DE836960C - Verfahren und Anordnung zur Funk-Entfernungsmessung von rueckstrahlenden Gegenstaenden - Google Patents
Verfahren und Anordnung zur Funk-Entfernungsmessung von rueckstrahlenden GegenstaendenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sieh auf die funkelektrische Entfernungsmessung vim festen und beweglichen
Gegenständen unter Ausnutzung des Echos. Im besonderen sieht die Erfindung die sogenannte Auftindung
mit Frequenzmodulation vor, die sich in üblicher Weise dadurch kennzeichnet, daß der in fortlaufender
Weise arbeitende Sender eine fortschreitende Frequenzmodulation mit einer bestimmten Wiederkehr
erfährt, und diese Modulation kann insbesondere
ίο eine lineare Form haben. Die Welle mit der Frequenz
/·"„ kehrt, nachdem sie durch das am nächsten
gelegene Hindernis ι reflektiert wurde, zu dem Sender in dem Augenblick 1\ zurück, der durch die Entfernung
dieses Hindernisses festgelegt ist. In diesem Augenblick geht die Frequenz des Senders durch den
Wert F1. Durch Überlagerung der reflektierten Welle
mit der gesendeten Welle erhält man Schwebungen, deren Frequenz
die Entfernung dieses
Gegenstandes kennzeichnet. Dieselbe Welle F0 erreicht
später den weiter entfernten Gegenstand N, und ihr Echo kehrt zu dem Sender in dem Augenblick
Tn zurück, wo die Sendefrequenz durch den Wert Fn geht. Die charakteristische Schwebung wird
dann Fn-F0. Alle Hindernisse werden so durch eine
besondere charakteristische Frequenz definiert, welche die Wiedergabe ihrer Entfernung ermöglicht.
Um diese Schwebungen in eine selektive, sichtbare Anzeige der Entfernung umzuwandeln, hat man schon
vorgeschlagen, parallel eine verhältnismäßig große Anzahl von Resonanzkreisen zu benutzen, von denen
jeder auf eine besondere Schwebungsfrequenz abgestimmt und an ein unabhängiges Frequenzmeßgerät,
wie einen Frequenzmesser, angeschlossen ist. Diese Lösung, die nicht an die Zeit gebunden ist,
ist verhältnismäßig zu kompliziert und nicht genau genug.
Man hat auch schon vorgeschlagen, z,ur Vereinfachung
des Systems die Abtastung in der Zeit vorzunehmen und einen einzigen Resonanzkreis zu verwenden,
welchem man die Schwebungen zwischen dem gesendeten Signal und dem Echo zuführt. Man
machte die Eigenfrequenz dieses Kreises in Synchronismus mit der Frequenzmodulation des Senders in
ίο der Weise veränderlich, daß seine Abstimmung nacheinander
alle Schwebungsfrequenzen durchläuft, beginnend mit der Frequenz F1-F0 des am nächsten
gelegenen Hindernisses. Zugleich und in Synchronismus mit dieser Regelung ließ man das Kathoden-Strahlbündel
eines einzigen Empfangsoszillographen nach einer quer liegenden Zeitbasis ablenken, entsprechend
dem Maßstab der Entfernungen. Die charakteristischen Schwebungen wurden so nacheinander
zu der Röhre übertragen und erzeugten durch Modulation ihres Bündels leuchtende Ablesemarken
der Entfernungen.
Die Erfindung hat ein neues Verfahren zur selektiven Entnahme der charakteristischen Schwebungsfrequenzen
zum Gegenstand, welches die Ablesung der Entfernungen mittels eines einzigen Oszillographen
ermöglicht, aber den Vorteil hat, daß es verhältnismäßig einfach ist und eine sehr große Genauigkeit
gewährleistet, weil die Einrichtungen zu seiner Ausführung
robust sind und eine genaue Synchronisierung zulassen.
Gemäß der Erfindung veiwendet man, anstatt die
Abstimmung des zu dem Empfänger gehörenden Resonanzkreises zu verändern, an dieser Stelle einen
Filterkreis mit einer festen, in geeigneter Weise gewählten Abstimmung, man entnimmt das mit der
modulierten Frequenz gesendete Signal und moduliert es örtlich in der Frequenz, bevor man es mit dem Echo
zur Schwebung bringt. Diese zusätzliche Modulation wird in fortschreitender und in Synchronismus mit
der normalen Modulation des Senders wiederkehrender Weise sowie nach einem solchen Gesetz vorgenommen,
daß die Schwebungen zwischen dem gesendeten, so modulierten Signal und dem Echo nacheinander in
Abhängigkeit von der Zeit durch die Frequenz des fest abgestimmten Filterkreises gehen. Gleichzeitig
und in Synchronismus mit der zusätzlichen Selektionsmodulation läßt man das Kathodenstrahlbündel ablenken,
welches in dem gegebenen Augenblick durch dasjenige Echo moduliert wird, dessen örtliche, so
modulierte Frequenz eine Schwebungsfrequenz gleich derjenigen des Filters ergibt.
