DE2947803A1

DE2947803A1 - Radaranordnung zum ermitteln des abstandes und der geschwindigkeit eines gegenstandes

Info

Publication number: DE2947803A1
Application number: DE19792947803
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Tomasi
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-12-01
Filing date: 1979-11-28
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2947803C2; US4302758A; GB2040637B; GB2040637A; FR2443070A1; FR2443070B1; JPS55104773A

Description

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2347503

"Radaranordnung zum Ermitteln des Abstandes und der Geschwindigkeit eines Gegenstandes".

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Ermitteln des Abstandes H eines Gegenstandes und der relativen Geschwindigkeit ν des Gegenstandes mit:

- Mitteln zum Erzeugen eines erstem HF-Signals mit einer in der Zeit sich ändernden Frequenz F (t), welches Signal eine FM-modulierte Version eines ersten HF-Trägersignals darstellt mit der Trägerfrequenz F₁;

- Mitteln zum Ausstrahlen dieses ersten HF-Signals in Richtung des Gegenstandes;

- Mitteln zum Empfangen des von dem Gegenstand reflektierten ersten HF-Signals;

- Mitteln zum Mischen des empfangenen ersten HF-Signals mit dem auszustrahlenden ersten HF-Signal zum Erzeugen eines ersten Schwebesignals, dessen Schwebefrequenz f ₁ in der Grosse durch einen ersten mathematischen Ausdruck gegeben wird:

_{f 2} a filQi __L^ . 2-01 V sin 06 b1 c dt cosoc c

wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist.

dF (t)

1^v ' die Änderung der Frequenz des ersten HF-

dt

Signals und (X. den Winkel darstellt, in dem ein Punkt des Gegenstandes gesehen wird.

Eine derartige Anordnung wird in grossen bereichen verwendet insbesondere bei der Luftfahrt. Sie gibt, wenn ein Luftfahrzeug sich zum Landen fertigmacht, Information in bezug auf die Höhe sowie über die horizontale Geschwindigkeit, wobei es besonders nützlich ist, diese letztere Information zu kennen, denn dadurch kann die Windgeschwindigkeit ermittelt werden und diese Information über die Windgeschwindigkeit erhöht die Sicherheit beim Landen.

Eine Anordnung dieser Art ist in der britischen Patentschrift Nr. 671.^61 beschrieben worden. In dieser

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bekannten Anordnung wird das Spektrum des Schwebesignals für einen bestimmten Gegenstand ermittelt. Wenn sich dieser Gegenstand mit einer bestimmten Geschwindigkeit verschiebt, tritt eine Frequenzverschiebung der Linien des Spektrums infolge des Dopplereffektes auf. Das Ausmass an Verschiebung liefert die Information in bezug auf die Geschwindigkeit.

Die vorliegende Erfindung hat nun zur Aufgabe, eine andere Konzeption einer Anordnung der obenstehend beschriebenen Art zu schaffen, wobei die verwickelte Ermittlung des Spektrums des Schwebesignals ausgeschaltet ist.

Nach der Erfindung ist dazu diese Anordnung weiterhin mit den folgenden Elementen versehen:

- Mitteln zum Erzeugen eines zweiten HF-Signals mit einer in der Zeit sich ändernden Frequenz F (t), das eine FM-modulierte Version eines zweiten HF-Trägersignals mit der Trägerfrequenz F_„ dargestellt,

- Mitteln zum Ausstrahlen des zweiten HF-Signals in Richtung des Gegenstandes;

- Mitteln zum Empfangen des von dem Gegenstand reflektierten zweiten HF-Signals,

- Mitteln zum Mischen des empfangenen zweiten HF-Signals zur Erzeugung eines zweiten Schwebesignals, dessen Schwebefrequenz f in der Grosse durch den zweiten mathematischen Ausdruck gegeben wird:

dF (t)

wobei TT die Änderung des Frequenz des zweiten HF-Sig-

dt

nals darstellt}

- einem Rechenelement zum auf iterative Art und Weise aus dem ersten und dem zweiten mathematischen Ausdruck ermitteln desjenigen Winkels « bei dem eine der beiden Schwebefrequenzen fb.. und/oder fb den geringsten Wert hat und zum durch Substitution dieses Wertes von OC in den ersten und den zweiten mathematischen Ausdruck Ermitteln des Wertes von H und des Wertes von v.

Durch Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen wird erreicht, dass die Geschwindigkeit und die Höhe mit

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grosser Genauigkeit bekannt sein können ohne dass dies die Anordnung übertrieben verwickelt macht. Ausgehend von einem herkömmlichen Funkhöhenmesser kann die Geschwindigkeitsinformation leicht ohne viel mehr Aufwand erhalten werden.

