DE2612061A1 - Mit einer frequenz arbeitende funkentfernungsmesseinrichtung - Google Patents

Description

Cubic Industrial Corporation

5650 Kearny Mesa Road Anwaltsakte M-3858

San Diego, Calif.,USA 19. März 1976

Mit einer Frequenz arbeitende Funkentfernungsmeßeinrichtung

Das Gebiet der elektronischen Präzisionsentfernungsmessung wird seit langem durch Mikrowellenanlagen beherrscht. Diese Einrichtungen sind jedoch meist auf den Betrieb in Sichtlinienbereich beschränkt. Dies ist weiter keine Schwierigkeit bei Messungen auf dem Festland, doch stellt es eine schwere Begrenzung außerhalb des Küstengebietes dar. Elektronische Überhorizontvermessung in Küsten- und Seegebieten ist eine Anwendung, die sich für Anlagen mit Bodenwellenausbreitung eignet. Für die Navigation werden gegenwärtig mehrere mit Bodenwellen arbeitende Einrichtungen wie Loran A, Loran C, Decca, Omega, Consolan und DF verwandt.

I Jedoch keine dieser Einrichtungen mit der möglichen Ausnahme von |

Loran C ist für Verities sung s zwecke genügend genau. Für Verities- I

sungszwecke wurden Spezialeinrichtungen wie Toran, Raydist I

i und Lorac entwickelt. Diese Einrichtungen sind jedoch anfällig

für Raumwellen und haben Schwierigkeiten bei der Auflösung von

B09846/0626

Unbestimmtheiten um 180°. Außerdem reicht ihre Genauigkeit für bestimmte Anwendungen teilweise nicht aus, besonders bei der Erdö!vermessung in Küstengebieten und auf See. Ferner brauchen diese Anlagen oft ein ziemlich großes Frequenzband, das häufig nicht zur Verfügung steht,und es fehlt ihnen eine gewisse Anpassungsfähigkeit bei der Änderung der Signalfrequenz für den Betrieb, die in der Praxis oft von diesen Anlagen verlangt wird. Weiter lassen sie meist keinen "Schmalbandbetrieb" zweier eng benachbarter Frequenzen zu, und brauchen damit häufig ein vorgegebenes festes Frequenzband zum Betrieb, das an dem bestimmten Einsatzort der Anlage nicht zur Verfügung steht.

Daher ist eine neuartige und verbesserte elektronische überhorizontvermessungsund Entfernungsmeßeinrichtung für Küsten- und Seegebiete von Vorteil.

Die Erfindung wird anhand von einfachen und komplizierten Ausführungsbeispielen beschrieben. Bei jedem Ausführungsbeispiel besitzt die Meßeinrichtung ein ortsbewegliches Fragegerät, welches eine Anzahl von ortsfesten Antwortgeräten abfragt, um seine Lage durch Messung der Entfernung zu jeweils zwei ortsfesten Antwortgeräten mit bekannten Standorten zu ermitteln. Während dieser Messungen verfügt das Fragegerät alleine über das Antwortgerät und sendet einen amplitudenmodulierten Impuls des Hochfrequenzträgers. Das Antwortgerät mißt die empfangene Tragerfrequenzphase des Impulses und sendet dann einen Antwortimpuls, der diese Trägerfrequenz und Phase erwidert. Das Abfrage-

C* f\ )*^t O -^; ""*■ / C\ C^ "\ ι"¹»

gerät vermittelt dann aus der Phasendifferenz zwischen seinem eigenen Abfrageimpuls und dem Erwiderungsimpuls des Abfragegerätes die Entfernung zu diesem.

Damit arbeiten Abfrage- und Antwortgeärte auf der gleichen Trägerfrequenz, und ihre Sendungen erfolgen in der Form von Zeitmultiplexübertragungen.Das Abfragegerät leitet den Meßzyklus durch Übertragung des Abfrageimpulses auf der Trägerfrequenz während eines gegebenen Zeitraums ein. Das Antwortgerät empfängt dieses Signal und, vorausgesetzt, daß es über einem gegebenen Schwellwert bleibt, antwortet mit einer trägerfrequenten Übertragung, das gegenüber dem Ende des Abfragesignals Zeit verzögert, jedoch phasencoherent ist. Dann wird die Hin- und Rückwegentfernung auf der Phasenverzögerung des Hin- und Rückweges des einfrequenten Trägersignals im amplitudenmodulierten Impuls ermittelt. Da das Antwortgerät die gleiche Phase sendet, die es vom Abfragegerät empfängt, kann die Phasenverzögerung des Hin- und Rückwegsignals am Abfragegerät ausgenützt werden. Dann muß das Abfragegeräb seine gesendete Phase mit der vom Antwortgerät

; empfangenen Phase vergleichen, um die Phasenverzögerung zu mes- ! sen.

Beim Antwortgerät wird die Phasenrückmeldung durchgeführt, indem

j der Empfänger das übertragene Signal zur Ermittlung einer : Differenz zwischen der vom Antwortgerät übertragenen und der von

j ihm empfangenen Phase abtastet. Diese Abtastung erfolgt mit einem

Richtkopplungs- und einem geeichten Dämpfungsglied. Bei einem

Ausführungsbeispiel wird das Dämpfungsglied so eingestellt, daß : dem Empfänger im wesentliches, gleiche Amplituden des empfangenen und übertragenen Signals eingespeist werden. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird die Verstärkung des Empfängers gesteuert, um verhältnismäßig gleiche Amplituden zu erzielen. Dies erfordert, daß die Phasenverzögerung des Empfängers im wesentlichen unabhängig von seinem Verstärkungsgrad ist. Eine Phasendifferenz zwischen dem empfangenen und den übertragenen Signalen wird durch Steuerung der Phase des Trägers des vom Antwortgerät übertragenen Signals aufgehoben. \

Insbesondere wild die Phase der Trägerfrequenz des vom Antwortgerät empfangenen Impulses mit der eines hochstabilen örtlichen Normaloszillators im Antwortgerät verglichen, dessen Frequenz im wesentlichen der Trägerfrequenz entspricht. Nach Empfang und Messung des Abfrageimpulses überträgt das Antwortgerät einen Erwiderungsimpuls an das Abfragegerät. Die Phase des Hochj frequenzträgers dieses Antwortimpulses wird verschoben, um die ·

j vorher empfangene Phase zu erwidern. Die im Antwortgerät er- j forderliche Phasenverschiebung auf das interne normalfrequente = Trägersignal ergibt sich aus der Summe einer gespeicherten j phasenversetzten Konstante und der gemessenen Phase des empfangenen Signals. Die zusätzliche phasenverschobene Konstante bewirkt bestimmte interne Phasenverzögerungen. Durch Vergleich der Phase des vom Antwortgerät übertragenen Signals mit der Phase des vom Antwortgerät empfangenen Signals in einem Phasenmesser des Antwortgerätes läßt sich ermitteln, ob das richtige Signal übertragen wurde. Wenn diese Phasen verschieden sind, wird

die phasenversetzte Konstante fortgeschrieben, um die richtige Phase bei weiteren Übertragungen zu erzeugen.

Bei Entfernungsmessungen zwischen dem Abfrayegerät und Antwortgeräten mit festen Standorten wird die bestimmte Wellenlänge der Trägerfrequenz so gewählt, daß viele Trägerperioden oder NuIlhyperbeln (festgelegte Kurse) auf dem Hin- und Rückweg eiuftreten. Somit wird der vorgegebene Standort des das Abfragegerät tragenden Schiffes, Fahrzeugs und dergleichen bei dieser Einrichtung bestimmt und als Anfangsstandort aufgezeichnet, und Veränderungen der Nullhyperbeln (festgelegten Kurse) sowie Phasenverschiebungen zwischen Nullhyperbeln werden fortgeschrieben, um den Standort und die Meßentfernung zwischen dem Abfragegerät und den entsprechenden Antwortgeräten zu ergeben.

Bei der Einrichtung erfolgt der Zugriff zu den Antwortgeräten im parallelen Teilnehmerbetrieb zwischen den Abfrageqeräten in einer bestimmten Ordnung, so daß jedes Abfr\iqegerät periodisch Ent f'ernungsmeßdaten sammeln kann. Dies erfordert eine genaue Takhqabci in der gesamten Anlage, die bei einem Ausführungsbeiiipifil dadurch erreicht wird, daß oin^s der Antwortgerät** als Hauptantwortgerät tind als Taktgabenormal verwendet wird. Es übermittelt die Taktgabe an die Anlage durch periodische Übertragung eines erkennbaren langen Taktgabeimpulses. Dieser Impuls ist etwa doppelt so lang wie der gewöhnliche Abfraqe- oder Antwort impuls und fülLt eine der T.iktgabe vorbehalten« Zeitspanne, die nicht für die Abfrage oder die Antwort benützt wird.

f, ι·. '-« ■■: .·". t\ / Π I. ο B

— 6 -

261206

Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine neue und verbesserte mit einer Frequenz arbeitende Funkentfernungsmeßeinrichtung zu schafren. Ferner soll erfindungsgemäß eine neue und verbesserte Funkentfernungsmeßeinrichtung geschaffen werden, Vielehe einen Schmalbandbetrieb auf einer oder auf zwei eng benachbarten Frequenzen mit einem zeitfolgegesteuerten Mehrfachteilnehmer-Meßdienst und einer großen Vielseitigkeit des Signtilformats und des Betriebs der Anlage bietet.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können, von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen, in welchen gleiche Kennzeichen gleiche Teile bedeuten, zeigen:

Figur I

Figur 2
Figur 3
Figur 4

Figur 5

Figur 6

eine Schemazeichnung der gegenseitigen Standorte der Antwort- und Abfragegeräte sowie der Relativbewegung zwischen ihnen bei Entf einungsiheBsungen, ein Blockschaltbild des Antv/ortget ites, ein Blockschaltbild des Abf ra jegeräte.j, eine Darstellung der relati en T iktgabe für die Übertragungen des Abfrage- art ί Antwortgerätes so wie der Phasenbeziehung zwischen innen geg aiübei der tlinzelträgerf requenz,

ein Blockschaltbild eines zweiten .ui.si Lihnmgsbu ispi Is des Antwortgeräts,

ei κ Blockschaltbild eines; .-;v/eiten ,•■.■i.it'ühruü-jsbt :.· spiels <les mit ltin Antwortgerat der i'igur -.". v,a.-;-tiumenarbeitenden Abfragegcrät es,

!Figur 7 ein Blockschaltbild des Reglers, der bei dem in den j

Figuren 5 und 6 gezeigten Antwort- und Abfragegeräten ^: eingesetzt ist, ;

Figur 8 ein Schemabild der Phasenvergleichskurven des Phasendetektors im Antwortgerät der Figur 2, j

Figur 9 eine Darstellung der Schalter und Anzeigen der Schalt-j tafel der logischen Wahlschaltung des Reglers der
Figur 7,

Figur 10 ein Kurvenbild der Impulsform der amplitudenmodulier- j

ten Trägerimpulse, die vom Antwortgerät der Figur 5
übertragen und vom Abfragegerät der Figur 6 empfangen

: i

werden, wobei die Phasenbeziehung zur Normalträger- j

frequenz des Antwortgerätes der Figur 5 gezeigt ist, ι

; j

Figur 11 ein Kurvenbild der Symmetrie für die Bestimmung der
: Meßfrequenz des Entfernungsmeßsignals in den Rechnern,

Figur 12 ein Blockschaltbild der beim Phasenmesser des Abfragegerätes der Einrichtung der Figur 3 verwendeten
Nullhyperbelzähler,

Figur 13 ein Blockschaltbild eines Sendermodulators zur

Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz für die ι Erzeugung einer digitalgesteuerten Ausgangswellen- I

i form,

Figur 14 eine Darstellung der normalerweise übertragenen

amplitudenmodulierten Impulsform des übertragenen
und empfangenen Trägerfrequenzxmpulses zur Durchführung von Entfernungsmessungen, sowie der langen
Hüllimpulsform des Taktgebersignals, das zwischen
dem Tochterantwort- und Abfragegerät verwendet wird.

