DE911985C

DE911985C - Verfahren zur Messung der Entfernung mit frequenzmodulierten Schwingungen

Info

Publication number: DE911985C
Application number: DEG4618D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Gustav Guanella
Original assignee: GUSTAV GUANELLA DIPL ING
Current assignee: GUSTAV GUANELLA DIPL ING
Priority date: 1939-03-31
Filing date: 1940-03-27
Publication date: 1954-05-24
Also published as: US2268587A; FR868001A; CH219436A; GB539952A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Messung der Entfernung von reflektierenden Stellen durch Aussendung und Wiederempfang von Schwingungen periodisch veränderlicher Frequenz und durch Auswertung der empfangsseitig erhaltenen, im Takt der Sendefrequenzänderung schwankenden Differenzfrequenz.

Nach einem bekannten Verfahren, das namentlich zur Messung der Höhe von Flugzeugen über dem Erdboden dient, werden vom Flugzeug Funkwellen ausgesandt, deren Frequenz in linearer Abhängigkeit mit der Zeit, d. h. gleichförmig ansteigt bzw. abfällt. Der konstante Frequenzunterschied der ausgesandten und der vom Erdboden reflektierten Schwingungen ist dann proportional der Laufzeit wie auch der Flughöhe über dem Erdboden. Diese Höhe kann also durch Messung der Schwebungsfrequenz zwischen

ausgesandten und wiederempfangenen Schwingungen leicht bestimmt werden. Dabei ergeben naturgemäß auch alle durch irgendwelche Störschwingungen verursachten unerwünschten Schwebungsfrequenzen entsprechende Beeinflussungen der Frequenzmessung. Wenn die Frequenz der nachzuweisenden Schwebungen klein ist gegenüber der störenden Schwebungsfrequenz, so kann die Höhenanzeige auch bei sehr geringem Störpegel noch empfindlich beeinträchtigt werden. An sich kann bekanntlich auch eine Frequenzmodulation mit anderem Verlauf, etwa sinusförmig, vorgenommen werden. Es wird dann ein Extremwert der entstehenden veränderlichen Differenzfrequenz bestimmt.

Nach der Erfindung wird eine Entfernungsbestimmung nach jenem bekannten Prinzip unter Vermeidung von größeren, durch Störschwingungen ver-

ursachten Meßfehlern ermöglicht, indem bei nicht linearem und stetigem Verlauf der Sendefrequenzänderung aus der Differenzfrequenz eine in ihrem Verlauf die Schwankungen der Differenzfrequenz charakterisierende Meßspannung abgeleitet und ein in einem ganzzahligen Verhältnis zur Taktfrequenz der periodischen Sendefrequenzänderung stehender Frequenzteil dieser Meßspannung hinsichtlich seiner Amplitude unter Berücksichtigung der Größe der

ίο jeweiligen Empfangsspannung über Mittel, die im Sinne einer Zurückhaltung von Störfrequenzen frequenzselektiv sind, gemessen wird.

Dieses Verfahren wird nun vorerst an Hand von Fig. ι und 2 näher erläutert.

In Fig. ι ist durch T ein Sender und durch R ein Empfänger dargestellt. Ein Teil e_x der in T erzeugten frequenzmodulierten Schwingungen e₀ wird dem Empfänger R direkt zugeführt, während ein weiterer Teil e₂ an der im Abstand d befindlichen Reflexionsschicht X reflektiert wird und bei einer Fortpflanzungsgeschwindigkeit c mit einer Laufzeitverzögerung

2 d (1)

es zum Empfänger gelangt. Durch Messung der Verzögerungszeit t₀ läßt sich also der Abstand d feststellen. Die Frequenz w der Empfängerausgangsgröße e entspricht der Schwebungsfrequenz W₃ zwischen C₁ und e₂. Wegen der ungleichförmigen periodischen Frequenzänderung der ausgesandten und wiederempfangenen Schwingungen ist diese Schwebungsfrequenz ebenfalls periodisch veränderlich. Mit dem Frequenzmesser K wird eine Meßspannung E erzeugt, die in ihrem Verlauf der momentanen Schwebungsfrequenz entspricht. Die Amplitude u eines in einem ganzzahligen Verhältnis zur Taktfrequenz der periodischen Sendefrequenzänderung stehenden Frequenzanteiles dieser Meßspannung wird mit dem Instrument /, welches die zu messende Entfernung anzeigt, gemessen, während der Einfluß aller übrigen Frequenzanteile und der Störschwingungen durch den selektiv wirkenden Kreis S unterdrückt wird.

Die Kreisfrequenz W₁ des Senders T ist gemäß Fig. 2, deren Abszisse die Zeit t anzeigt, um einen Mittelwert w₀ periodisch veränderlich. Wenn es sich dabei um Frequenzmodulation mit einer sinusförmigen Niederfrequenzschwingung

U₀= U₀- sin vt

(2)

handelt, wobei durch U₀ die Amplitude und durch υ die Kreisfrequenz bezeichnet ist, so gilt für die ausgesandten und direkt zum Empfänger übertragenen Schwingungen

e_x = E₁ sin (w_ot — S₀ cos υt),

(3)

wobei E₁ die konstante Amplitude und B₀ · ν = W den Frequenzhub, d. h. die maximale Frequenzänderung der ausgesandten Schwingung bedeutet. Für die Momentanfrequenz w dieser Schwingung gilt dann

Die bei der Reftexionsstelle reflektierte Schwingung e₂ gelangt nach (1) mit einer Verzögerung t₀ zum Empfänger, d. h. es ist

e₂ = E₂ sin [w₀. [t —t₀) — B₀ cos ν [t — t₀)], (5)

und die Momentanfreqüenz dieser in Fig. 2 eingezeichneten reflektierten Schwingung ist

w_z — W₀ -V- W sin ν {t—1₀). (6)

Die beiden Schwingungen e_x und e₂ ergeben nun im Empfänger eine Schwebung (vgl. Fig. 2) mit der Frequenz

W₃ = W₁ — W₂ = W [(sin vt — sin ν (t —1₀)]. (7)

Da ν · i₀ bei der praktischen Durchführung der Verfahren stets klein ist gegenüber 1, gilt auch mit großer Annäherung

w₃—W-ν ■ t₀-\cosvt\. (8)

Diese Schwebungsfrequenz schwankt also im Takt der niederen Frequenz ν zwischen Null und einem Maximalwert W ■ υ · t₀, der von der Laufzeit t₀ abhängig ist und deshalb auf die Entfernung d schließen läßt. Da ein negatives Vorzeichen von w_z natürlich sinnlos ist, ist durch besondere Einklammerung j cos vt \ hervorgehoben, daß stets die positiven Absolutwerte einzusetzen sind. Bei der Durchführung des Verfahrens sind die Verhältnisse so zu wählen, daß die mittlere Schwebungsfrequenz bei den zu messenden Laufzeiten groß ist gegenüber der Niederfrequenz v.

