DE4117157A1

DE4117157A1 - Elektromagnetische einweisevorrichtung

Info

Publication number: DE4117157A1
Application number: DE4117157A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Lindner
Original assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1991-05-25
Filing date: 1991-05-25
Publication date: 1993-03-25

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Einweise vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Erfindung wird in Positionierungs-und Kontrolleinrich tungen eingesetzt und kommt daher unter anderem im Bereich der Verkehrstechnik und im allgemeinen Maschinenbau zur Anwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine preiswerte, materialsparende und leicht herstellbare Anordnung zu schaffen, mittels der ein gewünschter Ort exakt angesteu ert und/oder angefahren bzw. angedockt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist in Anspruch 1 dargestellt. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anordnung aufge führt.

Der erfindungsgemäße Lösungsgedanke besteht darin, daß zur eindeutigen Nennung und zur Vermeidung von Störungen ein einfacher, batterieloser Transponder, welcher aus einer Antenne und einem nichtlinearen Element (z. B. einer Di ode) besteht, an einem zu kennzeichnenden Ort ausgebildet ist. Durch gleichzeitiges Bestrahlen mit zwei Sendern mit jeweils der Sendefrequenz f₁ bzw. f₂ ergeben sich Intermo dulationsprodukte. Im Abstand f₂-f₁ erscheinen Seitenbän der, welche in ihrer Amplitude von den Primärleistungen und von der Kennlinie des Empfangselementes im Transponder abhängig sind.

Durch spektrale und/oder amplituden- und/oder phasenlagen mäßige Auswertung der auftretenden Signale sind an schließend Informationen ermittelbar, die zu Steuer- und Regelzwecken herangezogen werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Fig. 1 bis 4 näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Transponders;

Fig. 2 das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einwei sevorrichtung;

Fig. 3 ein mögliches Signalspektrum;

Fig. 4 ein Detailblockschaltbild der erfindungsgemäßen Einweisevorrichtung nach Fig. 2.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild des Transponders 33. Die ser Transponder 33 arbeitet batterielos und ist aus einer Antenne und einem nichtlinearen Element ausgebildet. Durch gleichzeitiges Bestrahlen mit zwei Sendern 10 und 20 nach Fig. 2 bei unterschiedlicher Frequenz f₁≠f₂ sich die in Fig. 3 gezeigten Intermodulationsprodukte ergeben. Im Ab stand f₂-f₁ erscheinen Seitenbänder, welche in ihrer Am plitude von den Primärleistungen und von der Kennlinie des Empfangselements im Transponder abhängig sind.

Die Sender 10 und 20 nach Fig. 2 sind auf eine Auswerte einheit 30 geführt. In dieser Auswerteeinheit 30 werden u. a. zur Bahnkorrektur die momentanen Winkelablagen und zu gehörigen Entfernungen ausgewertet.

Wie in Fig. 2 dargestellt, korrespondieren die Sender 10 und 20 jeweils mit dem Transponder 33. Durch Veränderung der räumlichen Lage dieser Sender 10 und 20 (insbesondere der zugehörigen Antennen) ergeben sich neue Winkelablagen und/oder Entfernungen zum Transponder, deren Werte der Auswerteeinheit 30 zugeführt werden. Die Sender 10 und 20 sind vorzugsweise als CW-Radare ausgebildet und können gleichzeitig senden und/oder empfangen.

Exemplarisch sei folgender Fall betrachtet. Der Sender 10 sendet mit f₁ und hat am Eingang ein selektives Bandfilter mit der Charakteristik F1. Diese läßt die Frequenz f₂ des Nachbarkanals des Senders 20 nicht direkt in den Empfangs teil des Senders 10, wohl aber das Intermodulationsprodukt f₃. Ohne Transponder 33 kann also kein Anteil f₃ entste hen. In analoger Weise empfängt Sender 2 mit dem Filter F2 nur einen Anteil f₄ vom Transponder 33 (Fig. 3).

Zur Bildung der Winkelablage werden die Antennenkeulen beispielsweise geschert. Bei Null-Ablage sind die beiden Empfangsamplituden gleich. Rechts/Links bzw. Oben/Unten werden durch Unsymmetrie in den Ausgangswerten der beiden Kanäle angezeigt.

Zur Abstandsmessung wird eine Zweifrequenz-Methode be nutzt. Aus dem Phasenwinkel zweier Dopplerschwingungen, welche durch die Trägerfrequenzen f₁ und f₂ bei Zielre flektion entstehen, wird der Abstand berechnet. Da zwei Radare (Sender 10 und 20) zum Aussteuern des Transponders 33 notwendig sind, kann diese Entfernungsmeßmethode vor teilhaft mitgenutzt werden. Werden die bei der Annäherung an das Ziel entstehenden Dopplerfrequenzen auf einen Pha senkomperator gegeben, so ist die Ausgangsgröße der Ent fernung proportional.

Ein gegenseitiges Driften der Sender 10 und 20 nach Fig. 2 bzw. Fig. 4 kann berücksichtigt werden, indem mit Hilfe eines Zählers die Differenzfrequenz festgestellt wird und als Korrekturgewichtung mit dem Ausgangswert des Phasen komparators verknüpft wird.

