DE2524571C3 - Homodyn-Übertragungssystem mit Phasendetektor zur Funkortung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Homodyn-Übertragungssystem zur Funkortung.

In der DE-OS 24 60 280 sowie an anderer Stelle sind Übertragungssysteme beschrieben, die Abfrageeinheiten und auf die von der Abfrageeinheit ausgesandten Signale ansprechende Standort-Kennmarken oder Rückmeldeeinheiten aufweisen, wobei die Rückmeldeeinheiten für die Antworteinheit ein moduliertes Antwortsignal liefern. Bei derartigen Systemen wird das Antwortsignal phasen- bzw. amplitudenmoduliert und die Antwortsignal-fvloduiation in der Abfrageeinheit einer Direkt-Demodulation unterzogen. Demzufolge weisen derartige Systeme gegenüber beispielsweise einem Homodyn-System Nachteile auf, weil die Direkt-Demodulation hinsichtlich der schwachen Signalpegel nicht so empfindlich ist, wie ein Homodyn-System, so daß daher für die Abfragesignale stärkere Signalübertragungspegel erforderlich sind. Darüber hinaus ist die Direkt-Demodulation nicht mit der Phasenmodulation kompatibel, die gegenüber der Amplitudenmodulation Vorteile aufweist, weil mit der Phasenmodulation ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis erreicht werden kann.

Als Homodyn-System wird ein System bezeichnet, bei dem eine Probe des übertragenen Signals als lokales Oszillationssignal verwendet wird. Bei einem Homodyn-System wird normalerweise ein Hochfrequenzsignal von einer Abfrageeinheit ausgesendet und von einer kompatiblen Rückmeldeeinheit aufgefangen. Die Rückmeldeeinheit liefert ein Signal, das an die Abfrageeinheit reflektiert oder zurückgesendet wird. Eine Probe des ausgesendeten (Abfrage-)Signals wird zusammen mit dem Antwortsignal einem geeigneten Phasendetektor oder einer Mischstufe zugeleitet. Normalerweise ist die Amplitude des Mischstufen-Ausgangssignals gleich dem Produkt, das sich aus der Amplitude der Probe des ausgesendeten (lokalen Oszillator-JSignals und der Amplitude des Antwortsignal sowie dem Cosinus des relativen Phasenwinkels ergibt.

Da das Abfrage- und das Antwortsignal von derselben Quelle geliefert werden, ist die relative Phase dieser Signale bzw. die Phasendifferenz zwischen den Signalen eine Funktion der Entfernung zwischen der Abfrage- und Rückrneldeeinheit. Auf diesem Grundgedanken basieren viele Radar-Ortungssysteme, bei denen die Entfernung zwischen der Abfrage- und Rückmeldeeinheit aus der Phasendifferenz der Signale errechnet wird. Bei verschiedenen Phasenbeziehungen, wenn beispielsweise die Probe des Abfragesignals und das Antwortsignal um 90° phasenverschoben sind, weist das Mischstufen-Ausgangssignal jedoch ein Amplitudennull auf.

Bei einem Homodyn-Übertragungssystem, bei dem das Antwortsignal mit Information enthaltenden Signalen moduliert wira, können diese Amplitudennulls schwerwiegende Fehler bei der Verarbeitung und Wiedergewinnung der Iniurmaiion verursachen. Derar

tige Fehler sollen in. weiteren mit Amplitudennull-Fehler bezeichnet werden. Insbesondere bei Systemen, bei denen sich die Abfrageeinheit relativ zur Rückmeldeein · heit bewegen kann, treten bei verschiedenen Relativlagen der Abfrage- und Rückmeldeeinheit Phasenbeziehungen auf, die solche Amplitudennull-Fehler bewirken, so daß" Fehler oder Verluste der übertragenen Information entstehen.

Ein Weglaufen der Frequenz des Abfragesignals bewirkt, daß :sich die Relativlage der Abfrage- und Rückmeldeeinheit, die das Amplitudennull hervorrufen, ändert, so daß auf diese Weise der Eindruck einer Relativbewegung der Abfrage- und Rückmeldeeinheit entsteht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Übertragungssystem zu schaffen, bei dem die genannten Amplitudennull-Fehler vermieden werden und keine Informationsfehler oder -Verluste auftreten. Bei einem gattungsgemäßen Homodyn-Übertragungssystem wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen. Merkmale gelöst.

Weitcrc Ausgestaltungen der Erfinder." sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die vorliegende Erfindung betrifft also ein Homodyn-Übertragungssystem mit einer Abfrage- und wenigstens einer Rückmeldeeinheit. Die Abfrage- und Rückmeldeeinheiten unterliegen einer Relativbewegung. Die Abfrageeinheil: enthält einen Sendeteil, der ein Abfragesignal zur Rückmeldeeinheit aussendet, einen Empfangsteil, das das Information enthaltende Antwortsignal von der Rückmeldeeinheit empfängt, einen Phascndetektar, dem ein erstes, das Abfragesignal darstellende Eingangssignal und ein zweites, das Antwortsignal darstellende Eingangssignal zugeführt erhält und ein Ausgangssignal liefert, das die Relativphase des ersten und zweiten Eingangssignals wiedergibt sowie eine Schaltungseinrichtung, die die Information aus dem Phasendetektor-Ausgangssignal gewinnt.