Durch Gleichrichtung des Schwingungsgemisches (^₁—e₂) kann in bekannter Weise eine Differenzfrequenzspannung <% erzeugt werden:

e₃ = £₃ cos {fw_s · dt) = E₃ cos (W· t₀ · sin νt). (9)

Eine solche Differenzfrequenzspannung entsteht auch bei gegenseitiger Modulation der Schwingungen e_x und e₂, da bekanntlich auch bei der Modulation Differenzfrequenzen gebildet werden.

Nach der Erfindung wird nun die Frequenz u<₃ von e_z in bestimmter Weise über Organe ausgewertet, welche auf die in niederfrequentem Takt erfolgende periodische Frequenzänderung selektiv sind, so daß der Einfluß von Störfrequenzen weitgehend unterdrückt wird. Dies erfolgt mit Hilfe einer periodisch veränderlichen Meßspannung, deren Amplitude stets der Frequenz ze»₃ nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit entspricht und deshalb wie w₃ periodischen Schwankungen unterworfen ist. Durch übertragung dieser Meßgröße über Filter oder mit anderen selektiv wirkenden Mitteln werden die Störungen weitgehend unterdrückt. Aus der so gesäuberten Meßgröße ergibt sich nun durch Messung der Amplitude die mittlere Schwebungsfrequenz und damit auch die Entfernung d.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung der Meßspannung und zur selektiven Unterdrückung der Einflüsse aller unerwünschten Frequenzanteile dieser Spannung.

Durch Gleichrichtung von e₃ kann vorerst eine Spannung E₂ erzeugt werden. Deren Amplitude läßt

sich unabhängig von Amplitudenschwankungen der ausgesandten und der wiederempfangenen Schwingungen e_x bzw. e₂ konstant halten, indem E₃ als Regelspannung zur automatischen Verstärkungsregelung des Schwingungsempfängers im Sinne eines Ausgleichs der Amplitudenschwankungen verwendet wird.

Zur Erzeugung einer von der Entfernung d abhängigen Meßspannung E₅ kann dann die auf konstante Amplitude gebrachte Spannung über ein Netzwerk mit frequenzabhängigem Amplitudenübertra-

P W = A₁-W₃

E₅ = E₃-A₁-W₃ = A₅-W-Vt₀-gungsmaß p (w) geleitet werden, so daß eine frequenzabhängige Wechselspannung e₅ entsteht:

^es = P (^a's) ·^β3 = ^Ε3-Ρ M " cos (/w₃ ■ dt), (io)

Durch Gleichrichtung erhält man daraus die Meßspannung

E₅ = E₃-P(W₃). (n)

Wenn die Amplitude E₃ auf konstanten Wert reguliert und wenn p (w) beispielsweise frequenzproportional ist, so ist wegen (8) bei konstantem A₁

und

cos w ί I

= -± -A₅- W- Vt₀

Tt

COS 2 Vt COS 4-Vt COS 6 Vt

1-3 3-5

5-7

12

(13)

Aus diesem Frequenzgemisch kann nun durch ein gleichstromundurchlässiges elektrisches Filter ein bestimmter Frequenzanteil, z. B. das Glied mit der Frequenz 2v, herausgegriffen werden, so daß eine sinusförmige Niederfrequenzspannung

■ A₅ · W· ν · t₀ · cos 2 vt — B₅ ■ t₀ · cos 2 νt

entsteht, deren Amplitude bei konstantem B₅ der Laufzeit t₀ proportional ist. Durch diese frequenzselektive Auswahl werden die in der Meßgröße E₅ auftretenden Störkomponenten verschiedenster Herkunft fast vollständig unterdrückt, da die Filterdurchlaßfrequenz 2 ν keine irgendwie bevorzugte Störfrequenz darstellt.

Durch Messung von U₅ mit einem entsprechend geeichten Wechselstrominstrument kann die Entfernung d wegen (1) und (14) direkt abgelesen werden. Auch bei nicht linearer Frequenzabhängigkeit der Amplitudenübertragungsverhältnisse p (w) des Filters zur Übertragung von e₃ ist eine direkte Anzeige der Entfernung d bei entsprechender nicht linearer Skalenteilung ohne weiteres möglich.

Bei Frequenzmodulation der Trägerfrequenz W₀ mit einer periodischen, aber nicht sinusförmigen Niederfrequenzschwingung u₀ weichen die Amplituden der einzelnen Meßspannungsfrequenzanteile von der in (13) gegebenen Beziehung ab, und bei geeigneter Wahl des Verlaufes von U₀ kann erreicht werden, daß E₅ nur eine einzige Wechselkomponente enthält, so daß durch die Selektionsmittel keine weiteren Komponenten unterdrückt werden.

Eine Meßspannung, die stets der Momentanfrequenz von e₃ entspricht, kann auch erzeugt werden, wenn durch eine automatische Verstärkungsregelung die Amplitude E₃ von e₃ in der Weise reguliert wird, daß die gleichgerichtete Filterausgangsspannung E₅ eine konstante Amplitude aufweist. Wenn das Amplitudenübertragungsmaß p (w) der reziproken Frequenz proportional ist, so gilt

A_n

und

p (w) =

E₃ =

(15)

(16) wobei A₃ bei konstanter Amplitude von E₅ eine Konstante darstellt. In diesem Fall gilt also eine Beziehung gemäß (13) für die Spannung E₃, die somit in der eben beschriebenen Weise als Meßgröße benutzt werden kann.

Da eine genaue Regelung auf konstante Amplitude von E₃ bzw. E₆ oft Schwierigkeiten bereitet, empfiehlt es sich, den Quotienten q der Amplituden von U₅ und e₃ zu messen, welcher aus naheliegenden Gründen nur vom frequenzabhängigen Übertragungsmaß p (w) abhängt, während die gleichzeitigen Amplitudenänderungen von e₃ und U₅ ohne Einfluß bleiben.