Ein weiterer Vorteil, der mit der Erfindung erhalten wird, ist, dass die verwendeten Antennen nicht äusserst genau gerichtet zu sein brauchen, weil der Gegenstand in einem ziemlich breiten Winkel gesehen werden muss. Dadurch beanspruchen diese wenig Platz.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Radaranordnung nach der Erfindung, Fig. 2 den Verlauf der Frequenz der ausgestrahlten HF-Signale,

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach der Erfindung, Fig. h den Verlauf der Frequenz des ausgestrahlten HF-Signals und des empfangenen HF-Signals,

Fig. 5 eine praktische Ausführungsform der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 6 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Anordnung nach Fig. 5»

Fig. 7 eine erste Abwandlung der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 8 eine zweite Abwandlung der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 9 eine Zeitdiagramm zur Erläuterung der Wirkungswei.se der in Fig. 8 dargestellten Anordnung.

Die Anordnung nach der Erfindung, die in Fig. 1 dargestellt ist, enthält ein Funkhöhenmesser von einem Typ, der in der französischen Patentschrift Nr. 1·557·67Ο beschrieben worden ist und auf dem Namen der Anmelderin lautet. Insbesondere enthält dieses Höhenmesser einen spannungsgesteuerteiv Oszillator 1 , der ein erstes HF-Signal liefert mit einer in der Zeit sich ändernden Frequenz F₁ (t), das insbesondere eine linear FM-modulierte Version

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1ί»-11-1979 «Τ [0 PHF 78-577

eines ersten HF-Trägers mit einer Trägerfrequenz F₀₁ von beispielsweise U,28 GHz darstellt, was einer Wellenlänge R von 7 cm entspricht. Der Frequenzhub von F (t) wird als A F bezeichnet und ist beispielsweise 180 MHz. Dieses erste HF-Signal wird über die Antenne 2 ausgestrahlt, von einem Gegenstand 3 reflektiert und von einer Antenne k aufgefangen. Dieses aufgefangene Signal wird zusammen mit einem Teil des ausgestrahlten Signals einer Mischstufe 5 zugeführt zur Erzeugung eines Schwebesignals. Um einen W Teil des ausgestrahlten Signals der Mischstufe 5 zuführen zu können, ist an dem Ausgang des HF-Oszillators 1 ein Richtungskoppler 6 angeschlossen. Das erhaltene Schwebesignal, wird über ein Bandpassfilter 7» dessen zentrale Frequenz einen bestimmten Wert f hat, einen Verstärker IS und ein Tiefpassfilter 9 einem Frequenzdiskriminator 10 zugeführt, der ebenfalls auf die Frequenz fb.. abgestimmt ist. Das Ausgangssignal dieses Diskriminators 10 wird als Steuersignal einem steuerbaren Sägezahnsignalgenerator 11 zugeführt zur Steuerung der Neigung des von diesem Generator gelieferten sägezahnförmigen Signals. Weil der Maximalwert dieses sägezahnförmigen Signals konstant gehalten wird, ändert dadurch die Periodendauer dieses Sägezahnes. Dieses sägezahnförmige Signal wird nun dem Oszillator 1 als Steuersignal zugeführt. Durch den beschriebenen Aufbau des Funkhöhenmessers wird erreicht, dass die Frequenz des Schwebe signal s konstant entsprechend fb.. gehalten werden kann, ungeachtet des Abstandes H des Gegenstandes 3·

An dem Ausgang der Mischstufe 5 ist ein zweites Bandpassfilter 22 angeordnet mit einer zweiten zentralen 3fl Frequenz fb . Das von der Mischstufe 5 gelieferte Schwebesignal wird über dieses Filter 22, einen Verstärker 23 und ein Tiefpassfilter 2k einem zweiten ebenfalls auf fb_ abgestimmten Frequenzdiskriminator 25 zugeführt. Das Ausgangssignal dieses Diskriminators 25 wird einem zweiten ** steuerbaren Sägezahnsignalgenerator 12 zur Steuerung der Neigung des von diesem Generator 12 gelieferten sägezahnförmigen Signals zugeführt. Weil auch nun der Maximalwert dieses sägezahnförmigen Signals konstant gehalten wird,

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■\k--\ 1-1979 -^ r PHF 78-

ändert auch nun die Periodendauer des Sägezahnes. Auch dieses sägezahnförmige Signal wird über die Schaltungsanordnung 15 dem Oszillator 1 zugeführt, der dadurch ein zweites HF-Signal erzeugt mit einer in der Zeit sich ändernden Frequenz F„(t). Der Frequenzhub von F_(t) wird ebenfalls als gleich Δ F bezeichnet werden.

