DE725379C

DE725379C - Procedure for distance measurement using the echo method

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Publication number: DE725379C
Application number: DEA75630D
Authority: DE
Original assignee: ALEXANDER ASKENASY
Current assignee: ALEXANDER ASKENASY
Priority date: 1934-03-21
Filing date: 1935-03-22
Publication date: 1942-09-21
Also published as: FR787383A; GB453164A; NL40221C; FR46973E

Description

Zur Bestimmung der Höhe eines Flugzeuges über Grund oder der Tiefe des Meeres von einem Schiff aus oder allgemeiner der Entfernung einer SchallschwingungsquelleTo determine the height of an aircraft above the ground or the depth of the sea from a ship or, more generally, from the distance of a sound vibration source

5 oder einer Schwingungsquelle anderer Art von einer die betreffenden Schwingungen reflektierenden Fläche sind Verfahren bekannt, bei denen die gesuchte Entfernung mit Hilfe des Echos bestimmt wird. Das Maß für die Entfernung gibt die Laufzeit des Echos, d. h. die Zeit, welche zwischen der Aussendung der Schwingung und ihrer Rückkehr als Echowelle verstreicht. Zu diesem Zweck sind verschiedene Verfahren entwickelt worden.5 or another type of vibration source of one of the vibrations in question reflective surface, methods are known in which the sought distance with Help of the echo is determined. The measure for the distance gives the transit time of the echo, d. H. the time between the transmission of the vibration and its return as Echo wave passes. Various methods have been developed for this purpose.

Bei Verfahren der einen Art wird mit dem Aussenden der Schwingung ein Kurzzeitmesser in Tätigkeit gesetzt, der durch die zurückkehrende Echowelle wieder angehalten wird. Da die Messung sehr kurzer Zeiten erheblicheIn one type of procedure, a timer is activated when the vibration is sent out set in action, which is stopped again by the returning echo wave. As the measurement takes very short periods of time

ao Schwierigkeiten macht, sind für Verfahren dieser Art nur Schallschwingungen zu benutzen. Aber auch bei Anwendung von Schallschwingungen gewöhnlicher Art versagt die Methode, wenn kleine Entfernungen zu messen sind, so insbesondere bei Landung von Flugzeugen oder im Wasser in der Nähe von Untiefen, also gerade dann, wenn eine genaue Messung am wichtigsten ist. Das liegt daran, daß die Echozeit um so kürzer wird, je geringer die Entfernung der reflektierenden Fläche ist. Je kürzer aber die Zeit ist, desto ungenauer ist die Messung mit Kurzzeitmessern, bei denen die Zeitmessung durch mit Trägheit behaftete, bewegte mechanische Teile vermittelt wird.ao makes difficulties, only sound vibrations are to be used for procedures of this kind. But even with the use of sound vibrations of the usual kind, the method fails when measuring small distances especially when aircraft are landing or in the water near shallows, i.e. especially when an accurate Measurement is most important. This is because the shorter the echo time, the shorter it is is the distance to the reflective surface. But the shorter the time, the more Less precise is the measurement with short-term measuring devices, in which the time measurement is carried out with Moving mechanical parts affected by inertia are conveyed.

Um die in der Messung sehr kurzer Zeiten begründeten Schwierigkeiten zu umgehen, ist bereits vorgeschlagen worden, die Zeitmessung durch eine Frequenzmessung zuersetzen. Danach soll der Schallsender zum Aussenden von einzelnen Schallimpulsen in veränderlicher Zeitfolge eingerichtet werden, und es · soll die Zeitfolge zwischen den einzelnen Schallimpulsen so geändert werden, bis das Eintreffen eines Schallimpulses am Ende der zu messenden Strecke zeitlich mit der Aussendung des nächsten Impulses zusammenfällt. Ist die zeitliche Aufeinanderfolge der Schallimpulse derart geregelt, so gibt die Zahl der Impulse je Zeiteinheit ein Maß für die Entfernung.In order to avoid the difficulties caused by the measurement of very short times, is it has already been proposed to replace the time measurement with a frequency measurement. After that, the sound transmitter should be able to send out individual sound pulses in a variable manner Timeline to be set up, and there should be the timing between each Sound pulses are changed until the arrival of a sound pulse at the end of the distance to be measured coincides with the transmission of the next pulse. If the time sequence of the sound impulses is regulated in this way, the Number of pulses per unit of time a measure of the distance.

.Meßtechnisch soll dieser Vorschlag derart verwirklicht werden, daß das zeitliche Zusammenfallen des Eintreffens des Schallimpulses am Ende der zu messenden Strecke, d. h. also bei der Echomessung der Rückkehr der Echowelle, mit dem Aussenden des folgenden Schallimpulses entweder binaural nach dem bekannten Mitteneindruck beurteilt wird oder daß die Einwirkungen des ausgesandten Im-.Metrologically, this proposal should be implemented in such a way that the temporal coincidence the arrival of the sound pulse at the end of the distance to be measured, d. H. so in the echo measurement of the return of the echo wave, with the emission of the following sound pulse either binaurally after the known center impression is assessed or that the effects of the transmitted im-