Dieser Quotient q kann beispielsweise als Verhältnis der Gleichspannungen U₅ und E₃, die aus U₅ bzw. e₃ durch Gleichrichtung und Beruhigung entstehen, gemessen werden, indem diese Gleichspannungen den versetzten Spulen eines Kreuzspuleninstrumentes zugeführt werden. Bei frequenzproportionalem p (w) gilt für die Amplitude U₅ von U₅ nach (14)

U₅ = B₅-t₀. (17)

Da B₅ der Amplitude A₅ und damit auch der Amplitude E₃ von e₃ proportional ist, so gilt

η — ⁵ — C · t h$\ ιις

E₃

wobei C₅ eine amplitudenunabhängige Konstante ist. Der Vergleich von u₅ und e₃ bzw. U₅ und E₃ kann auch erfolgen, indem aus e₃ über ein Netzwerk mit einstellbarem frequenzunabhängigem Amplituden- lao übertragungsmaß eine Spannung e₈ gewonnen wird, deren Amplitude E₈ durch Einstellung des Netzwerkes gleich der Amplitude U₅ von U₅ gemacht wird. Die Einstellung des Netzwerkes gibt dann das Amplitudenverhältnis q (vgl. 18) und damit die zu ermittelnde Entfernnng an.

Eine selektive Auswertung eines bestimmten Frequenzanteiles der Meßgröße E_s, z. B. gemäß (13), ist auch möglich durch Bildung des Produktes aus dieser Größe und einer aus der Niederfrequenz U₀ gewonnenen Oberwelle gleicher Frequenz, z. B.

U₂ = U₂ cos 2 vt, (19)

Dieses Produkt u₇ hat einen Mittelwert U₇:

U₇ = — A₅ ■ A₇ ■ W -vt_o = B₇-t_Ol (20)

der nur von der auszuwertenden Komponente M₅ mit der Frequenz 2 ν abhängig ist. Bei dieser selektiven Unterdrückung der Einflüsse aller Frequenzanteile der Meßspannung, die von der gegebenen Sollfrequenz, z. B. 2 v, abweichen, sind also besondere Filter nicht erforderlich. Die Bildung des mittleren Produktes kann in bekannter Weise durch gegenseitige Modulation der betreffenden elektrischen Größen und nachfolgende Beruhigung oder auch durch Messung mit einem wattmetrischen Instrument erfolgen.

Schließlich können zur Entfernungsmessung auch zwei Meßgrößen, die in ungleicher Weise frequenzabhängig sind, nutzbar gemacht werden. Eine erste Wechselspannung e₅ entsteht beispielsweise durch Übertragung von e₃ über ein erstes Netzwerk mit dem frequenzabhängigen Übertragungsmaß P₁ (w), während eine zweite Wechselspannung e₆ durch Übertragung von e₃ über ein zweites Netzwerk mit dem

frequenzabhängigen übertragungsmaß p₂ (w) entsteht. Für e₅ und e₆ gelten also Beziehungen gemäß (10). Durch Gleichrichtung dieser modulierten Wechselspannungen erhält man die Spannungen E₅ bzw. E₆ gemäß (11), welche in niederfrequentem Takt periodisch veränderlich sind. Es sei nun beispielsweise P₁ (w) frequenzproportional, so daß für E₅ die Beziehung (13) gilt, während />₂ (w) dem Frequenzquadrat proportional ist, so daß für p₂ (w₃) bzw. E₆ die folgenden Beziehungen gelten:

P₉₁[W₃) =A_ä-w₃\ (21)

E₆ = E₃ ■ A₂ ■ w₃- = - A,

■ v* ■ i₀ ²

'6 — ^S "·^ία2 ' "¹S"" — ^Λ 6 ' ^vv ' ' ^V* ' ^Ζθ" i¹ + COS 2ZJ^).

Diese Spannung enthält also eine Komponente

M₆ = B₆ · t₀ ² · COS ZVt (22)

mit der Amplitude

Der Quotient aus U₆ und der in E₅ enthaltenen Komponente U₅ gemäß (14) ist nun direkt proportional der zu bestimmenden Laufzeit und Entfernung

M=

(23)

Das gleiche gilt auch für den Quotienten der aus Zi₅ bzw. M₆ durch Gleichrichtung gewonnenen Spannungen U₅ bzw. U₆. Dieser Quotient kann nach einem bekannten verhältnisbildenden Verfahren, z. B. mit einem Kreuzspulinstrument, gemessen werden. Zur Beseitigung der Einflüsse aller Störkomponenten werden M₅ und U₆ wieder über elektrische Filter übertragen, oder der Vergleich dieser beiden Spannungen erfolgt nach einem frequenzselektiven Verfahren. Der frequenzabhängige Verlauf von P₁ (w) und p₂ (w) kann natürlich auch von den in (12) und (21) gegebenen Beziehungen abweichen, so daß dann der Quotient q nach einer meist nicht linearen Gesetzmäßigkeit von der Verzögerungszeit t₀ abhängt.

Wenn die Momentanfrequenz W₃ der Differenzfrequenzspannung e₃ für die Erzeugung einer frequenzabhängigen Meßspannung zu groß oder zu klein ist, so kann aus e₃ durch Frequenzvervielfachung oder Frequenzteilung vorerst eine neue Differenzfrequenzspannung e_i mit der Frequenz

w, = η ■ w«

(24)

gewonnen werden, wobei η eine ganze Zahl oder ein Bruch mit ganzzahligem Nenner ist. Aus e₄ wird eine frequenzabhängige Meßgröße E₅ erzeugt, welche in der beschriebenen Weise zur Ermittlung der Schwingungslaufzeit dient. Diese Laufzeit ist nach (8) proportional der Schwebungsfrequenz W₃. Da nun statt w₃ die «-mal größere Frequenz w_t von e₄ ausgewertet wird, so erhält man also wegen (24) bei gleicher Eichung eine w-mal größere Laufzeit, was durch besondere Eichung natürlich leicht berücksichtigt werden kann.