Die Ausgangssignale der Generatoren werden ausser der Schaltungsanordnung 15 einer Steueranordnung 26 zugeführt, die diese Schaltungsanordnung steuert. Diese Steueranordnung 26 ermittelt, ob der mit dem Steuereingang des Oszillators 1 verbundene Sägezahnsignalgenerator beispielsweise 11, 12 ein Signal liefert, dessen Vert grosser ist als der vorbestimmte Maximalwert. Sollte dies der Fall sein, so wird dieser Generator 11 angehalten, so dass er kein Ausgangssignal mehr liefert und wird der Ausgang mit Hilfe der Schaltungsanordnung I5 von dem Eingang des Oszillators 1 entkoppelt. Gleichzeitig wird der Generator 12 gestartet und der Ausgang wird mit dem Eingang des Oszillators 1 mittels der Schaltungsanordnung 15 verbunden. Der Frequenzverlauf des ausgestrahlten Signals ist zur Erläuterung in Fig. 2 dargestellt.

Das Ausgangssdgnal des Generators 11 wird weiterhin noch einem Periodenmesser 16 zugeführt, der eine digitale Zahl liefert, die ein Mass für die Periodendauer des sägezahnförmigen Signals bildet, das von diesem Generator 11 geliefert wird. Auf entsprechende Weise wird das Ausgangssignal des Generators 12 weiterhin noch einem Periodenmesser 17 zugeführt, der eine digitale Zahl liefert, die ein Mass für die Periodendauer des sägezahnförmigen Signals bildet, das von diesem Generator 12 geliefert wird.

Die auf diese Weise erhaltenen Zahlen werden zusammen mit den Werten für λ O, ^F, f, ₁ und f. einer Rechenanordnung 18 zugeführt, die mit Hilfe dieser Daten auf iterative Weise den Abstand H und die Geschwinidgkeit ν ermittelt.

Zur Erläuterung, wie die Rechenanordnung 18 aus den ihr zugeführten Daten die Höhe H über der Erde und die Geschwindigkeit ν gegenüber der Erde ermitteln kann, wenn

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14-11-1979 tf $ PHF 78-577

diese Anordnung sich in einem Flugzeug befindet, wird Fig. 3 benutzt. Die Antennen 2 und k sind zu dem Boden 3 gerichtet, der auf diese Weise den Gegenstand bildet; das Flugzeug fliegt auf einer Höhe H mit einer Geschwindigkeit "v". Ein Punkt M auf dem Boden wird in einem Winkel Oc aus einem Punkt 0, der in der Nähe der Antennen und k liegt, betrachtet. Es wird vorausgesetzt, dass dieser Punkt M in einer vertikalen Ebenen durch den Punkt 0 und parallel zum Vektor, der die Geschwindigkeit "v" darstellt, liegt.

Der Abstand "d" des Punktes M von dem Punkt 0 ist:

^H (1)

Zunächst wird vorausgesetzt, dass das erste HF-Signal mit der Frequenz F (t) ausgestrahlt wird, wobei

Δ F / \ AF

F₀₁ - ^ f (tj ^ F₀₁ + —r— ist und dass die Periode

des sägezahnförmigen Signals, das von dem Generator 11 geliefert wird, gleich T ist. Der dadurch erhaltenen Frequenzverlauf von F₁(t) ist in Fig. k dargestellt. Die am «₀ Punkt M zurückgeworfene Welle gelangt an die Empfangsantenne k mit einer Verzögerung '"C, wofür gilt

^= ² 7 ^{= 2} c.cosot *²)

In diesem Ausdruck ist c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit im freien Raum.

Zwischen der ausgestrahlten Welle und der empfangenen Welle gibt es auf diese Weise einen Frequenzunterschied fb, für den gilt:

fb¹ = ^ = 2 — .

ClTr C

Dieser Ausdruck gilt jedoch nur wenn das Flugzeug gegenüber dem Gegenstand 3 als stillstehend betrachtet werden kann. Die Tatsache, dass sich das Flugzeug mit einer Geschwindigkeit "v" verschiebt, liefert einen anderen Ausdruck für fb und zwar infolge des Dopplereffektes, der berücksichtigt werden muss. Weil die Geschwindigkeit des Flugzeuges in der Richtung Om gleich NsinOC ist, wird die Ist-Schwebefrequenz etwa gleich fb sein, wofür gilt:

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-11-1979 "Ψ * PHF 78-577

cos λ ο *

wobei o = =— r ο

Aus (4) folgt, dass jedem Wert von iXein bestimmter Wert von fb zugeordnet ist. Die in (4) dargestellte Funktion hat für einen bestimmten Wert von OC ein Minimum. Der diesem Minimum entsprechende Wert von oC wird als oC bezeichnet und dieser Wert folgt aus der Gleichung:

oder:

COS OL

_cos

fixe in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist

VJLIT «. Δ F A

= wobei Δ F konstant int und wobei T durch die dt T

Periodendetektoren 16 und 17 ermittelt wird.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung werden zwei Messungen durchgeführt mit unterschiedlichen Werten von dF(t), was zu zwei unterschiedlichen Werten von T führt,

die durch T bzw. T bezeichnet werden und zu zwei unterschiedlichen Werten für fb, die als fb bzw. fb bezeichnet werden, fb und fb entsprechen je dem Ausdruck (k) und weiterhin wird für einen bestimmten Wert OC., von

b1 - 0 ist und für einen bestimmten Wert

von Oi. wird gelten, dass

= 0 ist. Um nun die Grossen H

und ν zu ermitteln, stehen die nachfolgenden Gleichungen zur Verfügung

(8)

(9) (10)

Aus (8) und (1O) folgt, dass:

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fl	H	H	= 2	H / c * ^"	LZ) . _J	I _ ₂	Ao	= 0
2	C	C	• (	Δ F ν	sinäi	2v	cosäi	sinä2
	fb2	= 2,	T1 '	2 cos äl	λ ο	2v " Ao	= 0
2	• (	H C	^ T2 ' '	1 cosä2	cosä2
AF λ	sinä2	2v
T2 '	cos²ä2

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ä1 = Arc cos ' ~~~ (8a)

V tg I 2 Are tg ³J tg (± Arctgxi) J

³J

a2 = Are cos (10a)

tg [2 Are tg ³J tg (j_ Arctgx2) j

3 y/3.c.T2.v oder auch:

2 2/3

x1 - 1 \

15

1 /

¹ - ν x1

al = Are cos \/ ²^- . (8b)

\/ 2 1/3

V 1 + xi - 1 * x1 '

20

\/ 2 2/3

1 ( ¹ + ^x2 - 1 } ^ x2 '

ä2 = Arc cos W²^r . ZZZZZZ (1Ο*>)

\l 2 1/3 ^v1 + x2 - 1 ν

^{x2 ;}

Die Rechenanordnung 18 enthält einen programmierten Mikroprozessor, der auf iterative Weise die Gleichungen (7), (8), (9) und (1O) löst.

Die Werte fb1 und fb2 sind bekannte zuvor festge- ^O legte Grossen und sind beispielsweise gleich 1OO kHz bzw. 5 kHz. Insbesondere gilt für diese Schwebefrequenzen, dass sie je grosser oder gleich 2v /*Co sind, wobei ν

^ö max' max

gleich der maximal zulässigen Fluggeschwindigkeit ist.

Der Iterationsprozess wird mit einem ersten An-35

näherungswert H(i) von H und mit einem Wert OC₁ = 0 ge-

startet, so dass: cT

f ^fbi

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1 U_ 11 _ 1979 ·9* 41 PHF 78.577

Wird nun weiterhin ν = O vorausgesetzt, so folgt aus (9)» dass der erste Annäherungswert (X (i) von Q(_ der nachfolgenden Gleichung entspricht:

fb T
C^ (1) = arc cosCtt— . =-) (i2)

Ausgehend von diesen Anfangswerten werden die Iterationen durchgeführt.

1. Schritt Das Ermitteln eines ersten Wertes v(i) von ν mit Hilfe des Ausdrucks (9) in dem:

H = H(1 ) und (*. = O^ ( 1 ) , so dass

^2H

^{C(1) =} 2sin CX₂(I) ⁽ c ^} · T2 ' cos CX₃(I)

2. Schritt Das Ermitteln eines ersten Wertes ¹^₁(1) von

C^₁ mit Hilfe des Ausdruckes (8a) oder (8b), in dem H = h(i) und ν = v(i) ist.

3« Schritt Das Ermitteln eines neuen Wertes H(2) von H mit Hilfe des Ausdruks (7) in dem darin für al der Wert 2p ai(i) substituiert wird und dass darin für ν der Wert v(i) substituiert wird, so dass:
C.T1 . cos OC₁ (1 ) „ Z₁N

^{H<2) =}

k. Schritt Das Ermitteln eines neuen Wertes iX„(2) für ^o ^mit Hilfe des Ausdrucks (10a) oder (10b) in dem in diesem Ausdruck der Wert H(2) und v(i) substituiert wird. Die Schritte 1 bis einschliesslich h werden η-Mal wiederholt bis H(n) und v(n) mit der gewünschten Genauigkeit den Werten H(n-1) und v(n-i) entsprechen.

