DE3216721C2 - Verfahren zur Reduktion des Einflusses von Störreflexionen bei einer Entfernungsmessung nach dem FM/CW-Radarprinzip und Mikrowellen-Entfernungsmesser zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reduktion des störenden Einflusses, insbesondere von Nahreflexionen bei der Auswertung des Gesamtphasenhubes, vorzugsweise bei der Entfernungsmessung mit Mikrowellen, nach dem Prinzip des frequenzmodulierten Dauerstrichradars. Dazu werden erfindungsgemäß jeweils zwei in der Frequenz benachbarte Werte der Übertragungsfunktion einer Entfernungsmeßstrecke vektoriell subtrahiert und die Phasendifferenzen zwischen den erhaltenen Differenzvektoren werden über der Frequenz, innerhalb der zur Auswertung herangezogenen Bandbreite, aufsummiert. Der so erhaltene Gesamtphasenhub ist ein Maß für die Entfernung der Hauptreflektors, welcher im Vergleich zum direkt erhaltenen Gesamtphasenhub ohne Differenzenbildung nur in stark reduziertem Ausmaß- durch Störreflexionen verfälscht ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Mikrowellen-Entfernungsmesser zur Durchführung dieses Verfahrens.

Mikrowellen-Entfernungsmesser nach dem FM/CW-Radarprinzlp mit nichtlinearer Wobbelung und Auswertung der Phase dienen zur Bestimmung des Abstandes von Objekten und sind z. B. aus der VDI-Zeitschrift, 1976, Nr. II, S. 527-528 bekannt. Nachteilig dabei 1st, daß eine genaue Entfernungsmessuns nur dann möglich s ist, wenn das reflektierte Signal nur von einem einzigen Objekt hervorgerufen wird. Treten weitere Reflektionen auf, so ergeben sich große Meßfehler, die durch die Überlagerung der reflektierten Signale aus unterschiedlichen Entfernungen hervorgerufen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und einen Mikrowellenentfernungsmesser zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche den schädlichen Einfluß von Störsignalen, Insbesondere aus kurzer Entfernung, ι ο reduziere!!, um die Realisierung eines Entfernungsmessers zu ermöglichen, der auch bei Anwesenheit von Störreflexionen die Entfernung eines Nutzreflektors mit geringem Meßfehler bestimmt. ¥■;/ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs definierten Art durch die im Kenn-

|| zeichnungstell des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

A Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Verfahrensunteransprüchen angegeben. Ein

H Mikrowellenentfernungsmesser zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 7, H Weiterbildungen sind in den Vorrichtungsunteransprüchen angegeben.

ϊ| Die so durch Differenzenkombination aller benachbarter Werte der Übertragungsfunktion erhaltene modifi-

jä zierte Übertragungsfunktion (M) zeichnet sich aus durch eine Reduktion des Einflusses von Störreflexionen,

|J insbesondere aus kurzer Entfernung. Vorteilhafte Weiterbildungen und weitere Ausgestaltungen ergeben sich

g|' aus den Unteransprüchen.

H Unter Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist es erstmals möglich, eine Entfernungsmessung mit

|j dem bewährten und in mehrfacher Hinsicht geeigneten Phasenhubverfahren des FM/CW-Radarprinzips durch-

|| zuführen und dabei gleichzeitig eine Reduktion des Einflusses von Störreflexionen zu erzielen. Bemerkenswert

p Ist, daß durch das erflndungsgemäße Verfahren keine Entfernungsfehler eingefügt werden, d. h. bei einer von

ρ Slörsignalen freien Entfernungsmeßstrecke bei der eine räumliche Filterung nicht nötig wäre, wird nach Anwen-

p dung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Entfernung des reflektierenden Objektes fehlerfrei bestimmt.

