DE3851816T2 - Gerät zur Messung der Entfernung zu einem Objekt. - Google Patents

Gerät zur Messung der Entfernung zu einem Objekt.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Entfernung "h" zu einem Objekt, wobei die Vorrichtung eine Sendeschaltung enthält, um in Richtung des Objekts eine Welle mit Perioden linearer Frequenzmodulation auszusenden, sowie eine Empfangsschaltung, um die vom Objekt reflektierte Welle zu empfangen, eine Mischschaltung, um eine Schwebungswelle aus der ausgesendeten Welle und der empfangenen Welle zu bilden, und ein Verarbeitungsorgan, das auf Abtastwerte der Schwebungswelle einwirkt, um einer Anzeigevorrichtung die Information über die Entfernung "h" zu liefern.
  • Solche Vorrichtungen werden häufig im Bereich der Funknavigation zur Höhenmessung verwendet, wobei das Objekt in diesem Fall der Boden ist. Es können auch weitere Anwendungen genannt werden, z. B. das Messen der Höhe von Metall in einem Hochofen.
  • Eine Vorrichtung dieser Art ist in der US-Patentschrift 4 568 938 oder in der Patentschrift GB 2 083 312 beschrieben.
  • Diese Vorrichtungen, die direkt eine Fourier-Transformation der Abtastwerte der Schwebungswelle durchführen, sind nicht sehr gut für das Messen von geringen Abständen geeignet. Um zu verhindern, daß bei jeder Periode der Frequenzmodulation die Phasenunterbrechungen des Schwebungssignals das durch die Fourier-Transformation ausgewertete Spektrum verzerren, dürfen nämlich nur die während einer einzigen Modulationsperiode erhaltenen Abtastwerte des Schwebungssignals betrachtet werden. Zum Erfassen von geringen Entfernungen ist man gezwungen, für die Frequenzmodulation eine hohe Steigung zu verwenden. Eine Veränderung mit hoher Steigung kann nicht sehr lange anhalten und führt nur zu einer geringen Anzahl von zu verarbeitenden Abtastwerten. In diesem Fall erweist sich die Fourier-Transformation als wenig wirksam.
  • Die vorliegende Erfindung schlägt eine Vorrichtung der im Oberbegriff genannten Gattung vor, die insbesondere für den Fall von geringen Werten "h" geeignet ist.
  • Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungsorgan Mittel zur Voraussage der Ordnung p mit einstellbaren Koeffizienten "ai" enthält, um die Größe eines gegenwärtigen Abtastwerts ausgehend von "p" vorherigen, während einer gleichen Modulationsperiode erhaltenen Abtastwerten vorauszusagen, die wiederum Mittel zum Speichern von "p" ersten Abtastwerten aufweisen, die während einer Modulationsperiode erhalten wurden, indem die Phasenkohärenz der Abtastwerte von Periode zu Periode aufrechterhalten wird, sowie Mittel zur Bestimmung eines Fehlers, um eine Information über den Fehler zwischen dem vorausgesagten Abtastwert und dem gegenwärtigen Abtastwert zu gewinnen, und Einstellmittel, um mittels einer iterativen Methode diese anfänglichen Koeffizienten zu korrigieren, damit die Fehlerinformation minimiert wird, wobei diese anfänglichen Koeffizienten aus einer ersten Gruppe von festen Anfangskoeffizienten oder aus einer zweiten Gruppe gewählt sind, die durch den Wert der bei einer vorhergehenden Modulationsperiode aufgestellten Koeffizienten gebildet ist, Mittel zum Berechnen der Spektraldichte, um Spektrallinien der Abtastwerte der Schwebungswelle ausgehend von den Koeffizienten "ai" zu erhalten, und Mittel zur Bestimmung der zur Anzeigevorrichtung zu übertragenden Information über die Entfernung, die ausgehend von den Linien bestimmt wurde.
  • Es wird darauf hingewiesen, daß die Bestimmung eines Spektrums ausgehend von den Koeffizienten einer Voraussagevorrichtung in dem Dokument IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Band AES-22, Nr. 4, Juli 1986, Seiten 422 bis 430 von D. Hush et al: "Instantaneous Frequency Estimation Using Adaptive Linear Predictor Weights" beschrieben ist. Dieses Dokument erwähnt die beabsichtigte Anwendung nicht, bei der man mit der Aktualisierung von Koeffizienten zwischen zwei Frequenzmodulationperioden mittels weniger Abtastwerte konfrontiert ist.