3Q In Fig. 5 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel der Anordnung dargestellt, die in Fig. 1 angegeben ist. In dieser Fig. 5 ist von den beiden auf dieselbe Art und Weise aufgebauten Generatoren 11 und 12 der Generator 11 detailliert dargestellt. Dieser Generator 11 enthält eine ' spannungsgesteuerte Stromquellenschaltung 130, der das Ausgangssignal des Diskriminators 10 als Steuersignal zugeführt wird und zwar über einen Eingang 129. Der von dieser Stromquellenschaltung gelieferte Strom wird einem

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Kondensator 131 zugeführt, der durch einen Feldeffekttransistor 13^ kurzgeschlossen werden kann. Die Spannung am Kondensator 131 wird über einen Pufferverstärker 32 dem Ausgang 133 des Generators zugeführt. Die Tatsache,

S ob der Transistor 13^ leitend ist oder nicht, ist von der ihm zugeführten Steuerspannung abhängig. Diese Steuerspannung rührt entweder von der Steueranordnung 26 oder von einer Vergleichsanordnung 135 her. Durch Verwendung dieser Vergleichsanordnung, von der ein Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 132 verbunden ist und der über den anderen Eingang eine Bezugsspannung Vref zugeführt wird, wird erreicht, dass die sägezahnförmige Spannung zwischen O und dieser Spannung Vref variiert. Der Ausgang der Vergleichs anordnung 135 ist über eine monostabile Schaltungsanordnung 136 und eine Diode 137 an den Steuereingang des Transistors 13^ angeschlossen. Es sei bemerkt, dass auch die Steuerspannung, die von der Steueranordnung 26 geliefert wird über einen Eingang 110 dem Generator 11 und über eine Diode 138 dem Steuereingang des Transistors 13^ zugeführt wird. Das an dem Steuereingang des Transistors 13*+ vorhandene Signal wird zugleich dem Periodenmesser über den Ausgang 139 zugeführt. Die Anschlüsse 110, 129, 133i 139 des Generators 11 entsprechen den Anschlüssen 120, 1UO, 141, 1^2 des Generators 12.

Die Steueranordnung 26 wird durch eine Flip-Flop-Schaltung vom RS-Type gebildet, die aus zwei NICHT-UND-Toren I50 und I5I besteht. Der Ausgang des Tores 150 ist einerseits mit einem ersten von zwei Eingängen des Tores 151 verbunden und andererseits mit dem Eingang 120 des Generators 12. Der Ausgang des Tores I5I ist einerseits mit einem ersten Eingang des Tores 150 und andererseits mit dem Eingang 110 des Generators 11 verbunden. Die anderen Eingänge der Tore 150 und I5I sind mit den Ausgängen differenzierende Netzwerke verbunden, die durch einen Vider-

"> stand 152, I5U und einen Kondensator 153 bzw. 155 gebildet werden. Der Eingang des differenzierenden Netzwerkes 152, 153 ist mit dem Ausgang \k\ des Generators 12 verbunden und der Eingang des differenzierenden Netzwerkes 15**t

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ist mit dem Ausgang 133 des Generators 11 verbunden.

Die Schaltungsanordnung 15 enthält zwei spannungsgesteuerte Schalter 16o und 161, die beispielsweise aus Fe1deffektransistören bestehen. Der Schalter 160 verbindet den Steuereingang des Oszillators 1 mit dem Ausgang 1^1 des Generators 112; der Schalter 161 verbindet denselben Steuereingang mit dem Ausgang 133 des Generators 11.

Die Periodenmesser 16 und 17 sind vom digitalen Typ und haben eine identische Struktur. Der Periodenmesser

W 16 ist mit einem Digitalzähler 165 zum Zählen der Impulse eines Taktimpulssignalgenerators 166 versehen. Der Ausgang dieses Taktimpulssignalgenerators ist jnit dem Eingang dieses Zählers I65 über ein UND-Tor 167 verbunden, von dem ein invertierender Eingang mit dem Ausgang 139 des Generators 11 verbunden ist. Der Periodenmesser 16 ist auch mit einem Überbrückungskreis mit einem Register 168 versehen, das mit dem Zähler I65 verbunden ist und durch das Signal gesteuert wird, das an dem Ausgang 139 des Generators 11 auftritt. Dieses letztgenannte Signal wird zugleich über eine Verzögerungsanordnung 169 mit einer Verzögerungszeit L dem Rückstelleingang des Zählers I65 zugeführt .

Die Elemente 165 bis einschliesslich I69 des Pe — riodenmessers 16 entsprechen den Elementen 175 bis einschliesslich 179 des Periodenmessers 117· Der invertierende Eingang des Tores 177 ist nun mit dem Ausgang 1^2 des Generators 12 verbunden. Die Wirkungsweise der in Fig. 5 dargestellten Anordnung wird nun noch weiter an Hand der Fig. 6 näher erläutert, wobei einige Zeitdiagramme unterschiedlicher Signale dargestellt sind, die in dieser Anordnung vorhanden sind. Die durch 139, 133, 1^2, 141 bezeichneten Linien zeigen die Form der Signale an den Eingängen 139, 133» 1^2, bzw. 141 der Generatoren 11 und 12. Die Linie (S I36) stellt das Signal an dem Ausgang der

* monostabilen Schaltungsanordnung 136 dar. Die Linie (E 151) das Signal an dem Eingang des Tores I5I· Die Linie (s I51) das Signal an dem Ausgang des Tores I5I. Die Linie (S I50) das Signal an dem Ausgang des Tores I5O· Die Linie (E I50)

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14-11-1979 *£ ήψ PHF 78.577

das Signal an dem Eingang des Tores I50. Die Linie (E I) das Signal an dea Steuereingang des Oszillators 1 . Die Linie "t" stellt die Zeit dar.