pulses und des als Echo zurückkehrenden Impulses elektrisch überlagert werden, so daß die Gleichzeitigkeit durch das auftretende Maximum oder Minimum angezeigt wird. Dieses bekannte Verfahren kommt also im wesentlichen darauf hinaus, eine Modulationswelle zu erzeugen und deren Frequenz so lange zu ändern, bis die Frequenz das Maß für die Entfernung abgibt. Diesem bekannten Verfahren der Echomessung durch Frequenzmodulation haften jedoch noch zahlreiche Nachteile an, zufolge deren das Verfahren den Anforderungen, die heutzutage an die Höhenmessung von einem Flugzeug aus oder die Wassertiefenmessung auf einem Seeschiff zu stellen sind, nicht gerecht wird.pulses and the pulse returning as an echo are electrically superimposed so that the simultaneity is indicated by the occurring maximum or minimum. This well-known method comes in essential to generate a modulation wave and its frequency like that long to change until the frequency gives the measure for the distance. This well-known However, there are still numerous methods of measuring echo by frequency modulation Disadvantages according to which the method meets the requirements that are nowadays placed on altitude measurement from an aircraft or the water depth measurement are to be placed on a seagoing ship, does not do justice.

Dadurch, daß der Beobachter das Zusammenfallen der Rückkehr der Echowelle mit dem ausgesandten Impuls entweder nach dem binauralen Eindruck oder nach dem Auftreten von Maxima oder Minima beurteilen muß, werden die Meßergebnisse von der subjektiven Auffassung des Beobachters beeinflußt. Dadurch wird aber die Meßgenauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens beeinträchtigt. Auf Flugzeugen z. B. sind genaueste Höhenmessungen über Grund besonders bei der Landung im Nebel von größter Wichtigkeit. In solchen Fällen aber, in denen sich die verhältnismäßig geringe zu messende Höhe noch dazu sehr schnell ändert, sind subjektive Meßverfahren am wenigsten brauchbar. Ein jeder Irrtum, der gerade durch die Notwendigkeit, einen binauralen Mitteneindruck oder ein Maximum oder ein Minimum festzustellen, besonders dann noch begünstigt wird, wenn der Beobachter, was bei Notlandung im Nebel zweifellos der Fall sein wird, etwas aufgeregt ist, muß sich verhängnisvoll auswirken.By the fact that the observer has the coincidence of the return of the echo wave the transmitted impulse either after the binaural impression or after the occurrence must judge of maxima or minima, the measurement results are subjective The observer's perception is influenced. However, this adversely affects the measurement accuracy and reliability of the method. On aircraft e.g. B. The most precise height measurements above ground are of the utmost importance, especially when landing in fog. In such cases, however, in which the relatively low height to be measured also changes very quickly, are subjective measurement methods the least useful. Any error that is just caused by the need for a binaural To determine a central impression or a maximum or a minimum, especially if the observer, what will undoubtedly be the case with an emergency landing in the fog, if a little excited, must have disastrous results.

Es kommt noch folgendes hinzu: Der Natur der Sache nach besteht die Modulationswelle aus einzelnen kurzen Wellensiößen. Abgesehen davon, daß es nicht ganz einfach ist, den Sender so einzurichten, daß er ganz kurze Sendestöße mit der erforderlichen Schärfe abgibt, besteht die dadurch entstehende Modulationswelle aus einzelnen abgehackten Stoßen. Die Welle kann daher keine Sinusform aufweisen. Eine Frequenzmessung läßt sich jedoch nur an Schwingungen, die wenigstens angenähert nach der Sinusform verlaufen, in der erforderlichen Weise mit einfachen Mitteln erreichen.There is also the following: According to the nature of the matter, the modulation wave exists from individual short corrugations. Apart from the fact that it is not that easy to set up the transmitter so that it sends very short bursts with the required sharpness emits, the resulting modulation wave consists of individual, choppy bursts. The wave therefore cannot have a sinusoidal shape. However, a frequency measurement can only be performed on vibrations that are at least approximate the sinusoidal shape, in the required manner with simple means reach.