Das System weist ferner Schaltungsteile Huf, die das erste Phasendetektor-Eingangssignal und das Antwortsignal oder eines dieser beiden Signale zugeführt erhält und die relative Phase des ersten und zweiten Phasendetektor-Eingangssignals definiert verschiebt, so daß Amplitudennulls im Phasendetektor-Ausgangssignal im wesentlichen vermieden werden, die auf Grund bestimmter Phasenbeziehungen zwischen dem ersten und zweiten Phasendetektor-Eingangssignal verursacht werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Homodyn-Übertragungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig 2 das Blockschaltbild einer Rückmeldeeinheit einer bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig.3 eine Darstellung der Schwingungsformen verschiedener Signale, die im Zusammenhang mit der Funktion der im Fig.2 dargestellten Rückmeldeeinheit auftreten,

Fig.4 ein Blockschaltbild, das die Zusammenschaltung der Informations- und Diversity-Logik mit dem in F i g. 2 dargestellten Phasenmodulator wiedergibt, wodurch die Addiierschaltung weggelassen werden kann,

Fig.5 ein Blockschaltbild der in der Abfrageeinheit enthaltenen Signalver&rbeitungsschaltung gemäß einem bevorzugten, erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel,

Fig.6 die Darstellung von Schwingungsformen

verschiedener Signale, die im Zusammenhang mit der Arbeitsweise der in F" i g. 5 dargestellten Signalverarbeitungsschaltung auftreten,

Fig. 7 das Blockschaltbild einer Verwertungseinriehtung, die im Zusammenhang mit der Erfindung bei einem automatischen F'ahrzeugortungssystem Verwendung findet.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Homodyn-Übertragungssystem, bei dem die zuvor beschriebenen Amplitudennull-Fehler verringert oder gar ganz verhinclcrt werden, indem zwischen den Abfrage- urn) Antwortsignalen durch selektives Verschieben der relativen Phase dieser Signale eine sogenannte Phasendivers'ty erzeugt wird.

Anhand von Fig. 1 soll nachfolgend das erfindiingsgemäße Homodyn-Übertragungssystem beschrieben werden. Eine Abfrageeinheit 10 sendet ein nichtmoduliertes Signal 12 im Dauerstrich aus, das als Abfragesignal zu einer Rückmeldeeinheit 14 gelangt. Die Riickmeldeeinheit 14 bildet aus dem übertragenen Signal 12 ein moduliertes Rückmelde- oder Antwort-Signal 16, das an die Abfrageeinheit 10 rückgesendet wird.

Die Abfrageeinheit 10 enthält die üblichen Schaltungsteile, nämlich eine Signalerzeugungsschaltung. beispielsweise einen Transvers-Elektronenoszillator (TEO) 18, einen Richtungskoppler 20. einen Zirkulator 22, ein Antennennetzwerk 24, eine Mischstufe 28 und eine geeignete Signalverarbeitungsstufe 30. Das Ausgangssignal des TEO 18 gelangt über den Richtungskoppler 20 und den Zirkulator 22 zum Antennennetzwerk 24. Das A.ntennennetzwerk 24, das als einheitliche gedruckte Schaltung gemäß der in der US-PS 35 87 110 beschriebenen Art vorliegen kann, sendet Sendesignale 12 aus und kann darüber hinaus das modulierte Antwortsignal 16 von der Riickmeldeeinheit 14 empfangen. Das empfangene Antwortsignal 16 wird vom Antennennetzwerk 24 an den Zirkulator 22 wcitcrgeleitet, der das Antwortsignal 16 über die Leitung 26 der Mischstufe 28 sendet. Der Mischstufe 28 werden weiterhin Amplitudenproben der Ausgangssignale des TEO 18 zugeleitet, die mittels des Richtungskoppler 20 vom 7"FO18 abgegriffen werden. Die Ausgangssignale der Mischstufe 28 werden einer Bearbeitungsstufe 30 zugeführt, die im Zusammenhang mit F i g. 5 nachfolgend noch näher beschrieben werden wird. Die Ausgangssignale der Verarbeitungsstufe 30 werden einer geeigneten Verwertungseinrichtung 31. beispielsweise einem Speicher oder einem Aufzeichnungsgerät, zugeführt.

Die Rückmeldeeinheit 14 ist aus den üblichen Schaltungsbauteilen zusammengesetzt und enthält ein Antennennetzwerk 32, einen Modulator 34, einen Zirkulator 36, eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 39 versehene Codierlogik, einen Phasenschieber 44 und einen Oszillator 46.

Das Antennennetzwerk 32 kann als gedruckte Schaltung, beispielsweise in der in der zuvor angegebenen US-PS beschriebenen Art vorliegen und empfängt das gesendete Abfragesignal 12, welches dann mittels des Zirkulators 36 zum Modulator 34 geführt wird. Dem Modulator 34 wird weiterhin ein Informations-Codesignal vom Ausgang 41 der Codierlogik 39 zugeleitet

Die Codierlogik 39 besteht aus einem geeigneten Codierer 40, einem Speicher 38 und einem Taktgeber 42. Der Codierer 40 enthält ein (nicht dargestelltes) Schieberegister und eine (ebenfalls nicht dargestellte) Betriebsart-Steuerlogik. Die Betriebsart-Steuerlogik weist normalerweise einen Zähler auf. Das Schieberegi

ster wechselt in Abhängigkeit der Betriebsart-Steuerung ständig zwischen einem Eingabebetrieb, bei dem der Inhalt des Speichers 38 in das Schieberegister eingegeben bzw. eingelesen wird, und einem Ausgabebetrieb, bei dem der Inhalt des Schieberegisters nacheinander mit einer Geschwindigkeit ausgegeben wird, die vom Taktgeber 42 festgelegt ist. Ein derartiger Codierer ist insbesondere deshalb von Vorteil, weil der Speicher 38 in Funktion gesetzt werden kann, indem man entsprechend der Information die jeweiligen Bits des Schieberegisters lediglich mit einer geeigneten Spannungsquclle oder mit Masse verbindet. Auf diese Weise wird die auszusendende Information in geeigneter Weise im Speicher 38 gespeichert und in Binärsignalc, d. h. in hohe oder niedere Spannungspegel, die die Information beinhalten, mittels des Codierers 40 mit einer Bit-Geschwindigkeit entsprechend den Steuersignalen vom Taktgeber 42 umgesetzt. Die Ausgangssignale vom Modulator 34 laufen über einen geeigneten, spannungsgesteuerten Phasenschieber 44. beispielsweise über eine Kapazitätsdiode (»Varactor-Diode«) und weiter über den Zirkulator 36 zum Antennennetzwerk 32. Der Phasenschieber 44 wird mit geeigneten Signalen, wie dies im weiteren noch beschrieben werden wird, von einer geeigneten Signalquelle, beispielsweise einem Oszillator 46. gesteuert. D^s Antennennetzwerk 32 sendet das modulierte, phasenverschobene Signal als Antwortsignal 16 an die Abfrageeinheit 10 zurück.