Die Dopplerfrequenzen werden als Basiskanalmischprodukt direkt hinter den jeweiligen Mischern abgegriffen. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild der Anordnung. Ein Oszillator der Frequenz f₁ strahlt über einen Zirkulator Z und ein Filter F₁ Leistung auf den Transponder 33. Das im Trans ponder 33 mit Hilfe von f₂ gebildete Intermodulationspro dukt f₃ gelangt in den Empfangsmischer M, wo es mit f₁ ge mischt eine Zwischenfrequenz |f₂-f₁| ergibt. Nach Bandbe grenzung im Filter F_ZF, Verstärker V_ZF, Demodulation und Seibung D kommt das Signal zusammen mit dem zweiten Radar kanal (von Sender 20) in einen Amplitudenkomparator A-Komp, welcher das Vorzeichen und die Winkelabgabe bil det.

Über ein Tiefpaßfilter TP gelangen die Dopplerfrequenzen auf einen Verstärker V_DF mit Begrenzungscharakteristik. Ein Phasenkomparator ϕ-Komp vergleicht die beiden Dopp lerkanäle und gibt als Ausgangsgröße ein entfernungspro portionales Gleichspannungssignal. Da die Ausgangsspannung auch vom Frequenzabstand der beiden Sendelinien abhängig ist, kann über einen Zähler Z und eine Gewichtung W eine Korrektur vorgenommen werden.

Die Höhe der verwendeten Trägerfrequenzen ist hierbei un wesentlich. Vorteilhaft wird jedoch der Millimeterwellen bereich gewählt, da dort kleine Antennen und kompakte Ge räte aufgebaut werden können.

Der Transponder läßt sich komplett als integrierte Schal tung (MMIC) auf Silizium- oder GaAs-Material aufbauen und ist daher sehr preiswert herstellbar. Zur Passivierung kann das Chip in geeignetem Dielektrikum eingebettet sein, da keinerlei Leitungen nach außen benötigt werden. Die Kennlinie des Halbleiters soll so ausgebildet sein, daß Verzerrungen (Intermodulationprodukte) schon bei kleinen Sendepegeln entstehen können. Im 80 GHz-Bereich kann der Transponder 33 z. B. eine Einheit von 0,5 mm Höhe und 2 mm Durchmesser sein.

In der exemplarisch gezeigten Anordnung nach Fig. 2 und Fig. 4 wird nur eine Peilebene erfaßt. Durch 90°-Drehung der Antennen der Sender 10 und 20 und serielles Messen wird auch die zweite Ebene einbezogen.

Eine Drehung kann mechanisch oder durch Umschalten der An tennen bewirkt werden. Vorteilhaft ist es dabei, eine zir kulare Polarisation zu verwenden, da die Lage der Trans ponderpolarisation dann keinen Einfluß auf die Reflexion hat. Ebenso kann der Transponder 33 allein zirkular arbei ten. Eine Integration der Antennen des Senders 10 und des Senders 20 zu einer gemeinsamen Antenne ermöglicht weitere Kostenersparnisse.

Das System eignet sich insgesamt zum exakten Anfahren de finierter Punkte im Bereich der Robotik. Es kann aber auch in vereinfachter Form ohne Entfernungsmessung und Winkel peilung dazu verwendet werden, die Existenz des Transpon ders 33 nachzuweisen, wie dies bei Diebstahlsicherungen in Kaufhäusern gegeben ist. Im Sicherheitsbereich kann eine einfache Nennung durch Tragen eines Transponders erfolgen. Im Bereich von z. B. Lagern bzw. im Kraftfahrzeugbereich arbeitet das System z. B. als Bake, auch Leitpfosten-Bake genannt, und dient dort als Leit- und Steuersystem bzw. als Warnsystem.

Betriebsverfahrensmäßig ist es am vorteilhaftesten, wenn die Sender 10 und 20 mit dem Transponder 33 derart kommu nizieren, daß die Winkelablage und/oder Entfernung in der Auswerteeinheit 30 zur Verfügung gestellt wird. Vorteil hafterweise ist somit eine Steuerung bzw. Regelung von be wegbaren Systemen bzw. Einheiten bzw. Baugruppen ermög licht.

Claims

1. Elektromagnetische Einweisevorrichtung, dadurch ge kennzeichnet, daß

- zwei Sender (10, 20) auf eine Auswerteeinheit (30) aufgeschaltet sind;
- die zwei Sender (10, 20) mit einem Transponder (33) korrespondieren.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transponder (33) eine Bake ist, die batterielos arbei tet und eine nichtlineare Übertragungskennlinie zur Aus bildung von Intermodulationslinien aufweist.

3. Verfahren für die Anordnung nach einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (10, 20) mit dem Transponder (33) derart kommunizieren, daß die Winkelablage und/oder Entfernung in der Auswerteeinheit (30) zur Verfügung gestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung bzw. Regelung von bewegbaren Systemen bzw. bewegbaren Einheiten bzw. bewegbaren Baugruppen erfolgt.