DE2440591C3 - Anordnung zur Messung der Geschwindigkeit eines Fahrzeuges - Google Patents

Description

Bandbreite cine Verbesserung der Geiiaiiigkeii der Anordnung ermöglichen.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird den Einrichtungen zur Demodulation der empfangenen Signale ein Bezugssignal zugeführt, das mittels eines -, Integrators erhallen wird, der das Ausgangssignal der Phasendifferenzmcßcinrichtungen erhält, sowie mittels eines F'estfrequenzoszillators und eines Frequenzniodulators. der mit dem Integrator und dem Oszillator verbunden ist und das Bezugs.ignal liefert. in

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

Fig. I ein Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung und H

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

Fig. 3 einen Teil eines Blockschaltbildes eines bevorzugten Ausfiihrungsbeispiels der Anordnung mich der Erfindung,

F i g. 4 die Phasenmeßschaltungen im einzelnen.

F i g. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Form der Signale in Abhängigkeit von de;· Zeit an verschiedenen Punktender Anordnung.

Fig. I 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 auf 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, π und einen Differenzkanal, der lediglich für den Empfang benutzt wird. Der Summenkanal ist mit einem Sender 2 über einen Duplcxcr 3 verbunden. Der Empfängerausgang des Duplcxcrs 3 und der Differenzkanal der Antenne 1 sind mit einer Schaltung 4 verbunden, die die Summensignalc Σ und die Diffcrenzsignale J kombiniert und z· ei andere Signale Σ + kju 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 w,rd durch ein nicht dargestelltes Hilfsmeßgerät wie etwa einem Anemometer gemessen. Das Signal Σ + kjA liegt an einer Verzögerungseinrichtung 6 an. Eine Phasenmeßschaltung mißt die Phasendifferenz zwischen dem Signal Σ + kjA, verzögert um die Dauer T. und dem nicht verzögerter. Signal Σ — kjA. 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 Erfindung sowohl für Impulssysteme als auch für Dauerstrichsysteme verwendbar, vorausgesetzt, daß es sich um kohärente Systeme handelt. Die Sende- und Empfangsschaltungen, 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 l'hiiscniitL'Uschiilliingen f>, 7 werden nachfolgend noch im einzelneu besehrieben werden.

Die Kombinaiionseinrichitint-'en 4, 5. dk· mit einer Monopulsemplangsanienne verbunden sind, haben den Zweck, eine künstliche Verschiebung des l'hasenzen Irunis der Antenne zu erzeugen. Der Zweck einer solchen Operation und seine Vorteile sind im Kapiiel 18 des »RADAR HANDBOOK« von M. I. S k ο I η i c k . erschienen bei Mac Graw Hill, beschrieben und werden nachfolgend zusammengefalit:

g.i und s., seien der Seitenwinkel und der I föhenvi inkel der Antennenachse in bezug auf eine mil dem Geschwindigkeiisvektor des Luftfahrzeuges zusammenfallende Achse. Wenn ein Objekt auf der Achse der Antenne liegt, wird das von dem Radar empfangene Signal in bezug auf das gesendete Signal in der Frequenz um einen Benag \erschoben sein, der gleich der Doppler-Freqiienz /jisi:

f_ä = (2 Vi).) (cos g_o · cos S₁₁):

hierin ist Kdie Geschwindigkeit des I Tifahrzcuges und A die Wellenlänge der gesendeten WcWc. !edoch liegen nicht alle Bodenechos auf der Achse der Antenne, so daß sie Doppler-Frequenzen (2 Vl).) ■ (cos g ■ cos S) entstehen, die um den Mittelwert fj verteilt sind, wobei s und g tf.'c Höhenwinkel- und Seitenwinkelwertc der Objekte am Boden sind, die diese Echos verursachen. Es entsteht '.omit ein breites Spektrum von Bodenechos um den Wert /j herum. Diese Streuung ist um so größer, je weiter die Echos von der Achse der Anienne 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 Seitcn-Differenzkanal eines Monopulsradar empfangenen Signale ist es möglich, diese Phasenfehler zu kompensieren: Ein um 90' phasenvcrschobener Teil des Diffcrenzs^gnalt 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 in empfangenen Signal Σ + kjA und von dem im Zeitpunkt /»+ T 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 zwisrhen der Anlennenachse und der Achse des Geschwindigkeitsvektors abhängt:

y k = qyTcosg_o sin s„;

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

Im Fall eines Impulsradars wird die Dau:r Γ gleich der Wiederholperiode des Radars gewählt.