Während des Betriebs erzeugt der TEO18 in der Abfrageeinheit 10 ein unmoduliertes Signal mit einer vorgegebenen Frequenz im Dauerstrich, das dann als Abfragesignal 12 vom Antennennetzwerk 24 ausgesendet wird. Das Abfragesignal 12 wird vom Antennennetzwerk 32 der Rückmeldeeinheit 14 aufgefangen und dem Modulator 34 zugeleitet. Der Modulator 34 moduliert das ihm zugeleitete Signal mittels einer geeigneten Modulationstechnik, beispielsweise mittels Amplitudenoder Phasenmodulation, mit codierter Information, Wenn Phasenmodulation verwendet wird, kann, wie dies noch erläutert werden wird, der Modulator 34 und der Phasenschieber 44 in einer einzigen, zweifach wirkenden Funktionseinheit zusammengefaßt werden.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erzeugt der Oszillator 46 eine Rechteckschwingung vorgegebener Frequenz, die normalerweise höher ist als die Frequenz der Taktgeber 42. Auf diese Weise verschiebt der Phasenschieber 44 die Phase des Antwortsignals Ii abwechselnd um 0° und 90° mit einer Wiederholungsfolge (im nachfolgenden mit Diversity-Wiederhoii'igsfolge bezeichnet), die größer als die Bitfolge dei Information ist. Eine derartige periodische Phasenver Schiebung wird im weiteren mit Phasendiversitj bezeichnet Es sei bemerkt, daß die Diversityfolge ir einigen Fällen auch kleiner als die Bitfolge sein kann Beispielsweise kann in einem System, das für siel langsam bewegende Fahrzeuge vorgesehen ist, oder ir einem System, bei dem eine extrem hohe Meßfolge (da; ist die Zahl der Messungen pro Sekunde) vorgesehen ist gleich oder kleiner als die Meßfolge gemacht werden Darüber hinaus kann die Diversity-Folge — wie die; weiter unten anhand von weiteren Ausführungsbeispie len beschrieben werden wird — auf Grund dei Auftretens von Amplitudennulls im Ausgangssigna] dei Mischstufe 28 festgelegt werden.

Das modulierte, diversity-phasenverschobene Signa 16 wird ausgesendet und von der Abfrageeinheit K empfangen, in der es in der Mischstufe 28 gemäß den

bekannten Homodyn-Prinzip mit Amplitudenproben des Abfragesignals 12 gemischt wird. Wie bereits vermerkt, ist die Amplitude des Mischstufenausgangssignals das Produkt, das sich aus den Amplituden der Abfragesignalproben und des Abfragesignals sowie dem Cosinus des relativen Phasenwinkels ergibt. Bei einem übliche'· Homodyn-System tritt im Ausgangssigna] der Mischstufe 28 ein Amplitudennull daher dann auf, wenn die relative Phase 90° ist. Diese Situation ergibt sich zu bestimmten Momenten auf Grund der Lage der Abfrageeinheit 10 und der Rückmeldeeinheil 14. Auf ('■rund der Phasendiversity, die gemäß der vorliegenden Krfindung beim Antwortsignal 16 vorliegt, wird jedoch sichergestellt, daß die relative Phase des Antwort- und Abfragesignals während der gesamten Dauer einer Bit-Information nicht in der Nähe von 90° bleibt. Der Amplituden-Mittelwert während des Auftretens eines Bits im Mischstufen-Ausgangssignal wird daher immer dann wesentlich vergrößert, wenn die Phasenbeziehung auf Grund der Relativlage von Anfrage- und Rückmeldeeinheit andernfalls ein Amplitudennull bewirken würde.

Das erfindungsgemäße System bewirkt eine Verringerung des Amplituden-Mittelwertes im Mischstufen-Ausgangssignal zu den Zeitpunkten, bei denen keine Phasenbeziehung auftritt, die ein Phasennull hervorrufen kann. Wenn eine Phasenbeziehung auftritt, die ein Amplitudennull hervorruft, können auf Grund der vorliegenden Erfindung, durch die die Intensitätsmittelwerte Her Mischstufen-Ausgangssignale erhöht werden, auch solche Signale verarbeitet werden, bei denen die Signalamplituden (im Falle, daß die vorliegende Erfindung nicht zur Anwendung kommt) nicht ausreichen würden, eine derartige Verarbeitung durchzuführen. Wenn die vorliegende Erfindung jedoch angewandt wird, wird sich die Abnahme des Signalintensitäts-Mittelwerts praktisch nicht nachteilig auf die Verarbeitung der Signale auswirken (die Abnahme des Signalintensitäts-Mittelwertes bezieht sich auf die größtmögliche Amplitude der Mischstufen-Ausgangssignale, die dann auftritt, wenn (a) die vorliegende Erfindung nicht zur Anwendung gelangt und wenn (b) eine Phasenbezie hung vorliegt, bei der keine Nullamplitude entsteht).

Die erfindungsgemäße Phasendiversity zwischen dem Antwortsignal und den Amplitudenproben des Abfragesignals kann in der Abfrageeinheit 10 erzeugt werden. Bei einem solchen System braucht in der Rückmeldeeinheit 14 der Phasenschieber 44 und Oszillator 46 nicht vorhanden zu sein. Die Antenne 32 könnte dann direkt mit dem Modulator 34 verbunden werden, so daß der Zirkulator 36 weggelassen werden könnte. Bei einem solchen System wird der vom Oszillator 46 angesteuerte Phasenschieber 44 in der Abfrageeinheit 10 zwischen dem Richtungskoppler 20 und der Mischstufe 28, oder alternativ dazu, zwischen den Zirkulator 22 und der Mischstufe 28 geschaltet, um die gewünschte Phasendiversity hervorzurufen.