Ferner kommt es noch hinzu, daß das bekannte Verfahren nicht vollkommen eindeutig ist. Ist nämlich einmal die zeitliche Aufeinanderfolge der abgesandten Schallimpulse so eingestellt, daß ein zurückkehrender Echoimpuls mit einem ausgesandten Impuls zeitlich zusammenfällt, so verschwindet der diesbezügliche Mitteneindruck bzw. das Maximum oder Minimum wieder, wenn man die Impulse noch schneller aufeinanderfolgen läßt. Ist die doppelte Impulszahl erreicht, so erhält man wieder einen Mitteneindruck oder ein Maximum bzw. Minimum usf. bei der dreifachen, vierfachen usw. jeder ganzzahligen Vielzahl der Impulse. Eine richtige Entfernungsmessung erhält man daher nur aus der niedrigsten Frequenzzahl, bei der der Mitteneindruck oder das Maximum bzw. Minimum beobachtet wird. Hierdurch kann insbesondere bei ganz kurzen Entfernungen eine Vieldeutigkeit auftreten, die sich wieder bei Landungen im Nebel oder in ähnlichen Fällen, d. h. also gerade dann, wenn eine einwandfreie Messung am meisten benötigt wird, verhängnisvoll auswirken kann.There is also the fact that the known method is not completely unambiguous is. For once the time sequence of the sent sound impulses is like this set that a returning echo pulse is timed with a transmitted pulse coincides, the relevant central impression or the maximum disappears or minimum again if the impulses are allowed to follow one another even faster. If twice the number of pulses is reached, so one obtains again a middle impression or a maximum or minimum etc. with the triple, quadruple, etc. of any integer multiplicity of the pulses. A correct distance measurement is therefore only obtained from the lowest frequency number at which the center impression or the maximum or Minimum is observed. This makes it possible, especially for very short distances an ambiguity can occur, which is reflected in landings in fog or in the like Cases, d. H. so just when a perfect measurement is most needed, can be disastrous.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem der Sender ununterbrochen erregt und ebenfalls durch die zurückkehrende, von dem Empfänger aufgenommene Echowelle beeinflußt wird. Es wird ebenfalls die dadurch entstehende Modulationsfrequenz als Maß für die zu messende Entfernung, z. B. für die Höhe des Flugzeuges über Grund oder für die Meerestiefe, benutzt. Bei diesem Verfahren wird der Sender nicht vollkommen unter- go brochen. Das Verfahren besteht vielmehr darin, die Erregung des Senders durch die Echowelle nur etwas abzuschwächen, ohne sie jedoch gänzlich auszulöschen.In order to avoid this disadvantage, a method has already been proposed at which the transmitter is continuously excited and also by the returning, from which Receiver recorded echo wave is affected. It also becomes the resultant Modulation frequency as a measure of the distance to be measured, e.g. B. for the height of the aircraft above ground or for the depth of the sea, used. With this method, the transmitter is not completely submerged broke. Rather, the process consists in the excitation of the transmitter by the Only attenuate the echo wave a little, but without completely eliminating it.

Dieses Verfahren kann mit jeder Art von Schwingungen ausgeführt werden, z. B. mit Schallschwingungen, mit ultrasonoren Schwingungen, mit elektromagnetischen Schwingungen u. dgl. m.This method can be carried out with any type of vibration, e.g. B. with Sound vibrations, with ultrasonic vibrations, with electromagnetic vibrations and the like m.

Gleichgültig, welche Art von Schwingungen man zur Sendung benutzt, immer wird man im Empfänger die aufgenommenen Echoschwingungen in elektrische Schwingungen umsetzen, die dann zur Schwächung der ausgesandten Energie benutzt werden. Durch Schwächung der Sendeintensität durch dieses von dem Empfänger aufgenommene Echo erhält man aber in der Tat eine zur Entfernungsbestimmung geeignete Modulation. Wird nämlich die Erregung des Senders durch die aufgenommene Echowelle abgeschwächt, so wird eine schwächere Welle ausgesandt. Diese von dem schwächer erregten Sender ausgesandte Welle wird aber auch abgeschwächt als Echowelle von dem Empfänger aufgenommen, χ der nunmehr den Sender in geringerem Maße abschwächt als vorher. Infolgedessen sendet der Sender jetzt wieder einen stärkeren Wellenstoß aus, der ihn nach der Rückkehr als Echo wieder stärker abschwächt. Das Spiel wiederholt sich, so daß in der Tat eine modulierte Welle entsteht, deren Frequenz durchNo matter what kind of vibrations one uses for the broadcast, it always will one converts the recorded echo oscillations into electrical oscillations in the receiver, which then weaken the emitted Energy to be used. This echo received by the receiver is obtained by weakening the transmission intensity but one does indeed have a modulation suitable for determining the distance. Namely, the excitation of the sender by the If the recorded echo wave is weakened, a weaker wave is transmitted. These but the wave emitted by the less excited transmitter is also weakened as Echo wave picked up by the receiver, which is now the transmitter to a lesser extent weakens than before. As a result, the transmitter is now sending a stronger surge again which attenuates it more strongly as an echo after the return. The game repeats itself, so that one is indeed modulated Wave is created, the frequency of which is through

die Zeit bestimmt ist, die die Schwingung braucht, um als Echo wieder zurückzukehren, und die daher das gesuchte Maß für die Entfernung abgibt.the time is determined that the oscillation needs to return as an echo, and which therefore gives the desired measure for the distance.

Die Stärke der von dem Empfänger aufgenommenen Echowelle hängt sowohl von dem Reflexionsvermögen der reflektierenden Fläche als auch von der Entfernung des Sen- ' ders von dieser ab. Die Schwächung der ausgesendeten Welle würde sich daher mit dem Reflexionsvermögen der Flächen und mit der Entfernung derselben ändern. Infolgedessen würde die Amplitude der Modulationswelle sehr starken Schwankungen unterworfen sein. •5 Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Einwirkung des Empfänger.s auf den Sender durch einen Regler nach Art des Fadingausgleiches unabhängig von langsamen Amplitudenänderungen der so aufgenommenen Echowelle konstant gehalten. Zur Regelung der Einwirkung des Empfängers auf den Sender, unabhängig von der Stärke der Echowelle, kann jede aus der Radiotechnik zum Fadingausgleich benutzte Schal- _# tung angewandt werden.The strength of the received echo wave from the receiver depends not only on the reflectivity of the reflecting surface and the distance of the transmitter 'DERS from this starting. The attenuation of the emitted wave would therefore change with the reflectivity of the surfaces and with the distance of the same. As a result, the amplitude of the modulation wave would be subject to very large fluctuations. In order to avoid this disadvantage, according to the invention, the effect of the receiver on the transmitter is kept constant by a regulator in the manner of fading compensation, regardless of slow changes in amplitude of the echo wave recorded in this way. To control the exposure of the receiver to the transmitter, regardless of the strength of the echo wave may be any used in the radio technique for fading compensation formwork _# tung be applied.