E Die Vorteile des Verfahrens nach der Erfindung sind vor allem darin zu sehen, daß im Gegensatz zu beste-

t hcnden nicht mehrzlelfähigen FM/CW-Verfahren mit nichtlinearer Wobbelung die Entfernung eines Objektes

jf auch dann bestimmt werden kann, wenn durch weitere Reflexionen Störsignale erzeugt werden, deren Pegel

H größer sind als der Pegel des durch die Hauptreflexion erzeugten Signals. Dieser Fall kann in einer praktischen C Messung häufig auftreten, da ein Störsignal von vergleichbar großem oder größerem Pegel als der Pegel des

ι"' durch die Hauptreflexlon erzeugten Signals auch bei einer kleinen rückstreuenden Fläche der Störreflektoren

?j auftritt, wenn deren Entfernung zur Sende-/Empfangsantenne klein 1st. In der Praxis werden störende Nah-

[i reflexlonen durch vor der Antenne befindliche Gegenstände, wie Gerüste und dgl. erzeugt. Weiterhin wirken

ji sich die durch die Antennen-Nebenkeulen empfangenen Reflexionen von Seitenwänden als stOrend aus. Eine

■ weitere Ursache von Störungen Ist der auftretende Übersprecher zwischen Sende- und Empfangszweig des

i Entfernungsmessers. Diese Gründe führen häufig zu einem Versagen von bestehenden Entfernungsmessern.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden diese Störreflexionen nahezu vollständig eliminiert. Damit Ist eine genaue Entfernungsbestimmung des reflektierenden Objektes auch dann möglich, wenn Nahreflexionen auftreten, die bei Benutzung üblicher Entfernungsmeßverfahren unzulässig starke Fehler hervorrufen würden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung, in der Schaltungen als Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt

Bild 1 ein Zeigerdiagramm der Übertragungsfunktion einer Entfernungsmeßstrecke, bestehend aus zwei Reflektoren in unterschiedlicher Entfernung für drei äquidistante Frequenzwerte und die Konstruktion der modifizierten Übertragungsfunktion (M);

Bild 2 experimentell ermittelte Ergebnisse für das Verfahren nach der Erfindung; IJ Bild 3 ein Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Mlkrowellen-Entfer-

k nungsmessers mit digital realisierter Störsignalreduktion;

Il Bild 4 eine Prinzipschaltung zur analogen Realisation eines Mikrowellen-Entfernungsmessers zur Durchfüh- so

ψ, rung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

|7 Bild 5 ein Ausführungsbeispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Mlkrowellen-Entfer-

f| nungsmessers mit analog realisierter Störsignalreduktion.

i';; Durch einen Netzwerkanalysator wird die Übertragungsfunktion der Entfernungsmeßstrecke nach Amplitude

ti und Phase Innerhalb einer bestimmten Bandbreite ermittelt. Die Übertragungsfunktion läßt sich analytisch als

f> Fourier-Transformierte der Impulsantwort beschreiben. Mit den Vereinbarungen

f§ <5(ί-τ/) = Diracimpuls zum Zeitpunkt t = τ,

jf τ, = Laufzeit des Mikrowellensignals zum Reflektor / und zurück

fj σ, - ein von den Rückstreueigenschaften eines Reflektors / abhängiger Amplitudenkoeffizient

\:,, erhält man als Impulsantwort einer Entfernungsmeßstrecke, die aus unterschiedlich großen Reflektoren in

unterschiedlichen Entfernungen besteht:

o, «

/ Ti

Durch Fouriertransformation ergibt sich die Übertragungsfunktion zu:

H(JQ) = Σ — · e-i™.

ι τ,

Ersichtlich läßt sich der Wert der Übertragungsfunktion für drei diskrete Frequenzwerte als Zeigerdiagramm In der In Bild 1 angegebenen Form veranschaulichen. Der Einfachheit halber Ist hler nur ein einziger Störreflektor angenommen worden. Dadurch wird jedoch die Allgemeingültigkeit der Betrachtung nicht eingeschränkt, da sich mehrere Störzeiger immer zu einem einzigen effektiven Störzeiger zusammenfassen lassen. In Bild I sind die Zeiger für den Hauptreflektor und den Störreflektor für drei äquldistante Frequenzwerte dargestellt. Der durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnete Zeiger 1 des Hauptreflektors, Im folgenden als Nutzzeiger bezeichnet, dreht sich mit wachsender Frequenz im Uhrzeigersinn, wie man der o. a. Übertragungsfunktion entnehmen kann. Der Drehwinkel φ, 2, ergibt sich dabei aus dem Produkt der Laufzelt des Mikrowellensignals zum Hauptreflektor und zurück zur Antenne, T₀, mit dem Frequenzabstand zwischen zwei benachbarten Entfernungsmeßwerten, ω, zu φ-ω ■ To. Die Amplitude des Nutzzeigers ist unabhängig von der Frequenz näherungsweise konstant.