Es sei weiterhin bemerkt, daß der Phasenschieber 44 — wenn er sich in der zuvor beschriebenen Weise in der Abfrageeinheit 10 befindet — statt vom Oszillator 46 auch von einem (nicht dargestellten) Schwellendetektor angesteuert werden kann. Der Schwellendetektor würde dann so ausgebildet sein, daß er die Amplitudennulls im Ausgangssignal der Mischstufe 28 feststellt und dementsprechend den Phasenschieber 44 so beeinflußt, es daß er eine zusätzliche reiative Phasenverschiebung, beispielsweise um 90° zwischen dem Antwortsignad und den Amplitudenproben des Abfragesignals, bewirkt

Darüber hinaus könnte die Phasendiversity auch in einer Schaltungsanordnung erzeugt werden, in der weder die Abfrage- noch die Riickmeldeeinheit einen Phasenschieber 44 und einen Oszillator 46 aufweist, nämlich dadurch, daß eine getrennte, zwischengeschaltete Einheit mit einem dritten (nicht dargestellten) Antennennetzwerk, das einen Phasenschieber 44 und einen Oszillator 46 aufweist, verwendet wird. Die /.wischengeschaltete Einheit würde dann im Übertragungsweg zwischen der Abfrage- und der Rückmeldeeinheit liegen.

In Fig. 2 ist anhand eines Blockschaltbildes eine bevorzugte Ausfiihrungsform der Rückmeldeeinheit dargestellt, die mittels Phasenmodulation beim Antwortsignal die Informations- oder Zeichengebung durch Frequenzumtastung (»FSK«) bewirkt. Bei der »FSK«- Zeichengebung wird die Abstufung der vorgegebenen Frequenzen dazu verwendet, eine binäre Eins (Zeichenfrequenz) und eine binäre Null (Leerzeichenfrequenz) darzustellen. Das Antennennetzwerk 32 ist mit einem üblichen, spannungsgesteuerten Phasenmodulator 50, beispielsweise einer Varactor-Diode, verbunden, die von Ausgangssignalen 51 einer üblichen Additionsschaltung 52 mit zwei Eingängen angesteuert wird, wie dies beispielsweise in »Electronic Analog and Hybrid Computers« von Korn und Korn, McGraw-Hill Ina, 1964, Kapitel 1, beschrieben ist. Die Addierschaltung 52 ist mit einem Eingang mit der Informations-Binärschaltung 54 verbunden. Die Informations-Binärschaltung 54 enthält eine der Codier-Logik 39 von F i g. 1 entsprechende Codier-Logik 39. Der Ausgang 41 der Codier-Logik 39 steht mit einem Eingang eines NAND-Gliedes 60 mit zwei Eingängen sowie über einen Inverter 58 mit einem Eingang eines zweiten NAND-Gliedes 56 mit zwei Eingängen in Verbindung. Der zweite Eingang des NAND-Gliedes 56 ist mit dem Freilaufoszillator 62 und der zweite Eingang des NAND-Gliedes 60 ist mit dem Freilaufoszillator 64 verbunden, wobei die Freilaufoszillatoren 62 und 64 Impulszüge 63 und 65 mit festgelegten Zeichen- und Leerzeichenfrequenzen erzeugen. Die Amplituden der Zeichen- und Leerzeichen-Frequenzimpulszüge 63 und 65 sind vorzugsweise so gewählt, um am Phasenmodulator 50 eine Phasenverschiebungsdifferenz von 180° zu schaffen. Die Ausgänge der NAND-Glieder 56 und 60 sind mit den beiden Eingängen eines NAND-Gliedes 66 mit drei Eingängen verbunden. Der dritte Eingang des NAND-Gliedes 66 erhält von der Codier-Logik 39 ein Nachrichten-Steuersignal 67 zugeführt, das normalerweise von der Betriebsart des Codierers — wie dies im Zusammenhang mit dem Codierer 40 von F i g. 1 beschrieben wurde — herrührt. Der Ausgang des NAND-Gliedes 66 steht mit der Addierschaltung 52 in Verbindung. Der andere Eingang der Addierschaltung 52 ist mit dem Oszillator 56 verbunden, der einen Diversity-Impulszug 47 liefert. Die Frequenz des Diversity-Impulszuges 47 wird normalerweise größer als die Bit-Folge der Information, jedoch kleiner als die Zeichen- und Leerzeichenfrequenzen gewählt Die Amplitude des Diversity-Impulszuges 47 ist vorzugsweise so gewählt, daß am Phasenmodulator 50 eine Phasenverschiebung von 90° erzeugt wird.

Während des Betriebs erzeugt die Codier-Logik 39 eine Nachricht mit einer binärcodierten Bit-Folge 68. Die Codier-Logik 39 erzeugt während der Zeitdauer der Nachricht ein Nachrichten-Steuersignal in Form einer binären Eins, das nur während der Nachricht das NAND-Glied 66 aufsteuert Das Nachrichten-Steuersi-

gnal 67 ist zwischen den Nachrichten eine binäre Null, wodurch das NAND-Glied 66 gesperrt wird und dadurch verhindert wird, daß fehlerhafte Informationsimpulszüge übertragen werden. Das Nachrichten-Steuersignal 67 kann auch, wenn dies vorteilhafter erscheint, dazu verwendet werden, den Diversity-Oszillator 46 während der Zwischenräume zwischen den Nachrichten zu tperren. Wie zuvor bereits vermerkt, werden die codierten Bits 68 entsprechend der im Speicher 38 (Fig. 1) gespeicherten Information mit einer Wiederholungsfolge erzeugt, die vom Taktgeber 42(Fi g. I) festgelegt ist. Während der Nachricht steuert ein von der Codierlogik 39 erzeugtes und eine binäre Null darstellendes Code-Bit mit niederem Pegel das NAND-Glied 56 hinsichtlich des Leerzeichenfrequenz-Impulszuges 63 auf und sperrt das NAND-Glied 60 hinsichtlich des Zeichenfrequenz· Impulszuges 65. Das NAND-Glied 60 liefert ein Signall mit hohem Pegel an da? NAND-niiprl 66. dem auch ein Nachrichtensteuersignal 67 mit hohem Pegel während der Nachricht zugeleitet wird. Auf diese Weise wird das NAND-Glied 66 bezüglich des über das NAN D-Glied 56 bereitgestellten Leerzeichenfrequenz-lmpulszijges 63 leitend. Während des Nachrichtenbits mit dem binären Nullwert wird daher ein Leerzeichenfrequenz-Impulszug von der Informations-Binärschaltung 54 zur Addierschaltung 52 seleitet, in der dieses Signal mit dem Diversity-Impuls- /.ug 47 vom Oszillator 46 addiert wird und den spannungsgesteuerten Phasenmodulator50 ansteuert.