Eine Frequenzvervielfachung bzw. Frequenzteilung von e₃ ist in gewissen Fällen nicht ohne weiteres möglich. Man kann dann durch Frequenzvervielfachung bzw. -teilung aus den zu vergleichenden Schwingungen C₁ und e₂ vorerst zwei neue Schwingungen C₁₁, e₁₂ erzeugen, für deren Frequenzen W₁₁, W₁₂ gilt

= η · W₁,

= η · W₉

(35 a) (25b)

Durch Gleichrichtung oder gegenseitige Modulation entsteht dann aus diesen neuen Schwingungen die Differenzfrequenzspannung e₄ mit der Differenzfrequenz w₄ nach (24).

Die zur Entfernungsmessung benutzten Schwingungsvorgänge e₀ können je nach den bei der Anwendung des Verfahrens vorliegenden Verhältnissen in bekannter Weise als elektromagnetische Wellen, insbesondere Kurzwellen oder Ultrakurzwellen, oder als akustische bzw. mechanische Schwingungen, deren Frequenz auch in den unhörbaren Bereich fallen kann, ausgestrahlt werden. Bei der Bestimmung der Entfernung einer in vorgegebener Richtung liegenden Reflexionsstelle empfiehlt sich, wie es allgemein üblich ist, die Anwendung von Sende- und Empfangssystem mit ausgeprägter Richtwirkung. Zur Bestimmung von Entfernungen längs elektrischen Leitungen können die S chwingungs vorgänge diesen Leitungen in Form entsprechender elektrischer Ströme und Spannungen zugeführt werden. iao

Die Schwingungen veränderlicher Frequenz können bekanntlich auch in Form einer mit diesen Schwingungen amplitudenmodulierten Trägerwelle ausgesandt werden, bei der es sich wieder um elektromagnetische oder mechanische Wellen handeln kann. Diese Trägerwelle, deren Frequenz ursprünglich

konstant ist, erhält durch die Modulation mit den veränderlichen Frequenzen in bekannter Weise zwei Seitenbänder, deren Frequenz ebenfalls veränderlich ist. Eine derartige Übertragungsform kommt in Frage, wenn das Ubertragungsmedium für die Schwingungen veränderlicher Frequenz nicht geeignet ist oder wenn Sender und Empfänger bei höheren Frequenzen und einer verhältnismäßig kleineren Bandbreite bessere Resultate ergeben.

ίο An Hand von Fig. 3 bis 11 werden nun einige beispielsweise Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

In Fig. 3 ist eine Einrichtung dargestellt, die beispielsweise zur Bestimmung der Höhe von Flugzeugen über dem Erdboden mit Hilfe von Ultrakurzwellen gebraucht werden kann. Der Schwingungsgenerator T₂ enthält eine Dreielektrodenröhre 11 in Bremsfeldschaltung. Bekanntlich hängt die Frequenz solcher Schwingungserzeuger im starken Maße von den

ao Betriebsspannungen ab, so daß eine Frequenzmodulation im Takt der Niederfrequenzspannung u₀ in einfacher Weise zustande kommt, indem U₀ über den Übertrager 12 und die Hochfrequenzdrossel 14 der Gitterspannung überlagert wird. 13 ist eine Anodendrossel. Die Hochfrequenzschwingungen gelangen über eine Lecherleitung zum gerichteten Abstrahlsystem T₁, das aus einem Dipol im Brennpunkt eines Parabolspiegels besteht. Die in paralleler Bündelung abgestrahlten Schwingungen e₀ werden an der Refiexionsstelle X, z. B. Erdboden, zurückgeworfen und gelangen als entsprechend verzögerte Schwingungen e₂ zum gerichteten Empfangssystem A₁. Ein Teil 1S₁ der ausgesandten Schwingungsenergie gelangt auch direkt zum unmittelbar benachbarten Empfangssystem, so daß im Empfänger R₂ Schwebungen mit der Frequenz w₃ gemäß (7) und (8) auftreten. Die Empfangsröhre 15 ist als Bremsaudion geschaltet, so daß das mittlere Anodenpotential im Takt der Schwebungsfrequenz schwankt. Über die Hoch-

frequenzdrossel 16 und den Übertrager 18 kann also eine gleichgerichtete Spannung mit der Frequenz W₃ entnommen werden. 17 ist eine Gitterdrossel. Nach Verstärkung in R₃ wird diese Differenzfrequenzspannung C₃ der Amplitudenbegrenzungsschaltung L

♦5 zugeführt. Da positive Gitterspannungen wegen des über den Widerstand 20 und die Drossel 21 fließenden Gitterstromes vermieden werden und der Anodenstrom der Röhre 19 bei negativ werdendem Gitter rasch auf Null fällt, entstehen über dem Anodenwiderstand 22 Schwingungen mit der Frequenz W₃, deren Amplitude von der Eingangsamplitude unabhängig ist.