Zu einen Zeitpunkt "t " startet das sägezahnförmige Signal, das von dem Generator 11 geliefert wird. Venn zu dem Zeitpunkt "t" dieses Signal den Wert VRef erreicht, liefert die Vergleichsanordnung 135 ein Signal, das von dem Wert "O" auf den Wert "1" übergeht. Bei diesem Signal-Übergang liefert die monostabile Schaltungsanordnung 136 einen Impuls, der durch die Linie SI36 dargestellt wird; dieser Impuls macht den Transistor 134 leitend; der Kondensator 131 wird dann entladen und die Spannung an dem Ausgang 133 geht auf O Volt über. Das differenzierende Netzwerk, das durch den Widerstand 15*1 und den Kondensator I55 gebildet wird, liefert einen Impuls, der durch die Linie £ 151 dargestellt wird. Dieser Impuls lässt die Flip-Flop—Schaltung I50, I5I ihren Zustand ändern, so dass am Ausgang des Tores I5I ein Signal erhalten wird, dessen logischer Wert "1" ist und am Ausgang des Tores M ein Signal "0". Weil der Steuereingang des Transistors mit dem Ausgang des Tores 151 verbunden ist, bleibt der Leitungszustand des Transistors 13^ beibehalten. Das Ausgangs signal des Generators 11 bleibt O Volt. Weil das Signal an dem Ausgang des Tores 150 den Wert "O" hat, liefert der Generator 12 dann das sägezahnförmige Signal von O Volt, dieses Signal wird dem Steuereingang des Os-. zillators 1 zugeführt, weil der Schalter 160 durch das logische Signal mit dem Wert "1", das an dem Ausgang des Tores 151 vorhanden ist, leitend gemacht worden ist. Wenn zu dem Zeitpunkt ⁿt2ⁿ das Signal an dem Ausgang i4i des Generators 12 den Wert Vref erreicht, geht dieser auf 0 Volt über. Dieser plötzliche Spannungsabfall wird von dem differenzierenden Netzwerk 152, 153 detektiert, so dass die Flip-Flop-Schaltung 150, I5I abermals ihren Zustand ändert. Dieser neue Zustand startet abermals den Generator 11 und hält den Generator 12 an. Dem Oszillator 1 wird auf diese Weise die Steuerspannung von dem Generator 11 zugeführt, weil der Schalter Ιοί im leitenden

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1 h-11 -1979 +9 ή£ PHF 78.577

Zustand ist und der Schalter 162 nicht leitend ist. Der Obenstehend beschriebene Prozess wird dann wiederholt.

Wenn das Signal an den Ausgängen 133 bzw. 1k2 den Wert "O" annimmt, d.h. dass der betreffende Generator das sägezahnförmige Signal liefert, werden dem Zähler 165 bzw. 175 Impulse von dem Taktimpulsgenerator 166 bzw. I76 zugeführt. Wenn das Signal an den Ausgängen 133 bzw. Ik2 auf den Wert "1" übergeht, wird der Inhalt des Zählers 165 bzw. 175 zunächst über den Übertragungskreis I68 bzw.

178 der Rechenschaltung 18 zugeführt, wonach die Zähler 165 bzw. 175 auf Null gebracht werden.

Die Rechenschaltung 18 wird durch einen Mikroprozessor 200, beispielsweise den Mikroprozessor MC 6802 von MOTOROLA gebildet; mit diesem Mikroprozessor sind zwei Speicher 201 und 202 verbunden, von denen der eine zum Empfangen des Arbeitsprogramms bestimmt ist und der zweite unterschiedliche tabellarische Werte enthält: einerseits die unterschiedlichen trigoniometrischen Funktionen und andererseits die Beziehungen 8a und 10a, was die Rechenzeit kürzt.