In entsprechender Weise sperrt ein von der Codier-Logik 39 geliefertes digitales Eins-Bit, das eine Eins wiedergibt, das NAND-Glied 56 für den Leerzeichenfrequenz-Impulszug 63 und bringt das NAND-Glied 60 für den Zeichenfrequenz-Impulszug 65 in den leitenden Zustand. Für ein Informationsbit mit dem Digitalwert EINS wird daher von der Informations-Digitalschaltung 54 ein Zeichenfrequenz-Impulszug an die Addierschaltung 52 geleitet, die dieses Signal mit dem Diversity-Impulszug 47 vom Oszillator 46 addiert und wobei das sich ergebende Signal den spannungsgesteuerten Phasenmodulator 50 ansteuert.

In F i g. 3 ist ein Diagrairm der zuvor beschriebenen Schwingungsformen für eine 3-Bit-FoIge 1, 0, 0 dargestellt. Der Phasenmodulator 50 verändert die Phase des Antwortsignals entsprechend der Amplitude des von der Addierschaltung 52 gelieferten Summensignals 51. Im praktischen Falle kann die Addition der Information- und Diversity-Impulszüge ohne Verwendung eines Addier-Bauteils durchgeführt werden. In diesem Falle wird eine Schaltungsanordnung gemäß F i g. 4 verwendet. Die Kathode der Varactor-Diode des Phasenmodulators 50 ist mit dem Ausgang der Information-Digitalschaltung 54 und die Anode der Varactor-Diode ist mit dem Masseanschluß des Diversity-Oszillators 46 verbunden. Der Diversity-Impulszug wird dem gemeinsamen Massebezugs-Anschluß der Informations-Digitalschaltung 54 zugeleitet Die auf diese Weise über der Varactor-Diode 50 auftretende Spannung ist gleich der in Fig.3 dargestellten Summenspannung 51.

Die Zeichen(65)- und Leerzeichen(63)-Frequenzkomponenten des Summensignals 51 besitzen Amplituden, derart, daß die Phase des Antwortsignals 16 wechselweise um beispielsweise 0° und 180° mit einer Wiederholungsfolge verschoben wird, die den jeweiligen Frequenzen der Komponenten entspricht Die Amplitude des Ausgangssignals der Mischstufe 28 in der Abfrageeinheit 10 (F i g. 1) hängt von der Phasenmodulation ab und gibt daher die Zeichen- und Leerzeichen-Frequenz-Impulsziige wieder. Die Diversity-Phasenverschiebung beeinflußt — wie zuvor beschrieben — die maximale Amplitude der wiedergewonnenen Impulszüge, sie behindert jedoch nicht die genaue Wiedergewinnung der Zeichen- und Leerzeichen-Frequenzen im Ausgangssignal der Mischstufe 28. Während eines vorgegebenen Bits wird das Vorliegen eines Zeichenoder Leerzeichen-Frequenzimpulszuges von der Verarbeitungsschaltung 30 festgestellt, so daß dadurch der Bit-Wert sicher erhalten wird.

In Fig. 5 ist eine geeignete, im Zusammenhang mit der (FSK)-Rückmeldeeinheit gemäß F i g. 2 verwendbare Verarbeitungsstufe 30 dargestellt. Das Ausgangssignal von der Mischstufe 28, das in Form der Schwingung 78 vorliegt, wird einem ersten, den Zeichenfrequenzen zugeordneten Kanal, sowie einem zweiten, den Leerzeichenfrequenzen zugeordneten Kanal, zugeleitet. Das AusEanessignal 78 von der Mischstufe kann, wenn dies erforderlich ist oder wünschenswert erscheint, verstärkt werden, bevor es in dem ersten und zweiten Kanal auftritt. Das Ausgangssignal 78 von der Mischstufe 28 wird den Bandpaßfiltern 80 und 82 zugeleitet, die auf die Bandmitte der Zeichen- bzw. der Leerzeichenfrequenzen abgestimmt sind. Das Ausgangssignal der Bandpaßfilter 80 wird dem Hüllkurvendetektor und Tiefpaßfilter 86 und das Ausgangssignal vom Bandpaßfilter 82 wird dem Hüllkurvendetektor und Teifpaßfilter 88 zugeleitet. Die Hüllkurvendetektor- und Tiefpaß-Schaltungen 86

jo und 88 enthalten zusammen mit einem Tiefpaß-Widerstands-Kondensator-Netzwerk einen Diodendetektor. Die Widerstands- und Kondensatorwerte sind so gewählt, daß eine vorgegebene Anstiegs- und Abfallszeitkonstante erzeugt wird. Das Ausgangssignal 90 der Hüllkurvendetektor- und Tiefpaßschaltung 86 wird einem geeigneten Schwellendetektor 92 sowie einer Vergleichsschaltung 94 zugeleitet. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal % der Hüllkurvendetektor- und Tiefpaßschaltung 88 an die Vergleichsschaltung 94 und an den Schwellendetektor 98 gelegt Das Ausgangssignal 100 der Vergleichsschaltung 94, das Ansgangssignal 102 des Schwellendetektors 92 sowie das Ausgangssignal 104 des Schwellendetektors 98 werden als Eingangssignale einer geeigneten Digitalschaltung, die allgemein als Digital-Verarbeitungsschaltung 108 bezeichnet wird, zugeleitet Diese Digital-Verarbeitungsschaltung 108 führt Schwellenwert- und Paritätskontrollen der im Signal 100 enthaltenen Information durch. Die Ausgangssignale der Digital-Verarbeitungsso schaltung 108 werden einer Verwertungseinrichtung 31 (vgl. Fig. 1) zugeleitet Anhand der Fig. 5 und 6 wird nachfolgend die Arbeitsweise der Verarbeitungsschaltung 30 erläutert In Fig.6 sind Schwingungsformen sowie die zeitliche Zuordnung der an der Verarbeitungsstufe 30 auftretenden Signale während zweier Signalbits 78, die einem Digitalwert 1 und einem Digitalwert 0 entsprechen, wiedergegeben, und zwar für einen Abstand zwischen der Abfrage- und Rückmeldeeinheit, bei der Amplitudennull-Fehler auftreten würden, wenn eine Diversity-Phasenverschiebung nicht durchgeführt würde. Die Diversity-Folge gemäß F i g. 6 ist etwa doppelt so groß wie die Bit-Folge, wobei die Zeichen- und Leerzeichenfrequenzen um etwa 2- bis 5mal höher sind als die zuvor beschriebene Diversity-Folge. Die genannten Beziehungen bzw. Zusammenhänge zwischen den Frequenzen sind lediglich als Beispiele genannt und sind zum Zwecke einer einfacheren Beschreibung der Funktionsweise dargestellt Ein