Die Messung der Frequenz W₃ zur Bestimmung der Laufzeit t_Q kann durch Übertragung dieser auf konstante Amplitude gebrachten Wechselspannung über ein Filter mit frequenzabhängigem Amplitudenübertragungsmaß und nachfolgende Amplitudenmessung erfolgen. Mit einer Schaltung K läßt sich auch ohne besondere Filter eine Spannung E₅ erzeugen, die der Momentanfrequenz W₃ stets proportional' ist. Die Schwingungen werden den beiden Röhren 25 und 26 über den Kopplungskondensator 23 und einen Übertrager 24 zugeführt, so daß diese Röhren in abwechselnder Reihenfolge stromdurchlässig sind. Bei positivem Gitter von 25 lädt sich der Kondensator 27 über diese Röhre mit der Batteriespannung auf. Diese Ladung fließt dann über die Röhre 26 dem Übertrager 28 zu, sobald das Gitter von 26 positiv wird. Diese Ladungstransporte wiederholen sich im Takt der Frequenz w₃, so daß der Übertragerstrom dieser Frequenz stets entspricht. Aus der Meßspannung E₃ wird mit dem Netzwerk N₁ ein bestimmter Frequenzanteil u₅ herausgegriffen, dessen Amplitude, welche nach (14) der festzustellenden Laufzeit t₀ entspricht, gemessen wird. Das Netzwerk N₁ ist als Brückenfilter mit den beiden Serieresonanzkreisen 29 und 30 ausgebildet, die etwas oberhalb bzw. etwas unterhalb der für die Komponente U₅ gewählten Frequenz abgestimmt sind. Alle Störkomponenten der Meßspannung E₅, die nicht in den engen Durchlaßbereich dieses Filters fallen, werden also unterdrückt und ergeben keine Beeinträchtigung der Messung. Die Messung von u₅ kann mit einem Wechselstrominstrument oder nach Gleichrichtung von U₅ im Gleichrichter H mit dem Gleichstrominstrument J₁ erfolgen, welches die von der nachzuweisenden Entfernung abhängige Gleichspannung U₅ anzeigt. Durch Übertragung von U₅ über das Netzwerk N₂ mit der Längskapazität 9 und dem Ableitwiderstand 10 entsteht die Größe U₁₀, die dem Differentialquotienten von U₅ entspricht. Durch Messung von CZ₁₀ mit dem Instrument J₂ kann also in selbstverständlicher Weise die zeitliche Änderung der Entfernung d festgestellt werden. Bei Anwendung der Einrichtung in einem Flugzeug läßt sich damit die Steig- bzw. Fallgeschwindigkeit ermitteln. Bei der Einrichtung nach Fig. 4 werden die hochfrequenten Schwingungen im Sender T₂ mit einer abgestimmten Rückkopplungsschaltung erzeugt. Die Abstimmkapazität 31 der Röhre 11 wird durch ioo Antrieb mit dem Motor 50 in üblicher Weise im Takt einer Niederfrequenz ν periodisch verändert, so daß die dem Spulensystem 32 entnommenen und mit der Antenne T₁ abgestrahlten Schwingungen e₀ gemäß (3) frequenzmoduliert sind. Mit der Empfangsantenne P₁ wird ein Teil der ausgestrahlten Schwingungen e_x direkt und ein weiterer Teil e₂ nach Rückkehr von der zu bestimmenden Reflexionsstelle empfangen. Wegen der ungleichen Laufzeit ergeben diese beiden Schwingungen im Empfänger R₂ Schwebungen mit der Frequenz w₃, so daß durch Gleichrichtung in der Röhre 15 und Verstärkung in R₃ die Differenzfrequenzspannung e₃ gemäß (9) entsteht. Die Abstimmung des Schwingkreises mit der Spule 32 und der Kapazität 37 wird nach bekanntem Prinzip durch Steuerung des Kondensators mit dem Antriebsmotor 50 in gleicher Weise wie die Senderabstimmung periodisch verändert. Die Empfängerabstimmung entspricht deshalb stets der momentanen Senderfrequenz, und es ist auch bei großem Frequenzhub eine geringe iao Bandbreite der Empfangskreise zulässig, so daß nur ein Minimum von Störschwingungen mitempfangen wird. 33 sind gleichartige Kopplungskondensatoren im Sender und Empfänger, 35, 36 Hochfrequenzdrosseln im Empfänger, 34, 38 der Übertrager- iss kreis.

Aus e₃ entsteht durch Gleichrichtung in H₃ mit der Doppeldiode 45, dem Übertrager 46 und dem Sperrkondensator 47 die amplitudenproportionale Spannung E₃. Gleichzeitig wird e₃ über ein Filter F mit den Längswiderständen 39 und der Querinduktivität 40 übertragen, so daß eine Spannung e₅ entsteht, deren Amplitude sich nach Maßgabe der Frequenz ändert. Durch Gleichrichtung mit den Diodengleichrichtern 41 im Gleichrichterkreis G erhält man daraus die Spannung E₅, die der momentanen Amplitude von e₅ und damit nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit auch der monentanen Schwebungsfrequenz W₃ entspricht. Wenn der induktive Widerstand von 40 klein ist gegenüber dem ohmschen Widerstand von 39, so gilt dabei die Beziehung (13). Mit dem Netzwerk N, das beispielsweise als Filter mit den Resonanzkreisen 42 und 43 ausgebildet ist, wird ein bestimmter Frequenzanteil W₅ aus der Meßspannung E₅ herausgegriffen. Durch Verstärkung mit der Röhre 44 und nachfolgende Gleichrichtung mit dem gleichartig zu H₁, aufgebauten Doppeldiodengleichrichter 45 im Gleichrichterkreis H₁ entsteht aus U₅ die amplitudenproportionale Gleichspannung U₅. Der Vergleich von U₅ und E₃ ergibt gemäß (18) eine amplitudenunabhängige Laufzeitmessung. Dieser Vergleich kann erfolgen, indem E₃ und U₅ den beiden versetzten Spulen 48 und 49 eines Kreuzspulinstrumentes. / zugeführt werden, welches den Quotienten q und damit die zu messende Laufzeit t₀ bzw. die Entfernung d anzeigt.

Bei Verwendung der Einrichtung auf bewegten Fahrzeugen, wie z. B. auf einem Flugzeug, kann die Fahrzeugsteuerung Si durch die Entfernungs- bzw. Höhenmessung in der Weise beeinflußt werden, daß bestimmte vorgegebene minimale Höhen oder Entfernungen von Hindernissen oder auch bestimmte Maximalhöhen nicht überschritten werden. Dies erfolgt z. B. in einfacher Weise durch Schließung besonderer Stromkreise der Steuerungseinrichtung St mit Hilfe von Kontakten des Instrumentes /. Eine solche Maßnahme gehört ebensowenig zur Erfindung wie der Aufbau des Sendeteiles der Einrichtung.