  • Die nachfolgende Beschreibung, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht und ebenso wie diese als nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, erläutert, wie die Erfindung ausgeführt werden kann.
  • Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung.
  • Fig. 2 zeigt den Verlauf der Veränderung der Frequenz der Sendewelle und die Bildung der Schwebungswelle das Flußdiagramm des von der Erfinogramms.
  • Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen das Flußdiagramm des von Erfindung verwendeten Verarbeitungsprogramms
  • Fig. 6 zeigt das Flußdiagramm des von der Erfindung verwendete Unterbrechungsprogramms.
  • In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die Vorrichtung, auf die sich die Erfindung bezieht. Die Vorrichtung ist in einer Höhe "h" über dem Boden 2 angeordnet. Die Vorrichtung enthält eine Sendeschaltung, die auf einem Ultrahochfrequenzoszillator 5 basiert, der mit einer Frequenzsteuerung versehen ist, die von einem Generator 7 gelieferte Sägezahnsignale empfängt. Die vom Oszillator 5 ausgebildete Welle wird mittels einer Sendeantenne 10 zum Boden 2 gesendet.
  • Die Empfangsschaltung enthält zuerst eine Empfangsantenne 20, um die vom Boden 2 reflektierte Welle zu empfangen, sowie eine Mischschaltung 22 mit zwei Eingängen; einer ihrer Eingänge ist mit der Mündung der Empfangsantenne 20 und der andere mit dem Ausgang des Oszillators 5 über einen Koppler 25 verbunden, der für die Mischschaltung 22 einen kleinen Teil der gesendeten Welle abgreift. Die Schwebungswelle am Ausgang der Mischschaltung wird in digitale Abtastwerte durch eine Baugruppe aus einem Sample-and-Hold-Kreis und einem Analog- Digital-Umsetzer umgesetzt; diese Baugruppe trägt das Bezugszeichen 30. Ein Verarbeitungsorgan 35 wirkt auf die von der Baugruppe 30 gelieferten Abtastwerte ein und gibt eine von einer Anzeigevorrichtung 40 auswertbare Information ab; auf diese Weise wird der Wert von "h" für den Benutzer erkennbar gemacht.
  • Gemäß der Erfindung ist die Vorrichtung zum Messen der Entfernung "h" mit einem Verarbeitungsorgan 35 versehen, welches enthält:
  • - Mittel zur Voraussage mit "p" einstellbaren Koeffizienten "ai", um einen vorausgesagten Abtastwert y(n) zu liefern, der eine Voraussage des Abtastwerts x(n) der Schwebungswelle zum Zeitpunkt n·TS ist (n: ganze Zahl, und TS: Abtastperiode), wobei die Abtastwerte y (n) mittels "p" vorheriger Abtastwerte der Schwebungswelle bestimmt wurden, die ausgehend von demselben Sägezahn erhalten wurden, nämlich x(n-1), x(n-2), . . . x(n-p), so daß für den vorausgesagten Abtastwert gilt:
  • - Mittel zur Fehlerbestimmung, um eine Information über den zwischen dem vorausgesagten Abtastwert und dem vorliegenden Abtastwert auftretenden Fehler e(n) zu bestimmen, nämlich:
  • e(n) = x(n)-y(n) (2)
  • - Einstellmittel, um zum Minimieren des Fehlers auf die Koeffizienten "ai" einzuwirken; dazu verwendet man z. B. den Algorithmus des Gradienten, wobei die Koeffizienten in iterativer Weise gemäß der folgenden Formel angepaßt werden:
  • wobei u eine Konstante ist, welche die Schrittweite des Gradienten darstellt und auf diese Weise die Geschwindigkeit der Konvergenz und die Varianz des Restfehlers festlegt; ihr Wert beträgt im allgemeinen zwischen 0 < u 3< 1, und wobei n den Benutzungszeitpunkt angibt,
  • - Mittel zum Berechnen,der Spektraldichte S(f) der Leistung, um die Spektrallinien (f) der Abtastwerte der gegebenen Schwebungswelle ausgehend von den Koeffizienten "ai" gemäß der folgenden Formel zu bestimmen:
  • wobei j = -1, f = m fe/N = m/N·TS
  • und m eine ganze Zahl ist, welche die Liniennummer von einer der voneinander mit 1/N·TS beabstandeten N Spektrallinien darstellt,
  • - sowie Mittel zur Bestimmung der zur Anzeigevorrichtung zu übertragenden Entfernungsinformation, die ausgehend von den Linien der Spektraldichte bestimmt wurde (z. B. kann man die Linie mit größter Amplitude verwenden).