Während man bei den bisher bekannten Verfahren zur Echomessung mittels modulierter Welle, bei denen die Sendung durch die zurückgekehrte Echowelle vollständig ausgelöscht wird oder bei denen der Sender durch das Empfangsorgan neu erregt wird, der Natur der Sache nach nur aus kurzen Stoßen bestehende Modulationswellen erhält, die natürlich keine Sinusform aufweisen können, gewährt die Erfindung den weiteren Vorteil, daß durch diese in sehr einfacher Weise die Möglichkeit gegeben ist, die Sinusform der Modulationswelle mit jeder gewünschten Annäherung zu erreichen.While the previously known method for echo measurement by means of modulated Wave in which the transmission is completely wiped out by the returned echo wave or in which the sender is re-excited by the receiving organ, by nature of the matter only for a short time Bump receives existing modulation waves, which of course cannot have a sinusoidal shape, The invention grants the further advantage that by this in a very simple manner the possibility is given to the sine shape of the modulation wave with any desired To achieve rapprochement.

Bei dem neuen Verfahren kann die Sinusform z. B. leicht auf folgende Weise erreicht werden: Der zur Auslösung von Schallwellen, von ultrasonoren Wellen oder auch von elektromagnetischen Wellen oder Wellen sonstiger Art eingerichtete Sender wird durch ein Oszillatorrohr bekannter Art über ein Verstärkerrohr mit gekrümmter Charakteristik, z. B. ein Exponentialrohr, und zweckmäßig über ein Leistungsverstärkerrohr erregt. Der Empfänger wird so eingerichtet, daß er die aufgenommene Echowelle in elektrische Stromschwankungen umsetzt. Die von dem Mikrophon oder sonstigen Empfänger gelieferten Wechselströme werden über einen Gleichrichter und über Siebketten an das Gitter des Exponentialrohres gelegt. Durch die gleichgerichteten, über die Siebketten an das Gitter des Exponentialrohres gelegten Spannungen wird die Vorspannung des Gitters im positiven oder negativen Sinne geändert. Dadurch aber wird die Erregung des Senders durch das Oszillatorrohr abgeschwächt. Die Siebketten bestehen nun aus Kondensatoren, welche über Widerstände durch die gleichgerichteten Mikrophonströme aufgeladen werden und ihre Spannung an das Gitter des Exponentialrohres abgeben. Da nun die Kondensatoren der Siebketten zu ihrer Aufladung eine gewisse Zeit benötigen, welche von der Größe der Widerstände und ihrer Kapazität abhängt, so tritt die Schwächung des Empfängers nicht plötzlich, sondern allmählich je nach dem zeitlichen Verlauf des Aufladungsvorganges ein. Man hat es daher durch passende Bemessung der Widerstände und der Kapazitäten der Kondensatoren in der Hand, der Änderung der Gittervorspannung des Exponentialrohres einen solchen Verlauf zu geben, daß mit Eintreten des stationären Zustandes nach Beendigung· des Einschwingvorganges die Schwächung des Erregerstromes. und damit die Abschwächung der vom Sender ausgesandten Welle mit jeder gewünschten Näherung, also in einer für die Praxis vollkammen ausreichenden Weise, nach der Sinusform verläuft. Hierdurch wird es möglich, als Frequenzmesser und somit als Meßgerät für die Entfernung ein gewöhnliches Amperemeter zu benutzen. Dieses kann ohne weiteres nach o° Entfernungen, also nach Flughöhen bzw. nach Meerestiefen o. dgl., geeicht werden.In the new method, the sinusoidal z. B. easily achieved in the following manner be: The one for the triggering of sound waves, of ultrasound waves or of electromagnetic waves or waves of any other kind set up transmitter is through an oscillator tube of a known type via an amplifier tube with a curved characteristic, z. B. an exponential tube, and expediently excited via a power amplifier tube. The receiver is set up so that it converts the recorded echo wave into electrical Converts current fluctuations. The alternating currents supplied by the microphone or other receiver are over a rectifier and placed over sieve chains on the grid of the exponential tube. By the rectified, placed over the sieve chains on the grid of the exponential tube Stresses the bias of the grid is changed in a positive or negative sense. But this creates the excitement of the transmitter is weakened by the oscillator tube. The sieve chains now consist of Capacitors, which through resistors through the rectified microphone currents are charged and give their voltage to the grid of the exponential tube. There now the capacitors of the sieve chains need a certain time to charge, which depends on the size of the resistances and their capacitance, the weakening occurs of the recipient not suddenly, but gradually depending on the course of time the charging process. It is therefore possible by appropriately dimensioning the resistances and capacitances of the capacitors in hand to give the change in the lattice prestress of the exponential tube such a course that with The steady state occurs after the end of the settling process Weakening of the excitation current. and thus the weakening of the transmitted by the transmitter Wave with any desired approximation, i.e. in a manner that is fully adequate for practice, according to the sinusoidal shape runs. This makes it possible as a frequency meter and thus as a measuring device for the Distance using an ordinary ammeter. This can easily be moved to o ° Distances, i.e. according to flight heights or sea depths or the like, can be calibrated.