In Fig. 5 ist eine Einrichtung gezeigt, bei der die Amplitude der Komponente Ji₅ nach einem Kompensationsverfahren ausgewertet wird. Durch periodische Abstimmungsänderungen des Rückkopplungsgenerators O ist die Frequenz der Ausgangsschwingung e₀ im Takt einer Niederfrequenz ν frequenzmoduliert. Die Abstimmungsänderungen kommen durch ein mit Motor 55 angetriebenes Zahnrad 56 zustande, dessen Zähne sich vor dem Kern einer Abstimmspule 53 bewegen, wodurch deren Induktivität, die zusammen mit der Kapazität 54 den Schwingkreis der Röhre 51 bildet, periodisch verändert wird. Die über den Übertrager 52 in T₂ verstärkten Schwingungen werden beispielsweise durch einen elektroakustischen Wandler T₁ als Schallwellen ausgestrahlt und nach der Reflexion mit dem Mikrophon R₁ wiederempfangen. Wenn vorerst von den Kreisen H₃ und Ji₄ abgesehen wird, so werden die in R₂ verstärkten Empfangsschwingungen e₂ in der GegentaktmodulationsschaltungM mit der direkt übertragenen Schwingung e_x moduliert, so daß eine Differenzfrequenzspannung mit der Schwebungsfrequenz W₃ entsteht. Die Modulationsschaltung setzt sich aus dem Eingangsübertrager 57, den Röhren 58 und den im Anodenkreis liegenden Drosseln 59 sowie dem Kondensator 60 zusammen. Durch Übertragung über das Netzwerk F mit frequenzabhängigen Übertragungskonstanten (Längsinduktivitäten 6x, Ouerwiderstand 62) entsteht die Spannung e₅, deren Amplitude der Momentanfrequenz nach einer durch die Filterkonstanten gegebenen Gesetzmäßigkeit entspricht. Im Gleichrichter G mit den Gleichrichterelementen 63 und dem Kondensator 64 wird die mit der Amplitude von e₅ in niederfrequentem Takt periodisch veränderliche Spannung E₅ gewonnen, aus der mit dem Bandfilter Λ^Γ eine bestimmte Komponente U₅ herausgegriffen wird. Das Bandfilter setzt sich aus zwei Serienresonanzkreisen 65 und einem Parallelresonanzkreis 66 zusammen. Durch Abschwächung der Differenzfrequenzspannung mit dem einstellbaren Potentiometer 72 im Abgleichkreis D entsteht die Spannung e₈, deren Amplitude im Wechselstromdifferentialrelais P, das die beiden Wicklungen 67 und 68 trägt, mit der Amplitude von U₅ verglichen wird. Bei ungleichen Amplituden wird über das Relais der Motor 70 und damit die. Spindel 71 durch eine Batterie 69 in Vorwärts- bzw. Rückwärtslauf versetzt, wodurch sich die Potentiometereinstellung so lange verändert, bis die Amplituden in beiden Relaiswicklungen übereinstimmen. An der Skala 73 kann dann das Amplitudenverhältnis der Spannungen am Eingang und am Ausgang des Abgleichkreises D abgelesen werden. Wegen der Amplitudengleichheit von U₅ und e_a entspricht dieses Verhältnis dem Quotienten q = U₅IE₃ aus den Amplituden von Ji₅ und e₃, welcher nach (18) ein amplitudenunabhängiges Maß für die zu messende Laufzeit darstellt. An Stelle von P kann nach besonderer Gleichrichtung von U₅ und e_s auch ein polarisiertes Gleichstromrelais vorgesehen werden.

Die Frequenzen von e_x und e₂ können von der Modulation in M durch die Frequenzvervielfachungskreise üf₃, H_i vervielfacht werden, so daß Schwingungen e_n, e₁₂ mit den gemäß (25) um einen ganzzahligen Faktor η erhöhten Frequenzen W₁₁, W₁₂ entstehen. Da auch die Frequenz der daraus durch Modulation erzeugten Differenzfrequenz e₄ gegenüber der ursprünglichen Differenzfrequenz e₃ stets um den Faktor η vergrößert ist, so entspricht die Messung nunmehr einer Laufzeit η ■ t₀, was bei der Eichung von D leicht zu berücksichtigen ist. Statt einer Frequenzvervielfachung kann natürlich im Bedarfsfall auch eine Frequenzteilung in H₃ und H₄ ^vor" gesehen werden.

In vielen Fällen ist die Auslösung eines Warnsignals bei extremen Werten der gemessenen Entfernung d erwünscht. Ein solches optisch oder akustisch wahrnehmbares Signal wird in üblicher Weise durch die Warnvorrichtung 74 erzeugt, sobald eine extreme Laufzeit t₀ eine entsprechende Einstellung des Potentiometers 72 und damit Schließung der Kontakte 74 zur Folge hat.

Bei der Einrichtung nach Fig. 6 wird die selektive Messung eines Frequenzanteiles der Meßspannung nach einem wattmetrischen Verfahren durchgeführt.

Der Abstimmungssteuerkreis C enthält eine Elektronenröhre 83, deren Gitter am Verbindungspunkt der Kapazität 84 und des ohmschen Widerstandes 85 liegt. Durch diese wattlose Rückkopplung entsteht eine Gitterwechselspannung, die gegenüber der Anodenwechselspannung um 90° phasenverschoben ist. Demnach ist auch der Anodenwechselstrom gegenüber der Anodenwechselspannung um 90° verschoben, d. h. die Röhre stellt eine Kapazität dar, deren Größe von der Verstärkung abhängt, welche in einfacher Weise durch die über eine Drossel 86 zugeführte Niederfrequenzspannung M₀ periodisch gesteuert wird. Durch diese veränderliche Kapazität, welche parallel zum Abstimmkreis 82 des Rückkopplungsgenerators O mit der Röhre 81 liegt, werden die Schwingungen des Oszillators frequenzmoduliert. Die im Verstärker T₂ verstärkten Schwingungen werden durch den Wandler ^beispielsweise in Ultraschallschwingungen e₀ umgewandelt, welche zum Teil direkt als Schwinao gung ^₁ und zum Teil über die nachzuweisende Reflexionsstelle als verzögerte Schwingung e₂ zum Schwingungsempfänger R₁ gelangen. Die entsprechenden elektrischen Wechselspannungen werden mit der Röhre 91 in R₂ verstärkt und mit der über die Kapazität 93 und den Widerstand 94 angekoppelten Röhre 92 gleichgerichtet, so daß nach weiterer Verstärkung in R₃ eine Wechselspannung e_s mit der Schwebungsfrequenz w_z entsteht. Durch Gleichrichtung von e₃ mit dem Trockengleichrichter 95 im Gleichrichterkreis Z und nachfolgende Beruhigung über den Längswiderstand 97 und die Ableitkapazitäten 96 entsteht eine Amplitudenregelspannung E₃, welche die Verstärkung der Röhre 91 in R₂ im Sinne einer Regelung auf konstante Amplitude von e₃ beeinflußt. Da die empfangenen Schwingungen unter Umständen mit der Niederfrequenz υ amplitudenmoduliert sind, kann auch die Amplitude der durch Überlagerung gewonnenen Differenzfrequenz mit ν amplitudenmoduliert sein. Um diese Amplitudenmodulation durch genügend rasch wirkende Regeltätigkeit des Rückführungskreises Z zu unterdrücken, ist die Zeitkonstante der in Z enthaltenen Beruhigungsmittel klein zu wählen im Vergleich mit der Schwingungsdauer der Niederfrequenzspannung M₀. Aus e₃ wird mit dem Filterkreis F, der die Längskapazität 98 und den Querwiderstand 99 enthält, eine frequenzabhängige Differenzfrequenzspannung e₅ gewonnen, aus der durch Gleichrichtung in den Gleichrichterelementen 100 von G die in niederfrequentem Takt veränderliche Meßspannung E₅ entsteht. Der Frequenzvervielfachungskreis H₀ enthält zwei mit dem Übertrager 87 in Verbindung stehende Gleichrichter 88 in Gegentaktschaltung, so daß aus der Niederfrequenzspannung M₀ eine aus Oberwellen zusammengesetzte Spannung U₁ entsteht. Mit dem aus der Kapazität 89 und den Induktivitäten 90 und 101 aufgebauten Filterkreis N wird eine bestimmte Komponente M₂ aus U₁ herausgegriffen, deren Frequenz beispielsweise iv sein mag. Das wattmetrische Instrument / spricht bekanntlich nur auf Frequenzen an, die gleichzeitig dem festen Spulensystem 102 wie auch dem beweglichen System 101 zugeführt werden. Da M₂ nur die Frequenz 2» enthält, ergibt also nur die Komponente M₆ von E₅, deren Frequenz ebenfalls 2 ν ist, eine Anzeige des Instrumentes, während der Einfluß aller übrigen, zum Teil störenden Komponenten durch dieses selektiv wirkende Verfahren ohne besondere Filter unterdrückt wird. Die Anzeige von / ermöglicht also wegen (1) und (14) eine genaue und ungestörte Messung der von den Schwingungen e₂ zurückgelegten Weglänge.