Die Steuerschaltung 5 bestimmt den an die Kombinationsschaltung 4 anzulegenden Wert von k in Abhängigkeit von den vorgt .iannten 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 Höhenwinkel S₁, sowie der Seitenwinkel g„ der Antenne werden von Lagedetekiorcn geliefert, insbesondere wenn die Antenne beweglich angeordnet ist, wie dies beispielsweise der Fall ist, wenn die drei Projektionen des

(icscliw indigkcilsvektors auf drei vorzugsweise aiilcni alliier senkrecht stehende Achsen erhalten werden sollen. Die auf diese Weise dtii'eli die Anordnung bestimmte Richtung lies Gesehw indigkciisvckiois kann darüber hinaus mit der .Stellung der Antenne verglichen werden, um noch genauere Werte liir \, und j.¹., /ti ermitteln.

Das Signal 2 ( kjA wird in der Verzögerungsanord nung 6 um eine Dauer 7"vcr/.ögcn. um mit dem Signal Σ kjA verglichen werden zu können. Der l'haseiiver gleich, tier in der PhascnmcUsehiiltiintr 7 durchgeführt wird, ergibt die gesuchte Anzeige der Geschwindigkeit des Luftfahrzeuges.

1¹Hi den I ahrzeuggeschwiiuligkeiisvcklor nach (im Ue und Richtung zu ermitteln, sind mindestens drei Meßanordnungen dieser Art erlorderhch. oder eine ein/ige Anordnung mull nacheinander mit drei lesteu Antennen \erblinden wer..en. oder sie muH mn einer ein/igen Antenne verbunden weiden, die dann ιι.κ iKiii ander in drei verschiedenen dichtungen ausgerichtet vv ird.

I'ig. 2 /eigl eine Weiterbildung der Aimrdnimg nach Ii g. I. bei der das Aiisgangssignal <.\i:\' l'haseniiielKelial lung 7 da/u verwendet wird, das Deiiiodiilaiioiisbe/ngs signal in tier I rennen/ /u verschieben.

Hei iliesein Beispiel w ird davon .ι.' gegangen, dal! die Sig" 'e iiul der /wisehenl'requon/ in i\<:v Schaltung 4 deiiiodiilicrl werden. I i!erzv. wird das Bezuüsili'n"»·.!¹..!,!- lioiissignal gewöhnlich von einem kohärenten C Kzillalor 8 geliefert, der phasenkohärent init ilen Schwingungen der geseiuleien Wellen gehalten wird. Das Ausgangssi gnal des ()s/illators 8 wird nicht, so wie es ist. tür die Demodulation verwendet, sondern einem lünseiien w and I requen/motlulator 9 /ugefülirt. iler die I reqtien/ lies Bezugssignals um einen Betrag versehiebi. der gleich der DopplerFrequenz I.. ist. Der Modulator 4 erhält .in einem Kegeleingang ein Gleichsignal einer Amplitude, die proportional zu der /u er/ielendeii l're(|iien/v erschiebiing ist. Dieses Kegelsignal ist das \usgaiigssigiial der Mellschaltiing 7. verstärkt und integriert in dem Integrator 10. Der nut dem Ucgclungang des Modulators 9 νerbundcne Ausgang des Integrators 10 liefert außerdem das /ur Gesehw indigkeit ties I ahr/euges proportionale Ausgangssign.il der Anordnung.

Die somit gebildete Regelsehleile hat den /weck, die (ielahr von Meßfehlern durch \ erringerung der Bandbreite der Meßanordnung /u vermindern, wobei diese Verringerung der Bandbreite das Rauschen herabsetzt und die thnamische Genauigkeit der \nordnung steigert.