  • Die oben genannten Mittel des Verarbeitungsorgans 35 bauen auf einer Mikroprozessor-Baugruppe 50 auf; die von der Baugruppe 30 übertragenen Informationen werden über ein Register 53 übertragen, dessen Ausgang mit drei Zuständen mit dem Datenbus BUSD der Baugruppe 50 verbunden ist.
  • Die von der Baugruppe 30 bestimmten Daten werden in dem Takt des am Ausgang eines UND-Gatters 60 auftretenden Taktgebersignals im Register 53 gespeichert. An einen der beiden Eingänge des Gatters 60 werden die Signale eines Taktgebers 62 angelegt, der die Abtastfrequenz fe = l/TS festlegt. An den anderen Eingang wird ein vom Generator 7 erhaltenes Signal THS angelegt, um das Gatter 60 während der Zeitdauer T durchlässig zu machen, während der der Sägezahn erzeugt wird (siehe Fig. 2). Die Signale des Gatters 60 werden auch an den Eingang INT der Baugruppe 50 angelegt, damit man den Ablauf eines Unterbrechungsprogramms starten kann, welches ermöglicht, im internen Speicher der Baugruppe 50 durch das Register 53 gehende Abtastwerte zu speichern. Zu diesem Zweck erzeugt die Baugruppe 50 über einen mit dem Adreßbus BUSA der Baugruppe 50 verbundenen Decoder 70 ein Signal IN, um den Ausgang des Registers 53 auf den Durchlaßzustand zu setzen. Der Decoder 70 liefert ein Signal OUT für ein Register 75, dessen Eingang mit dem Datenbus BUSD und dessen Ausgang mit der Anzeigevorrichtung 40 verbunden ist. Die Baugruppe 50 erzeugt weiterhin über den Decoder 70 ein Signal TSW, um den Ausgang eines Kippgliedes 80 (mit drei Zuständen) auf den Durchlaßzustand zu setzen. Dieses Kippglied empfängt an seinem Kippeingang das vom Generator 7 stammende Signal THS. Auf diese Weise ändert das Ausgangssignal SW dieses Kippgliedes zu Beginn jedes Sägezahns seinen Zustand.
  • Vor einer ausführlichen Beschreibung des Betriebs der Vorrichtung der Erfindung sind die folgenden Betrachtungen notwendig:
  • Es wird angenommen, daß die Koeffizienten a- so eingestellt sind, daß sich der Fehler e(n) wie ein weißes Rauschen mit minimaler Energie verhält. Es sei die Z-Transformierte dieses Fehlers e(n) gleich E(Z), d. h. daß die folgende Beziehung gilt:
  • E(Z) * E(Z&supmin;¹)= K² (5)
  • wobei * eine Faltung darstellt.
  • Wenn man nun die Z-Transformierte der Gleichung (2) nimmt, erhält man:
  • E(Z) = X(Z)-H(Z)·X(Z) (6)
  • wobei H(Z) die Transferfunktion der Voraussagevorrichtung ist:
  • H(Z) = - a&sub1;Z&supmin;¹ - . . . apZ-p (6 bis)
  • und X(Z) die Z-Transformierte der Abtastwerte x(n) ist.
  • Wenn A(Z) eine Funktion der Form
  • A(Z) = E(Z)/X(Z) (7)
  • ist, die sich unter Berücksichtigung von (6) und (6 bis) in der folgenden Form darstellt:
  • kann man (7) in der folgenden Form darstellen:
  • X(Z = E(Z)/A(Z) (9)
  • wodurch sich die Spektraldichte S(f) unter Berücksichtigung von (5) in der folgenden Form darstellt:
  • S(f) = X(f) ² =K²/ A(f) ² (10)
  • wobei Z durch ej2&pi;f ersetzt wurde.