; Die mit einer Frequenz arbeitende Entfernungsmeßeinrichtung der

t ■

! Figuren 1,2 und 3 besitzt Abfrage- und Antwortgeräte. Normaler- ;

weise befinden sich die Antwortgeräte an feststehenden und gekenn-r zeichneten Standorten wie an Land oder an feststehenden Positionen auf See. Die Abfragegeräte befinden sich auf Booten, Schiffen oder dergleichen, die sich beispielsweise gegenüber den Antwortgeräten im Wasser bewegen. Jedes Abfragegerät sendet eine Trägermeßfrequenz, die durch ein entsprechendes Antwortgerät empfangen wird. Jedes Antwortgerät sendet ein trägerfreguentes Antwortsignal auf einer einzigen Frequenz an das Abfragegerät zurück. ^[ Dieses Rücksignal besitzt die gleiche Trägerfrequenz wie das übertragene Abfragesignal. Dann sendet das Abfragegerät ein Signal an ein anderes Antwortgerät und empfängt ebenfalls ein Rücksignal. Die Entfernungsbestimmung, deren Verfahren nachstehend näher erläutert wird, zwischen einem Abfragegerät und ^; zwei Antwortgeräten wird dann in bekannter Weise verwendet, um

■ den Standort des Abfragegerätes oder des bewegten Schiffes zu ermitteln. Die Abfrage der entsprechenden Antwortgeräte durch ein gegebenes Abfragegerät erfolgt in entsprechender Weise,

' z.B. durch Multiplexverfahren oder dergleichen.

Bei der Anlage wird die Phasendifferenz zwischen der übertragenen und empfangenen Trägerfrequenz zur Bestimmung der ί Entfernung zwischen einem gegebenen Antwort- und einem Abfragegerät verwendet. Da die Signalfrequenz notwendigerweise von verhältnismäßig kurzer Wellenlänge ist, muß auch die Anzahl der Halbwellenlängenverschiebungen oder "Nullhyperbeln" bzw.

609846/0828

. "Teilkursabschnitte" zwischen entsprechenden Antwortgeräten und • dem Abfragegerät verfolgt werden. In Figur 1 kann ein Abfragegerät Nr. 1 beispielsweise ein Schiff oder dergleichen sein, daß mit entsprechenden Antwortgeräten Nr. 1,2 und 3 in Verbindung treten soll. Zuerst stellt das Abfragegerät Nr. 1 seine Position am Standort A in "Nullhyperbeln" oder "Teilkursabschnitten" gegenüber den Antwortgeräten fest. Dies erfolgt durch eine Vormessung. Dann verfolgt das Abfragegerät Nr. 1 den allgemein dargestellten Kurs, wobei es Meßwerte von den entsprechenden Antwortgeräten erhält, die jeweils mit einer vollständigen Sende- und Empfangsperiode von etwa 3 20 MikroSekunden arbeiten. Während dieser Zeit sendet das Abfragegerät Nr. 1 und empfängt die einzige Trägerfrequenz eines Antwortgerätes, dessen Phasenverschiebung bestimmt ist. Wenn sich die Entfernung um eine "Nullhyperbel" oder einen "Teilkursabschnitt" bzw. eine halbe Wellenlänge des übertragenen Signals vergrößert hat, dann zeichnet das Anzeige- und Registrierwerk des Abfragegerätes den neuen "Teilkursabschnitt" numerisch auf, wobei die Standorte des Abfragegerätes Nr. 1 gegenüber den entsprechenden Antwortgeräten Nr. 1 und 2 festgestellt und in Wechselbeziehung gebracht werden. Das Abfragegerät Nr. 1 kann auch ein Signal an ein Antwortgerät senden, um die Einrichtung in einer Weise zu synchronisieren, die nachstehend näher erläutert wird. Es werden zwei Einrichtungen beschrieben, wobei erste, allgemein in den Figuren 2 und 3 dargestellte ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel und die in den Figuren 5,6 und 7 dargestellte Einrichtung eine vollständigere und kompliziertere Form der bevorzugten Ausführungsbeispiele ist.

fi (I M 8 4 R / 0 R ? 8

- 10 -

Mit Bezugnahme auf die Figuren 2 und 3 zeigt Figur 3 ein Abfragegerät 21, welches ein trägerfrequentes Signal an ein in Figur 2 dargestelltes Antwortgerät 20 sendet. Anschließend überträgt das Antwortgerät 20 das trägerfrequente Signal zurück zum Abfragegerät 21 der Figur 3. Da viele Arbeitsgänge und Betriebsweisen beider Schaltungen gleich sein, sei bemerkt, daß viele gleichartige Bauteile in den Schaltungen des Antwortgerätes 20 und des Abfragegerätes 21 vorhanden sind. Zu Erläuterungszwecken wird das Abfragegerät 21 der Figur 3 zuerst beschrieben, worauf die Unterschiede zwischen dem Antwortgerät 20 und dem Abfragegerät 21 näher erläutert werden.

(synethesizer) In Figur 3 ist ein Normalfrequenzgenerator 71 als Präzisionsoszillator ausgelegt, der auf der Leitung 73 ein Präzisionstaktsignal fa an den Teilerkreis 7 9 sowie an den Phasendetektor 119 abgibt; ferner gibt er ein Meßausgangsträgerfrequenzsignal fc über eine Leitung 65 an einen Sender 61 und über eine Leitung 67 an eine Mischstufe 81 ab. Für die Zwecke der Beschreibung dieses Ausführungsbeispiels sei die Taktfrequenz fa mit 1 MHz

und die Trägerfrequenz fc mit 1,6 bis 2,0 MHz angenommen. Die Trägerfrequenz ist eine festgelegte Frequenz, die innerhalb des gegebenen Bereiches allgemein verändert werden kann. Eine der Vorteile dieser Entfernungsmeßeinrichtung besteht darin, daß die Trägerfrequenz fc innerhalb eines gegebenen Frequenzbereiches schnell auf eine andere Trägerfrequenz umgeschaltet werden kann, ohne eine Änderung der Schaltbauteil zu erfordern. Diese Frequenzänderung erfolgt in bekannter Weise im Normalfrequenzgenerator 70.

B 0 9 8 4 B / 0 B ? ß

- 11 -

'■ Die dem Sender 61 eingespeiste Trägerfrequenz fc ist nicht ■ moduliert. Die Trägerfrequenz fc wird durch ein Signal eines I

ι Modulators 63 moduliert. Dies ergibt ein amplitudenmoduliertes !

^: j

^: trägerfrequentes Ausgangssignal mit einer als Beispiel angenomme- '.

j nen trapezförmigen Fühlkurve 120 (siehe Figur 4). Diese der I

■ I

I Trägerfrequenz aufmodulierte Amplitude des Abfrageimpulses kann j

auch eine andere Form haben, wie nachstehend näher erläutert wird. Der modulierte Abfragesendeimpuls 120 gelangt dann über eine ;

Leitung 59 zu einem Richtkopplungsglied 53 und über eine Leitung j

41 einen Schaltkontakt 33 und ein Anpassungsnetzwerk 25 an die j

; I

Sendeantenne 23. Der Teiler 79 speist einen Taktgeber 47, ein |

: ι

Taktsignal fg von 1 kHz ein. Der Taktgeber 47 gibt dann einen ,

Impuls über eine Leitung 49 an einen Schalter 31 ab, wodurch j

dieser seine entsprechenden Kontakte 33, 35 und 37 auf entgegen- j gesetzte Stellungen umschaltet. In den gezeigten Stellungen ist

das Abfragegerät auf Empfang geschaltet. Umgeschaltet liegt

'. der Schalter 31 auf Senden. Der Schalter 31 kann ein beliebiger

' Schnellschalter sein, und beispielsweise aus mehreren HF-Koaxialzungenschaltern bestehen. Diese Schalter werden nacheinander von

j der Steuerleitung beaufschlagt und können einen Wechsel von Senden auf Empfang in weniger als 5 Millisekunden durchführen.

\ Eine Antenne 22 des Antwortgerätes in Figur 2 empfängt die vom Abfragegerät übertragene amplitudenmodulierte Trägerfrequenz und speist dieses Signal über ein Anpassungsnetzwerk 24 einem Kontakt 32 des Schalters 3 0 ein. Eine Verlängerungsspule 26 im Anpassungsnetzwerk 24 der Antenne wird gegenüber einem Transforma-·

609846/0628 _₁₂_

tor 28 zur richtigen Anpassung des Antennenkreises eingestellt, um im Richtkopplungsglied 52 ein Sollstehwellenverhältnis von Null zu schaffen.

Das Eingangssignal gelangt über eine Leitung 38, die Schaltkontakte 3 4 und 3 6 sowie eine Leitung 42 an einen Empfänger 88. Der sowohl im Abfrage- als auch im Antwortgerät benutzte Empfänger 88 ist ein Überlagerungsempfänger mit einem Eingangsbandfilter und einem HF-Verstärker, welcher das gefilterte Eingangsträgerfrequenzsignal einer Mischstufe zuführt. An der Mischstufe liegt ein Ortsoszillatorsignal von 1,145 bis 1,545 MHz der Mischstufe 80 an, das über eine Leitung 82, ein Ortsoszillatorfilter 84 und eine Leitung 86 eingespeist wird. Dies ergibt eine Zwischenfrequenz von 455 kHz. Das ZF-Band von etwa 2 kHz wird durch ein mechanisches Filter eingestellt. Das Ausgangssignal des Empfängers wird in einem Mischfilter 9 6 mit einem Signal von 450 kHz gemischt, wobei es die Phasenverschiebung in einem Signal fe von 5kHz über eine Leitung 98 einem Phasendetektor 100 zuführt.

Der Normalfrequenzgenerator 70 besitzt einen spannungsgesteuer-

ten Meßoszillator und gibt ein Taktsignal 72 von/MHz an einen ;

. Spannungsteiler 78 ab. Der Spannungsteiler 78 gibt ein Signal j fe von 5 kHz über eine Leitung 106 an eine Multiplizierschaltung

■ 104 ab, der seinerseits der Mischstufe 80 ein Signal fd von j 455 kHz über eine Leitung 102 einspeist. Dieses Signal wird mit der Senderträgerfrequenz fc gemischt und an das Ortsoszillatorfilter 84 angelegt. Dieses besitzt ein auf die Trägerfrequenz

fc abgestimmtes Unterdrückungsfilter zur Ausfilterung von Restträgerfrequenzen aus dem Ortsoszillatorsignal. Das über eine Multiplizierschaltung 92 anliegende Signal von 450 kHz beruht seinerseits auf einem Signal fb von 50 kHz, das über eine Lei-

teiler
tung 108 vom Spannungs 78 her anliegt. Der Spannungsteiler gibt auch das Signal fe von ^r) kHz über eine Leitung 112 an den Fadendetektor 100 ab.

Der normale Frequenzgenerator 70 ist eine bekannte Schaltung, welche eine von einer internen Taktgeberfrequenz von 1 MHz abgeleitete wählbare Trägerfrequenz ist zu 2 MHz erzeugen kann. Ein Phasenregler 110 ist ein außengesteuertes Präzisionspotentio meter, welcher die Phase des spannungsgeregelten Meßquarzoszilla tors im Normalfrequenzgenerator 7 0 in Abhängigkeit vom MHz-Taktsignal sowie einer Handregelung oder vom Phasendetektorregler 114 regelt. Beispielsweise kann das Präzisionspotentiometer wahlweise zur Anpassung der Spannung des spannungsgeregelten Oszillators auf der Leitung 7 6 so eingestellt werden, daß die Phase der vom Normalfrequenzgenerator 7 0 an den Sender 60 abgegebenen Trägerfrequenz fc verändert wird.