Die dem Störreflektor zugeordnete Laufzelt ist viel kleiner als die dem Hauptrefiektor zugeordnete Laufzeit, da sich der Störer In unmittelbarer Nähe der Antenne befinden soll. Deshalb 1st die Drehung des Störzeigers vernachlässigbar klein und seine Phase und Amplitude kann unabhängig von der Frequenz als näherungsweise konstant angenommen werden. Der Störzeiger 3 1st in Bild 1 durch eine punktierte Linie gekennzeichnet. Die Übertragungsfunktion der gesamten Entfernungsmeßstrecke ergibt sich als Überlagerung von Störsignal und Nutzsignal. Der zugeordnete Zeiger 4 ergibt sich daher durch die Addition des Störzeigers 3 und Nutzzeigers 1. Die Phase und die Amplitude des durch eine durchgezogene Linie gekennzeichneten Gesamtzeigers 4 wird durch einen Netzwerkanalysator bestimmt. Offensichtlich ist die Phasendifferenz Ψ, 5, zwischen zwei benachbarten Gesamtzeigern 4 nicht gleich dem Winkel φ, 2. Sie wird durch die Störzeiger 3 verfälscht und ist deshalb kein genaues Maß für die Entfernung des Hauptreflektors. Aufgabe 1st es nun, eine Größe auszuwerten, die ein genaues Maß für die Entfernung des Hauptreflektors ist und nicht durch Störzeiger 3 verfälscht wird. Dies wird so gelöst, daß jeweils zwei benachbarte Gesamtzeiger 4 vektoriell voneinander subtrahiert werden. Man erhält so die in Bild 1 durch eine durchgezogene Doppellinie gekennzeichneten Differenzzeiger 6. Die Phasendifferenz 7 zwischen zwei benachbarten Differenzzeigern entspricht genau dem zu bestimmenden Phasenwinkel φ, 2, der

-¹¹¹ ein genaues Maß für die Entfernung des Hauptreflektors 1st. Beachtenswert ist, daß im Falle verschwindender Störreflexionen die Phasendifferenz 8 zwischen zwei benachbarten Differenzzeigern 9, die In Bild 1 durch eine gestrichelte Doppellinie gekennzeichnet sind, ebenfalls genau dem Phasenwinkel φ, 2, entspricht.

Die Bestimmung des Differenzzeigers 6 un der dazugehörigen Phasendifferenz 7 zweier benachbarter Dlfferenzzeiger 6 erfolgt sukzessive für alle Frequenzwerte, an denen die Übertragungsfunktion gemessen wurde.

(Der Abstand der Frequenzwerte muß dabei so klein gewählt werden, daß sich die Phase des Gesamtzeigers 4 niemals um mehr als 180° verändert.) Die jeweiligen Phasendifferenzen 7 werden aufsummiert. Der Gesamtphasenhub als Summe der Phasendifferenzen ist ein Maß für die Entfernung des Hauptreflektors.

Man muß dabei beachten, daß man aufgrund der Differenzenbildung genau einen Differenzzeiger weniger erhält als Gesamtzeiger gemessen wurden und deshalb der Gesamtphasenhub um genau ein Inkrerr.ent φ zu klein bestimmt wird. Dieser prinzipielle Fehler läßt sich jedoch einfach rechnerisch korrigieren, wenn die Frequenzwerte äquidlstant gewählt werden, indem man den Gesamtphasenhub mit N/(N-_t) multipliziert. Dabei entspricht N der Anzahl der Frequenzwerte.

Im Falle einer nichtlinearen Wobbelung sind die Frequenzwerte nicht äquidlstant und eine Korrektur wie oben könnte nur durchgeführt werden, wenn die Wobbelkennllnle bekannt Ist. Man erhält einen prinzipiellen Meßfehler, der sich als Summe der beiden Phasenwinkel ergibt, die die beiden äußeren Differenzvektoren mit den Normalenvektoren der äußeren Nutzzeiger einschließen. Dieser prinzipiell immer auftretende Phasenfehler kann jedoch beliebig klein gemacht werden, wenn die erste und letzte Phasenänderung eines Wobbeidurchganges klein Ist. Dieses kann durch eine Erhöhung der Meßwerte an den Grenzen des benutzten Frequenzbereichs oder einfacher durch eine sanft in den statischen Wert einlaufende Wobbelkennllnie erreicht werden. Weiterhin

Μ können sowohl der eben erläuterte geringe Fehler als auch der Restfehler, der durch Störer in endlichem Abstand von der Antenne hervorgerufen werden kann, durch Erhöhung der nutzbaren Bandbreite bei der Wobbelung weiter verringert werden.