  • Im Anhang wird eine Methodik gegeben, die ein leichtes Berechnen von S(f) in Abhängigkeit von den Koeffizienten ai ermöglicht.
  • Es ist nun möglich, ausführlicher die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung zu beschreiben.
  • In Fig. 2 sind bei a die Änderungen der Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 5 und bei b die Amplitude der Schwebungswelle am Ausgang der Schaltung 22 dargestellt, wobei sich die bei a und k dargestellten Signale in Abhängigkeit von der Zeit "t" ändern. Während einer Zeitdauer T (z. B. 64 us) ändert sich die Frequenz der Welle des Oszillators 5 von f&sub0; = 4,800 GHz zu f&sub1; = 4,825 GHz. Die gleiche Änderung wiederholt sich nach einer Zeit TR (in der Größenordnung von z. B. 150 us). Diese Änderungen sind in durchgezogenen Linien dargestellt. Die Änderungen der Frequenz des empfangenen, um eine Zeit T verschobenen Signals sind gestrichelt und übertrieben dargestellt. Es wird daran erinnert, daß die Zeit T mit der Entfernung "h" gemäß der folgenden Formel zusammenhängt:
  • &tau; = 2h/c (11)
  • wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist, und da die Frequenz fb des Schwebungssignals am Ausgang der Mischschaltung 22 mit dieser Verzögerung &tau; gemäß der folgenden Formel verbunden ist:
  • b/&tau; = f&sub1;-f&sub0;/t (12)
  • erhält man die Entfernung "h" durch
  • Da alle Parameter der Formel (13) Konstante sind, muß das Verarbeitungsorgan 35 den Wert "fb" bestimmen, der dann die Entfernung "h" festlegt. Man sieht, daß aufgrund der Diskontinuitäten der Sägezähne keine Phasenkohärenz der Schwebungswelle gewährleistet werden kann. Daher besteht in Fig. 2b praktisch eine Diskontinuität zwischen der Phase B der vom zweiten Sägezahn hervorgerufenen Schwebungswelle und der Phase &Phi;B der Schwebungswelle am Ende des ersten Sägezahns. Um diesen nachteiligen Effekt zu verhindern, läßt das Organ 35 ein Programm ablaufen, das die obigen Betrachtungen berücksichtigt. Dieses Programm ist in zwei Teile unterteilt: in einen Verarbeitungsprogrammteil, dessen Flußdiagramm in den Fig. 3, 4 und 5 dargestellt ist, und in einen Unterbrechungsprogrammteil, der in Fig. 6 dargestellt ist.
  • Das Flußdiagramm von Fig. 3 bezieht sich auf die Initialisierungsphase des Verarbeitungsprogramms. Das Feld KO dieses Flußdiagramms stellt eine Unterbrechungs-Maskierung dar, was bedeutet, daß die an den Eingang INT der Baugruppe 50 angelegten Signale diese Initialisierungsphase nicht stören können; im Feld Kl werden die Anfangswerte der Voraussagevorrichtung aufgenommen; man identifiziert die Inhalte der Speicher A(i) leicht mit den ai von Formel (8), und man sieht, daß die Anfangskoeffizienten alle den Wert "0" besitzen mit Ausnahme des in A(0) enthaltenen Koeffizienten a&sub0;, der den Wert "1" aufweist. Das Feld K2 stellt die Initialisierung der verschiedenen Variablen dar, die im Programmablauf benötigt werden und hier nicht ausführlicher beschrieben werden. Diese Initianisierungsphase wird im Feld K3 beendet, welches das Entfernen der Unterbrechungs-Maskierung darstellt, was bedeutet, daß die an den Eingang INT angelegten Signale das Unterbrechungsprogramm auslösen werden, dessen Flußdiagramm in Fig. 6 dargestellt ist.
  • Bevor die Phase des Verarbeitungsprogramms weiter ausgeführt wird, wird die Arbeitsweise des Unterbrechungsprogramms ausführlicher dargestellt.