Wenn ein Schwellwertmeßfühler 75 ein Signal auf der Leitung abtastet, das über einem gegebenen Schwellwert liegt/ und dadurch anzeigt, daß der Empfänger 88 ein amplitudenmoduliertes Signal empfangen hat, gibt ein Taktgeber 46 nach einer entsprechenden Pause einen Schaltimpuls an den Schalter 3 0 ab. Dieses verstellt die entsprechenden Kontakte 3 2,34 und 36 für den Anschluß der Leitungen 40,50 und 44.

f. OflRU/OR^fi

Dann gelangt das Ausgangssignal des Senders 60 im Antwortgerät 20 über eine Leitung 58, ein Richtkopplungsglied 52, eine Leitung 40 und den Schaltkontakt 32 an die Sendeantenne 22. Gleichzeitig tastet das Richtkopplungsglied 52 das Senderausgangssignal ab und speist einen kleinen Anteil der entzogenen Spannung über eine Leitung 56 einem Dämpfungsglied 54 und über eine Leitung 44, den Schaltkontakt 3 6 und eine Leitung 42 dem Empfänger 88 tin. Da .3 l>ämpf an· \-.> _s J ied 54 iat eine flotm.i 1 :,rhaJ t an ,, v· lehe -.ii Zeichen- oder Nutzfeldstärke des entzogenen übertragenen Signals auf dem Pegel des von der Antenne 22 empfangenen Signals herabsetzt. Es ist erfindungswesentlich, daß die Amplituden der beiden vom Empfänger 88 über den Schaltkontakt 3 6 empfangenen Signale eine nahezu gleiche Größe besitzen, um mögliche amplitudenbezogene Phasenverschiebungen zu verringern, welche im Empfänger 88 auftreten können. Zur Vermeidung von Einstreuungsaufnahmen ist der Empfänger 88 gut abgeschirmt und auch für ein niedriges Verhältnis von Verstärkung zu Phasenverschiebung ausgelegt. Bei diesem getrennten Zeitrasterbetrieb verarbeitet jetzt der Empfänger 88 die vom Sender 60 gesendete und vom Modulator 62 amplxtudenmodulierte Trägerfrequenz, die über das Mischfilter und eine Leitung 98 an den Phasendetektor 100 gelangt. Somit zeigt der Phasendetektor 100 den Unterschied der Phasenverschiebung zwischen dem vom Antwortgerät empfangenen Signal des Abfragegerätes und dem vom Antwortgerät gesendeten Signal an, welches seinerseits die internen Zeitverzögerungen des Antwortgeräts 20 widerspiegelt. Es sei bemerkt, daß die Phasenverschiebung infolge interner Verzögerungen zwischen dem Schaltkontakt 36 und dem Phasendetektor 100 sowohl für das gesendete

B (!'■} FU fi / Γ) R ? θ _₁₅_

als auch für das empfangene Signal gleich sind. Somit entspricht die Phasenverschiebung aufgrund interner Verzögerungen der Phasenverschiebung, die sich aus Zeitverzögerungen durch die Handbedienung 114, die Phasenregelung 110, den Normalfrequenzgenerator 7 0 sowie den Sender 60 ergibt.

Um die interne Phasenverschiebungsverzögerung zu beseitigen, gibt der Phasenverschiebungsregler 110 eine spannungsgeregelte Oszillatorspannung über eine Leitung 7 6 an den Normalfrequenzgenerator 70 ab, um die Phase der norm?Ifrequenzgeregelten Ausgangsträgerfrequenz fc zu ändern. Diese Phasenschieberregelung macht die gesendete Ausgangsfrequenz fc des Senders 60 phasenkoherent mit dem auf der Leitung 38 des Antwortgerätes 20 empfangenen Signal des Abfragegerätes.

Nach Figur 4 ist das Sende-/Empfangssignal des Abfragegerätes das Signal, welches vom Taktgeber 47 auf die Leitung 49 des ' Abfragegerätes 21, und das Sende-/Empfangssignal des Antwortgerätes ist das Taktgebersignal, welches über die Leitung 48 j an den Schalter 30 im Abfragegerät 20 abgegeben wird. Jedes ,

i dieser Signale besitzt eine Zeitdauerhüllkurve 122 und 126, |

die größer ist als die Länge der Hüllkurve des Sendesignals 120 des Abfragegerätes und des Sendesignals 124 des Antwortgerätes. Jedoch der Zweck des Signals des Antwortgerätes besteht darin, ein Übertragungssignal des Antwortgerätes auf der gleichen Trägerfrequenz wie das Sendesignal des Abfragegerätes zu erzeugen, wobei das Übertragungssignal des Antwortgerätes die gleiche Phasenverschiebung wie das vom Äntwort-

- 16 -

gerät empfangene Sendesignal des Abfragegerätes aufweist. Somit kennzeichnen die Bezugslinien 127 und 129 die Phasenbeziehung des Sende- und Empfangssignals zur Zwischenfrequenz 125 und ferner auch, daß die gewünschte Phase des Übertragungssignals des Antwortgerätes erreicht worden ist.

Um ein phasenkohärentes übertragenes Signal des Antwortgerätes 20 auf Normalfrequenz zu bringen, sind die folgenden Phasen zu beachten. P ist die Phase des empfangenen Signals des Abfragegerätes, C die Phasenverschiebung infolge interner Zeitverzögerungen im Antwortgerät und -X die vom Phasenregler 110 gegebene Phasenversetzungskonstante. Daraus erklärt sich, daß die vom Antwortgerät 20 übertragene Trägerfrequenz die gleiche Phase besitzt wie die vom Antwortgerät empfangene Trägerfrequenz des Abfragegerätes, und daher werden Phasenverschiebungsverzögerungen im Antwortgerät vermieden, wenn:
p+c+-x-p=o.

ι Somit wird eine gegebene vorausgesehene Phasenverschiebung von ■ -X durch den Phasenregler 110 eingestellt, um die Phase des j Ausgangsträgersignals über den Normalfrequenzgenerator 70 auf

der Leitung 40 zu steuern. Durch Betätigung des Schalters 30 ι
wird dieses Ausgangssignal mit den empfangenen Signalen des

Abfragegerätes verglichen, und beide Signale können beispiels-

weise auf einem Oszillographenschirm dargestellt werden. Die beiden Phasen der entsprechenden Signale im Phasendetektor 100 sind in Figur 8 gezeigt. Die Wellenform 400 entspricht dem durch die Antenne 22 empfangenen Signal des Abfragegerätes, und

609ft46/0B2e

- 17 -

: das Signal 402 entspricht dem über das Dämpfungsglied 54 empfangenen Sendesignal. Das durch eine gestrichelte Linie dargestellte Signal 404 entspricht dem Trägerfrequenzsignal, das vom Richtkopplungsglied 52 des Antwortgerätes dem Dämpfungsglied 54 zugeführt wird, bevor der Phasenregler 110 rückgestellt wurde, um eine angepaßte spannungsgeregelte Oszillatorspannung zu erzeugen, so daß die Signale 402 und 400 am Punkt 406 die gleiche Phasenlage aufweisen.

Es sei bemerkt, daß die Anzeige im Phasendetektor 100 durch einen Bedienungsmann beobachtet werden kann, und daß die phasengeregelte Oszillatorausgangsspannung des Phasenreglers 110 wahlweise durch diesen eingestellt werden kann; die Phasenverschiebung zwischen den entsprechenden Signalen im Phasendetektor 100 kann auch abgegriffen werden und, über eine bekannte Rückführungsregelung, zur Einstellung der spannungsgeregelten Oszillatorspannung des Phasenreglers 10 verwendet werden, um eine zeitliche Beziehung zwischen beiden Signalen herzustellen und damit die interne Verzögerung der Phasenverschiebung zu beseitigen.

Somit überträgt das Antwortgerät 2 0 ein trägerfrequentes Rücklaufsignal an das Abfragegerät 21, das jetzt auf Empfang des Signals (Figur 3) über den Taktgeber 47 geschaltet ist. Das empfangene Signal des Abfragegerätes gelangt über einen Empfänger 89 und ein Mischfilter 97 zum Phasendetektor 119. , Dort wird dieses Signal mit dem übertragenen und amplituden- ; modulierten Signal des Senders 61 des Abfragegerätes 21 nach

j dem vorstehend anhand des Abfragegerätes beschriebenen Verfahren

609846/0fi?e _ ₁₈_

verglichen, um eine Phasenvergleich der Phasenverschiebung des Signals zu gewinnen, die sich aus der Übertragungszeit zum Antwortgerät 20 und von diesem zurück zum Abfragegerät 21 ergibt. Der Phasendetektor umfaßt vorzugsweise einen als Phasendetektor arbeitenden torgesteuerten Zähler mit einem Taktsignal von 1 Mhz, so daß die Phasenmessung bei einer unterhalb der Empfänger-ZF liegenden Signalfrequenz durchgeführt wird. Hierfür dient eine Frequenz von 5 kHz, weil diese besonders leicht zu erzeugen ist und eine Auflösung von 2 00 Taktimpulsen pro Periode aufweist. In seiner einfachsten Ausführungsform kann der Zähler Taktimpulse zwischen zwei positiv verlaufenden Nulldurchgängen der Bezugssignal- und Zeichensignalwellen zählen, wobei die Anzahl der gezählten Impulse eine Proportionalanzeige der gegenüber dem Bezugssignal nacheilenden Phase des empfangenen Signals ist. Eine beliebtere Lösung besteht darin, eine Phasendifferenzmessung durchzuführen, wobei die Phase des übertragenen Signals von der Phase des empfangenen Signals subtrahiert wird. Dies erfolgt durch einen Plus-Minuszähler, welcher während der Übertragungen eine Minuszählung vornimmt. Es sei bemerkt, daß der Phasendetektor, wenn immer er einaiMeßwert bei einem Nulldurchgang liefert, einen weiteren vom Abfragegerät überfahrenen Teilkursabschnitt anzeigt. Somit speist ein geeigneter Nulldurchgangsdetektor einen "Nullhyperbel-" oder "Teilkursabschnittszähler" 119, der jeden zwischen dem Abfragegerät 21 und den entsprechenden Antwortgeräten durchfahrenen "Teilkursabschnitt" zählt und diese Daten einem entsprechenden Streifenschreiber 121 eingibt (siehe Figur 12),

B09B&6/0R?6

- 19 -

In dem in den Figuren 5,6 und 7 gezeigten abgeänderten Ausführungsibeispiel ist eine Präzisxonsfunkmeßanlage gezeigt, die beispiels- ; weise in 1,7-MHz-Band arbeitet und eine genaue Standortabtastung |

für überhorxzontpeilungen in Küstennähe und auf See bietet. Es ■ arbeitet im Schmalbandb3trieb mit einer oder mehreren eng benach- j barten Frequenzen, die ein zeitfolgegeregeltes kommerzielles Band j

ί für Gruppenentfernungsmessung darstellen. Die Funkeinrichtung '

ermöglicht es, die Position eines ortsbeweglichen Abfragegerätes j durch Messung der Entfernungen zu jeweils zwei ortsfesten Antwort- ' ί

; geräten zu bestimmen. Während einer Entfernungsmessung verfügt '

ι das Abfragegerät allein über das Antwortgerät und überträgt einen Impuls eines HF-Trägers. Das Antwortgerät mißt den empfangenen Trägerimpuls und sendet zu einem späteren Zeitpunkt einen Ant-

! wortimpuls, der dieses Zeitphase anzeigt. Das Abfragegerät bestimmt die Entfernung zum Antwortgerät aus der Phasendifferenz _: zwischen seinem eigenen Abfrageimpuls und dem Erwiderungsimpuls ! des Antwortgerätes.

Der Zugriff zu den Antwortgeräten erfolgt unter den Abfragegerä- I ten im Teilnehmerbetrieb in einer bestimmten Reihenfolge, so daß jedes Abfragegerät periodisch Entfernungsmeßdaten sammeln kann. Eine genaue Taktgabe der Gesamteinrichtung wird dadurch erreicht, daß eines der Antwortgeräte als Hauptantwortgerät bestimmt und als Bezugsgerät für die Taktgabe verwendet wird. Dieses Hauptantwortgerät überträgt den Takt an die Einrichtung durch periodisches Senden eines erkennbaren Taktimpulses. Bei dem gegenwärtigen Ausführungsbeispiel können acht Abfragegeräte alle zwei Sekunden zwei Entfernungen unter Verwendung einer einzi··

gen Frequenz messen.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel sind wie bei dem vorstehend beschriebenen gleiche Merkmale zwischen Abfragegerät und Ariwortgerät vorhanden. Jedoch bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein Regler für jedes der Abfrage- und Antwortgeräte verwendet, um ihren entsprechenden Betrieb nach einer vorprogrammierten Ordnung zu steuern.