In Fig. 7 ist eine Einrichtung dargestellt, welche zur Messung der Entfernung von Refiexionsstellen in elektrischen Leitungen verwendet werden kann. Der Schwingungsgenerator O enthält eine Elektronenröhre 121, deren Anodenschwingungen über das Spulensystem 123 auf den mit einem Kondensator 122 abgestimmten Gitterschwingkreis rückgekoppelt sind. Der Eisenkern des Spulensystems ist durch den Ruhestrom der Batterie 128 vormagnetisiert, dem ein der Niederfrequenzspannung U₀ entsprechender Wechselstrom überlagert ist, so daß die Eisensättigung und damit die Spuleninduktivität und die Generatorfrequenz im Takt dieser Niederfrequenz periodisch schwankt. Die in T verstärkten Generatorschwingungen gelangen über den Übertrager 124 und die Primärspule von 125 des Entkopplungskreises TR auf die Leitung Y₁, Y₂. Ein Leitungskurzschluß bei X stellt eine Störungsstelle dar, wo die Schwingungen reflektiert werden. Über den Übertrager 125 gelangen die reflektierten Schwingungen e₂ zum Modulator M₁, in dem das Modulationsprodukt aus e₂ und der ursprünglichen Schwingung e₀ gebildet wird. Das in F₁ verstärkte Modulationsprodukt ergibt die Spannung e_s mit der Schwebungsfrequenz w₃. Die durch Gleichrichtung in Z gewonnene Regelspannung E₃ beeinflußt die Verstärkung in F₁ im Sinne einer Konstanthaltung der Amplitude von e₃. Eine Spannung e₅ mit frequenzabhängiger Amplitude E₆ entsteht durch Übertragung von e₃ über das Netzwerk F, das aus der Serienschaltung eines ohmschen (140) und eines verlustlosen Widerstandes (141) besteht. Die aus e_& durch Gleichrichtung in G gewonnene amplitudenproportionale Meßspannung E₅ hängt also von der momentanen Schwebungsfrequenz W₃ nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit ab, die durch die Übertragungseigenschaften von F gegeben ist. Gleichzeitig wird durch Frequenzvervielfachung in H₀ aus U₀ eine Wechselspannung M₁ erzeugt, deren Frequenz beispielsweise 2 ν sei. Durch Verstärkung in F₂ und Regelung auf konstante Amplitude mit der in Z₂ durch Gleichrichtung gewonnenen Amplitudenregelspannung U₂ entsteht die amplitudenkonstante Wechselspannung U₂. Wenn die Komponente M₆ von E₅ mit der Frequenz 2 ν gleiche Amplitude hat wie M₂, so verschwindet die Frequenz 2 ν in der dem Modulator M₂ über den Übertrager 165 zugeführten Differenzspannung (m₂—E₅), und damit verschwindet auch die Gleichstromkomponente U₉ des im Modulationskreis M₂ aus M₂ und (m₂—E₅) gebildeten Modulationsproduktes M₉. Wenn jedoch M₅ größer bzw. kleiner ist als M₂, so enthalten die Eingangsspannungen des Modulators M₂ Komponenten gleicher Frequenz 2 υ bei entgegengesetzter bzw. gleicher Phasenlage, so daß eine negative bzw. positive Gleichstromkompo-

nente U₉ des Modulationsproduktes entsteht, wodurch das polarisierte Relais 158 der Schaltung P den Motor 160 mit Hilfe der Batterie 159 in Rückwärtsbzw. Vorwärtsgang versetzt. Die Spindel 161 verändert dann die Einstellung von F, bis die Komponente U₅ von E₅ die konstante Amplitude von M₂ erreicht. Die hierzu erforderliche Einstellung von F hängt naturgemäß von der mittleren Schwebungsfrequenz w_z und damit von der zu messenden Leitungslänge d, ab, welche an der entsprechend geeichten Skala 163 direkt abgelesen werden kann. Da alle Komponenten von2?₅, deren Frequenz von 2 ν abweichen, keine Gleichstromkomponente des Modulationsproduktes U₉ und deshalb auch keine Beeinflussung des Relais 158 ergeben, handelt es sich auch hier um ein selektives Verfahren, bei dem die Störkomponenten der Meßspannung E₃ ohne Einfluß auf das Meßergebnis bleiben.