  • Das Feld K10 erinnert daran, daß dieser Programmteil mit dem Auftreten eines aktiven Signals am Eingang INT beginnt. Das Feld K11 stellt einen Test des Inhalts des Kippgliedes 80 dar. Man vergleicht diesen Inhalt unter Aktivierung des Signals TSW mit einem vorher, z. B. während der Initialisierungsphase, gespeicherten Wert dieses Signals. Für diesen Test wird eine Exklusiv-ODER-Operation zwischen den Werten SW und dem Inhalt des Speichers CSW durchgeführt. Der Wert 1 zeigt an, daß es eine Veränderung gegeben hat. Wenn eine Veränderung vorliegt, geht man weiter zum Feld K12. In diesem Feld speichert man den neuen Wert von SW, und man setzt den Unterbrechungszähler ITP auf Null, Feld K13; das nachfolgende Feld 14 stellt das Ende des Unterbrechungsprogramms dar. Wenn der Test im Feld K11 negativ ausfällt, also wenn die Unterbrechungen während desselben Sägezahns auftreten, werden letztere mittels eines Zählers ITP (Feld 15) so gezählt, daß die Abtastwerte des Registers 53 in eine Tabelle X(ITP) eingeordnet werden, deren Adressen von dem Zähler ITP abhängen (Feld K16). Der im Feld K17 dargestellte Test stoppt den Prozeß des Einordnens, sobald der Zähler den Wert IMAX erreicht, z. B. in der Größenordnung von 64; dann wird die Unterbrechung maskiert (Feld K18), und man kehrt zum Verarbeitungsprogramm zurück (Feld K14). Wenn der Zählwert IMAX nicht erreicht wird, geht man direkt zum Feld K14.
  • Die in Fig. 4 dargestellte Phase des Verarbeitungsprogramms bezieht sich auf die Bestimmung der Koeffizienten A(I). Vor dem Beginn dieser Phase wird getestet, ob im Feld X(I) ausreichend Abtastwerte vorliegen, es wird also der Inhalt des Zählers ITP im Vergleich zur Ordnung P der Voraussagevorrichtung getestet; solange der Zählwert nicht erreicht ist, wird der Test wiederholt. Sobald der Zählwert erreicht ist, wird der Prozeß des Berechnens des Fehlers gestartet (siehe Formel (2) unter Berücksichtigung von (1)). Dieser Fehler wird in einem Speicher ERR akkumuliert, der vorteilhafterweise der Akkumulator des verwendeten Prozessors sein kann. Man sieht das Argument von X: P-I+J, wo das sich inkrementierende I ermöglicht, immer stärker verzögerte Abtastwerte abzurufen, und J das Aktualisieren der Formel mit immer neueren Abtastwerten ermöglicht. Die Felder K22 und K23 bestimmen das Beenden des Berechnens des Fehlers für P aufeinanderfolgende Abtastwerte.
  • Im Feld K24 wird die vom Fehler abhängende Korrekturkonstante berechnet (um den auf die Koeffizienten A(I) anzuwendenden Korrekturterm zu berechnen). Man initialisiert (Feld K25) einen Index I, der zum Adressieren jedes der Koeffizienten A(I) verwendet wird; die Korrektur ist im Feld K26 dargestellt. Die Felder K27 und K28 ermöglichen das Steuern des Korrekturprozesses für alle Koeffizienten A(I). Im Feld K29 wird dann der Index J um eine Einheit inkrementiert. Man verifiziert zuerst, in Feld K30, ob die Tabelle der IMAX-Werte von X(I) in Übereinstimmung mit dem in Feld K17 (Fig. 6) dargestellten Test verarbeitet wurde; ist dies der Fall, wird getestet, ob das Argument P + J der Tabelle X(I) einem gespeicherten Wert entspricht (Feld K31); ist dies nicht der Fall, wird der Test im Feld K31 in Form einer Schleife wiederholt, und er fällt durch den Eingriff des Unterbrechungsprogramms positiv aus. Man gelangt dann zum Feld K21, um den Fehler "en" erneut zu berechnen. Wenn der Test in Feld K30 positiv ausfällt, gelangt man zum Feld K35, welches das Maskieren der Unterbrechungen darstellt. Diese gehen dann nachfolgend nicht mehr in den Ablauf des Verarbeitungsprogramms ein.