Die Ausbildung der Erfindung in der beschriebenen Weise derart, daß die Modulationswelle sinusförmige Gestalt annimmt, bringt den weiteren sehr erheblichen Vorteil mit sich, daß ein analysierender Frequenzmesser verwendet werden kann. Der analysierende Frequenzmesser zeigt gleichzeitig verschiedene Modulationsfrequenzen an und gibt dadurch die Möglichkeit, in besonderen Fällen gleichzeitig die Entfernung von mehreren reflektierenden Flächen zu erkennen. Dieses kann z. B. bei Verwendung auf einem Flugzeug von besonderer Wichtigkeit sein, wenn im Nebel Gebäude in geringer Höhe überflogen werden, z. B. wenn in der Nähe von Ortschaften zur Landung geschritten werden muß. Die im Nebel unsichtbaren, die Landung gefährdenden Gebäude machen sich durch das gleichzeitige Auftreten verschiedener Höhen bemerkbar. Bei Verwendung auf Seeschiffen lassen sich auf diese Weise besonders leicht submarine Geländestufen, z.B.Klippen o.dgl., feststellen. n₅ The embodiment of the invention in the manner described in such a way that the modulation wave assumes a sinusoidal shape brings the further very considerable advantage that an analyzing frequency meter can be used. The analyzing frequency meter shows different modulation frequencies at the same time and thus enables in special cases to recognize the distance from several reflecting surfaces at the same time. This can e.g. B. when used on an airplane of particular importance when flying over buildings at low altitude in the fog, e.g. B. if you have to step to the landing in the vicinity of localities. The buildings that are invisible in the fog and endanger the landing are noticeable through the simultaneous occurrence of different heights. When used on seagoing ships, submarine terrain levels, such as cliffs or the like, can be determined particularly easily in this way. n ₅

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in folgendem:Another advantage of the invention is as follows:

Wird zum Ausgleich der von einer Änderung der Entfernung oder von einer Änderung des Reflexionsvermögens des Untergrundes herrührenden langsamen Amplitudenschwankungen der aufgenommenen EchowelleUsed to compensate for a change in distance or a change slow amplitude fluctuations resulting from the reflectivity of the subsurface the recorded echo wave

eine Fadingausgleichsschaltung verwandt, so kann man mit deren Hilfe gleichzeitig die Natur des Untergrundes bestimmen. Bei Messung der Flugzeughöhe läßt sich z. B. ermitteln, ob man über Wald, Wiese, Wasser, Sand usw. fliegt. Ebenso kann bei Benutzung der neuen Methode an Bord von Seeschiffen die Natur des Meeresgrundes, Schlick, Fels, Sand usw., bestimmt werden, weil jeder Untergrund ein anderes Reflexionsvermögen hat. Dies kann in sehr einfacher Weise durch Messung des zum Ausgleich dienenden Fadingstromes geschehen. Bei idealem, hundertprozentigem Reflexionsvermögen des Untergrundes hängt die Amplitude der aufgenommenen Echowelle offensichtlich einzig und allein von der Entfernung von der reflektierenden Fläche ab. Für jede Entfernung also, die durch den Frequenzmesser der Modulaao tionswelle angezeigt wird, muß daher der Fadingausgleichsstrom, ideales Reflexionsvermögen vorausgesetzt, eine ganz bestimmte Normalstärke haben. Weicht der Fadingausgleichsstrom von dieser Normalstärke ab, so kann die Abweichung einzig und allein von einem anderen Reflexionsvermögen des Untergrundes herrühren. Ein Vergleich der Anzeige des Meßinstrumentes für den Fadingausgleichsstrom mit der angezeigten Modulationsfrequenz bzw. Höhe oder Tiefe läßt daher ohne weiteres einen Schluß auf die Beschaffenheit des Untergrundes zu. Wird z. B. der Frequenzmesser mit dem Meßinstrument für den Fadingausgleichsstrom in der Weise kombiniert, daß die Zeiger beider Instrumente über gemeinsamer Teilung spielen bzw. gemeinsam anzeigen, so läßt sich das Anzeigeinstrument für die Höhe bzw. Tiefe ohne weiteres so einrichten, daß der zweite von dem Fadingausgleichsstrom betätigte Zeiger die Natur des Untergrundes anzeigt, z. B. Waldboden, Sand, Wasser, Acker bzw. Schlick, sandiger Untergrund, felsiger Untergrund u. dgl.a fading compensation circuit is used, so you can use it to simultaneously use the Determine the nature of the subsurface. When measuring the aircraft height, z. B. determine whether you are flying over forest, meadow, water, sand, etc. Likewise, when using the the nature of the seabed, silt, rock, Sand, etc., because each surface has a different reflectivity. This can be done in a very simple manner by measuring the fading current used for compensation happen. With ideal, one hundred percent reflectivity of the background, the amplitude of the recorded depends Echo wave evidently solely from the distance from the reflecting one Area from. So for each distance that is indicated by the frequency meter of the Modulaao tion wave, must therefore Fading compensation current, assuming ideal reflectivity, a very specific one Have normal strength. If the fading compensation current deviates from this normal strength, so the deviation can only be from another reflectivity of the subsurface originate. A comparison of the display of the meter for the fading compensation current with the displayed modulation frequency or height or depth, therefore, a conclusion about the nature can be readily drawn of the subsoil. Is z. B. the frequency meter with the measuring instrument for the fading compensation current in the way combined that the hands of both instruments play over a common pitch or together the display instrument for the height or depth can be displayed without further ado set up so that the second actuated by the fading compensation current pointer the Indicates the nature of the subsurface, e.g. B. forest soil, sand, water, fields or silt, sandy subsoil, rocky subsoil, etc.