Das erläuterte Verfahren wurde Im Mikrowellenbereich erfolgreich getestet. Bild 2 zeigt Meßergebnisse, die an einer aus Nutzreflektor und mehreren Störreflektoren bestehenden Entfernungsmeßstrecke experimentell bestimmt wurden. Der Störpegel war hierbei um 3 dB größer als der Nutzpegel. Die wahre Entfernung des Hauptreflektors, die im Verlaufe der Meßreihe variiert wurde, ist durch die durchgezogene Linie gekennzeichnet Die Kreuze symbolisieren die Meßergebnisse, die man bei Verwendung des üblichen Phasenhubverfahrens erhält. Die Kreise symbolisieren die nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Reduktion des Einflusses der Störreflexionen erzielten Entfernungsergebnisse. Man sieht, daß die Entfernung des Hauptreflek-

m> tors bei Verwendung des üblichen Phasenhubverfahrens ohne Differenzkombination um mehrere Meter falsch bestimmt wurde, nach Anwendung des erflndungsgemäßen Verfahrens beträgt der Fehler nur noch wenige Zentimeter, obwohl der Störpegel sogar größer als der Nutzpegel ist.

Bild 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines auf dem beschriebenen Verfahren beruhenden Mikrowellen-Entfernungsmessers mit digital realisierter Reduktion von Störreflexionen. Das Ausgangssignal eines in der Frequenz gewobbelten Mikrowellenoszillators 11 wird durch einen Signalteller 12 aufgespalten in einen Referenzzweig 13 und in einen Meßzweig 14. Das Signal im Meßzweig 14 wird über einen Duplexer 15, der vorzugsweise durch einen Zirkulator realisiert 1st, zu einer Antenne 16 geführt und dort gebündelt abgestrahlt 17. Das an einem oder mehreren Objekten 18 reflektierte Signal 19 wird durch die Antenne 16 empfangen und über den Duplexer

IS In den Signalzweig 20 geleitet. Alternativ kann man anstelle des Duplexers und nur einer Antenne auch eine Sende- und eine Empfangsantenne benutzen. Der Signalzweig 20 und der Referenzzweig 13 führen auf zwei Eingänge eines Netzwerkanalysesystems 21, welches die Amplitudendifferenz 22 und die Phasendifferenz 23 der beiden Eingangssignale bestimmt. Diese beiden Größen repräsentieren die Übertragungsfunktion der Entfernungsmeßstrecke für die jeweilige Frequenz des Mikrowellenoszillators 11. Die Entfernung des größten der Objekte 18 wird anschließend mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Mikrorechner 24 bestimmt und angezeigt 25.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden sowohl die Steuerung des Wobbeioszillators U als auch die störsignalreduzlerte Entfernungsmessung nach der Erfindung sowie die Anzeige 25 mit Hilfe eines Mikrorechnersystems durchgeführt. Die im Referenzzweig 13 und Signalzweig 20 anliegenden Mikrowellensignale werden in einem Netzwerkanalysator 21 verarbeitet. Dieser bestimmt die Amplitude 22 und die Phase 23 der Übertragungsfunktion der Entfernungsmeßstrecke, die mit Hilfe eines Abtast-Haltegliedes und eines Analog-Dlgitalwandlers digitalisiert und In einer Mikrorechnersystem eingelesen werden. Dieses geschieht für eine Reihe von Frequenzwerten Innerhalb der zur Auswertung herangezogenen Bandbreite. Jeweils zwei benachbarte komplexe Werte der Übertragungsfunktion werden durch den Mikrorechner voneinander subtrahiert und die Phase des erhaltenen Differenzzeigers wird bestimmt. Diese Phasenwerte werden über der Frequenz aufsummiert. Unter der Voraussetzung, daß die Wobbelung des Mikrowellenoszillators 11 so langsam erfolgt, daß sich die Phase des Differenzzeigers von Meßwert zu Meßwert um weniger als 90° ändert, wenn sich die Frequenz des Oszillators 11 monoton verändert, erkennt der Mikrorechner auch nichtmonotone d. h. partiell rücklaufende Veränderungen der Sendefrequenz. Dadurch 1st auch bei einer beliebig nichtlinearen und nichtmonotonen Wobbelung des Mikrowellenoszillators 11 eine exakte Bestimmung des Gesamtphasenhubes möglich. Voraussetzung ist, daß die Frequenzänderung nicht zu schnell erfolgt. Bei einer maximal zu messenden Entfernung von τ. B. 20 m darf der Frequenzabstand zweier Meßwerte nicht mehr als 1,875 MHz betragen.

Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zusätzlich der Betrag des Differenzzeigers kontrolliert und seine Phase wird nur dann zur Phasensumme addiert, wenn sein Betrag einen gewissen Grenzwert überschreitet. Dadurch wird vermieden, daß sich Phasenfehler akkumulieren, die bei der Bestimmung von betragsmäßig kleinen Zeiger auftreten können.

Der so erhaltene Phasenhub 1st nach Division durch den Frequenzhub ein Maß für die Entfernung des Meßobjektes. Durch geschickte zahlenmäßige Wahl des Frequenzhubes, z. B. 585,9375 MHz, kann man erreichen, daß der erhaltene Phasenhub direkt der Entfernung des Meßobjektes In Millimetern entspricht. Die Division durch den Frequenzhub kann dann entfallen.

Die ermittelte Entfernungsinformation wird durch den Mikrorechner In digitaler Form ausgegeben und auf einer Sieben-Segment-Leuchtdiodenanzeige optisch dargestellt. Zusätzlich wird diese Information über einen Digltal-Analogwandler als analoge Spannung ausgegeben.

Alternativ zu dem erläuterten Verfahren läßt sich eine Störsignalreduktion durch ein Analogverfahren errelchen. Man verwendet dazu zwei Mikrowellenoszillatoren und zwei Netzwerkanalysesysteme wie In Bild 4 skizziert. Die beiden Mikrowellenoszillatoren 31 und 41 weisen einen festen Frequenzversatz ω_β, von z. B. 1 MHz bis 10 MHz, auf. Dieses wird durch eine geeignete Regelschaltung, z. B. einen Phasenregelkreis, erreicht. Beide In Bild 4 skizzierten Schaltungen entsprechen im wesentlichen der In Bild 3 angegebenen Schaltung mit Ausnahme des Mikrorechnersystems 24, 25. Sie enthalten jeweils einen Signalteller 32 bzw. 42, einen Duplexer 33 bzw. 43 und eine Antenne 34 bzw. 44. Die Netzwerkanalysatoren 35 bzw. 45 bestimmen den Betrag und die Phase der Übertragungsfunktion 36 bzw. 46 der Entfernungsmeßstrecke für zwei sich um ω_Β unterscheidende Frequenzen. Betrag und Phase der Übertragsfunktion 36 bzw. 46 werden jeweils durch ein niederfrequentes Sinussignal gleicher Frequenz dargestellt, so daß dessen Amplitude und Phase den entsprechenden Werten der Übertragungsfunktion entspricht. Durch analoge Subtraktion der erhaltenen beiden sinusform Igen Signale ergibt sich ein weiteres sinusförmiges Signal, dessen Amplitude und Phase der modifizierten Übertragungsfunktion M entspricht. Zur Bestimmung der Entfernung des Meßobjektes werden beide Mikrowellenoszillatoren Innerhalb einer bestimmten Bandbreite gewobbelt. Dabei wird die Phase der modifizierten Übertragungsfunktion M gemessen. Der Phasenhub der modifizierten Übertragungsfunktion M Ist unter Reduktion des Einflusses von Störreflexionen ein Maß für die Entfernung des Meßobjektes.

Eine technisch weniger aufwendige Lösung, eine Störsignalreduktion durch ein Analogverfahren zu erzielen, besteht in der Verwendung nur eines einzigen Netzwerkanalysators und einer geeigneten Modulation des Mikrowellenoszillators. Dabei kann anstelle einer Amplituden- oder Phasenmodulation auch eine schmalbandige Frequenzmodulation des Oszillators benutzt werden. Ein Ausführungsbeispiel zu diesem analogen Verfahren der Störsignalreduktion ist in Bild 5 dargestellt. Das Ausgangssignal des Mikrowellenoszillators Sl mit der Frequenz Ω wird, wie in Bild 5 skizziert, mit Hilfe eines Amplituden- oder Phasenmodulators 52 und eines Oszillators 53 moduliert und Ober den Zirkulator 54 und die Antenne 55 abgestrahlt. Die Modulationsfrequenz ω_Β betragt z. B. 1 MHz bis 10 MHz. Das empfangene Signal enthält die Phasen- und Amplitudeninformation der Entfernungsmeßstrecke. Es ist von der Form:

cos [(ß + ü>_e)]t + φ{Ω + ω_Β)] + |Η(0-ω_Λ)| · cos [(fl-w_e)t + φ(Ω-ω_Β)]