Im Regler der Figur 7 gibt eine gesteuerte Zentraleinheit 304 aufeinander abgestimmte Rechensignale ab, welche Steuersignale für einen Speicher mit direktem Zugriff oder Randomspeicher 314 zu addressierten Steuerprozessen verarbeiten, die vorher einem Festwertspeicher 28 0 eingegeben worden sind. Zunächst wird die Einrichtung durch eine logische Ansteuerungs- und Wahlschaltung 234 an der Schalttafel gesteuert. Wie bereits anhand der Figur 1 beschrieben, muß zur Bestimmung der Standorte eines Bordabfragegerätes Nr. 1 zuerst die Position vom Punkt A gegenüber den

^: Antwortgeräten Nr. 1 und 2 bestimmt werden. Bei der Entfernungs- :

, meßeinrichtung ist der Standort von A bekannt. Somit wird bei !

. der Anschaltung der Einrichtung der spezielle Standort des Abfragegerätes Nr. 1 am Punkt A durch Wählscheibenanzeigen 410 i

! (siehe Figur 9) auf der Frontplatte der logischen Ansteuerungs- ;

j und Wahlschaltung 234 der Schalttafel eingestellt. Dann wird

eine Betriebstaste an der logischen Ansteuerungs- und Wahl- _;

schaltung 334 der Schalttafel gedrückt, welche die entsprechenden] Digitaldaten 15,133,215 für die Entfernungsmeßposition über j AufSchaltwertleitungen 33 6 den Eingabetoren 302 einspeist. Die

609fi46/0fi?6

gesteuerte Zentraleinheit 3 04 arbeitet über eine Leitung 220 auf
einem Taktsignal von 1 kHz und fragt die Eingabetore 102 alle
zwei Sekunden ab, wobei sie ermittelt, daß Daten von der logischen Schaltung 33 4 her anliegen. Dann überträgt die gesteuerte Zentraleinheit 3 04 die Aufschaltwertdaten von den Eingabetoren 302 über
Datensammelschienen 296 und 294, ferner über eine Festwertspeicherschnittstelle 284 sowie eine Datensammelschiene 316 zur gesteuerten Zentraleinheit 3 04 zurück. Dann gibt die gesteuerte
Zentraleinheit 3 04 die Daten jeweils stellenweise an eine Zelle
eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff 312, wie es durch die
Adressen im Festwertspeicher 280 befohlen wurde. Wenn alle
Stellen oder Ziffern in den Zellen des Speichers mit wahlfreiem
Zugriff 312 eingegeben sind, werden diese Daten unter Steuerung | der Zentraleinheit 3 04 über die Ausgabetore oder Stellen 314 ^j des Speichers mit wahlfreiem Zugriff sowie über Leitungen 330 ^! zur logischen Aussteuerungs- und Wahlschaltung 334 an der i Schalttafel geleitet, wo die entsprechenden Ziffern auf einer \ Anzeige 412 erscheinen. Der Standort eines zweiten Antwortgerätes wird auch über die Einstellung eines Konsolschalters ί 414 eingegeben, und die Daten werden in der vorstehend be- [ schriebenen Weise in die Zellen des Speichers mit wahlfreiem : Zugriff 312 eingegeben und in der vorstehend beschriebenen Weise ; auf einer Anzeigetafel 416 dargestellt.

Die Entfernungsmeßeinrichtung wird unter Steuerung des Reglers
; nach einem Programm betrieben, das an der logischen Ansteuerungs-
; und Wahlschaltung 334 der Steuerkonsole in Abhängigkeit von den

6 0 9 R h6 / 0 R ? 6

- 22 -

vorgegebenen Adresssteuerschritten des Festwertspeichers 28 0 aufgestellt wird. Zuerst überträgt das Antwortgerät (siehe Figur 5) ein in einem HF-Verstärker 156 erzeugtes HF-Signal über eine Leitung 154, ein Bandfilter 150, eine Leitung 152, ein Riehtkopplungsglied 140, einen Schaltkontakt 134, eine Leitung 144 sowie über einen Antennenanpassungskreis 130 an eine Antenne 128. Ein Präzisionstaktgeber 210, der einen quarzgesteuerten Meßoszillator umfassen kann, gibt ein Taktsignal von beispielsweise (bei diesem Ausführungsbeispiel) 10 MMz über eine Leitung 214 an einen Spannungsteiler 212 ab. Dieser teilt das Eingangstaktsignal in ein Signal von 1 Mtiz auf einer Leitung 256, ein über eine Leitung 192 einem Mischfilter 194 zugeführtes Signal von 500 kHz, ein weiteres über eine Leitung 190 dem Mischfilter 194 eingespeistes Signal von 5OkHz sowie ein über eine Leitung 188 einem Phasenschieber 178 zugeführtes Signal von 1 MMz. Der Teilerkreis 212 gibt auch ein Signal von 4 kHz über die Leitungen 166 und 168 an einen Modulator 158 und über eine Leitung 170 an ein Mischfilter 174 ab. Das Mischfilter 194 mischt die Eingangssignale von 500 kHz und 50 kHz und speist die Differenzfrequenz von 450 kHz über eine Leitung 200 einem Empfänger 22 4 als zweites Oszillatorsignal und über eine Leitung 198 einem Mischfilter 176 ein. Das Mischfilter 174 mischt ein von einer Leitung 180 her anliegendes Signal von 1 kHz mit dem von einer Leitung 170 her anliegenden Signal von 4kHz, um ein Signal von 5 kHz über eine Leitung 184 dem Mischfilter 176 zuzuführen. Das Mischfilter 176 addiert dann das von der Leitung 198 her anliegende Eingangssignal von 450 kHz zu dem von der Leitung 184 her anliegenden Signal von 5kHz, um ein Signal von 455 kHz

609fU6/0G?6

-23-

über eine Leitung 182 einem Mischfilter 172 zuzuführen. Das Misch filter 172 addiert zu diesem das Eingangssignal von 1294 kHz eines Normalfrequenzgenerators 252 im Ortsoszillator, um ein Signal von 1749 kHz an den HF-Verstärker 156 abzugeben, welches seine Trägerfrequenz darstellt.

Der Normalfrequenzgenerator 252 des Ortsoszillators liefert die Trägerfrequenz der Senderfrequenz des Antwortgerätes und der Phasenschieber 178 bewirkt in Abhängigkeit von dem über eine Leitung 186 anliegenden Datensignalen des Reglers eine Phasenverschiebung der Trägerfrequenz über das Mischfilter 172. Der Modulator 158 schaltet dem trägerfrequenteiAusgangssignal des HP-Verstärkers 156 einen gesteuerten amplitudenmodulierten Impuls auf.

Das Abfragegerät der Figur 6 bedient sich einer Schaltung mit gleichen Bauteilen wie dies des Antwortgerätes, wobei ein Taktgeber 211 ein Ausgangssignal von stabiler Frequenz abgibt, das über eine Leitung 215 einem Spannungsteiler 213 eingespeist wird, der ein Frequenzsignal an einen Normalfrequenzgenerator 253 im Ortsoszillator abgibt, welcher seinerseits ein Ausgangssignal mit einer Frequenz von 1294 kHz über eine Leitung 210 einem ; Mischfilter 173 zuführt, welches das Signal mit einem über eine . Leitung 183 von einem Mischfilter 177 her anliegenden Signal

■ von 455 kHz mischt, um eine Trägerfrequenz von 1749 kHz an j eine Leitung 261 abzugeben. Diese Trägerfrequenz wird durch

> einen Modulator 159 moduliert, der durch ein über eine Leitung

j 169 her anliegendes Signal von 4 kHz synchronisiert ist.

609B46/0B78

Beim Senden und Empfang der Signale mit impulsmodulierter Amplitude auf der Trägerfrequenz kann die Wirkung der Interferenz mit anderen Signalen Entfernungsmeßfehler erzeugen, deren Größe von der Stärke der Interferenz abhängt. Es ergab sich, daß eine im allgemeinen eiförmige Impulsform (siehe Figur 10) ein Minimum an Interferenzstörungen in der Anlage hervorruft. Diese Impulsform wird im Modulator 159 und HF-Verstärker 157 des Abfragegerätes sowie im HF-Verstärker 155 und Modulator 158 der Antwortger äteschaltung erzeugt. Die Impulsform wird durch intern programmierte Daten im Modulator festgelegt und kann durch Einrichtungen zur Verwendung in einem Taktgeber nach einem Verfahren verlängert werden, das nachstehend näher erläutert wird.

Der Modulator der Figur 13 erzeugt auf Befehl eine Impulsamplitude von bestimmter Länge und Form, die zur Modulierung der HF-Trägerfrequenz dient. Der Modulator besitzt einen programmierbaren Festwertspeicher 510, in welchem die Digitaldaten für die gewünschte Impulsform oder Modulationshüllkurve als Binärstellenwerte an bestimmten Adressenstellen gespeichert sind. Auf j Befehl gibt der programmierte Festwertspeicher 510 die gespeichert ten Daten an einen Digital-Analogumsetzer 508 ab, der die j

■ Stellenwertdaten in eine analoge Wellenform umsetzt, die als j Modulationshüllkurve dem HF-Verstärker 157 eingespeist wird.

■ Ein addierender Adresszähler 512 gibt dem programmierbaren i

Festwertspeicher 8 bitparallele Binäradressen mit einer be-

j stimmten Taktgeschwindigkeit ein, die von einer Taktfrequenzschaltung 500 eingestellt wird.

609B46/0f;?6

- 25 -

Bei Anliegen eines ModulationsaufSchaltbefehls auf der Leitung Tx gibt die Taktfrequenzschaltung 500 eine Frequenz f an den
Adressenzähler 500 ab, welcher der Reihe nach die 256 Adressenstellen des programmierbaren Festwertspeichers 510 zu addieren beginnt. Wenn jede Adressenstelle erkannt wird, gibt der Inhalt der bestimmten Festwertspeicherzelle an der Stelle ein Ausgangssignal an den Digital-Analogumsetzer ab, welcher das Ausgangssignal in ein Analogsignal umwandelt. Wenn von der Taktfrequenzschaltung 50 0 kein Befehl mit Ausnahme der Modulationsaufschaltung abgetastet wird, gibt der programmierbare Festwertspeicher 510 die gesamten gespeicherten Daten über ein Adressenregister 256 ab. Da das Adressenregister durch den Adresszähler 512 angesteuert wird, gelangt ein Signal über eine Leitung 53 4 an
einen Löschkreis 514, das diesen ansteuert, um den addierenden Adressenzähler 512, die Taktfrequenzschaltung 500, einen zweistelligen Nulldetektor 502, einen FF-Detektor 504 sowie einen
Vorspannungsaufschaltkreis 506 zu löschen. Dadurch wird der
Modulator 159 stabil, um einen anderen Modulationsbefehl zu
empfangen.