Eine zweckmäßige Schaltung zur Ausführung des neuen Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.An expedient circuit for carrying out the new method is shown in the drawing shown schematically.

Zum Erzeugen der Schwingung (Schallschwingung, ultrasonore Schwingung, elektro-So magnetische Schwingung) dient der Sender i, welcher durch das Oszillatorrohr 2 über das Exponentialrohr 3 und den Leistungsverstärker 4 dauernd erregt wird. Die von dem Sender erzeugte Schwingung wird nach ihrer Reflexion und Rückkehr als Echo durch den Empfänger 5 aufgenommen und in einen Wechselstrom umgesetzt. Erzeugt der Sender ι Schallschwingungen oder ultrasonore Schwingungen, so kann als Empfänger ein Mikrophon üblicher Bauart verwandt werden. Der Wechselstrom wird zweckmäßig nach Verstärkung in dem Rohr 6 in dem Gleichrichter 6 gleichgerichtet und über die Siebkette 8 an das Gitter des Exponentialrohres 3 gelegt. Das Exponentialrohr ist ein Verstäikerrohr mit gekrümmter Charakteristik. Eine Änderung der Gittervorspannung im negativen oder positiven Sinne nat daher eine Änderung der Verstärkungsziffer zur Folge.To generate the oscillation (sound oscillation, ultrasound oscillation, electro-so magnetic oscillation) is used by the transmitter i, which passes through the oscillator tube 2 via the Exponential tube 3 and the power amplifier 4 is continuously excited. The one from the broadcaster generated oscillation is picked up after their reflection and return as an echo by the receiver 5 and in a Alternating current implemented. Does the transmitter ι generate sound vibrations or ultrasonore Vibrations, a microphone of the usual type can be used as the receiver. The alternating current is expediently amplified in the pipe 6 in the rectifier 6 rectified and via the sieve chain 8 to the grid of the exponential tube 3 placed. The exponential tube is an amplifier tube with a curved characteristic. One Therefore, of course, a change in the grid bias in the negative or positive sense Result in a change in the gain factor.