  • Die in Feld K50 dargestellte Operation zeigt das Vorhandensein einer Variable FR an, die sich auf die Analysefrequenz bezieht. Im Feld K51 wird ein Wert PHI bestimmt, der dem Wert "2&pi;f" insbesondere der Formel A11 gleichgesetzt wird (siehe Anhang), wobei der dargestellte Wert FRE mit fe/N gleichgesetzt wird, während FR mit m gleichgesetzt wird, dann wird von diesem Wert der Cosinus berechnet (Feld K52), was vorzugsweise durch Tabulation geschieht: dies bedeutet, daß verschiedene Werte von cos PHI im voraus bestimmt wurden und daß der berechnete Wert PHI die Adresse des tabellierten Cosinuswerts ergibt. Dann wird dieser Wert mit Zwei multipliziert (Feld K53), was eine Konstante KP ergibt, die nachfolgend in den Berechnungsablauf eingeht. Im Feld K54 wird ein Index I auf Null gesetzt, bevor die im Feld K55 dargestellte Berechnung durchgeführt wird, die in der Anwendung der Formel A13 besteht. Die in den Feldern K56 und K57 dargestellten Operationen ermöglichen das Berechnen der Formel A13 für alle Koeffizienten A(I). Das Feld K58 erläutert das Berechnen der Formel A14. Der Wert S des Feldes K59 ist näherungsweise dem Wert X(f) der Formel A15 gleichzusetzen. Dieser Wert S stellt die Amplitude einer Spektrallinie dar, deren Ordnungszahl durch den Wert FR gegeben ist. Es wird ein mit SM bezeichneter Speicher verwendet, um die Maximalwerte der Amplituden der Frequenzlinien aufzunehmen, deren Ordnungszahlen zwischen (FR, . . . FN) liegen, sowie ein Speicher FRM, um den Wert der Ordnungszahl aufzunehmen, den dieser Maximalwert gibt (siehe Felder K60 und K61). Der im Feld K62 dargestellte Test unterbricht die Schleife zum Feld K50, wenn FR > FM, und der Wert FM wird über das Register 75 an die Anzeigevorrichtung 40 angelegt. Dazu wird das Signal OUT aktiviert (Feld K63), dann gelangt man gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zum Feld K1 zurück (Pfeil VAR1), um eine weitere Verarbeitung von anderen Abtastwerten unter Verwendung immer noch der Werte 1 oder 0 für die Voraussagekoeffizienten zu beginnen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform gelangt man zum Feld K2 (Pfeil VAR2), was bedeutet, daß die Voraussagekoeffizienten durch die vorher bestimmten Werte initialisiert werden.
  • ANHANG
  • Berechnung von:
  • wobei Z = ej2&pi;f mit f = m fe/N.
  • Erster Schritt: Berechnung von A(Z)
  • Dann setzt man ri = ri-1 Z + ai (A3)
  • mit r&sub0; = a&sub0;.