Das Ausgangssignal des Digital-Analogumsetzers 508 gelangt über eine Leitung 538 an einen Rechenverstärker 444. Der Rechenverstärker 444 gibt sein Ausgangssignal über eine Leitung 446
an einen Modulatorschalter 448 ab, der die Amplitude eines
auf einer Leitung 261 vom Mischfilter 173 her anliegenden HF-Eingangssignals moduliert und dieses Signal über den HF-Verstärker 157 an eine Ausgangsleitung 155 abgibt. Der Rechenver-

- ■ ' - 26 -

stärker 444 gibt über eine Rückführungskreisleitung 440 und ein Rückführungsnetzwerk 442 ein negatives Rückführungssignal an eine Eingangsleitung 538 ab, wobei das Rückführungsnetzwerk 442 die einzelnen Stufenintegrationen ausfiltert. Eine Leitung" 452, ein Gleichrichter 454, ein Netzwerk 456 und eine Leitung 458 geben von der Ausgangsleitung 155 ein Rückführungssignal an die Eingangsleitung 538 des Rechenverstärkers 444 ab, welches die durch den HF-Verstärker bewirkte Amplituden-Phasen- und Frequenzverzerrung der Modulationshüllkurve korrigiert. Um dies zu erreichen, führt der Verstärker 444 eine Strom-Sparmungsumsetzung proportional zu dem von Digital-Analogumsetzer 508 aufgenommenen Strom durch, der eine Funktion der stellenbewerteten Ausgabedaten des programmierten Festwertspeichers 510 ist. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 444 beaufschlagt den Modulatorschalter 448, der die Trägerfrequenz proportional zur Spannung weiterleitet. Das Ausgangssignal des Modulatorschalters 448 wird durch den HF-Verstärker 157 auf den Sollpegel verstärkt. Die Korrektur der Modulationshüllkurve wird durch Abtastung der Ausgangswellenform auf der Leitung 155 über eine Leitung 452 sowie durch Additionseingabe eines Korrektursignals der entsprechenden Polarität in den Digital-Analogumsetzer am negativen Eingang des Verstärkers 444 durchgeführt. Dies ergibt die Hü 11-kurvenform 424 und 248 der Figur 10 sowie 560 der Figur 14. Wenn von der Taktfrequenzschaltung 500 ein Dehnungsbefehl in der PP-Schaltung abgetastet wird, ändert sich die dem Adressenzähler eingegebene Tastsignalfrequenz von f in f/8, da die mit 00 bewerteten Daten, welche die Impulsmitte darstellen, am Ausgang des programmierten Festwertspeichers 510 sowie an

609 R ^ 6/0£?S -27-

i den Leitungen 52 6 und 53 0 anliegen. Die Herabsetzung der Takt- :

Signalfrequenz bewirkt eine Dehnung eines bestimmten Teils des

: Analogimpulses, wodurch sich ein längerer Impuls 562 der Figur i

14 ergibt. Dieser Zustand bleibt erhalten, bis Daten die keine j Nullen sind, am Ausgang des programmierbaren Festwertspeichers j 510 abgegriffen werden, wobei die Taktsignalfrequenz auf f I zurückkehrt. Der Adressenzähler 512 addiert weiter über den ί programmierbaren Festwertspeicher 510 Adressen, bis der Registerausgang FF erreicht ist und gelöscht wird. Das Ausgangssignal j

FF oder alle Einer erscheint am programmierbaren Festwertspeicher 510 an der Zähleradressenstelle 00. Dieser Zustand wird durch den FF-Detektor 504 abgegriffen, der das Gleichstromvormagnetisierungssignal 506 für den Vorspannungskreis des Senderverstärkers löscht. Der Gleichstromvormagnetisierungskreis wird von jedem Ausgangssignal des programmierbaren Festwertspeichers 510 beaufschlagt, das nicht den Wert FF besitzt. Wenn ein Ausgangssignal 00 des programmierbaren Festwertspeichers 510 am Detektor 502 anliegt, gibt dieser ein Signal über eine Leitung 524 ab, welches die Taktfrequenzschaltung auf f/8 umschaltet, wenn ein Eingangssignal von der Leitung T anliegt.

Somit steuern die Modulatoren 158 und 159 in den Schaltungen : der Antwort- und Abfragegeräte die übertragene Signalhüllkurve. Diese in den Figuren 10 und 14 gezeigte Wellenform wird aus im programmierbaren Festwertspeicher gespeicherten Digitalwer-

ί ten erzeugt. Die in Zeitspannen von 0,25 ms gewonnenen Abtastj
werte der Hüllkurvenamplituden werden digital in 8-Bitwörter

609846/0B2

- 28 -

umgesetzt und gespeichert. Die Wellenform wird einfach durch eine Ausgangsgleichlaufsteuerung der Werte mit einer Frequenz von 4 kHz erzeugt, die dann in einem Digital-Analogumsetzer in Analogwerte umgewandelt werden. Das gefilterte Ausgangssignal dient dann zur Modulierung der Trägerfrequenz mit einer kleinen Signalamplitude im HF-Verstärker.

Somit schaltet der HF-Verstärker 157 des Abfragegerätes (siehe Figur 6) über die Leitung 155 der HF-Trägerfrequenz einen amplitudenmodulierten Ausgangsimpuls auf, der durch das Bandfilter 151 gefiltert wird, dann dem Richtkopplungsglied 141 eingespeist und über den Schaltkontakt 135, die Leitung 145, den Antennenanpassungskreis 131 der Antenne 129 zugeführt wird, die ihn an das Antwortgerät abstrahlt (siehe Figur 5).

. Die Antenne 128 des Antwortgerätes der Figur 5 empfängt das Entfernungsmeßsignal und leitet es über einen Antennenanpassungskreis 130, eine Leitung 144, einen Schaltkontakt 134, eine Leitung 142 sowie einen geschlossenen Schaltkontakt 138 zu einem

' Empfänger 224.

; Im überlagerungsempfänger wird das Signal mit den ersten, zwei-

ten und dritten Signalen des Ortsoszillators gemischt, die über

\ entsprechende Eingangsleitungen 204,200 und 202 anliegen. Dies ! ergibt ein auf einer Leitung 232 anliegendes abgetastetes Ausgangssignal von 1 kHz. Ein 1 kHz-Schmalbandfilter 234 verwendet beispielsweise 5 aktive Filterstufen, um eine Pol/Nullstellen-

Abwerfens bzw. verteilung von 5 : 2 zu ergeben. Zur Steuerung ctes/Filterkippens

609846/OB? 6 *

dienen digital gesteuerte Tore für die Analogsignalübertraqung in den Rückführungsschlei^der aktiven Filterstufen. Wenn j._m gekippten Zustand ein Signal von der Kqppleitung anliegt, wird der Gütefaktor der normalfrequenzgeregelten Pole erheblich herabgesetzt, wodurch Signalenergieverluste erheblich beschleunigt werden. Nach der Schmalbandfilterung im Filter 234 wird das Signal auf eine Leitung 558, welche das Signal einem Phasenmesser 256 einspeist_/und eine zu einem Hüllkurvengleichrichter 462 führenden Leitung 460 auf geschaltet. Der "Hüllkurvengleichrichter 462 und ein Schwellwertdetektor 248 dienen zur Gleichrichtung der Signalamplitude. Wenn diese beispielsweise größer ist als 0,5 V,wird ein niederpegeliges logisches Signal auf einer niederpegeligen Leitung hochpegelig, und wenn dieses Signal größer ist als 1 V, wird das logische Ausgangssignal auf der hochpegeligen Leitung hochpegelig.

Die Schwellwertdetektoren 248 können beispielsweise einen Rechenverstärker umfassen, dessen Bezugsgleichspannung an die negative und dessen Eingangssignal an die positive Seite des Verstärkers geführt ist. Wenn der Spitzenwert des Eingangssignals über der Bezugsgleichspannung liegt, nimmt das Ausgangssignal des Verstärkers den größten Positivwert/und wenn es unter dem Wert der Bezugsgleichspannung liegt, nimmt das Ausgangssignal des Ver- \

stärkers den größten Negativwert an. Die Ausgangssignale der i Schwellviertdetektoren werden vom Regler zur Kennzeichnung des Anliegens, der Stellung und Amplitude von ankommenden Signalen i

ι verwandt. i

R ii 9 8 4 η / 0 ^; ? 6

- 30 -

Der Phasenmesser ist ein dreiteiliger Digitalphasenmesser mit einem Nulldurchgangsdetektor, einem Impulsteiler sowie einem phasenspeichernden BCD-Plus-Minus-Zähler. Der Nulldurchgangsdetektor macht aus der ankommenden Sinuswelle eine Rechteckform und erzeugt im allgemeinen eine Impulswelle, deren Tastverhältnis sich in Abhängigkeit von der Signalamplitude ändert. Die Symmetrielinie zwischen den Anstiegs- und Abstiegsflanken bleibt jedoch verhältnismäßig von einer Veränderung der Signalamplitude unbeeinflußt, und dies wird durch den Impulsteiler festgestellt. Dies ist allgemein in Figur 5 gezeigt. Der Speicherzähler mißt und mittelt die Zeitdifferenz zwischen den Anstiegstlanke einer Rechteckbezeugsspannung von 1 kHz, die über eine Leitung 222 vom Spannungsteiler 212 her anliegt, und dem Ausgangsimpuls des Impulsteilers. Der Speicherzähler addiert das Ergebnis von beispielsweise zehn aufeinanderfolgenden Phasenmessungen, wobei nur die drei oberen BCD-Stellen als Durchschnittsphase verwendet werden. Drei Eingangsleitungen steuern einen Phasenmesser 238. Der erste Löscheingang löscht den Inhalt des Speicherzählers. Der zweite Plus-Minus-Eingang steuert die Zählrichtung zur Umstellung einer nacheilenden Phase von einer positiven auf eine negative Phasenrichtung, und die Startleitung löst einen Phasenmeßgang aus. Das Ausgangssignal gelangt auf die Leitungen 246 in 12 logischen Leitungen von 3 BCD-Stellen.

Das Ausgangssignal des Hüllkurvenglexchrichters 4 62 gelangt über die Leitungen 254 und 258 an einen Abtast- und Speicherkreis 260. Der Abtast- und Speicherkreis dient zur Abtastung der Impulsamplitude während des Antennenabstimmvorgangs. Der von ihm in

B Π 9 H A h / 0 i\ 9 B

Abhängigkeit von einem Speicher-Abtastimpuls entwickelte Gleichspannungspegel ist den Spitzenamplituden des Signals proportional und wird in Form eines Gleichspannungssignals der Abstimmanzeige im Antennenanpassungskreis über das Koaxialkabel der HF-Antenne

zugeleitet.

Ein erster Ortsoszillator 252 gibt ein Ausgangsfrequenzsignal ab, das durch Digitalverfahren auf Normalfrequenz gebracht wird und für jede Frequenz zwischen 1234 kHz und 1355 kHz in Stufen von '.

I 20 Hz erzeugt werden kann. Anschließend kann die Frequenz sofort !

■ schrittweise auf 80 Hz unter Verwendung des Haupt-Nebensteuer- J

■ i eingangsignals erhöht werden, um auf der Frequenz des Nebenantwortgerätes zu arbeiten, wodurch der Zugriff zum Nebenantwortgerät in einer mit zwei Frequenzen arbeitenden Anlage erfolgen kann.

; Das Antwortgerät der Figur 5 unterscheidet sich vom Abfragegerät der Figur 6 durch Zuschaltung eines 1 kHz-Phasenschiebers 178 sowie eines 5 kHz-Mischfilters 174 zur Erzeugung eines steuer-

; baren Phasenträgers. Diese Schaltungsanordnung erzeugt ein Trägerausgangssignal des Antwortgerätes, das mit dem empfangenen Signal am Ausgang des Richtkopplungsgliedes 140 phasenkohärent ist, und da der Empfänger 224 sowie das Schmalbandfilter 234 weiterhin Signale sowohl empfangen als auch senden, wird ihre J Phasenverschiebung aufgehoben. Der Zweck des Phasenschiebers 178 und des Mischfilters 174 besteht darin, die übertragene Phase um die nötige Größe zu verschieben. Der Phasenschieber 178 ist eine bekannte Digitalschaltung mit einer Komplementärfunktion

609fU6/0R?6

zum Phasenmesser 238. Im wesentlichen ist er eine Zählerschaltung mit einem dreistufigen BCD-Zähler, an dem ein Eingangssignal von 1 MHz anliegt. Seine Auflösung beträgt 1 : 1000, sein Umlauf erfolgt bei einer Frequenz von 1 kHz und ferner ist er so synchronisiert, daß er seine Zählung mit der Anstiegsflanke einer Eingangsbezugsspannung von 1 kHz beginnt. Das Ausgangssignal ist eine Welle von 1 kHz, deren Anstiegskante durch das gleichzeitige Auftreten des Zählerinhalts und der statischen dreistelligen BCD-Eingabe auf den Eingabeleitungen S1-S12 erzeugt wird. Die Ausgangsabstiegsflanke entsteht, wenn der Zählerinhalt der um 500 vermehrten statischen Eingabe gleich ist. Das sich daraus ergebende Ausgangssignal ist eine Rechteckwelle

! von IkHz, welche der Eingangsbezugsspanne um die dreistellige

BCD-Eingabe auf den Leitungen S1-S12 nacheilt. Wenn beispiels- ; weise die BCD-Eingabe 245 ist, dann beträgt die Phasennacheilung j 0,245 Perioden.

