeicheninvcrterschaluingcn werden gleichzeitig über die allgemeine Synchronisierung des Radarsystems gesteuert, die durch die Schaltung 440 dargestellt ist. Der Wert des Koeffizienten k wird in der Schaltung 450 errechnet, die die Angaben über die geschätzte Geschwindigkeit V, über die Wiederholperiode T von der Synchronisierschaltung 440 und über die Richtung der Antenne in bezug auf den Geschwindigkeitsvektor des Luftfahrzeuges erhält, wobei die letztere Angabc durch den 1 löhcnwinkel s.₇ und den Seitcnwinkel g., wiedergegeben ist.

Die Signale Σ + kjA und j(Z + kjA) einer Wiederholung werden in Integratoren 460 und 461 gefiltert und dann über einen Schalter 601 einem ersten Teil eines Speichers 602 zugeführt. Bei der folgenden Wiederholung werden die Signale Σ-jkA und J(Z-JkA) nach Integration dem zweiten Teil des Speichers 602 zugeführt. Der Schalter 601 wird durch die Synchronisierschallung 440 gesteuert.

Die Meßschaltung 7 mißt dann die Phasendifferenz /wischen den Inhalten der beiden Teile des Speichers. Die Integratoren 460 und 461 haben eine genau Festgelegte Integrationsdauer. Der Beginn und das Ende der Integration werden durch die allgemeine Radarsynchronisicrung gesteuert. Diese Integratoren sind somit Bestandteil des Entfernungsfensters.

F i g. 4 zeigt im einzelnen die Phasenmeßschallung. Um den Anschluß zur F i g. 3 herzustellen, sind der

A cosy I -cos2.7./of - /4siiK/ I sin2.τ/₍,ί = /4cos(2.-τ./„f + 7 I).

ösin <i 2 und B cosy 2 seien die im zweiten Teil des Speichers 602enthaltenen Signale. Sie werden mit den Signalei cos2.-r/_nf bzw. sin2r7/_of multipliziert und die Addierschaltung 707 liefert:

ßsinv2cos2rr/_(l/ + ßeosy 2sin 2.-7/_of = ösin(2.-7/„f + 7 2).

Schalter 601 und der Speicher 602 nochmals wicderge geben. Der Speicher umfaßt — wie gesagt — einei ersten Teil, der die im Verlauf einer ersten Wicderho hing empfangenen Signale enthält und einen /weitei Toi 1. der die im Verlauf der folgenden Wiederholung empfangenen Signale enthält.

leder der beiden Teile des Speichers kann IuIgMcI zwei in Quadratur zueinander befindliche Signale enthalten. Das Einschreiben der Signale in die beider Teile des Speichers geschieht mittels des .Schalters 601 der denjenigen Teil auswählt, in den dann eingeschne hen wird, und mittels der Synchronisicrschaltung 440 die die F.inschreibbcfehlc liefert. Das Einspcichen beginnt mit dem Ende der Iniegrationsdauer in dei Integratoren 460 und 461, wie dies in F i g. 5 die Kurve / für die Intcgralionsdauer und die Kurven C und D Iu das Einspeichern zeigen. Die Synchronisiersehaltunj 440 steuert außerdem das Auslesen des SpcicherinhaUe: in jeder zweiten Wiederholung, wie dies die Kurve Edei F i g. 5 zeigt. Die beiden Ausgänge des ersten Teiles de: Speichers sind mit zwei Multiplizicrschaltungen 701 unc

702 verbunden. Die beiden Ausgänge des zweiten Teile: des Speichers sind mit zwei weiteren Multiplizierschal tungen 703 und 704 verbunden. )edc der Multiplizier schaltungen hat einen zweiten Eingang, der mit einen Oszillator 705 der Frequenz fu verbunden ist. Diesel Oszillator ist mit zwei Ausgängen versehen, die zwei ir Quadratur zueinander stehende Signale liefern. De Sinusausgang ist mit den Multiplizierschaltungcn 70: und 704 verbunden, der Cosinusausgang mit der Multiplizierschaltungen 702 und 703. Eine Sublrahier schaltung 706 mit zwei Eingängen ist mit der Ausgängen der Multiplizierschaltungen 701 und 70: verbunden. Eine Addierschaltung 707 mit ebenfalls zwe Eingängen ist mit den beiden Multiplizierschaltungei