  • (A3) kann geschrieben werden als:
  • ri =ri-1ej2&pi;f+ai (A4)
  • oder
  • ri-1=ri-2ej2&pi;f+ai-1 (AS)
  • oder auch
  • ri-1e-j2&pi;f=ri-2+ai-1e-j2&pi;f (A6)
  • Durch Bilden der Differenz der Beziehungen (A4) und (A6) erhält man:
  • ri-ri-1e-j2&pi;f = a&sub1;-ai-1e-j2&pi;f +ri-1ej2&pi;f-ri-2 (A7)
  • wobei:
  • ri=ai-ai-1·e-j2&pi;f+ 2 cos (2&pi;f)ri-1-ri-2 (A8)
  • Wenn man:
  • ri-v&sub1;-e-j2&pi;fvi-1 (A9)
  • setzt, erhält man:
  • Durch Identifizierung erhält man:
  • vi=ai+2 cos(2&pi;f)vi-1-vi-2 (A11)
  • und folglich rp=vp-e-j2&pi;fvp-1
  • sowie A(Z) = rp
  • was zu den folgenden Formeln führt:
  • A(Z) ² = (vp- cos(2&pi;f)vp-1)² + (sin 2&pi;f·vp-1)²
  • A(Z) ² = v²p + v²p-1 - 2 cos(2&pi;f)·vp·vp-1 (A12)
  • Der Algorithmus kann für jede gesuchte Linie f mit Ordnungszahl m in zwei Abschnitte zusammengefaßt werden:
  • - erster Abschnitt: man nimmt als Anfangszustände:
  • V&submin;&sub1; = 0
  • v&submin;&sub2; = 0
  • - zweiter Abschnitt: für die p Koeffizienten, also für i=0, . . . p, bildet man:
  • vi ai + 2cos(2&pi;m) vi-1 - vi-2 (A13)
  • A(f) ² = v²p + v²p-1 - 2 cos(2&pi;f)·vp-vp-1 (A14)
  • Zweiter Schritt:
  • Für jede Linie f mit Ordnungszahl m wird die nachfolgende Operation durchgeführt:
  • X(f) ² = 1/ A(f) ²

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Messen der Entfernung "h" zu einem Objekt, wobei die Vorrichtung eine Sendeschaltung (5 bis 10) enthält, um in Richtung des Objekts eine Welle mit Perioden linearer Frequenzmodulation auszusenden, sowie eine Empfangsschaltung (20), um die vom Objekt reflektierte Welle zu empfangen, eine Mischschaltung (22), um eine Schwebungswelle aus der ausgesendeten Welle und der empfangenen Welle zu bilden, sowie ein Verarbeitungsorgan (35), das auf Abtastwerte der Schwebungswelle einwirkt, um einer Anzeigevorrichtung (40) die Information über die Entfernung "h" bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verarbeitungsorgan Mittel zur Voraussage der Ordnung "p" mit einstellbaren Koeffizienten "a-" enthält, um die Größe eines gegenwärtigen Abtastwertes ausgehend von "p" vorherigen, während einer gleichen Modulationsperiode erhaltenen Abtastwerten vorauszusagen, die wiederum Mittel zum Speichern von "p" ersten Abtastwerten aufweisen, die während einer Modulationsperiode erhalten wurden, indem die Phasenkohärenz der Abtastwerte von Periode zu Periode aufrechterhalten wird, sowie Mittel zur Bestimmung eines Fehlers, um eine Information über den Fehler zwischen dem vorausgesagten Abtastwert und dem gegenwärtigen Abtastwert zu gewinnen, sobald p+1 Abtastwerte seit dem Beginn einer Modulationsperiode erhalten sind, und Einstellmittel, um mittels einer iterativen Methode anfängliche Koeffizienten zu korrigieren, damit die Fehlerinformation minimiert wird, wobei diese anfänglichen Koeffizienten aus einer ersten Gruppe von festen Anfangskoeffizienten oder aus einer zweiten Gruppe gewählt sind, die durch den Wert der bei einer vorhergehenden Modulationsperiode aufgestellten Koeffizienten gebildet ist, Mittel zum Berechnen der Spektraldichte, um Spektrallinien der Abtastwerte der Schwebungswelle ausgehend von den Koeffizienten "ai" zu erhalten, und Mittel zur Bestimmung der zur Anzeigevorrichtung zu übertragenden Information über die Entfernung, die ausgehend von den Linien bestimmt wurde.
2. Vorrichtung zum Messen der Entfernung "h" zu einem Objekt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Koeffizientengruppe aus mehreren Koeffizienten mit dem Wert Null sowie einem einzigen Koeffizienten "a&sub0;" gebildet ist, der als Einheitswert betrachtet wird.
3. Vorrichtung zum Messen der Entfernung "h" zu einem Objekt nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnungsmittel dafür vorgesehen sind, eine Größe
A(f) ² = vp² + 2cos(2&pi;f)·vp-vp-1
zu bestimmen, in der f die Frequenz einer zu untersuchenden Linie ist, wobei gilt:
vi = ai + 2cos(2&pi;f)·vi-1-vi-2
v&submin;&sub1; = v&submin;&sub2; = 0,
sowie eine das Frequenzspektrum definierende Größe
x(f) ² = 1/ A(f) ².
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DE3851816D1 DE3851816D1 (de) 1994-11-17
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EP (1) EP0312180B1 (de)
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DE (1) DE3851816T2 (de)
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