Der Mikroprozessor ist mit einem gemeinsamen Datenbus mit acht Drähten versehen, der zum Empfangen der Informationen der Periodenmesser 16 und 17 mit der Multiplexanordnung 20^ verbunden ist, die in der Figur als Schalter mit vier Stellungen dargestellt ist. Weil der Datenbus 203 acht Drähte hat und die Register I68 und I78 in diesem Ausführungsbeispiel 16 Stellungen haben wird das Auslesen dieser Register in zwei Läufen durchgeführt. Auch die Zahlen, die für den Abstand und die Geschwindigkeit repräsentativ sind, werden in sechzehn Bits geliefert und werden an den Ausgängen 19 und 20 verfügbar, die je an zwei Register mit je acht Bits 205, 206 bzw. 207 und 208 angeschlossen sind. Die Steuereingänge dieser Register 205 b±s einschliesslich 208 zum Einschreiben und Auslesen von In-

^ formation, sowie die Multiplexanordnung 2θ4 sind mit den Ausgängen einer Dekodieranordnung 210 verbunden, deren Eingang mit der gemeinsamen Adressenleitung 212 des Mikroprozessors 200 verbunden ist; diese Leitung ist auch mit

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1^-1 1-1979 **r ή(/ PHF 78.577

den Adresseneingängen der Speicher 200 und 201 verbunden.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung. In dieser Figur tragen die Elemente, die denen aus Fig. 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen.

S Die in dieser Figur dargestellte Anordnung ist mit einem einzigen Sägezahnsignalgenerator 30 versehen, wobei die Neigung des Ausgangssignals entweder durch das Signal, das von dem Diskriminator 10 herrührt oder durch das Signal, das von dem Diskriminator 25 herrührt, gesteuert wird. Die Ausgänge dieser Diskriminatoren 10 und 25 sind mit je einem Steuereingang des Generators 30 über einen Schaltkreis verbunden.

Ein Periodenmesser 36 misst die Dauer der jeweiligen Sägezahne. Die Dauer des Sägezahnes, der von dem Generator 30 erzeugt wird, wenn dieser von dem Ausgangssignal des Diskriminators 10 gesteuert wird, wird in einem Register 37 gespeichert, so dass dieser verfügbar ist um in der Rechenschaltung 18 verarbeitet zu werden.

Die Dauer des Sägezahnes, der von dem Generator erzeugt wird, wenn dieser von dem Ausgangssignal des Diskriminators 25 gesteuert wird, wird in einem Register 38 gespeichert. Eine Steuerschaltung hZ, die das Ende der Sägezähne detektiert, sorgt für die Steuerung des Schaltkreises 35 und der Register 37 und 38.

Der Sägezahngenerator 30 ist ebenso wie der Generator 11, der in Fig. 5 detalliert dargestellt ist, mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle 300, einem Kondensator 301, einem Feldeffekttransistor 302 zum Kurzschliessen dieses Transistors, wenn die monostabile Schaltung 303 einen Ausgangsimpuls liefert, versehen; diese Schaltungsanordnung 303 wird von der Vergleichsschaltung 304 gesteuert, der über einen Pufferverstärker 305 die Spannung an dem Kondensator 301 zugeführt wird, sowie eine Bezugsspannung.

Die Spannung an dem Steuereingang des Transistors 302 steuert den Periodenmesser 36. Dieser Periodenmesser ist hauptsächlich aus einem Zähler 36O aufgebaut, dessen Zähleingang mit dem Ausgang eines NICHT-UND-Tores 361 verbunden ist, von dem ein invertierender Eingang mit

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dem Ausgang eines Tak timpul ssigrialgenerat ors 362 verbunden ist; ein Verzögerungselement 363 introduziert wieder eine Verzögerung ^- , die kleiner ist als die Dauer des Impulses, der von der monostabilen Schaltungsanordnung 303 geliefert wird. Der Steuereingang der Register 37 ist unmittelbar und der des Registers 38 ist über eine Umkehranordnung mit dem Ausgang der Steuerschaltung 42 verbunden. Die Eingänge der Register 37 und 38 sind mit den Ausgängen des Zählers 36O verbunden.

Die Steuerschaltung 42 ist aus einem differenzierenden Netzwerk zusammengestellt, das durch einen Kondensator 420 und einen Widerstand 421 gebildet wird, dessen Eingang mit dem Ausgang des Generators 30 verbunden ist, d.h. mit dem Ausgang des Verstärkers 305 und wobei der Ausgang mit dem Eingang einer Flip-Flop-Schaltung 22 von dem Typ T verbunden ist, deren Ausgang den Ausgang dieser Anordnung 42 bildet. Die Flip-Flop-Schaltung 422 ändert ihren Zustand bei jedem Übergang des Signals, das derselben zugeführt wird.

Die Anordnung nach Fig. 7 funktioniert auf dieselbe Art und Weise wie die in den Figuren 1 und 5 dargestellte Anordnung. Zunächst wird davon ausgegangen, dass das Signal an dem Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 422 den logischen Wert "1" hat, so dass der Eingang des Sägezahngenerators 30 über den Schaltkreis 35 an den Ausgang des Diskriminators 10 angeschlossen ist. Wenn der Wert des sägezahnförmigen Signals den Wert Vref erreicht, wird dies durch die Vergleichsanordnung 394 detektiert, deren Ausgangssignal dann die monostabile Schaltungsanordnung 303 ausschaltet. Dieses Ausgangssignal verursacht zwei Effekte. An erster Stelle wird der Transistor 302 leitend, das Ausgangssignal des Generators 30 nimmt dann den Wert Null an; an zweiter Stelle wird der Zähler 36O gesperrt. Die Tatsache, dass der Sägezahn schnell von dem Wert Vref auf den Wert Null übergeht, wird von dem differenzierenden Netzwerk 420, 42 1 detoktiert, so dass die Flip-Flop-Schaltung 422 ihren Zustand ändert, das Ausgangssignal hat den Wert "0"; diese Zustandsänderung führt dazu, dass