Gemäß einer Ausführungsform dieses Verfahrens benutzt man, um diese selektive Frequenzmodulation
durchzuführen, einen örtlichen Oszillator mit veränderlicher Frequenz, der mit dem Sender starr synchronisiert
und vorzugsweise von der gleichen Achs 3 betätigt wird, welche die Frequenz des Senders verändert.
Diese gleiche Achse wird vorzugsweise mitverwendet, um die Zeit basis des Oszillographen zu
synchronisieren. !
Nach einer anderen Ausführungsform wird zur 1 Steigerung der Stabilität und der Genauigkeit ein 1
zusätzlicher, quarzstabilisierter Oszillator vorgesehen. \ Das von diesem gelieferte Signal geht, nachdem es
sich mit dem Ausgang des Oszillators für die selektive Modulation vermischt hat, durch einen Frequenzvervielfacher und wird dann einem Mischkreis zugeführt,
welcher andererseits das Signal des Senders empfängt. Dieser Kreis wird mit einem weiteren,
das Echo empfangenden Mischkreis verbunden, an welchen das Filter mit fester Frequenz, gefolgt von
einem normalen Empfänger mit Frequenzumsetzung, angeschlossen ist.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
an Hand der Zeichnung.
Abb. ι zeigt das Schema eines vollständigen Systems
zur Messung von Entfernungen gemäß der Erfindung, welches die Kreise für die selektive Modulation, für
die Erzeugung von Schwebungen und für den Empfang sowie zur Erzeugung der Zeitbasis eines synchronisierten
Kathodenstrahloszillographen umfaßt;
Abb. 2 zeigt das zugehörige Diagramm zur Erläuterung seiner Wirkungsweise.
In Abb. ι umrahmen die Quadrate die verschiedenen
Teile der vollständigen Anlage, deren Verbindungen und Aufgabe im einzelnen in dem Teil der Beschreibung
erläutert werden, der sich auf ihre Wirkungsweise bezieht. E bezeichnet den Sender, dessen Einrichtung
für die Frequenzänderung symbolisch durch einen veränderlichen Kondensator K1 dargestellt ist. Der
örtliche Oszillator zur Erzeugung der selektiven Modulation ist mit 0 bezeichnet. Seine Frequenz wird
durch den Kondensator K2 geregelt. Diese beiden Organe werden durch die gerneinsame, von dem Motor
G angetriebene Achse 14 bewegt. Die gleiche Achse betätigt das Potentiometer P, welches das
Sägezahnsignal für die Zeitbasis des Empfangsoszillographen 15 erzeugt. Die Echos der aufgefundenen
Gegenstände werden durch den Mischer D empfangen, welcher einerseits mit dem Empfangsgerät
mit Frequenzumsetzung 1. .. 7 und andererseits mit der Mischstufe C verbunden ist, und diese ist
einerseits mit dem Sender E und andererseits mit einem Frequenzvervielfacher N verbunden. Dieser
letztere ist mit einem Mischer L verbunden, an welchen der Oszillator 0 mit veränderlicher Frequenz und
der Oszillator S mit quarzstabilisierter F.xqaenz angeschlossen
sind. Dieser letztere liefert zugleich die örtlichen Schwingungen für die Frequenzumsetzung
an den Empfänger und ist zu diesem Zweck über einen Vervielfacher M mit der Stufe 2 der ersten
Frequenzumsetzung und direkt mit der Stufe 4 der zweiten Frequenzumsetzung verbunden.
Die Arbeitsweise des Gerätes ist die folgende: Der Sender mit der ursprünglichen Frequenz F0 wird in
der Frequenz nach einem passenden Gesetz von F0
bis Fm moduliert. Diese Modulation .wird während
des Zeitintervalls Tm vorgenommen. In Abb. 2 wurde der Einfachheit halber ein Gesetz mit linearer
Änderung angenommen, welches durch die Gerade EM
dargestellt ist.
Ein Gegenstand wird Energie reflektieren, und diese
kehrt zu dem Sender nach einer Zeit ί = - - zurück,
c
. '
wobei d der Abstand ist, in welchem dar Gegenstand
liegt, und c die Lichtgeschwindigkeit. Die Frequenz der so reflektierten Energie ist dauernd zwischen F0
und F1n veränderlich, es besteht jedoch eine zeitliche
Verschiebung, die sich durch eine Frequenzverschiebung zwischen dem Echo und dem gesendeten Signal
ausdrückt, welche für jeden Gegenstand konstant ist und die Gegenstände in selektiver Weise kennzeichnet.