Dabei beschreibt I H\ den Betrag und φ die Phase der Übertragungsfunktion der Entfernungsmeßstrecke. Zur Ermittlung der Übertragungsfunktion wird ein Netzwerkanalyseverfahren nach dem Heterodynprinzlp benutzt. Das empfangene Signal wird mit einem, bezüglich des Ausgangssignals des Mikrowellenoszillators 51 In der Frequenz versetzten Mikrowellensignal gemischt. Den festen Frequenzversatz ω von z. B. 10 kHz bis 200 kHz des Lokaloszillators 56 gegenüber dem Mikrowellenoszillator 51 erreicht man z. B. durch einen Phasenre-

45 50 55 60

gelkreis 57. Nach Mischung des empfangenen Mlkrowellenslgnals mit dem Ausgangssignal des Lokaloszillators 56 im Mischer 58 und Tiefpaßfilterung 59 erhält man ein Signal der folgenden Form:

ω_Β) |cos [ (ω_Β - ω) t + φ(Ω + ω_Β)] + |H(Q - ω_Β) |cos [ (ω_β + ω) t - φ(Ω - ω_Β) ]

20 25

In einem zweiten Mischvorgang wird dieses Signal mit dem um die Phase Ψ, 60, verschobenen Ausg-ugSilgnal des Oszillators 53 gemischt, 61. Nach Tlefpaßfllterung, 62, erhält man für Ψ= -90° ein Signal der Form:

|H(O + w_Ä)|sin[e.>/ + v>(ß + Wfl)] - \ll(Q-<u_B)\sin[tJt-(p(Q-(o_B)]

Das Ergebnis Ist ein monofrequentes Signal der Frequenz ω, dessen Amplitude und Phase dem Betrag und der Phase der modifizierten Übertragungsfunktion M entspricht.

Zur Bestimmung der Entfernung des Meßobjektes wird die Phase dieses Signals als Funktion der Frequenz Ω des Mikrowellenoszillators 51 Innerhalb einer bestimmten Bandbreite gemessen. Der ermittelte Phasenhub 1st unter Reduktion des Einflusses von Störrefiexlonen ein Maß für die Entfernung des Meßobjektes.

Durch Änderung der Phase Ψ, 60, oder durch Modifikation des zur Mischung 61 oder Modulation 52 benutzten Ausgangssignals des Oszillators 53 kann man erreichen, daß nicht nur Nahreflexionen, sondern Störreflexionen In beliebiger Entfernung reduziert werden. Wählt man insbesondere einen Impulsgenerator anstelle des Oszillators 53, der kurze Impulse von wenigen Nanosekunden Breite mit einer Impulsfolgefrequenz ω_β von 1 MHz bis 10 MHz erzeugt, und ersetzt den Phasenschieber 60 durch ein Totzeltglied mit einstellbarer Verzögerungszelt von etwa 10 ns bis 100 ns, so lassen sich »Entfernungsmeßfenster« realisieren. Alle Reflexionen, die sich außerhalb des Entfernungsmeßfensters befinden, werden eliminiert. Sie führen nicht zu Verfälschungen des Meßergebnisses. Mit den angegebenen Zahlenwerten für Impulsbreite und Verzögerungszelt lassen sich Entfernungsmeßfenster von einigen Dezimetern bis einigen Metern Breite in einstellbaren Entfernungen von etwa I m bis 20 m erzielen. Durch dieses Verfahren lassen sich Störreflexionen in beliebiger Entfernung zur Antenne gezielt unterdrücken.