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System mit der in F i g. 5 dargestellten Schaltungsanordnung weist eine Datenfolge von 400 Bits pro Sekunde. eine Divers'ty-Folge in der Größenordnung vor; 700 Hz und /eichen- bzw. Leerzeichenfrequenzen von 60 bzw. 50 kHz auf. >

Die Ausgangssignale 78 von der Mischstufe 28 laufen — entsprechend der Frequenz des im Signal 78 auftretenden Impulszuges selektiv durch die Bandpaßfilter 80 und 82 hindurch. Durch das Bandpaßfilter 80 gelangen nur die Bits mit einem Zeichenfrequenz-Im- in pulszug (also mit der digitalen Eins) hindurch und werden dem Hüllkurveridetektor 86 zugeführt. In entsprechender Weise gehen durch das Bandpaßfilter 82 nur Bits mit einem Leerzeichenfrequenz-Impulszug (d.h. die digital.-; Null) hindurch und gelangen zu der :■'. Hüllkurvendetektor- und Tiefpaßfilterschaltung 88. Die Hiillkurvendetektor- und Tiefpaßfilterschaltungen 86 und 88 demodulieren die Signalhüllkurven, welche durch die Bandpaßfilter 80 und 82 hindurchgelangen, und mitteln die Signalamplituden über den Zeitraum der entsprechenden Bits durch geeignete Zeitkonstanten des Tiefpaßfilters. Die Schwankungen 91 der Signale 90 und % sind größer als die tatsächlich auftretenden Schwankungen, die im praktischen Falle auf Grund der die dargestellten relativen Diversity- und Bit-Folgen vorkommen. Die Vergleichsschaltung 94 vergleicht das von der Hüllkurvendetektor- und Tiefpaßfilterschaltung 86 kommende Signal 90 mit dem gleichzeitig auftretenden Wert des an der Hüllkurvendetektor- und Tiefpaßfilterschaltung 88 kommenden Signals 96. Wenn jo die Größe des Signals 90 größer ist als die gleichzeitig auftretende Größe der Signale % — dies bedeutet, daß während des Bits ein Zeichensignal vorliegt — erzeugt diese Vergleichsschaltung 94 ein Ausgangssignal 100 mit hohem Pegel, das eine Eins wiedergibt. Wenn dagegen J5 die Größe des Signals % größer ist als die gleichzeitig auftretende Größe des Signals 90 — dies bedeutet, daß während des Bits ein Leerzeichen-Frequenzsignal vorliegt — erzeugt die Vergleichsschaltung 94 ein Ausgangssignal 100 mit niederem Pegel, das eine Null wiedergibt. Die Digital-Verarbeitungsschaltung 108 tastet in Abhängigkeit eines intern erzeugten Abtast-Taktsignals 110 (d.h., in Abhängigkeit eines innerhalb der Digital-Verarbeitungsschaltung 108 erzeugten Taktsignals) das Ausgangssignal 100 der Vergleichsschaltung ab. Das Abtast-Taktsignal 110 wird ausgelöst, wenn der erste Bit der Nachricht einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Der erste Impuls des Taktsignals 110 tritt zu einem vorgegebenen Zeitpunkt nach Erreichen des Schwellenwertpegels auf. Danach treten Impulse mit einer Wiederholungsfolge auf, die der Bit-Folge im wesentlichen entspricht. Die Schwellenwertdetektoren 92 und 98 liefern der Digital-Verarbeitungsschaltung 108 Schwellenwertinformationssignale 102 und 104, um sowohl das Abtast-Taktsignal auszulösen als auch die Gültigkeitskontrolle der abgetasteten Information durchzuführen. Es können auch Paritätskontrollen zur Gültigkeitskontrolle der Information herangezogen werden. Die Digital-Verarbeitungsschaltung 108 führt solche Abtast- und Schwellenwerts- sowie Paritätskontrollen durch und liefert der Verwertungseinrichtung ein die Information wiedergebendes Signal. Eine ins einzelne gehende Beschreibung und die Funktionsweise der Signal-Verarbeitungsschaltung 30 kann in »IEEE Transactions on Vehicular Technology«, Mai 1971, Band VT-20, Nr. 2, Seite 26 (»Analysis of an Electronic Fence Element for a Vehicle Location System« von G. S. Kaplan) nachgelesen werden.

Die IJberiragiingssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung werden dadurch geschaffen, daß eine Homodyn-Detektion verwendet wird, bei der Signalamplitudennulls, die bei bestimmten Lageverhältnissen der Abfrage- und Rückmeldeeinheit zueinander auftreten, im wesentlichen durch Erzeugung einer Phaseidivenity im Antwortsignal verhindert werden. :ind zwar insbesondere dadurch, daß die Phase des Antwortsignals um einen ersten und einen zweiten vorgegebenen Winkel, beispielsweise um 0° und 90°. mit einer vorgegebenen Wiederholungsfolge alternierend verschoben wird.

Eine Anwendung des zuvor beschriebenen Ubertragungssystems soll nachfolgend im Zusammenhang mit einem automatischen Fahrzeug-Ortungssystem beschrieben werden.