Diese Frequenzverschiebung ist für einen Gegenstand in der Entfernung dl (da ^1 = )
,-F0
Tn
■ti
Unter der Annahme, daß die höchste von dem Gerät geforderte Reichweite dn ist (wobei dn =tn -2c),
wird die größte Abweichung
Die Frequenzen des empfangenen Echos sind durch die Geraden I und ti dargestellt, welche von der
Geraden EM um die charakteristischen Größen A ι
und Δ η entfernt sind.
In Synchronismus mit der Modulation des Senders liefert der Oszillator O eine von fa bis fm veränderliche
Frequenz. Man wählt in passender Weise das Gesetz, nach welchem dieser Oszillator in der Frequenz
moduliert wird. Im vorliegenden Fall ist es linear.
Das von dem Oszillator O gelieferte Signal wird mit
dem Signal kombiniert, welches von einem Quarzoszillator S mit der stabilisierten Frequenz s geliefert
wird. Man erhält so ein Signal mit kombinierter Frequenz, die von der Frequenz /"„-(- s = p bis zu
der Frequenz fm-\- s = r geht.
Dieses Signal geht durch eine Vervielfacherstufe N, und man erhält so eine Frequenz, die von np (im
Zeitpunkt o) bis nr (im Zeitpunkt Tm) geht und durch
die Gerade X dargestellt wird. Zur bestmöglichen Verwendung des Gerätes ist es angebracht,«/)—nr= Δη
zu wählen.
Das aus dem Vervielfacher abgehende Signal wird dann mit einem von dem Sender gelieferten Signal
kombiniert. Man erhält so ein in der Frequenz moduliertes Signal, dessen Frequenz von F0+ np
(im Zeitpunkt o) bis zu der Frequenz Fm + nr (im
Zeitpunkt Tm) geht. Dieses Signal ist durch die Gerade C wiedergegeben. Dieses letztere Signal dient
dann zur Erzeugung der Schwebungen mit den reflektierten Signalen in dem Mischer D.
Beispielsweise sei angenommen: F0 = 1300 MHz,
Fm = 1330 MHz, Tn, = 20000 μ (bei einer Wiederkehrfrequenz
von 50 Hz).
Wenn die verlangte Reichweite 30 km (200 /<s) ist,
ergibt sich An = 300 kHz.
Man nimmt s ■= 10 MHz und « = 3 und wählt
/0 = 3>5 MHz, fm -— 3,4 MHz, woraus sich ergibt
np = 40,5 MHz und nr — 40,2 MHz.
Der Eingangskreis 1 des Empfängers wird auf die feste Frequenz np abgestimmt, so daß eine ausnutzbare
Schwebung nur auftritt, wenn der Frequenzabstand zwischen der von einem Gegenstand reflektierten
Energie (Kurven I, II) und der durch die oben angegebene Mischung erhaltenen Energie (Kurve C)
gleich der Frequenz np ist.
Wie aus der Abbildung ersichtlich, tritt dies einmal und nur einmal durch ein charakteristisches Echo ein,
und zwar im Zeitpunkt ο für einen Gegenstand in der Entfernung 0, im Zeitpunkt t2 für einen Gegenstand
in der Entfernung ^1 und im Zeitpunkt Tm
für einen Gegenstand in der Entfernung d„. Diese Zeitpunkte sind genau bestimmt durch die Schnittpunkte
der Modulationsgeraden C mit den Geraden I und II. Diese Gerade erhält man, indem man die
Gerade C der selektiven Modulation parallel zu sich selbst um den Abstand np verschiebt. Die ausgewählten
Echos der aufgefundenen Gegenstände verteilen sich auf der Zeitbasis der Echos zwischen
den Punkten 1 und n.
Nach Verstärkung auf der Frequenz np werden die Signale durch einen Mischer 2 geschickt und auf die
Frequenz u durch Schwebung mit einem Signal von der Frequenz ms umgesetzt, welches von der mit dem
Quarzoszillator S verbundenen Frequenzvervielfacherstufe M geliefert wird.
Auf eine weitere Verstärkung 3 bei der Frequenz u
folgt eine Frequenzumsetzung 4 durch Interferenz mit den Signalen der Frequenz s, die von dem Quarz- go
oszillator S geliefert werden. Die Stufe 4 liefert die Frequenz u-s in den auf diese Frequenz abgestimmten
Verstärker 5, auf welchen eine Gleichrichtung 6 und schließlich eine Niederfrequenzverstärkung 7
folgt.
Die Signale werden dann dem Anzeigegerät 15 zugeführt.