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der Inhalt des Zählers 360 in dem Register 37 eingeschrieben wird und dass die Schaltanordnung 35 ihre Stellung ändert. Durch das Verzögerungselement 363 wird das Signal, das von der monostabilen Schaltungsanordnung 303 geliefert wird, verzögert dem Rückstelleingang des Zählers 36Ο zugeführt. Wird daraufhin das Ausgangssignal der monostabilen Schaltung 303 gleich 0, so wird abermals ein Sägezahn gestartet, dessen Neigung von dem vom Diskriminator 25 gelieferten Signal abhängig ist. Das Tor 36I ist geöffnet und die Periode dieses Zustandes wird gemessen. Wenn dieser Wert einmal gemessen ist, werden die Daten, die diesen Wert darstellen, in das Register 38 eingespeichert.

Eine andere Abwandlung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt; in dieser Figur haben die Elemente, die denen aus Fig. 1 entsprechen, auch dieselben Bezugszeichen. In dieser Ausbildung wird der Schaltkreis 15 durch einen freilaufenden Taktimpulsgenerator 50 gesteuert. Die Frequenz des von demselben erzeugten Taktimpulssxgnals wird wesentlich höher vorausgesetzt als die der sägezahnförmigen Signale, so dass der Steuereingang des Oszillators 1 mit hoher Geschwindigkeit abwechselnd die Ausgangssignale der Generatoren 11 und 12 empfangen. Der dadurch erhaltene Verlauf der Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 1 ist in Fig. 9 dargestellt.

Obschon eine Radaranordnung beschrieben worden ist, in der der Frequenzhub A F als Konstante wirksam ist und die Periode 7JT variiert, kann auch eine Radar anordnung verwendet werden, in der T^ die Konstante ist und /^ F

variiert.
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Claims

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PATENTANSPRUCH:

Anordnung zum Ermitteln des AbStandes H eines
Gegenstandes und der relativen Geschwindigkeit ν des Gegenstande s mi t:

- Mitteln zum Erzeugen eines ersten HF-Signals mit einer in der Zeit sich ändernden Frequenz F {t), das eine FM-modulierte Version eines ersten HF-Trägersignals mit der Trägerfrequenz F ₁ darstellt;

- Mitteln zum Ausstrahlen dieses ersten HF-Signals in Richtung des Gegenstandes,

- Mitteln zum Empfangen des von dem Gegenstand

reflektierten ersten HF-Signals,

- Mitteln zum Mischen des empfangenen ersten
HF—Signals mit dem auszustrahlenden ersten HF—Signal zur Erzeugung eines ersten Schwebesignals, dessen Schwebe-

frequenz f in der Grosse durch einen ersten mathemabi

tischen Ausdruck gegeben wird:

η sin <X.

wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist,

dF (t)

1^v ' die Änderung der Frequenz des ersten HF-Signals

dt

ist und OCden Winkel darstellt, in dem ein Punkt des Gegenstandes gesehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anordnung weiterhin mit den folgenden Elementen versehen ist:

- Mitteln zum Erzeugen eines zweiten HF-Signals mit einer in der Zeit sich ändernden Frequenz F„(t), das eine FM-modulierte Version eines zweiten HF-Trägersignals mit der Trägerfrequenz F, darstellt,

- Mitteln zum Ausstrahlen des zweiten HF-Signals

in Richtung des Gegenstandes,

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ORIGINAL INSPECTED

2 PHF 78.577

- Mitteln zum Mischen des empfangenen zweiten HF-Signals zur Erzeugung eines zweiten Schwebesignals, dessen Schwebefrequenz F, „ in der Grosse durch den zweiten mathematischen Ausdruck gegeben wird:

_H dF (t) F

_f - 2 S —§- 2 - 2 -2^ ν sin OC

b2 c dt cosoc c

<iF (t)

wobei die Änderung der Frequenz des zweiten HF-dt

Signals darstellt,

- einem Rechenelement zum auf iterative Art und Weise aus dem ersten und dem zweiten mathematischen Ausdruck ermitteln desjenigen Winkels OC , bei dem eine der beiden Schwebefrequenzen fb und/oder f, den geringsten Wert haben und zum durch Substitution dieses Wertes von ot in dem ersten und dem zweiten mathematischen Ausdruck Berechnen des Wertes von H und des Wertes von v.

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