/wischen dem Ausgang des Integrators 10 und dem Kingang des Modulators 9 liegt ein Schalter II. der es gestattet, diesen F.ingang entweder im Normalbetrieb mit dem Integrator zu verbinden, wodurch die Schleife geschlossen ist. oder mit einem Hilfssignalgenerator 12. der eine Voreinstellung der Regelschleife gestattet, bevor diese geschlossen wird.

Das von dem liilfssignaigeneraior 12 gelieferte Signal muß nahe bei demjenigen Signal liegen, das der Integrator 10 nach Schließen der Schleife erzeugen w ird. Die Amplitude dieses Signals wird ausgehend von den Daten des Nav igationssv stems, d. h. ausgehend von einer Anzeige der geschätzten Geschwindigkeit, errechnet.

Im I all eines Inipulsradarsystems mit einer Wietlerholperiode T= I /'. muß die Frequenzverschiebung des Bezugsdeniodulationssignals zwischen -(Jl und +fr/2 liegen, was die Bedingung Im den eingeschwungcncn Zustand und the Stabilität tier Regelsehleile ist. In diesem I all liaiigi der Weil der gemessenen (iesehw in digkeil mehl mehr von der Wicderhollreqiienz /, ab. wenn these sich ein wenig ändert. Wenn die Angabe tier geschal/ten Geschwindigkeit ungenau ist. kann man sich vom korrekten Arbeiten tier Regelsehleile durch ein Verlähren überzeugen, das darin besieht, die Wicderholfiequcnz / zu wobbeln. Wenn am Ausgang tier Anordnung keine Schwankungen auftreten, ist die Regelung korrekt: wenn die Geschwindigkeitsmessung Änderungen im Rhv thmiis der Wobbellrequcn/ ergibt, lsi die Regelung nicht korrekt, und die Schleile muH ili 11 til \ ei 'binden des Modulators 4 mit dem < ieneraloi 12 aiilgeirennl werden, und es muß tier korrekte Weil ties Kegclsigiials aulgesiichl vv eitlen.

I ι g. i zeigt ein I eilschaltbilil einer bevorzugten \ usliihι tingslorni einer Anordnung nach der I rl milling

i'.ii!;_L': v. ;irde die \::-.:rd!'.iii!U ::: se!¹! a!!·"·!'·¹'!!!·'!! Zügen geschildert, um das Arbeilspnnzip /w verdeuili then. Dieses l'niizip lindet \nweniliing aiii Radai\vslc ine an Bord von Full I ahr/eugen. die elektromagnet lsi he Signale in ilen Raum senilen und emplangeii. I- ImuIci ebenso \nwendung auf Son.n yv steine an Bord von Sihilleii. ilie akustische Signale aussenden und einplau gen. In heulen lallen erfolgt die Verarbeitung dei emplai'"Ciien Sigiu.L 2;' und I in ähnlicher Weis.-I eilighch ..:,_■ Bauteile und \ erweiiilcien Schaltungen Im das Senilen und Fniplaugcn dieser Signale sind |e nach I all ν ei schieden.

Im ersten wie im zweiten I all sind Seniler. Antenne und I inplangsschalliingen dem Fachmann bekannt, iiiul es können bereits existierende Anordnungen verwendet werden: wegen ties Unterschiedes m der Natur der gesendeten und empfangenen Wellen und im I onpllan /iingsniediuni unterscheiden sich jedoch Antenne und Sende- und l'.mpfangssclialiungen ties ersten I alles von denen des zweiten I alles, wobei insbesondere im zw eilen I all die Antenne mehrere Elemente umfaßt.

Das im lolgenden beschriebene, bevorzugte Auslüh rungsbeispiel ist eine Meßanordnung vom Tvρ des Impulsradars.

Die Senile- und Empfangsteile sind bekannt und vv eitlen daher nicht im einzelnen beschrieben: lediglich der Teil zur Verarbeitung der Summensignale 2; und der Dillerenzsignale .1 auf tier /wischenfreqiicnz wird beschrieben.