Automatisches Fahrzeug-OruingNNvsteni

Bei einem automatischen FahrzeugOruingssysiem. bei dem das zuvor beschriebene Homodyn-FSK-Signalgebungssystem verwendet wird, kann die Äbfrageeinheit 10 an einem Fahrzeug und die Rückmeldeeinheit 14. die beispielswEiise als Wegweiser verwendet werden kann, an vorgegebenen Stellen am Straßenrand angebracht sein. Wenn ein Fahrzeug in den Funktionsbereich eines Wegweisers kommt, wird der Wegweiser abgefragt und meldet eine Nachricht zurück, die die jeweilige Lage oder Stelle anzeigt. Die am Ausgang der Signal-Verarbeitungsschaltung 30 auftretende Lagenachricht kann in eine geeignete Speichereinrichtung einer Verwertungseinrichtung 31 eingegeben und über ein damit zusammenwirkendes Gegensprech-Radio, beispielsweise bei Abfrage des Fahrzeugs von einer Zentralstelle aus, der Zentralstelle übertragen werden. Darüber hinaus kann die Verwertungseinrichtung 31 so ausgebildet sein, daß sie eine vorgegebene Zahl an Nachrichten in zeitlich geordneter Weise zurückhält oder speichert, so daß die Nachrichtenfolge die Bewegungsrichtung des Fahrzeuges wiedergibt.

Eine solche Verwertungseinrichtung 31 ist in F i g. 7 dargestellt. Die Ausgangssig.iale von der Signal-Verarbeitungsschaltung 30 (vgl. Fig. 1 oder Fig. 5) werden einem Pufferregister 111 zugeleitet, das seinerseits die Ausgangssignale bitweise dem ersten (112) einer Anzahl hintereinandergeschalteter üblicher Schalter 11". 114, 116 und 120. beispielsweise CMOS-Schaltungen CP 4035 von RCA, weiterleitet. Jeder Schalter gibt das eingehende Signal bitweise dem nächsten Schalter in der Schalterfolge weiter. Der Inhalt des Pufferregisters 111 und des ersten Schalters 112 wird weiterhin einer üblichen Vergleichsschaltung 122 zugeführt, dessen Ausgangssignale als Steuersignale den jeweiligen Schaltern 112 bis 120 zugeführt werden. Zwischen die jeweiligen Schalter 112 bis 120 können geeignete (nicht dargestellte) Verzögerungseinrichtungen im Steuersignalweg vorgesehen sein, um eine richtige Zeittaktfolge zu erhalten. Der Inhalt der Schalter 112 bis 120 wird über Verbindungen A, B, C und D einem geeigneten Gegensprech-Radio 124 zugeführt

Während des Betriebs wird die vom Wegweiser erhaltene Lageinformation in der von der Signal-Verarbeitungsschaltung 30 aufgearbeiteten Weise nacheinander ins Pufferregister 111 eingegeben. Die Vergleichsschaltung 122 vergleicht danach den Inhalt des Pufferregisters 111 mit dem Inhalt des ersten Schalters 112. Wenn die dem Vergleich unterliegenden Inhalte nicht gleich sind, erzeugt die Vergleichsschaltung 122 einen Ladebeifehl, auf Grund dessen die aufeinanderfolgenden Schalter 114 bis 120 mit den Inhalten des

jeweiligen vorangehenden Schalters 112—116 geladen werden und der Schalter 112 wird dabei mit dem Inhalt des Pufferregisters 111 geladen. Wenn der Inhalt des Schalters 116 in den Schalter 120 eingegeben wird, wird der zuvor im Schalter 120 enthaltene Inhalt zerstört oder gelöscht Wenn der Inhalt des Pufferregisters 111 gleich dem Inhalt des Schalters 112 ist, halten die Schalter die jeweils zuvor gespeicherten Inhalte zurück. Em derartiger Vorgang wird bei jeder neuen gültigen Nachricht, die von der Abfrageeinheit 10 (vgl. Fig. 1) empfangen wird, ausgelöst Auf diese Weise speichern die Schalter 112 bis 120 die letzten vier Positionen, an denen das die Abfrage vornehmende Fahrzeug vorbeikorrmt, in einer zeitlichen Folge, die die Bewegungsrichtung des die Abfrage vornehmenden Signals wiedergibt Selbstverständlich können in der Schalterfolge auch mehr oder weniger als vier Schalter verwendet werden. Das Gegensprech-Radio 124 emp-

fangt bei Abfrage von einer Zentralstelle aus die Inhalte der jeweiligen Schalter 112 bis 120 und übermittelt diese dann in der vorliegenden Reihenfolge, gegebenenfalls mit dem Fahrzeug-Kennzeichen, einer Zentralstelle. Die Zentralstelle kann auf diese Weise den momentanen Standort und die Fahrrichtung des Fahrzeugs erkennen. Die Übermittlung an die Zentralstelle kann beispielsweise während einer Verfolgung eines Fahrzeugs mit hoher Geschwindigkeit ununterbrochen erfolgen, so daß die örtliche Lage des Fahrzeugs ständig überwacht werden kann.