Der Zweck dieser Schaltung besteht darin, interne Phasennacheilungen im Antwortgerät zu beseitigen _f sowie das von diesem übertragene Ausgangssignal mit der Phase des gleichen vom Abfrag egerät empfangenen trägerfrequenten Eingangssignals zu j synchronisieren. Nach Figur 10 ist in der modulierten Eingangswellenform 424 die Trägerfrequenz 426 enthalten. Dieses Signal des Abfragegerätes wird vom Antwortgerät empfangen. Darauf erzeugt dieses über den Modulator 158 und den HF-Verstärker 156 ein Ausgangssendesignal 428 mit der gleichen Trägerfrequenz 430, das innerhalb der Hüllkurve die gleiche Phasenrichtung gegenüber der Trägerfrequenz 436 des Mischfilters 172 wie die

609846/06?6 -"33 _

empfangene Trägerfrequenz 426 besitzt. Wenn somit das Signal vom
Abfragegerät empfangen wird, mißt dieses die Phase des vom Ant-

wortgerät zurücklaufenden Signals, bei welchem das Rücksignal |

i nur eine Phasenverzögerung aufweist, die sich aus der Übertra- \ gungszeit vom Abfragegerät zum Antwortgerät und von diesem zum . Abfragegerät ergibt. Dies alles wird mit nur einer Trägerfrequenz j erreicht. '.

Figur 7 zeigt ein Blockschaltbild des 'Keglers. Ein Festwert- ; speicher 280, eine Festwertspeicherschnittstelle 284, eine I

' Zentraleinheit 304 sowie ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff
213 sind auf dem Markt erhältliche Mikrorechnerbauteile. Diese

j Anordnung führt eine im Festwertspeicher 280 gespeicherte Befehlsfolge durch, und die vorhandene Setzanweisung sorgt für
eine Steuerung der an den Ausgangsklemmen 324 anliegenden Signale! und ermöglicht das Einlesen der Signale in den Mikrorechner

von den Eingabeklemmen 3 02. Die Befehlsfolge steuert die HF-

Bausteine für den Empfang, die Übertragung und Verarbeitung !

der Signale, um die gewünschten Entfernungsdaten in der beschriebenen Weise zu erhalten. Die Satzanweisung umfaßt einen bedingten Sprungbefehlt, dessen Wirkung von dem am Meßeingang der Zentral- j

einheit 304 anliegenden Signal abhängt. Dies wird über eine
Drahtleitung einem Bezugssignal von 1 kHz aufgeschaltet und
stellt die Grundlage für die Taktgabe der Durchführung der Befehlsfolgen dar.

Als Spezialbeschreibung gibt es beispielsweise vierzig Befehle
mit einer Länge von 8 Bits und 5 Zweiwortbefehle mit einer Länge

609846/0«?β

von 16 Bits. Die meisten 8-Bit-Befehle werden in 11, 2 ms und alle 16-Bit-Befehle in der doppelten Zeit ausgeführt. Die Be- ; fehle werden zu je 8 Bits pro Wort und bis 2048 Wörtern im Festwertspeicher 280 gespeichert. Die Daten werden in einem speichenartigen Datenfluß um die Zentraleinheit 3 04 herumgeleitet. Die Nabe ist ein 4-Bit-Sammelspeicher, welcher die Daten von oder an jedes der 16 Register oder jede Zelle des Speichers mit

^: 312 mit wahlfreiem Zugriff, an jede den 8 Festwertspeichern zu-

: geordnete Ausgabestelle 324, an jede den 4 Speichern mit wahlfreiem Zugriff zugeordnete Ausgabestelle 324 übertragen kann oder Daten von jeder der 8 Eingabestellen 302 auslesen kann. Alle Eingabe- und Ausgabestellen, Zellen der Speicher mit wahlfreiem Zugriff und Register besitzen eine Breite von 4 Bits. Der Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 umfaßt insgesamt 32 0 Zellen, die in 16 Zeilen von 16 allgemeinen Zellen und 4 Status-

\ zellen angeordnet sind. Die in Figur 7 dargestellen Anzeige- und Ausgabeeinrichtungen sind nur am Abfragegerät vorhanden (siehe Figur 6). Beispielsweise gibt es 14 Anzeigestellen figur 9), welche alle Ziffern von 0 bis 9 anzeigen oder auch leer sein können. Die Daten werden in die Anzeige eingeschrieben, indem ein 4-Bit-BCD-Stellenwert den Leitungen 318 und ein 4-Bit-Code für die Anzeigestelle den Leitungen 320 aufgeschaltet wird, worauf sie impulsförmig über eine Anstoßleitung 322 in einen : Anzeigespeicher 328 eingegeben werden. Wenn die gleichen Daten

^f in die Datenausgabeklinke eingeschrieben werden sollen, wird

ein Anstoß- oder Klemmimpuls anschließend über eine Leitung zur Datenausgabeschnittstelle 342 übertragen. Wenn dies für jede Stelle wiederholt wird, können Anzeige und Ausgabe mit

609846/0626

35 -

Daten beschickt werden. Wenn dies für jede Stelle wiederholt wird, können Anzeige und Ausgabe mit Daten beschickt werden.

Wenn von den Ausgabeklemmen 324 ein Fehlerkennzeichen an die

Datenausgabeschnittstelle 342 übertragen wird, wird eine der

S Ausgabeleitungen zur Anzeige dafür beaufschlagt, ob die Ausgabe

j Daten des Entfernungsbereiches 1 oder 2 darstellen, und eine

andere Leitung wird impulsgesteuert, um dem externen Gerät anzu- \

zeigen, daß Daten abgelesen werden können. Die Daten für die

ι

Ausgangsentfernung besitzen einen dreistelligen Bruchteilabschnit-j:,

der in einer Schnittstelle 340 des Blattschreibers in Analogform umgesetzt und in einem Abtast- und Speicherkreis gespeichert wird, um einen externen Streifenschreiber zu steuern. Dieser gibt eine Aufzeichnung einer Peilkursabschnittsquerung, die im Falle von Signalverlusten oder anderen Vorkommnissen für die j Bestimmung der Peilkursabschnitte nützlich ist.

Eine Handsteuerung der Einrichtung ist durch Einstellungen an den Schaltern auf der Frontplatte 334 vorgesehen. Diese mit der Programmsteuerung verbundenen Schalter werden über die Eingangsklemmen 3 02 vom Mikrorechner ausgelesen. Die meisten dieser Schalter sind mehr Stellenschalter mit einer 4-Bit-Kodierung ihrer Stellen. Zur Auslesung eines Schalters wird die Schalteradresse in den der Ausgabestelle 314 zugeordneten Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 eingeschrieben. Diese Adresse wird in der logischen Wahlschaltung 334 der Schalttafel dekodiert, und ein Datenselektor stellt einen Leitweg für die gewählte Schalterleitung zu einer Eingabestelle her, wo der Stellencode ausgelesen werden kann.

609846/0626

- 36-

Wenn die Einrichtung für den Betrieb eingeschaltet wird, führt die Zentraleinheit 3 04 ein kurzes Einleitungsprogramm durch. Alle Hauptprogramme sind einem zweiten Zeitraster aufgetastet,

; und im Abfragegerät 304 liegen Programme für die Taktsignaler-

j :

fassung, das Abfragen, die Antennenabstimmung, die Bereitschaft . sowie die Eingabe der Steuer- und Entfernungsmeßdaten. Im Antwort-*- gerät liegen die Programme für die Antwort des Hauptgerätes, " Taktsignalerfassung des Nebengerätes, Antwort des Nebengerätes, ; AntennenabStimmung, Bereitschaft und Handeinstellung der internen Taktgabe. ^!

Wie bereits bemerkt, erfolgt die Handwahl eines Programmes durch i den Betriebsartenschalter und die Eingabetaste auf der Frontplatte des Schaltbrettes. Der Betriebsartenschalter wird zur ' Anzeige des gewünschten Programmes in Stellung gebracht, und ^: die Eingabetaste wird gedrückt, wodurch ein Anzeige-Flip-Flop beaufschlagt wird. Alle 2 Sekunden wird in der ersten Millisekunde des Taktgeberrasters der Schaltzustand des Anzeige-Flip-Flops auf eine Eingabe von Hand gedrückt. Wenn er ange-

steuert ist, wird er durch den Mikrorechner gelöscht, der den

[ Betriebsartenschalter ausliest und mit der Durchführung eines neuen Programmes beginnt. Unterprogramme wie das Programm für die Erfassung der Taktgebersignale bei Beendigung, werden automatisch dem Abfrage- oder Antwortprogramm zugeführt.

Das vom Regler benützte Taktgeberbezugssignal ist die über die Leitung 220 der Zentraleinheit 304 zugeführte 1 kHz-Rechteckspannung. Die Abstiegsflanke dieses '-* i/rali bildet den Anfang -

:■■■ rm f. r- / (p ? s - 37 -

einer 1 ms-Periode. Im Hauptantwortgerät sind bei 5 ms im zwei- i ten Zeitraster die Leitungen T/R und TP der Ausgabestellen 324 ' hochpegelig', wobei vom Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 ein _: Verstärkungswert den Leitungen G1-G8 des Verstärkungsreglers
im Digital-Analogumsetzer 226 aufgeschaltet wird. Die Abwurfleitung ist niederpegelig, und die zum Normalfreguenzgenerator
252 führende Leitung des Hauptantwortgerätes ist für die Hauptantwortfrequenz hochpegelig eingestellt. Nach einer Zeitspanne
von 15 ms wird die Leitung TX hochpegelig impulsbeaufschlagt,

um eine Übertragung im Abfragegerät auszulösen. Da die Leitung ! TP bereits hochpegelig ist, wird im Modulator 159 ein Taktimpuls ■

erzeugt. Nach einer Pause von 47 ms (67 ms im Zeitraster) wird \

das hochpegelige logische Signal des Schwellwertsdetektors 249 j

geprüft. Wenn diese Leitung hochpegelig ist, zeigt sie an, daß i

i der Verstärkungsgrad des entsprechenden Empfängers 22 5 oder 224 !

so hoch ist, worauf der auf die Leitung G1-G8 geschaltete j Verstärkungswert im Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 herab- I gesetzt wird. Wenn die Leitung niederpegelig ist, wird der
Verstärkungswert schrittweise erhöht. Nach einer Zeitspanne i von 63 ms (130 ms im Zeitraster) wird die Abwurfleitung hoch- j pegelig, und eine Schlußpause von 14 ms vervollständigt das i Taktimpulssegment von 144 ms des Zeitrasters. Dann folgt eine ! Wiederholung des Antwortprogramms von 166 ms, welche den Zeitraster vervollständigt. !

Jedem Abfragegerät einer Mehrfachanlage sind zwei verschiedene
"Zeitfenster" zugeordnet, in welchen es das Haupt- und Nebenantwortgerät abfragen kann. Die "Zeitfenster" sind von 0-15

6D98^fi/0R?fi

- 38 -

ι numeriert, und die zugeordneten Zeitfenster werden im Speicher mit

wahlfreiem Zugriff 312 gespeichert. Diese Werte werden entweder ; (default values)

: durch die Handeingaben oder aus UnterlassungsStandardwerten ermittelt, die während des einleitenden Programmladens beim Einschalten vom Festwertspeicher 280 zum Speicher 312 mit wahlfreiem Zugriff übertragen werden.

Zum Zeitpunkt von 5ms im zugewiesenen Zeitfenster löst das Abfragegerät einen Abfrageimpuls aus. Der Phasenmesser 23 9 wird gelöscht, und die Verstärkung des Empfängers 225 wird über die Verstärkungsregelung 227 für das Eigensignal des Abfragegerätes eingestellt, das durch das Richtkopplungsglied 141 über die Leitung 149, die Schaltkontakte 137 und 139 abgetastet wird. Zur Vorbereitung der Überwachung des Ausgangssignals wird der Abwurf des Schmalbandfilters 23 5 gelöscht. Zum Zeitpunkt von 45 ms im Zeitfenster wird der Phasenmesser 239 in negativer Richtung beaufschlagt. Zum Zeitpunkt von 52 ms wird das hochpegelige Signal des Schwellwertdetektors 249 geprüft, und der gespeicherte Verstärkungswert wird fortgeschrieben. Die Phasenmessung im Abfragegerät ist zum Zeitpunkt 55 ms beendet, worauf der Schalter T/R auf Empfang umgeschaltet wird, der Schmalbandfilter wird abgeworfen, und der Verstärkungsgrad des Empfängers

^: 225 wird durch den Verstärkungsregler 227 auf das Signal des Abfragegerätes abgestimmt. Zum Zeitpunkt von 63 ms wird der Abwurf des Schmalbandfilters 235 gelöscht, und zum Zeitpunkt

, ms wird der Phasenmesser 239 in positiver Richtung angesteuert.