703 und 704 verbunden. Auf jede der Schaltungen 70( und 707 folgt ein Begrenzer 708 bzw. 709. Eir Phasendetektor 710 ist mit jeweils einem seiner beidei Eingänge mit dem Ausgang eines der beiden Begrenze verbunden und liefert an seinem Ausgang ein Signal, da proportional zur Phasendifferenz der Eingangssignal! ist, d. h. die Anzeige der Geschwindigkeit des Fahrzcu ges, wenn die Steucrschleifc offen ist.

Die Phasenmeßschaltung arbeitet folgendermaßen Die in dem ersten Teil des Speichers 602 enthaltener Signale mögen die Form A sin w\ und A cos ψ\ habcr Diese beiden Signale werden mit den Signalen de Oszillators 705 multipliziert, also mit sin 2,-r/ii/ bzw cos 2πί»Ι. Der Ausgang der Subtrahierschallung 701 liefert dann:

Der Phasendetektor liefert folglich ein Ausgangssignal proportional zur Differenz</»1 — φ2 + ,τ/2.

So wie sie bisher beschrieben wurde, kann die Anordnung nur arbeiten, wenn die Signale Σ + kjA ausschließlich im ersten Teil des Speichers eingespeichert werden und die Signale Σ — kjA ausschließlich im zweiten Teil des Speichers eingespeichert werden.

Es ist jedoch nicht möglich, eine gewisse Unsymmetrie zwischen den beiden Speicherleilen oder zwischen den beiden zwischen den Speichern und dem Phasendcicklor liegenden Rechnerwegen zu vermeiden. Eine solche Unsymmetrie läßt eine unerwünschte Gleichspannung am Ausgang des Detektors 710 auftreten.

wenn die Meßanordnung mit geschlossener Schleife arbeitet. Diese Spannung kann durch die Inlcgratioi erhebliche Werte annehmen und die Uc/ugsdenuxlula lion verschieben.

Um diesem Nachteil abzuheilen, werden die ve>n dei Signalen genommenen Rechenwege ve>n einem Pan zusammengehöriger Wiederholungen /um näehstci verlauscht. Während der beiden ersten Wiederhe>lti;igei werden die Signale 2' + kjA und ί(Σ + k/A) im ersten Tei ties Speichers gespeichert und die Signale Σ - kjA urn ί(Σ-^ίΔ) im /weiten Teil des Speichers. Sie weiclci anschließend durch die entsprechenden Schallungei verarbeitet. Während der beiden folgenden Wieelcrho

hingen werden die Signale Σ + kjA und j(2 + kjA) im /weiten Teil des Speichers und die Signale Σ — kjA und ί(Σ - kjA) im ersten Teil gespeichert. Um zu vermeiden, daß die Phasendifferenz negativ gezählt wird, liegt am Ausgang des Detektors 710 eine Vorzeichcninvertierschaiiung 711. In diesem Rill wird die Kontinuität i\cv Phasenmessung beibehalten, während der Meßfehler sich alle vier Wiederholungen aufhebt. Der Ausgang des Vorzeieheninverters ist mit dem Integrator 10 der vorstehend im Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Steuerschlcifc verbunden. Die Integration erfolgt über eine große Zahl von Wiederholungen, so daß der auf die Unsymmetrie zurückzuführende Fehler praktisch Null ist.

Der Schalter 601 wechselt somit seine Stellung alle zwei Wiederholungen, ebenso wieder Vorzcieheninverter711.

Die Gesamtsynchronisierung der Schaltungsanordnung erfolgt über die Synchronisierschaltung 440 (F i g. 3). Diese liefert die Zeitpunkte für das Senden der Radarimpulse, für den Beginn und das F.nde der Integration der Integratoren 460 und 461 (Fig. J), die Steuersignale für die Vor/eicheninvcrter 430, 431 (Fig. 3) und 711 (F ig. 4), für den Schalter 601, für die Einspeicherung und für das Auslesen des Speichers 602.

F i g. 5 zeigt ein Diagramm zur Veransehauliehung der Form dieser Signale in Abhängigkeit von der /.eil an verschiedenen Schaltungspunkten.