OT

Hierzu S Blatt Zeichnungen

4(1

65

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Reduktion des Einflusses von Störreflexionen bei einer Entfernungsmessung nach dem FM/CW-Radarprinzlp, vorzugsweise mit elektromagnetischen Wellen im Mikrowellenbereich, ge kennzeichnet durch folgende Maßnahmen:

a) die Werte der Übertragungsfunktion einer Entfernungsmeßstrecke werden in Amplitude und Phase an diskreten, nicht notwendigerweise äquldlstanten Frequenzpunkten Innerhalb eines Frequenzbereichs mit vorgegebener Breite gemessen,

b) jeweils zwei in der Frequenz benachbarte Werte der Übertragungsfunktion werden voneinander subtrahiert, wodurch sich eine modifizierte Übertragungsfunktion (M) ergibt,

c) von jeweils zwei in der Frequenz benachbarten Werten der modifizierten Übertragungsfunktion (M) wird die Differenz Ihrer Phasenwerte bestimmt und diese Phasendifferenzwerte werden für alle Frequenzwerte zu einem Phasenhub aufsummiert,

d) der Phasenhub wird durch die Breite des Frequenzbereiches dividiert und stellt ein Maß für die Entfernung des Meßobjektes dar.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzabstand zweier Meßwerte der Übertragungsfunktion der Entfernungsmeßstrecke so klein gewählt wird, daß die Phasendifferenz zweier benachbarter Meßwerte der modifizierten Übertragungsfunktion (M) nicht großer als 90° ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Frequenz benachbarten diskreten Werte der Übertragungsfunktion einer Entfernungsmeßstrecke mit Hilfe eines mikrorechnergesteuerten Meßsystems gemessen und in digitaler Form voneinander subtrahiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Phasendifferenz zweier benachbarter Werte der modifizierten Übertragungsfunktion (M) nur solche Werte berücksichtigt werden, deren Betrag einen bestimmten Minimalwert von z. B. 1% des maximal auftretenden Betrages überschreitet, um den bei der Phasenbestimmung von betragsmäßig kleinen Zeigern aufgrund der endlichen Diskretlslerung auftretenden Fehler einzuschränken.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von elektromagnetisehen Wellen Im Mikrowellenbereich solche anderer, z.B. optischer Frequenz zur störsignalreduzlerten Entfernungsmessung benutzt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von elektromagnetischen Wellen akustische Wellen zur störsignalreduzlerten Entfernungsmessung benutzt werden.

7. Mikrowellen-Entfernungsmesser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) es ist ein geeigneter, In der Amplitude oder in der Frequenz modulierter und wobbelbarer Mikrowellenoszillator (11) vorhanden, dessen Ausgangssignal (17) über die zu untersuchende Entfernungsmeßstrecke gesendet wird,

b) das Ausgangssignal (17) wird gleichzeitig über einen Signalteller (12) dem Referenzzweig (13) eines Netzwerkanalysators (21) zugeführt, an dem über einen Signalzweig (20) das empfangene reflektierte Signal (19) anliegt,

c) der Netzwerkanalysator (21) mißt mit Hilfe eines mikrorechnergesteuerten Meßsystems (24) die Amplituden und Phasenwerte der Entfernungsmeßstrecke in Abhängigkeit von der Frequenz,

d) die gemessenen Werte werden ebenfalls durch das mikrorechnergesteuerte Meßsystem (24) weiterverarbeitet und es wird eine Entfernungsbestimmung unter Reduktion des Einflusses von Störreflektionen durchgeführt.

8. Mikrowellen-Entfernungsmesser zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein wobbelbarer Mikrowellenoszillator (Sl) vorhanden Ist, aus dessen Signal durch einen Modulator (52) mittels eines von einem Modulationsoszillator (53) gelieferten Modulatlonsslgnals der Frequenz ω,, ein In der Amplitude oder schmalbandlg In der Frequenz moduliertes Signal erzeugt wird, welches das Sendesignal darstellt,

daß ein Lokaloszillator (56) vorhanden Ist, dessen Signal einen geringen und festen Frequenzversalz zur Frequenz des Signals des Mikrowellenoszillators besitzt,

daß über einen ersten Mischer (58) mittels des Signals des Lokaloszillators (56) ein empfangenes Mikrowellensignal In ein ersters Zwlschenfrequenzsignal umgesetzt wird,

daß über einen zweiten Mischer (61) mittels des durch einen Phasenschieber (60) um 90° phasenverschobenen Modulationssignals das erste Zwlschenfrequenzsignal in ein zweites Zwlschenfrequenzsignal umgesetzt wird,

daß mit einem Phasenmesser die Phase des zweiten Zwlschenfrequenzslgnals gemessen und während einer Wobbeiperiode aufsummiert wird.