I ig i zeigt insbesondere im einzelnen die in den Fig. I und 2 mit »4« bezeichnete Kombinationsschaltung. Die Signale 2: und J werden in zwei Kanälen in Quadratur demotlulien. nämlich in einem Sinusk,.nal und einem C'osinuskanal. 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 2; + kjA im Verlauf einer ersten Wiederholung und das Signal 2; — kjA im Verlauf der darauf folgenden Wiederholung.

Das Sunimensignal Σ und das Differenzsignal J werden zunächst mittels eines Demodulators 9 entstammenden Bezugssignals denioduliert. Ein Amplituden/ Phasen-Detektor 401 erhält einerseits das Summensignal Σ und andererseits das Bezugssignal und liefert da? demodulierte Signal Σ. Ein zweiter Amplituden'Phasen-Detektor 402 erhält das Sunimensignal 2 und das ir einem Phasenschieber 403 zuvor um 90 phasenver schobene Bezugssignal und liefert ein demodulierte: Signal /2. Die Demodulation des Signals J geschieht ir

gleicher Weise und umfaßt zwei Amplituden/Phasen-Detektoren 404 und 405 und einen 90^c-Phasenschieber 406 zur Erzielung der demodulierten Signale A und JA. Diese Signale gelangen dann an zwei Multiplizicrschal-Hingen 410 und 411. die Verstärker mit steuerbarer Verstärkung sind und an deren Ausgang die Signale kA und JkA erscheinen.

Z¹Z¹Ji Invertcrschaltungen 430 bzw. 431 zur Umkehr des Vorzeichens sind mit den Ausgängen der Multiplizierschaltungen 410 bzw. 411 verbunden. Diese Schal Hingen invertieren das Vorzeichen ihres Eingangssi gnals im Verlauf jeder zweiten Wiederholung, während bei den anderen Wiederholungen das Vorzeichen nicht invertiert wird.

Eine erste Addierschaltung 420 ist mit den Ausgängen des Detektors 401 und des Inverters 431 verbunden. Eine Subtrahierschallung 421 ist mit den Ausgängen des Detektors 402 und des Inverters 430 verbunden. Im

■■en 420 bzw. 421 die Signale Σ + kjAb/w../(2 + kjA). In der folgenden Wiederholung liefern sie dann die Signale Σ - kjA bzw. /{Σ — kjA). Die Vorzeicheninvertersehalt'.mgcn werden gleichzeitig über die allgemeine Synchronisierung des Radai v> siuns 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 Wiederholpcriodc T von der Synchronisierschaltung 440 und über die Richtung der Antenne in bezug auf den Geschwindigkeitsvektor des Luftfahrzeuges erhält, wobei die letztere Angabe durch den llöhenwinkcl s., und den Scitenwinkel g,, wiedergegeben ist.

Die Signale Σ + kjA und /(2" + 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 —/kA und ϊ(Σ— jkA) nach Integration dem zweiten Teil des Speichers 602 zugeführt. Der Schalter 601 wird durch die Synchronisierschaltung 440 gesteuert.

Die Meßschaltung 7 mißt dann die Phasendifferenz zwischen 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 Radarsynchronisierung gesteuert. Diese Integratoren sind somit Bestandteil des Entfernungsfensters.

Fig. 4 zeigt im einzelnen die Phasenmeßschaltung.

Um den Anschluß zur Fig. 3 herzustellen, sind der

A cos7 I · cos2.Ty_nι — A sin*/ Schalter 601 und der Speicher 602 nochmals wiedergegeben. Der Speicher umfaßt — wie gesagt — einen ersten Teil, der die im Verlauf einer ersten Wiederholung empfangenen Signale enthält und einen zweiten Teil, der die im Verlauf der folgenden Wiederholung empfangenen Signale enthält.

leder der beiden Teile des Speichers kann folglich ZSv.ei in Quadratur zueinander befindliche Signale enthalten. Das Einschreiben der Signale in die beiden - in Teile des Speichers geschieht mittels des Schalters 601. der denjenigen Teil auswählt, in den dann eingeschrieben wird, und mittels der Synchronisierschaltung 440. die die Einschreibbefehle liefert. Das Einspeichern beginnt mit dem Ende der Integrationsdauer in ilen ι -> Integratoren 460 und 461. wie dies in E i g. ^r) die Kurve Ii für die Integrationsdauer und die Kurven (und I) für das Einspeichern zeigen. Die Synchronisierschaltung 440 steuert außerdem das Auslesen des Speicherinhaltes

in F i g. 5 zeigt. Die beiden Ausgänge des ersten Teiles des Speichers sind mit zwei Multipliz.ierschaltungen 701 und