Bei A sind die Synchronisicrimpiilse des Senders dargestellt. Diese Impulse fallen zusammen mil den

.Sendeimpulsen. Die Impulse sind von 1 bis 5 durchnumeriert, um das folgende besser erläutern zu können.

Bei ßsind die Steuersignale für die Integratoren 460 und 461 dargestellt, die auf die gleiche Weise arbeiten. Die Augenblicke des Beginns und des Endes der Integration, gezählt vom Sendeinipuls. hängen von dem Fntfcrnungsbereich ab, in dem sich der Boden befindet.

Hei C und bei D sind die Steuerimpulse für das Einschreiben in den ersten Teil bzw. den zweiten Teil des Speichers 602 aufgetragen und bei E die Steuerimpulse für das Auslesen, während derer folglich die Phasenmessungen erfolgen.

Bei F ist schließlich das dem Ausgangssignal des Phasendeteklors 710 erteilte Vorzeichen dargestellt. Man erkennt, daß dann, wenn das Signal Σ + kjA im ersten Teil des Speichers eingespeichert ist (Impuls Nummci 1) und das Signal Σ — kjA im zweiten Teil (Impuls Nummer 2) eingespeichert ist, dieses Vorzeichen gleich + 1 ist. Für den Impuls Nummer 3 ändert der Schalter 601 seine Stellung nicht, und das Signal 2" + kjJ wird in den zweiten Teil des Speichers eingespeichert. Beim Impuls Nummer 4 wird das Signal Σ — kjA in den ersten Teil eingespeichert. Im Moment des Auslesens ist das Vorzeichen des Inverters folglich - I. In allen Fällen wird der Steuerbefehl zum Auslesen erst nach dem Einspeichern des Signals Σ - jkA gegeben.

Die Erfindung ist insbesondere auf Luftfahrt- oder Seefahrtnavigationssysteme anwendbar; im letzteren Fall wird mit Schallwellen gearbeitet.

Hier/u 2 Uhitt Zeichiuiimen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung der Achsprojektion der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges in bezug auf ein Hindernis unter Verwendung des Doppler-Effek- ¹S tes, mit mindestens einer längs dieser Achse ausgerichteten, mit einem Sender für elektromagnetische Wellen verbundenen Antenne, mit Einrichtungen zum Empfang der von dem Hindernis reflektierten Wellen, die ein Summensigna! Σ und κι ein Differenzsignal A als Funktion der Winkelablage gegenüber dieser Achse liefern, sowie mit Einrichtungen zur Kombination der Signale Σ und A, die Signale Σ + kjA und Σ — kjA liefern und eines dieser Signale um eine Dauer T verzögern, wobei k ein r> Koeffizient ist, der von der geschätzten Geschwindigkeit des Fahrzeuges, dem Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Achse sowie der Dauer Γ abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zur Messung der Differenz .'o zwischen der Phase des Signals Σ-kjA und der Phase des Signals Σ + kjA vorgesehen sind, wobei diese Phasendifferenz proportional zur Projektion der Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf diese Achse ist. 2Ί

2. Anordnung nach Anspruch I₁ wobei die Einrichtungen zur Demodulation der empfangenen Signale mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Bezugsdemodulationssignals veränderlicher Frequenz verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß i« eine Frequenzregelschleife für die letzteren Einrichtungen vorgesehen ist, die einen Verstärker und Filter in Serie zwischen dem Ausgang der Phasendifferenzmeßeinrichtungen und einem Frequenzregeieingang der letzteren Einrichtungen umfassen. r>

3. Anordnung nach Anspruch I oder 2, wobei die Antenne eine Monopulsantenne ist und der Sender die elektromagnetischen Wellen in Impulse mit einer Wiederholperiode gleich der Dauer T sendet, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenzmeßeinrichtungen einen Speicher (602), einen Schalter (601), der an einen ersten Teil des Speichers das während einer ersten Wiederholung empfangene Signal Σ + kjA, dann während der folgenden Wiederholung das empfangene Signal Σ — kjA 4^r> anlegt, und eine Schaltung (7) zur Messung der Differenz der Phasen der gespeicherten Signale enthalten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (601) alle zwei Wiederho- >o lungen umschaltet und zwischen der Meßschaltung (7) und der Frequenzregelschleife eine Schaltung (711) liegt, die das Vorzeichen des Ausgangssignals der Meßschaltung ebenfalls alle zwei Wiederholungen umkehrt. > ϊ