! Die Verstärkung des Empfängers 225 wird zum Zeitpunkt 110 ms j geprüft, und die Phasenmessung des Signals des Antwortgerätes

fi09846/0R?6

— 3 9 —

ist zum Zeitpunkt 113 ms beendet. Die im Phasenmesser 239 gespeicherte Phasenmessung ist die Differenz zwischen der am Ein-' gang des Empfängers 225 abgetasteten Empfangssignal- und Sende-

signalphase. Somit werden die im Normalfrequenzgenerator 253, i HF-Verstärker 157, Bandfilter 151 und im 1 kHz-Schmalbandfilter . 235 erzeugten Phasenverschiebungen der Trägerfrequenz gelöst, : und die Phasenverschiebung des Empfängers wird nach einer Kurve

aufgehoben, welche eine kleine Phase gegenüber der Empfängerver- : Stärkung zeigt.

Im Antwortgerät (Figur 5) läuft während der Dauer des Zeitfenster£ : ein gleicher Arbeitsgang ab. Ein eigener Empängerverstarkungs- ; wert wird für jedes Zeitfenster im Speicher mit wahlfreiem Zu- : griff 312 gespeichert, und zu Beginn des Zeitfensters wird der ■■ Verstärkungsgrad des Empfängers 224 über die zum Verstärkungs-

j regler 226 führenden Leitungen G1-G8 auf den entsprechenden

Wert eingestellt. Zum Zeitpunkt von 5 ms im Zeitfenster wird i der Phasenmesser 238 gelöscht, und der Abwurf des Schmalband-I filters 234 wird aufgehoben. In den nächsten 40 ms wird die

I Signalstärke zur Ermittlung eines übermäßigen Verstärkungs-I grades des Empfängers 224 mehrmals geprüft. Dies erfolgt über

i den Hüllkurvengleichrichter 426 und den Schwellwertdetektor 248 sowie über hochpegelige und niederpegelige Ausgänge. Zum Zeitpunkt von 45 ms wird der Phasenmesser 238 in positiver

! Richtung angesteuert, und während der Phasenmessung, in welcher das Signal seinen Spitzenwert erreicht haben sollte, wird eine Reihe von Signalstärkeprüfungen vorgenommen, um zu ermitteln,

J ob ein unverfälschtes Abfragesignal anliegt, das eine Antwort < erfordert. Beim Abtasten des richtigen Signals wird der Schalter T/R zum Zeitpunkt von 55 ms auf Senden umgeschaltet, das Schmal-, bandfilter 234 wird zum Zeitpunkt 58 ms abgeworfen, und der . Verstärkungsgrad des Empfängers 224 wird auf den Wert für die ; Eigensigna!verarbeitung eingestellt. Ehe eine übertragung be-

! ginnen kann, wird der Phasenschieber 178 auf einen Wert einges
stellt, der eine richtige Phasenübertragung gewährleistet. Dieser

ι Wert wird dadurch ermittelt, daß ein im Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 gespeicherter Phasenversetzungswert zum laufenden Meßwert des Phasenmessers 238 addiert wird. Zunächst wird der Phasenversetzungswert willkürlich und möglicherweise falsch eingestellt, doch wird er schrittweise nach jeder Antwort auf ein Abfragesignal korrigiert.

Das Antwortgerät beginnt seine Übertragung und löscht den Abwurf

j des Schmalbandfilters 234 zum Zeitpunkt 63 ms im Zeitfenster.

Bei 103 ms wird der Phasenmesser 238 in negativer Richtung angesteuert, der Verstärkungskraft des Empfängers 224 wird bei 110 ms geprüft, und die Phasenmessung ist bei 113 ms beendet. Wenn die richtige Phase vom Antwortgerät übertragen wurde, muß der Endwert im Phasenmesser 238 die Differenz zweier gleicher Größen sein, nämlich NO. Wenn kein Nullwert im Phasenmesser bleibt, wird der im Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 gespeicherte Phasenversetzungswert auf den neuesten Stand gebracht. Wie beim Abfragegerät erfolgt der Phasenvergleich zwischen dem empfangenen und dem gesendeten Signal am Empfängereingang. Beim Antwortgerät ist das gewünschte Vergleichsergebnis

B0 9iU6/ÜSv^e- - 41 -

i

ι die Gleichheit, und dieser Zustand wird durch änderung des inter-! nen Phasenversetzungswertes erzwungen. Beim Abfragegerät ergibt j

;

• der Phasenvergleich die Entfernungsmessung. I

; Da Abfrage und Antwort seriell mit einer Zeitverzögerung von ' 58 ms bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgen, kann sich während \ der Messung eine kleine Standortänderung des Abfragegerätes ergeben. Die sich ergebende Entfernung stellt einen Mittelwert \ dieser Zeitspanne dar und ist annähernd gleich der Entfernung zum: Zeitpunkt von 79 ms im Zeitfenster. Bewegt sich das Schiff mit : ; konstant Geschwindigkeit und in konstanter Richtung, dann diffe- j rieren aufeinanderfolgende Entfernungsmessungen meist um einen j

■ - " -■ i

verhältnismäßig konstanten Betrag. Im Abfragegerät wird ein ] laufender Mittelwert dieser Differenz erhalten, der zur Voraus- |

. sage des nächsten Meßwertes dient. Der laufende Mittelwert der ι

j ! Differenzen wird Voraussagewert genannt und hängt von einer i

' j

auf Richtungs- oder Geschwindigkeitsänderungen des Schiffes j beruhenden Änderung ab. Ist eine fehlerhafte Anzeige bzw. ein ! fehlerhafter Meßwert vorhanden oder ändert das Schiff seine Richtung oder Geschwindigkeit, dann ist auch die Vorhersage ! eines richtigen Meßwertes des Voraussagewertes falsch. Wenn ein j Voraussagewert keine richtige Vorhersage liefert, muß er auf j seinen richtigen Wert erhöht oder vermindert werden. Normalerweise beträgt die Änderung jedoch nur ein Zehntel der Differenz

des vergrößerten oder verkleinerten Differenzwinkels, so daß ϊ
j die Änderung des Voraussagewertes nicht in besonderem Maße von einem falschen Meßwert abhängt. Die Ermittlung des Voraussagewertes und die Änderungsgeschwindigkeit erfolgt durch die Zentral

B 0 9-ft 4 ß / 0 R ·> 6

einheit 304 in Abhängigkeit von dem den Eingäbestellen 302 über die Leitungen P1-P12 hingeführten Ausgangssignal des Phasenmessers

Somit dient jede neue Messung zur Fortschreibung eines laufenden Durchschnittswertes von Entfernungsdifferenzen sowie auch eines laufenden Durchschnittswertes der Entfernung. Zunächst wird dem neuen Meßwert des Phasenmessers eine von Hand eingegebene und im Speicher mit"wahlfreiem Zugriff 312 gespeicherte Eichkonstante aufaddiert. Nur der Bruchteil der Summe bleibt zurück und zeigt, mit der richtigen Eichkonstante, den Bruchteil der Entfernung zwischen den Antennen an. Diese mit θ bezeichnete Phasensumme wird dann mit einem vorausgesagten Wert verglichen, wobei nach Bedarf die Differenz gekürzt wird. Außer dem laufenden Mittelwert 4* für die Entfernung bleibt auch ein laufender Mittelwert ψ für die Entfernungsdifferenzen erhalten. Bildet man die Summe aus diesen und kürzt den ganzzahligen Teil, so erhält man eine Voraussage für den nächsten Wert von Θ. Die durch Δ bezeichnete Differenz zwischen dem Istwert und dem vorausgesagten Wert von 6 wird nach Bedarf gekürzt. Der Grund dafür besteht darin, daß eine Messung mit stark differierenden Werten möglicherweise fehlerhaft ist, jedoch nicht vollständig außer acht gelassen werden kann. Der neue Wert von *f wird durch Addition

von *K und Δ_ zum alten Wert gebildet. Der neue Wert von ψ 5

wird dann durch Addition von &_ zum alten Wert gebildet. Dies

ergibt:

ψη = «fn -1 + #

- 43 _

! Die Entfernungsmessungen werden intern in "Zeilen" ausgedrückt.

j Ein Peilkursabschnitt ist eine Entfernung gleich der halben

! Trägerwellenlänge. Der Phasenmesser mißt in Dezimalbrüchen einer ■ Periode, und eine Radialbewegung eines Teilkursabschnittes ver- ; größert den Hin- und Rückweg zum und vom Antwortgerät um eine ' i Wellenlänge oder eine Periode. Die Breite des Peilkursabschnittes I kann in bekannter Weise aus der bekannten Trägerfrequenz und der i

i Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle errechnet werden.

i Die größere Länge der Signalhüllkurve 562 (Figur 14) des Haupt-

^; antwortgerätes wird durch den Reglers des speziellen Abfragegerätes wie des Abfragegerätes Nr. 1 ermittelt, um ein vom

! Speicher mit wahlfreiem Zugriff 312 abgetastetes Eingangssignal zu ergeben, damit die Taktsynchronisxerung der Meßsignale des Modulators 158 über den Ausgang TX der Ausgangsstellen 324 ermöglicht wird.

- 44 -

Claims (16)

1. Cubic Industrial Corporation

   Kearny Mesa Road Anwaltsakte M-3858

   ^; San Diego, Calif., USA 19, März 1976

   Patentansprüche

   ' 1.) Einrichtung zur Messung der Entfernung zwischen einem Abfrage-

   ' gerät an einem ersten Standpunkt und einem Antwortgerät an ^!

   einem zweiten Standpunkt, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrich- ■ j tungen (71,61) im Abfragegerät (21) einen amplitudenimpuls- | modulierten HF-Träger (120) erzeugen und ihn an das Antwort-

   gerät (20) übertragen, daß Empfangsvorrichtungen (22,88) im Antwortgerät (20) den vom Abfragegerät (21) gesendeten Träger (120) und Impuls empfangen und die Phase des Trägers (120) abtasten (100), ferner dadurch, daß eine Vorrichtung (70) im Antwortgerät (20) einen amplitudenimpulsmodulierten HF-Träger (124) erzeugt und ihn an das Abfragegerät (21) überträgt, daß der vom Antwortgerät (20) erzeugte Träger (124) die gleiche Frequenz besitzt wie der vom Abfragegerät (21) erzeugte Träger (120), sodann dadurch, daß der Geber (70) des

   6 0 9 R 4 6 / 0 P :■■ 6

   Antwortgerätes (20) einen Phasenschieber (110) besitzt, um I die Phase dem vom Antwortgerät (20,70) erzeugten Trägers (124) mit der Phase des vom Abfragegerät (21,71) erzeugten und vom Empfänger (38,88) des Antwortgerätes (20) empfangenen Trägers (120) koherent zu machen und schließlich dadurch, daß im Abfragegerät (21) ein Empfänger (89) angeordnet ist, um den vom Antwortgerät (20) übertragenen Träger (124) und Impuls zu empfangen und die Phasenverschiebung zwischen dem Träger (124) und Impuls des Antwortgerätes (20) und dem vom Abfragegerät (21,71) erzeugten Träger (120) und Impuls zu ermitteln, um dadurch die Entfernung zwischen dem Abfrage-; gerät (21) und dem Antwortgerät (20) zu bestimmen. '
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ^! die Gebereinrichtung des Antwortgerätes (20) einen Normal- ; frequenzgenerator (70) mit einem Oszillator zur Erzeugung des Trägers (124) des Antwortgerätes (20) umfaßt, daß der Normalfrequenzgenerator (7 0) einen Phasenschieber (110) besitzt, der in Abhängigkeit von Eingangssignalen die Phase des Trägers (fc) des Antwortgerätes (20) ändert, sowie dadurch,daß ein Phasendetektor (100) des Antwortgerätes

   (20) die Phase des Trägers (124) des Antwortgerätes (20) mit der Phase des vom Antwortgerät (20) empfangenen Trägers

   (120) des Abfragegerätes (21) vergleicht und an den Phasenschieber (110) Eingangssignale abgibt, die einer Phasendifferenz proportional sind.