Insoweit arbeitet die beschriebene Schaltung wie folgt: Der von dem Oszillatorrohr erregte Sender erzeugt eine Schwingung, die nach ihrer Rückkehr als Echowelle von dem Empfänger aufgenommen wird. Der Empfänger liefert einen Wechselstrom, welcher in dem Verstärkerrohr 6 verstärkt und in dem Gleichrichter 7 gleichgerichtet wird. Der durch die Siebkette 8 geglättete gleichgerichtete Mikrophonstrom ändert die Vorspannung des Gitters des Exponentialrohres 3 z. B. im negativen Sinne. Dadurch wird der Arbeitspunkt des Exponentialrohres auf der Charakteristik verschoben. Da diese gekrümmt ist, hat dies eine Änderung, z. B. eine Schwächung der Verstärkung des von dem Oszillatorrohr gelieferten Wechselstromes zur Folge. Infolgedessen wird jetzt der Sender 1 schwächer erregt, er sendet also eine Schwingung geringerer Amplitude aus, so daß auch der Empfänger 5 in schwächerem Maße erregt wird, welcher daher jetzt über Verstärker 6, Gleichrichter 7 und Siebkette 8 eine Abnahme der Spannung des Gitters des Exponentialrohres 3 bewirkt. Da sich aber hierdurch wieder der Arbeitspunkt auf der Charakteristik des Exponentialrohres im entgegengesetzten Sinne wie vorhin verschiebt, so wird die Verstärkung des von dem Oszillatorrohr gelieferten Impulses wieder größer, und der Sender 1 wird wieder stärker erregt. Es entsteht daher eine Modulationswelle, deren Frequenz durch einen Frequenzmesser io_a oder 10& ermittelt werden kann, der z. B. an die Siebkette 8 oder auch an das Leistungsrohr 4 angeschlossen sein kann. Dieser Frequenzmesser kann dann ohne weiteres nach Entfernungen, d. h. also für ein Flugzeug nach Flughöhen, für ein Seeschiff nach Wassertiefen, geeicht werden. Da die in den Siebketten enthaltenen Kondensatoren eine gewisse von der Kapazität und den Widerständen abhängige Zeit zum Aufladen und Entladen benötigen, so kann gemäß obigen Ausführungen unter entsprechender Anpassung an die Krümmung der Charakteristik des Exponentialrohres erreicht werden, daß die Schwingung praktisch sinusförmig verläuft. Als Frequenzmesser kann dann in bekannter Weise auch ein Amperemeter gewöhnlicher Bauart in Verbindung mit einem frequenzunabhängigen Glied, z. B. iao einem Kondensator oder einer Selbstinduktion, verwandt werden.In this respect, the circuit described works as follows: The transmitter excited by the oscillator tube generates an oscillation which, after its return, is picked up as an echo wave by the receiver. The receiver supplies an alternating current which is amplified in the amplifier tube 6 and rectified in the rectifier 7. The rectified microphon current smoothed by the sieve chain 8 changes the bias of the grid of the exponential tube 3 z. B. in a negative sense. This shifts the operating point of the exponential tube on the characteristic. Since this is curved, this has a change, e.g. B. a weakening of the amplification of the alternating current supplied by the oscillator tube result. As a result, the transmitter 1 is now more weakly excited, so it sends out an oscillation of lower amplitude, so that the receiver 5 is also excited to a lesser extent, which is therefore now a decrease in the voltage of the grid of the exponential tube via amplifier 6, rectifier 7 and filter chain 8 3 causes. However, since this again shifts the operating point on the characteristic of the exponential tube in the opposite sense as before, the amplification of the pulse supplied by the oscillator tube is greater again, and the transmitter 1 is again more strongly excited. The result is a modulation wave, the frequency of _{which can be determined by a frequency meter io a} or 10 &, which z. B. can be connected to the sieve chain 8 or to the power pipe 4. This frequency meter can then easily be calibrated according to distances, that is to say according to flight altitudes for an aircraft and according to water depths for a seagoing ship. Since the capacitors contained in the sieve chains require a certain time, depending on the capacitance and the resistances, for charging and discharging, according to the above statements, with appropriate adaptation to the curvature of the characteristic of the exponential tube, the oscillation is practically sinusoidal. As a frequency meter, an ammeter of conventional design in connection with a frequency-independent element, e.g. B. iao a capacitor or a self-induction, can be used.

Aus den oben angegebenen Gründen wird die Amplitude der Modulationsschwingung starken Schwankungen unterworfen sein. Da hierdurch die Messung, beeinträchtigt wird, ist es zweckmäßig, in den Empfängerkreis einen Regler einzuschalten, welcher die langsamen Änderungen der Amplitude der durch das aufgenommene Echo vom Empfänger gelieferten Wechselströme automatisch konstantFor the reasons given above, the amplitude of the modulation oscillation be subject to strong fluctuations. Since this affects the measurement, it is advisable to switch on a regulator in the receiver circuit, which the slow Changes in the amplitude of the received echo delivered by the receiver Alternating currents automatically constant

ίο hält. Dies geschieht zweckmäßig durch einen Fadingausgleich. Zum Zwecke des Fadingausgleichs wird als Verstärkerrohr 6 ein Exponentialrohr genommen. An den Gleichrichter 7 wird parallel zu der Siebkette 8 ein weiterer Gleichrichter 9 angeschlossen. Der Gleichrichter 7 wandelt den von dem Empfänger S gelieferten, durch das Rohr 6 verstärkten Wechselstrom in einen pulsierenden Gleichstrom um, welcher seinerseits als aus einem Wechselstrom und einem Gleichstrom" zusammengesetzt angesehen werden kann. Im Gleichrichter 9 wird nun die Wechselstromkomponente unterdrückt, so daß nur die Gleichstromkomponente hindurchgeht. Dieseίο holds. This is expediently done by a Fading compensation. For the purpose of fading compensation, an exponential tube is used as the amplifier tube 6 taken. At the rectifier 7 is parallel to the sieve chain 8 another Rectifier 9 connected. The rectifier 7 converts the from the receiver S supplied, through the tube 6 amplified alternating current into a pulsating Direct current, which in turn is composed of an alternating current and a direct current " can be viewed as composed. In the rectifier 9, the AC component is now suppressed, so that only the DC component passes through. These

s5 ist an das Gitter des Exponentialrohres 6 gelegt. Steigt die Amplitude des vom Empfänger 5 aufgenommenen Echos, so verschiebt sich die Spannung des von dem Gleichrichter 9 gelieferten Gleichstromes nach der negativen Seite; die Gittervorspannung des Exponentialrohres wird daher ebenfalls nach der negativen Seite verschoben, so daß die Verstärkungsziffer wegen der Krümmung der Charakteristik abnimmt. Ein Schwächerwerden der Amplitude des aufgenommenen Echos hat umgekehrt eine Vergrößerung der Verstärkungsziffer des Exponentialrohres 6 zur Folge. Auf diese Weise lassen sich daher die langsamen, von der Änderung der Flughöhes5 is placed on the grid of the exponential tube 6. If the amplitude of the echo picked up by the receiver 5 increases, the voltage of the rectifier shifts 9 supplied direct current to the negative side; the lattice bias of the exponential tube is therefore also shifted to the negative side, so that the gain figure decreases because of the curvature of the characteristic. A weakening of the amplitude of the recorded echo conversely, has an increase in the gain factor of the exponential tube 6 result. In this way, therefore, the slow, from the change in flight altitude

oder Meerestiefe sowie von der Änderung des Refiexionsvermögens des Untergrundes herrührenden Schwankungen der Amplitude des aufgenommenen Echos vollkommen ausgleichen. or sea depth as well as from the change in the reflectivity of the subsurface Completely compensate for fluctuations in the amplitude of the recorded echo.