Ein erfindungsgemäßes FSK-System mit dem in Fi g. 2 dargestellten Homodyn-Prinzip kann auch ohne die ständige periodische Phasendiversity verwendet werden, indem beispielsweise nur beim Auftreten von Schwierigkeiten auf Grund von vorhandenen Amplitudennulls die Phasendiversity wahlweise eingeschaltet wird.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   1, Homodyn-Übertragungssystem zur Funkortung mit einer Abfrage- und wenigstens einer Rückmelde- · einheit, bei dem die Abfrageeinheit eine Sendeschaltung zum Aussenden eines Abfragesignals an die Rückmeldeeinheit, eine Schaltung zum Empfangen eines Information enthaltenden Rückmeldesignals von der Rückmeldeeinheit, einen Phasendetektor, n> der ein erstes, das Abfragesignal darstellendes, und ein zweites, das Antwortsignal darstellendes Eingangssignal zugeführt bekommt und ein die Relativphase des ersten und zweiten Eingangssignals darstellendes Ausgangssignal erzeugt sowie ι ί eine Schaltungsstufe aufweist, die die Information aus dem Ausgangssignal des Phasendetektors gewinnt, gekennzeichnet durch ein Schaltungsteil (46, 44), der das erste Phasendetektor(28)-Eingangssignal. das Abfragesignal und das Antwortsignal oder wenigstens eines dieser Signale zugeführt erhält und die Phase des einen relativ zum anderen Phasendetektor-Eingangssignal um einen vorgegebenen Winkel derart phasenverschiebt, daß Informationsfehler und Informationsverluste im r> wesentlichen ausgeschlossen werden, die auf Grund der Amplituden-Nulls des Phasendetektor-Ausgangssignals bei bestimmten relativen Phasenbeziehungen zwischen dem ersten und dem zweiten Phasendetektor-Eingangssignal verursacht werden, so
2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeschaltung der Abfrageeinheit (10) einen Sendeteil (18, 2P, 22) -um Senden des Abfragesignals vorgegeberer Frequenz, die Empfangsschaltung einen Empfangstei' (22) zum Emp- r> fangen des die Information in einer bestimmten Bit-Folge enthaltenden Antwortsignals von der Rückmeldeeinheit (14), der Phasendetektor eine Mischstufe (28), die Proben des ausgesendeten Signals und des Antwortsignals zugeführt bekommt w und ein die Phasendifferenzen zwischen den genannten Signalen wiedergebendes Ausgangssignal liefert, die Informationswiedergewinnungsstufe eine Signalverarbeitungsschaltung (30), die das Mischstufen-Ausgangssignal zugeführt erhält und 4S die Information aus dem Antwortsignal gewinnt, die Rückmeldeeinheit (14) ein das Abfragesignal empfangenes Antennennetzwerk (32), das ein dem Abfragesignal entsprechendes Antennenausgangssignal erzeugt und als Antwortsignal aussendet, eine w Modulationsschaltung (34, 39), die mit dem Antennennetzwerk (32) in Verbindung steht, ein die Information enthaltendes Signal zugeführt erhält und das Antennenausgangssignal entsprechend der Information moduliert, und der die Phase des einen v> relativ zum anderen Dctektoreingangssignal verschiebende Schaltungsteil eine in der Rückmeldeeinheit (14) enthaltene Schaltungsanordnung (44, 46) aufweist, die mit dem Antennennetzwerk (32) verbunden ist und die Phase des Antennenausgangs- w> signals in einer bestimmten Folge abwechselnd um einen ersten und einen zweiten vorgegebenen Winkel phasenverschiebt, so daß das phasenverschobene, modulierte Antennenausgangssigncil dem Antennennetzwerk (32) zugeleitet und vom Anten- h> nennetzwerk (32) als Antwortsignal ausgesendet wird und das Antwortsignal entsprechend der Information moduliert und in der bestimmten Folge

   phasenmoduliert ist.
3. 3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste vorgegebene Winkel 0° und der zweite vorgegebene Winkel 90° beträgt
4. 4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung (34), die das Antennenausgangssignal entsprechend der Information moduliert, ein Amplitudenmodulator ist
5. 5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsschaltung (34), die das Antennenausgangssignal entsprechend der Information moduliert, ein Phasenmodulator ist
6. 6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die Modulationsschaltung (34), die das Antennenausgangssignal moduliert und die das Antennenausgangssignal wechselweise phasenverschiebende Schaltungsanordnung (46, 44) einen spannungsgesteuerten Phasenschieber (50) aufweist der auf ein Signal anspricht, welches die Summe (Σ) der Amplituden des die Information wiedergebenden Signals und des die abwechselnde Phasenverschiebung wiedergebenden Signals darstellt.
7. 7. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Information in Binärdaten vorliegt und das die Information wiedergebende Signal ein Frequenzumtast-Signal (»FSK«) mit Zeichenfrequenz-Signalbits urd Leerzeichenfreqiienz-Signalbits ist wobei die Zeichen- und Leerzeichenfrequenzen jeweils die vorgegebenen Werte der Binärdaten darstellen und das Frequenzumtast-Signal eine vorgegebene Bitfoige aufweist
8. 8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Wiederholungsfolge der wechselweisen Phasenverschiebung kleiner als die Zeichen- und Leerzeichenfrequenz, jedoch größer als die Bit-Wiederholungsfolge ist.
9. 9. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Information eine vorgegebene Bitfolge aufweist und die Wiederholungsfolge der wechselweisen Phasenverschiebung größer als die Bitfolge ist.
10. 10. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß die Information Nachrichten mit einer vorgegebenen Nachrichtenwiederholungsfolge bildet, und daß die Wiederholungsfolge der wechselweisen Phasenverschiebung kleiner ist als die Nachrichten-Wiederholungsfolge.
11. 11. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es als Fahrzeug-Ortungssystem verwendet wird, bei dem die Abfrageeinheit (10) an einem Fahrzeug und eine Vielzahl von Rückmeldeeinheiten (14) jeweils an vorgegebenen Stellen angebracht sind, die Information jeweils von einer der Rückmeldeeinheiten (14) dem Fahrzeug übertragen wird, wenn es an den jeweiligen Stellen vorbeikommt, und die Information eine die jeweilige Stelle wiedergebende Nachricht ist und daß das System Speicher (111, 112, 114, 116, 120) im Fahrzeug zur Speicherung einer vorgegebenen Zahl von Nachrichten sowie Einrichtungen aufweist die auf Befehlssignale von einer Zentralstelle ansprechen und die Information der gespeicherten Nachrichten an die Zentralstelle übermitteln.
12. 12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher (111,112,114,116,120) im Fahrzeug die vorgegebene Zahl an Nachrichten in zeitlich geordneter Reihenfolge speichern, wobei die zuerst empfangene Nachricht im Abhängigkeit des

    Empfangs der nachfolgend empfangenen Nachricht gelöscht und die nachfolgend empfangene Nachricht in die Speicher eingegeben wird, und wobei nur die zuletzt empfangene vorgegebene Zahl an Nachrichten in den Speichern gespeichert wird und die Reihenfolge der Messungen die Fortbewegungsrichtung des Fahrzeugs wiedergibt.