   - 46 -
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Programmvorrichtung (33 4) ein Signal für eine bestimmte Phasenverschiebung in den Phasenschieber (110) eingibt, um die Phase des Trägers (120) des Antwortgerätes (20) zu ändern, ferner dadurch,daß der Phasendetektor (100) eine Vorrichtung (96) zur Abtastung der Phasenverschiebung zwischen dem vom Antwortgerät (20) empfangenen Träger (120) des Abfragegerätes (21) und dem Träger (124) des Antwortgerätes (20) besitzt, sowie zum Vergleich mit der Phasenverschiebung des Phasenreglers (110) und dem vorgegebenen Phasenverschiebungssignal sowie zur Abgabe eines Korrektursignals und schließlich dadurch, daß Vorrichtung (178,177) in Abhängigkeit vom Phasendetektor (100) das vorgegebene Phasenverschiebungssignal der Programmeinrichtung (334) in Abhängigkeit vom Korrektursignal ändern.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß digital arbeitende Vorrichtungen (248,462) die Eingangssignale des Phasendetektors (100) im Antwortgerät (20) abtasten sowie dadurch, daß die digital arbeitenden Vorrichtungen (248,462) eine Vorrichtung zur Eingabe einer vorgegebenen Phasenregelspannung in dem Phasenregler (1 10) umfassen.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antwortgerät (20) eine Vorrichtung zur Abtastung des _:

   Impulses am Träger (124) des Antwortgerätes (20) sowie zur Bestimmung der Phase des Trägers in der Impulshü11kurve '

   Ri)9846/Öfi?6

   ■ ι

   (124) besitzt, daß der Empfänger (89) des Abfragegerätes j (21) eine Vorrichtung zur Abtastung des Impulses am Träger ι

   (124) des Antwortgerätes (20) sowie zur Bestimmung der j Phase des Trägers in der Hüllkurve des Impulses (124) um- i

   " i

   faßt, ferner dadurch, daß das Abfragegerät (21) einen

   j I

   [ faßt, ferner dadurch, daß das Abfragegerät (21) einen j Empfänger (89) mit einem Phasenmesser (119) zur Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen dem Träger (124) des Antwortgerätes (20) und dem Träger (120) umfaßt und schließlich! dadurch, daß eine Vorrichtung (100) die relativen Phasendifferenzen der Meßentfernung anzeigt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber im Abfragegerät (21) einen Normalfrequenzgenerator (71) zur Erzeugung des Trägers (fc) umfaßt, daß ein Modulator (63) dem Träger (fc) mit einem amplitudenmodulierten Signal (120) von gegebener Form moduliert, daß ein Sender (61) den modulierten Träger (120) überträgt,- weiter dadurch,daß ein Richtkopplungsglied (53) das Trägerausgangs-j signal vom Sender (61) zur Antenne (23) leitet und einen Teil des Trägers (120) des Abfragegerätes (21) an dessen Empfänger (89) abzweigt und schließlich dadurch, daß ein Dämpfungsglied (55) den abgezweigten Teil auf eine Größe herabdämpft, die im wesentlichen gleich ist der Größe des empfangenen Trägers (120) des Antwortgerätes (20).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber des Antwortgerätes (20) einen Normalfrequenzgenerator (70) zur Erzeugung des Trägers (fc) umfaßt, daß

   609846/0626

   ein Modulator (62) den Träger (fc) mit einem Signal von einer bestimmten Amplitudenform (124) moduliert, daß ein Sender (60) den modulierten Träger (124) überträgt, ferner dadurch, daß ein RicMkopplungsglied (52) das Trägerausgangssignal (124) des Senders (60) an die Antenne (22) leitet und einen Teil des Trägers (120) des Abfragegerätes (21) an den Empfänger (88) des Antwortgerätes (20) abzweigt und schließlich dadurch, daß ein Dämpfungsglied (54) den abgezweigten Teil auf eine Größe herabdämpft, die im wesentlichen gleich ist der Größe des vom Abfragegerät (21) empfangenen Trägers (120).
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalfrequenzgenerator (70) für den Träger (124) des Antwortgerätes (20) einen Phasendetektor (100) besitzt, ^: um die Phasendifferenz zwischen dem Träger (124) des Antwortgerätes (20) und dem vom Antwortgerät (20) empfangenen ' Träger (120) des Abfragegerätes (21) zu ermitteln und einen| dieser Phasendifferenz proportionalen Ausgangsimpuls abzu- j geben, ferner dadurch, daß ein * Phasenregler (110) ein dem ; Ausgangsimpuls des Phasendetektors (100) proportionales ι Phasenregelsignal abgibt sowie dadurch, daß der Normalfrequenzgenerator (70) eine Vorrichtung besitzt, welche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Phasenreglers (110) die Phase des Trägers (124) des Antwortgerätes (20) in Abhängigkeit vom Phasenreglersignal (114) ändert, welches den Träger (124) des Antwortgerätes (20) mit dem vom Antwortgerät (20) empfangenen Träger (120; des Abfragegerätes

   (21) phasenkoherent macht.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (88) des Antwortgerätes (20) einen Schwellwertdetektor (75) besitzt, um die über dem Schwellwert des Amplitudenimpulses des Trägers (120) des Abfragegerätes (21) liegende Amplitude abzutasten und ein Ausgangssignal abzugeben, ferner dadurch, daß ein Schalter (30) im Antwortgerät (20) das Antwortgerät (20) zwischen Senden (60) und Empfangen (88) umschaltet, sowie dadurch, daß ein Taktgeber (46) in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Schwellwertdetektors (75) den Schalter (30) betätigt.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Antwortgerät (Figur 5) an einem vom ersten Antwortgerät (Figur 5) entfernten festen Standort angeordnet ist, daß das Abfragegerät (Figur 6) Einrichtungen (253,173) zur Erzeugung eines impulsamplitudenmodulierten HF-Trägers (426) sowie zur übertragung dieses Trägers an die Antwortgeräte (Figur 5) besitzt, ferner dadurch, daß das zweite Antwortgerät (Figur 5) mit Einrichtungen (128,224) zum Empfang des vom Abfragegerät (Figur 6) übertragenen Trägerimpulses (426) sowie zur Abtastung der Phase des Trägers (426) versehen ist, daß Vorrichtungen (156,252) im zweiten Abtastgerät (Figur 5) impulsamplitudenmodulierte HF-Träger (428) von der gleichen Frequenz wie die des Trägers (426) des Abfragegerätes

    RC^fUR/QR^fi

    (Figur 6) erzeugen und an das Abfragegerät (Figur 6) übertragen, weiter dadurch, daß im zweiten Antwortgerät (Figur 5) Einrichtungen (224,238) zum Vergleich der Phase der von den Antwortgeräten (Figur 5) übertragenen Träger

    (428) mit der Phase des von den Antwortgeräten (Figur 5) empfangenen Trägers (426) des Abfragegerätes (Figur 6) angeordnet sind, weiter dadurch, daß Einrichtungen (225, 235,239) im Abfragegerät (Figur 6) das von den einzelnen Antwortgeräten (Figur 5) empfangene Signal abtasten und die Phasenverschiebung zwischen den von den Abtastgeräten (Figur 5) empfangenen Trägerimpulses und dem durch das Abfragegerät (Figur 6) erzeugten Träger (426) ermitteln, um die Entfernung zwischen dem Abfragegerät (Figur 6) und den einzelnen Antwortgeräten (Figur 5) zu bestimmen, sowie dadurch, daß ein Regler (334) das Abfragegerät (Figur 6) im Mehrkanalbetrxeb steuert, um den Träger (428) von den einzelnen Antwortgeräten (Figur 5) im Teilnehmerbetrieb zu empfangen und schließlich dadurch, daß Einrichtungen (412,416) die relative Entfernung zwischen dem Abfragegerät (Figur 6) und den entsprechenden Antwortgeräten (Figur 5) anzeigen.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,daß eine Vorrichtung (334) im Abfragegerät (Figur 6) den Anfangsstandort des Abfragegerätes (Figur 6) in Richtung des Peilkursabschnittes und der Phase gegenüber den einzelen Antwortgeräten (Figur 5) einstellt sowie dadurch, daß

    der Phasendetektor (239,249) des Abfragegerätes (Figur 6) einen Phasenmesser (239) besitzt, um eine Änderung der Entfernungen der Peilkursabschnitte zwischen dem Abfragegerät (Figur 6) und den Antwortgeräten (Figur 5) festzustellen.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Normalfrequenzgenerator (252) in den einzelnen Abfragegeräten (Figur 5) den Träger (428) der Antwortgeräte· (Figur 5) erzeugt, ferner dadurch, daß Modulatoren (159, 158) in den Abfragegeräten (Figur 6) und den Antwortgeräten (Figur 5) die Amplituden der entsprechenden Träger (426, 430) mit Impulsen von einer bestimmten Hüllkurvenform (424,428) modulieren, sowie dadurch, daß die Abfrage-(Figur 6) und Antwortgeräte (Figur 5) digital arbeitende Einrichtungen (510,508;444,448) zur Gestaltung der speziellen Form der Hüllkurvenimpulse (424,428) besitzen.
13. 13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor und die Phasenvergleichseinrichtung des Abfragegerätes (Figur 6) sowie der Antwortgeräte (Figur 5) Einrichtungen (239,249;248,462) zur Ermittlung der Phase des Trägers (426,430) in den entsprechenden Impulshüllkurven (424,428) besitzen.
14. 14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber des Antwortgeräte.=· (20) einen Normalfrequenzgenerator (70) zur Erzeugung des HF-Trägers (124) umfaßt,

    daß ein Modulator (62) die Amplitude des dem Träger (124) aufgeschalteten Impulses moduliert, ferner dadurch, daß ein Verstärker (156) den Träger (124) mit Impuls zur Übertragung verstärkt, daß ein Richtkopplungsglxed (52) den verstärkten Träger (124) mit Impuls zur übertragung weiter-

    leitet und einen Teil des Signals dem Empfänger (88) des Antwortgerätes (20) einspeist, ferner dadurch, daß ein Schalter (3 0) den Empfänger (88) zwischen Empfang des Trägers mit Impuls (120) des Abfragegerätes (21) und Empfang des Trägers mit Impuls (124) des Antwortgerätes (20) umschaltet sowie dadurch, daß eine Vorrichtung (226) den Verstärkungsgrad des Empfängers (224) eüiöht, wenn dieser auf Empfang des Trägers mit Impuls (424) des Abfragegerätes (Figur 6) geschaltet ist.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß i

    das Antwortgerät (20) einen Schwellwertdetektor (75) zur Abtastung der Größe des Signals des Abfragegerätes (21) vom Empfänger (88) sowie zur Abgabe von Ausgangsimpulsen für die wahlweise Erhöhung oder Verringerung des Verstärkungsgrades des Empfängers (88) besitzt.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (110) des Antwortgerätes (20) Ausgangssignale abgibt, die der Phasendifferenz zwischen dem Träger (120) des Abfragegerätes (21) und dem Träger (124)

    ' · des Antwortgerätes (20) proportional sind, daß der Phasenschieber (110) die Phase des durch den Normalfrequenz-

    609846/0626 _₅₃~_

    generator (70) im Antwortgerät (20) erzeugten Trägers (cf) verändert, ferner dadurch, daß der Phasenschieber (110) eine Einrichtung (238) zur Voreilung der Phase des Trägerausgangssignals (124) umfaßt, um eine Phasengleichheit mit der Phase des vom Antwortgerät (20) empfangenen Signals des Abfragegerätes (21) herzustellen und schließlich dadurch, daß die Phasenverschiebung in bezug auf die Phasenverzögerungen im Antwortgerät (20) im wesentlichen konstant ist.

    609846/0626

    SY

    Leerseite