5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Erzeugung des Bezugsdemodulationssignals einen kohärenten Oszillator (8) und einen einerseits mit diesem Oszillator, andererseits mit der Regelschleife verbundenen ho Frequen/niodulator (9) umfassen.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Modulator und der Regelschleife ein Schalter (111) mit zwei Stellungen liegt, der den Modulator entweder mit der b^r> Regelsehleife oder mit einem Generator (12) für ein Voreinst el Iu ngssigna I verbinde 1.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Achsprojektion der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges in bezug auf ein Hindernis unter Verwendung des Doppler-Effektes, mit mindestens einer längs dieser Achse ausgerichteten, mit einem Sender für elektromagnetische Wellen verbundenen Antenne, mit Einrichtungen zum Empfang der von dem Hindernis reflektierten Wellen, die ein Summensignal Σ und ein Differenzsignal A als Funktion der Winkelablage gegenüber dieser Achse liefern, sowie mit Einrichtungen zur Kombination der Signale Σ und A, die Signale Σ + kjA und Σ — kjA liefern und eines dieser Signale um eine Dauer T verzögern, wobei k ein Koeffizient ist, der von der geschätzten Geschwindigkeit des Fahrzeuges, dem Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Achse sowie einer bestimmten Dauer T abhängt. Bei dem Hindernis kann es sich um die Erdoberfläche, die Meeresoberfläche oder den Meeresboden handeln. Die Anordnung befindet sich an Bord des Fahrzeuges, und es kann die Projektion der Geschwindigkeit auf eine oder mehrere Achsen gemessen werden.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art wie etwa den Doppler-Radarsystemen für die Luftfahrtnavigation werden elektromagnetische Wellen in Richtung auf den Boden abgestrahlt, und es wird die Differenz der Frequenz zwischen den durch den Boden reflektierten Wellen und den gesendeten Wellen gemessen. Diese Frequenzdifferenz ist proportional zur Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Nun erstreckt sich das Spektrum der Bodenechos über einen gewissen Frequenzbereich, der um so größer ist, je größer der Öffnungswinkel der Hauptkeule der Radarantenne ist und je mehr die Antennenachse von derjenigen des Geschwindigkeitsvektors des Fahrzeuges abliegt. Um eine zu große Ungenauigkeit der Messung zu vermeiden, müssen eine oder mehrere Antennen hoher Richtwirkung verwendet werden, die eine sehr schmale Hauptkeule besitzen und folglich große Abmessungen und ein hohes Gewicht aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die diese Nachteile vermeidet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Einrichtungen zur Messung der Differenz zwischen der Phase des Signals Σ — kjA und der Phase des Signals Σ + kjA vorgesehen sind, wobei diese Phasendifferenz proportional zur Projektion der Geschwindigkeit des Fahrzeuges auf diese Achse ist.

Es wird also die Phasendifferenz eines /.. B. vom Erdboden zu zwei verschiedenen Zeitpunkten reflektierten Signals gemessen, wobei zur Steigerung der Genauigkeit am Eingang der Meßschaltung Signale verwendet werden, die eine lineare Kombination der Summen- und Differenzsignale eines Monopulsempfängers sind, um eine künstliche Verschiebung des Phasenzentrums der Antenne zu bewirken. Dieses Prinzip der Phascndifferenzbildung ist bereits im Zusammenhang mit einer Festzeichenunterdrückungsschaltung bekannt (US-PS 34 38 030).

Vorteilhafte Ausführungsformcn und Weiterbildungen der Anordnung sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie gestatten eine weitere Steigerung der Genauigkeit durch Verwendung des Ausgangssignals der PhaseiidifferenzmdJeinrichtiingeii /ur Verschiebung der Frequenz des zur Demodulation der empfangenen Signale dienenden Bezugssignals um einen Betrag, der gleich der Doppler-Frcquenz ist. Man erhält damit eine Regelschleife, deren Verstärkung und