702 verbunden. Die beiden Ausgänge des zweiten Teiles des Speichers sind mit zwei weiteren Multipliz.ierschaltungen 703 und 704 verbunden. ]ede der Multiplizieren schaltungen hat einen zweiten Eingang, der mit einem Oszillator 705 der Frequenz /"o verbunden ist. Dieser Oszillator ist mit zwei Ausgängen versehen, die zwei in Quadratur zueinander stehende Signale liefern. Der Sinusausgang ist mit den Multipliz.ierschaltungcn 701

in und 704 verbunden, der Cosinusausgang mit den Multipliz.ierschaltungen 702 und 703. Eine Subtrahierschaltung 706 mit zwei Eingängen ist mit den Ausgängen der Multipliz.ierschaltungen 701 und 702 verbunden. Eine Addierschaltung 707 mit ebenfalls zwei

jj Eingängen ist mit den beiden Multipliz.ierschaltungen

703 und 704 verbunden. Auf jede der Schaltungen 706 und 707 folgt ein Begrenzer 708 bzw. 709. Ein Phasendetektor 710 ist mit jeweils einem seiner beiden Eingänge mit dem Ausgang eines der beiden Begrenzer

4(i verbunden und liefert an seinem Ausgang ein Signal, da* proportional zur Phasendifferenz der Eingangssignale ist. d. h. die Anzeige der Geschwindigkeit des Fahrzeuges, wenn die Steuerschleife offen ist.

Die Phasenmeßschaltung arbeitet folgendermaßen:

Die in dem ersten Teil des Speichers 602 enthaltenen Signale mögen die Form A sin ψ·, und A cos φι haben. Diese beiden Signale werden mit den Signalen des Oszillators 705 multipliziert, also mit sin 2xfot bzw. cos 2.τ/ΌΛ Der Ausgang der Subtrahierschaltung 706 liefert dann:
sin2.-r/_of = Acos(2nj„i + 7 1).

B sin η 2 und B cos .j 2 seien die im zweiten Teil des Speichers 602enthaltenen Signale. Sie werden mit den Signalen cos2.T/_of bzw. sin2.-r/_or multipliziert und die Addierschaltung 707 liefert:

B sin72cos2.-t/qf + ßcos? 2sin2.-r/_oi = Bsin(2.-T/_Or + 9· 2).

Der Phasendetektor liefert folglich ein Ausgangssignal proportional zur Differenzial —ςρ2 + .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 Speicherteilen oder zwischen den beiden zwischen den Speichern und dem Phasendetektor 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 Integration erhebliche Werte annehmen und die Bezugsdemodulation verschieben.

Um diesem Nachteil abzuhelfen, werden die von den Signalen genommenen Rechenwege von einem Paar zusammengehöriger Wiederholungen zum nächsten vertauscht. Während der beiden ersten Wiederholungen werden die Signale Σ + kjA undy (Σ + kjA) im ersten Teil des Speichers gespeichert und die Signale Σ — kjA und j{2 — kjA) im zweiten Teil des Speichers. Sie werden anschließend durch die entsprechenden Schaltungen verarbeitet. Während der beiden folgenden Wiederho-

hingen werden die Signale Σ + kjA und /'{Σ + kjA) im zweiten 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 Vorzeicheninvcrtirrschaltung 711. In diesem Fall wird die Kontinuität der Phasenmessung beibehalten, während der Meßfehler sich alle vier Wiederholungen aufhebt. Der Ausgang des Vorzeicheninverters ist mit dem Integrator 10 der vorstehend im Zusammenhang mil F i g. 2 beschriebenen Steuerschleife 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 wie der Vor/eicheninverter 711.