Da nun dieser Ausgleich aber offensichtlich verlangt, daß die Verstärkung des vom Empfänger gelieferten Wechselstromes um so größer ist, je geringer die Amplitude des aufgenommenen Echos ist, und umgekehrt, so folgt, daß der vom Gleichrichter 9 gelieferte Fadingausgleichsstrom der Amplitude der Echowelle am Empfänger meßbar entspricht. Ein an den Gleichrichter 9 z. B. angeschlossenes Meßinstrument io_c für den Fadingausgleichsstrom schlägt daher sowohl entsprechend der jeweiligen Flughöhe bzw. -tiefe, el. h. entsprechend der jeweiligen Entfernung der reflektierenden Fläche als auch entsprechend deren Reflexionsvermögen aus. Ein Vergleich der Anzeige des Instrumentes io_c mit der Anzeige des Instrumentes το_α oder io₄ gibt daher unmittelbar ein Maß für das Reflexionsvermögen und läßt auf die Natur des Untergrundes schließen. Wenn man daher die Zeiger der beiden Instrumente io_a bzw. io_s und io_c über der gleichen Teilung spielen läßt, so läßt die Abweichung der Anzeigen der beiden Zeiger ohne weiteres auf die Beschaffenheit des Untergrundes schließen, während der Zeiger des Meßinstrumentes io_a bzw. 10;, die Flughöhe bzw. Wassertiefe o. dgl. angibt.Since this compensation obviously requires that the amplification of the alternating current supplied by the receiver is greater, the lower the amplitude of the recorded echo, and vice versa, it follows that the fading compensation current supplied by the rectifier 9 of the amplitude of the echo wave can be measured at the receiver is equivalent to. A to the rectifier 9 z. B. connected measuring instrument io _c for the fading compensation current therefore suggests both according to the respective flight altitude or depth, el. H. according to the respective distance of the reflective surface and also according to its reflectivity. A comparison of the display of the instrument io _c with the display of the instrument το _α or io ₄ therefore gives a direct measure of the reflectivity and allows conclusions to be drawn about the nature of the subsurface. If, therefore, the pointers of the two instruments io _a or io _s and io _{c can play} over the same pitch, the deviation of the displays of the two pointers can easily be concluded on the nature of the ground, while the pointer of the measuring instrument io _a or . 10;, the flight altitude or water depth or the like. Indicates.

Claims

Patent claims:

1. Procedure for distance measurement according to the echo method, in which the excitation of the transmitter is weakened by the receiver excited by the returning echo wave, without the excitation of the transmitter, however, is completely

is deleted, so that a modulation is imposed on the transmitted oscillation whose frequency gives a measure of the depth to be plumbed, characterized in that that the action of the receiver on the transmitter by a regulator according to the type of fading compensation is independent kept constant by slow changes in amplitude of the recorded echo wave will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the strength of the action of the controller, e.g. B. So the fading compensation current, measured for the purpose of assessing the nature of the reflective surface will.

3. A circuit for carrying out the method according to claim 1, wherein the Transmitter to an oscillator tube serving for its excitation via an amplifier tube iop is connected, on whose grid a rectifier is placed over sieve chains, the connected via an amplifier to the receiver in which the recorded Echo oscillations converted into electrical current fluctuations are, characterized in that the amplifier tube located behind the oscillator tube a pipe with a curved characteristic, e.g. B. is an exponential tube.

4. A circuit according to claim 3, characterized in that the to the receiver connected amplifier is an exponential tube and that for keeping constant fading compensation is connected to the amplitude of the rectified oscillations in the receiver circuit.

5. Circuit according to claim 3 or 4, characterized in that the fre-

. frequency meter, which uses the modulation frequency to determine the distance from the

reflecting surface, on the sieve chain parallel to the grid of the exponential tube is created in the transmission area.

6. A circuit according to claim 5, characterized in that -the rectifier a measuring instrument responding to the fading compensation current is connected to the fading compensation circuit.

7. Circuit according to claim 5 or 6, characterized in that the pointer of the measuring instrument for the fading compensation current plays over the same division as the pointer of the modulation frequency meter, so that from the information given by the latter, the distance from the difference between the deflections of the two hands conclusions can be drawn about the reflectivity and thus the nature of the reflective surface.

8. Circuit according to one of claims 3 to 7, characterized in that the Capacitors and resistors in the sieve chain in relation to the characteristic of the exponential tube in the transmission circuit are matched so that the modulation wave assumes a sinusoidal shape.

1 sheet of drawings