Das letztere kann in Form eines Oszillographen mit linearer Horizontalabtastung ausgebildet
sein, von welchem nur das Ablenksystem dargestellt wurde. Die Impulse werden in diesem Fall der
senkrechten Platte 8 zugeführt.
Die Abtastung wird vorgenommen, indem man der horizontalen Platte 10 eine Sägezahnspannung zuführt,
die z. B. von einem Potentiometer P erzeugt wird, dessen Arm 11 von der Achse des Motors G
angetrieben wird und auf dem von der Batterie 12 gespeisten Widerstand 13 gleitet. Diese Sägezahnspannung
wird in 9 auf den erforderlichen Pegel verstärkt.
Abb. 2 zeigt deutlich den einen Vorteil der Erfindung, welcher es ermöglicht, den Zeitmaßstab beträchtlich
zu vergrößern. Während bei einem Radargerät mit Impulsen das Echo eines Gegenstandes in
30 km Entfernung 200 ^s nach der Sendung auftritt, tritt das Echo bei diesem System 20000 fis nach dem
Anfangszeitpunkt auf.
Im übrigen ist die Genauigkeit hinsichtlich der Entfernung sehr gut. Sie hängt nur von der Bandbreite
der letzten Mittelfrequenzverstärkerstufe ab.
Bei dem betrachteten Beispiel ist die Frequenz dieser letzten Stufe 500 kHz. Mit einem Quarzfilter
läßt sich ohne Schwierigkeit eine Bandbreite von 500 Hz herstellen (Überspannung = 1000). Man erhält
demnach ein Trennungsvermögen gleich 1J1000 des
Maßstabes, somit eine Genauigkeit der Entfernung von 30 m.
Die Verwendung einer einzigen Achse für den Antrieb aller veränderlichen Organe des Systems ermöglicht
es, einen genauen Synchronismus aufrechtzuerhalten und die Meßgenauigkeit noch weiter zu
steigern.
Claims (4)
- Patentansprüche:i. Verfahren zur Funk-Entfernungsmessung durchίο aus einem Sender und einem Empfänger bestehende Funkmeßgeräte mit Frequenzmodulation, welche die Echoerscheinung ausnutzen und auf der fortschreitenden und wiederkehrenden Änderung der Senderfrequenz beruhen, dadurch gekennzeichnet, daß das frequenzmodulierte Signal des Senders abgegriffen und einerzusätzlichen Frequenzmodulation, der sog. Selektionsmodulation, unterworfen wird und daß man das so modulierte Signal mit dem empfangenen Echosignal zur Schwebung bringt, wobei das Gesetz für die selektive Modulation so gewählt wird, daß zeitlich aufeinanderfolgend Schwebungen einer Frequenz erzeugt werden, die derjenigen eines am Anfang des Empfängers angeordneten Filterkreises mit fester Ab-Stimmung entspricht, und ferner dadurch gekennzeichnet, daß vom Filterausgang ein in Synchronismus mit der Selektionsmodulation ausgelenkter Oszillographenstrahl sichtbar moduliert wird, derart, daß die Lage der impulsartigen Anzeigen auf dem Oszillographenschirm ein Maß für die gesuchte Entfernung ergibt.
- 2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen frequenzmodulierten Sender, einen frequenzmodulierten Oszillator, Mittel für die synchrone Modulation dieses Senders und dieses Oszillators, eine erste Mischeinrichtung, die mit diesem Sender und diesem Oszillator verbunden ist, eine zweite Mischeinrichtung, die mit dem Ausgang des ersten Mischers und mit der Antenne für den Echoempfang verbunden ist, einen fest abgestimmten Filterkreis, der mit dem Ausgang des zweiten Mischers verbunden ist, einen Empfänger mit Frequenzumsetzung, der mit dem Ausgang dieses Filterkreises verbunden ist, Mittel, die mit dem Ausgang dieses Empfängers verbunden sind und eine lageunterschiedliche Sichtanzeige des empfangenen Echos in Synchronismus mit den Modulationen ergeben.
- 3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Motor, welcher durch eine gemeinsame Achse die Organe für die Frequenzmodulation des Senders und des Oszillators antreibt.
- 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, mit fester Frequenz stabilisierten Oszillator, einen zusätzlichen Mischkreis, der mit diesem zusätzlichen Oszillator und dem frequenzmodulierten Oszillator verbunden ist, und einen Frequenzvervielfachungskreis, welcher den Ausgang dieses Mischers mit dem an den Sender angeschlossenen Mischkreis verbindet.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen® 3929 4. 52
Applications Claiming Priority (1)
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FR986560T | 1949-03-12 |
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Publication Number | Publication Date |
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- 1950-02-14 CH CH284472D patent/CH284472A/fr unknown
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- 1950-10-03 DE DEC3068A patent/DE836960C/de not_active Expired
Also Published As
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