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

Fig. 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaiilichiing der F'orm dieser Signale in Abhängigkeit von der Zeit an verschiedenen Schaltungspunktcn.

Bei A sind die Synchronisierimpulsc des Senders dargestellt. Diese Impulse fallen zusammen mit den Sendeimpulsen. Die Impulse sind von I bis 5 durchnumeriert, um das folgende besser erläutern zu können.

Bei B sind 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 Sendeimpuls, hängen von dem Entfernungsbercich ab, in dem sich der Boden befindet.

Bei C und bei D sind die Steuerimpulse für das

ίο 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 Phii.scnmcssiingcn erfolgen.

Bei f ist schließlich das dem Ausgangssignal des

r> l'hascndetcktors 710 erteilte Vorzeichen dargestellt. Man erkennt, daß dann, wenn das Signal Σ + kjA im ersten Teil des Speichers eingespeichert ist (Impuls Nummer I) und das Signal Σ - kja im zweiten Teil (Impuls Nummer 2) eingespeichert ist, dieses Voiv.ci-

_'() ehen gleich + I ist. Für den Impuls Nummer 3 ändert der Schalter 6Oi seine Steiiung nicht, und das Signal Σ + kjA 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

i-, 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

»ι Fall wird mit Schallwellen gearbeitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche; 24 40 59]

1. Anordnung zur Messung der Achsprojektion der Geschwindigkeit eines Fuhrzeuges in bezug auf ein Hindernis unter Verwendung des Doppler-Effek- ϊ ies, 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 in ein Differenzsignal A als Funktion der Winkelablage gegenüber dieser Achse liefern, sowie mit Einrichtungen zur Kombination der Signale Σ und Δ, die Signale Σ + kjA und Σ — kjA liefern und eines dieser Signale um eine Dauer T verzögern, wobei k ein π Koeffizient ist, der von der geschätzten Geschwindigkeit des Fahrzeuges, dem Winkel zwischen dem Geschwindigkeitsvektor und der Achse sowie der Dauer T abhängt, dadurch gekennzeichnet, 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.

2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtungen zur Demodulation der empfangenen Signale mit Einrichtungen zur Erzeugung eines Bezugsdemodulationssignals veränderlicher Frequenz verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß 3d eine Frequenzregelschleife für die letzteren Einrichtungen vorgesehen ist, die einen Verstärker und Filter in Serie zwischen dem Ausgang der Phasendifferenzmeßeinrichtungcn und einem Frequenzregeleingang der letzteren Einrich-.dngen umfassen. η

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2. wobei die Antenne eine Monopulsantenne i t 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 4ί anlegt, und eine Schaltung (7) zur Messung der Differenz der Phasen der gespeicherten Signale enthalten.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß d?r Schalter (60t) alle zwei Wiedcrholungen umschaltet und zwischen der Meßschaltung (7) und der Frequenzregelschleife eine Schaltung (711) liegt, die das Vorzeichen des Ausgangssignals der Mcßschaltung ebenfalls alle zwei Wiederholungen umkehrt.

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 ω Frequenzmodulator (9) umfassen.

6. Anordnung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Modulator und der Regelschleife ein Schaller (111) mit zwei Stellungen liegt, der den Modulator entweder mit der Regelschleife oder mit einem Generator (12) für ein Voreinstellungssignal verbindet.

Pie Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung der Achsprojektion der Geschwindigkeit eines I ihr/eiiges in bezug auf ein Hindernis unter Verwendung dos Doppler-Effektes, mit mindestens einer längs dieser Achse ausgerichteten, mit einem Sender für elektromagnetische Wellen verbundenen Antenne.mil 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 J, 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 Luftfahrlnavigation 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 Ungcnauigkcit der Messung zu vermeiden, müssen eine oder mehrere Antennen hoher Richtwirkung verwendet werden, die eine sehr schmale Hauptkculc besitzen und folglich große Abmessungen und ein hohes Gewicht aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung der einleitend angegebi-p.en 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 z. 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 Phasendifferenzbildung ist bereits im Zusammenhang mit einer Festzeichenunterdrückungsschaltung bekannt (US-PS 34 38 030).

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