Bei der Einrichtung nach Fig. 8 erfolgt die Entfernungsmessung durch Vergleich zweier Meßgrößen. Die vom Sender T ausgestrahlten und vom Empfänger R wiederempfangenen Schwingungen e₂ werden im Modulationskreis M mit den unverzögerten Schwingungen e_x des Senders moduliert, so daß eine as Wechselspannung mit der Differenzfrequenz w_z entsteht. Nach Verstärkung in V werden aus dieser Differenzfrequenzschwingung e_s durch Übertragung über P₁ und F₂ zwei Wechselspannungen e₅ und e₆ gewonnen, die in ungleicher Weise frequenzabhängig sind. Die durch Gleichrichtung in G₁ bzw. G₂ daraus gewonnenen frequenzproportionalen Meßspannungen E₅, E_e sind wegen der periodischen Frequenzänderung von e₃ in niederfrequentem Takt veränderlich. Das Amplitudenverhältnis der mit den Filtern N₁, iV₂ herausgegriffenen frequenzgleichen Komponenten u₅, M₆ steht dabei in einem bestimmten Zusammenhang mit der Laufzeit t₀, wie dies in Verbindung mit (23) an einem Beispiel gezeigt wurde. Die Quotientenmessung mit dem Instrument / kann nach einem bekannten Verfahren, wie z. B. nach der Ferrarismethode, erfolgen. Es kann auch ein Kreuzspulinstrument verwendet werden, dessen Feld mit einer den Komponenten Ji₅ und M₆ entsprechenden Frequenz erregt ist, wobei U₅ und M₆ dem in diesem Feld drehbaren Doppelspulensystem zugeführt sind. Die durch Gleichrichtung aus U₅ und M₆ gewonnenen Größen £7₅ und U₆ können auch mit einem Gleichstrom-Quotientenmesser, wie z. B. mit einem gewöhnlichen Kreuzspulinstrument, verglichen werden. Fig, 9 zeigt eine ähnliche Einrichtung, wobei der Vergleich zweier Meßgrößen nach einem Modulationsverfahren erfolgt. Die vom Sender T direkt zum Empfänger R₁ gelangenden Schwingungen ^₁ werden gemeinsam mit den nach der Reflexion wiederempfangenen Schwingungen e₂ verstärkt und in R₂ gleichgerichtet, so daß eine Spannung e₃ mit der Schwebungsfrequenz ir₃ entsteht. Durch Übertragung über die Netzwerke F₁, F₂ erhält man die frequenzabhängigen Spannungen e_s, e₆, die zur Bildung der Meßgrößen E₅, E₆ in G₁, G₂ gleichgerichtet werden. Diese Meßgrößen sind wegen der frequenzabhängigen Übertragungseigenschaften VOnF₁ und F₂ ^m niederfrequentem Takt veränderlieh und enthalten Komponenten, deren Frequenz mit Oberwellen von U₀ übereinstimmt. Zum selektiven Vergleich zweier Kornponenten U₅, U₆ von E₅ bzw. E₆ wird aus U₀ in H₀ eine frequenzgleiche Oberwelle % erzeugt und dem beweglichen System 173 eines wattmetrischen Relais P zugeführt. Das feste System enthält die Spulen 171,172, die von den zu vergleichenden Komponenten U₅, M₆ in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden, so daß ein Drehmoment bei Gleichheit dieser Komponenten verschwindet. Jeder Amplitudenunterschied der zu vergleichenden Größen hat einen entsprechenden Ausschlag des Relais zur Folge, wodurch ein Vorwärts- bzw. Rückwärtslauf des Motors 174 bewirkt wird. Dieser Motor verändert über die Spindel 175 die Einstellung der NetzwerkeF_x, F₂ bis zur Amplitudengleichheit der Komponenten U₅, U₆. Diese Einstellung ist wegen der frequenzabhängigen Übertragungseigenschaften der Netzwerke von der mittleren Schwebungsfrequenz W₃ abhängig und ermöglicht deshalb eine Messung der Laufzeit t₀. Es handelt sich auch hier um eine selektive Messung, da alle Komponenten vonF-₅ und .E₆, die nicht mit M₂ frequenzgleich sind, keine Beeinflussung des wattmetrischen Instrumentes P ergeben.

Bei den gegebenen Schaltungsbeispielen sind naturgemäß zahlreiche Ergänzungen und Änderungen unter Beibehaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich. Als Erfindung sollen jedoch nur die Teile unter Schutz gestellt werden, die sich mit der entstörenden Auswertung der empfangsseitig erhaltenen Differenzfrequenzspannung befassen.

Es gibt zahlreiche an sich schon bekannte Möglichkeiten zur Anwendung der beschriebenen Entfernungsmessung. In Flugzeugen kann die Höhe über dem Erdboden oder die Entfernung bzw. das Vorhandensein irgendwelcher in bestimmter Richtung liegender Hindernisse bestimmt werden. Bei Verwendung von akustischen Wellen kann in ähnlicher Weise die Wassertiefe oder die Entfernung von Hindernissen von Schiffen oder Unterseebooten aus gemessen werden. Durch eine mit der Einrichtung verbundene automatische Warnvorrichtung kann dabei in gebräuchlicher Weise ein optisches oder akustisches oder ein direkt auf die Fahrzeugsteuerung wirkendes Warnsignal zur Vermeidung von Kollisionen mit Hindernissen erzeugt werden. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren läßt sich auch die Entfernung be- no wegter Körper, durch welche die Schwingungen zurückgeworfen werden, wie z. B, Flugzeuge, Schiffe, Unterseeboote, vom Erdboden oder von anderen Fahrzeugen aus ermitteln. Zur Untersuchung der geologischen Struktur des Erdinnerns und zur Ermittlung besonders interessanter Mineralschichten können die frequenzmodulierten Schwingungen in Form von Bodenwellen ausgesandt und wiederempfangen werden, welche von den inhomogenen Übergangsstellen zwischen den einzelnen Schichten zurückgeworfen werden. Die Anwendung des Verfahrens empfiehlt sich weiter zur Ermittlung von schwingungsreflektierenden Störungsstellen in elektrischen Leitungen, insbesondere bei Kabeln.

Normalerweise sind Schwingungssender und Empfänger mit geringem Abstand nebeneinander ange-

ordnet, so daß die Laufzeit der direkt vom Sender zum Empfänger übertragenen Schwingung vernachlässigt werden kann. Gemäß Fig. io kann der Empfänger R auch in größerem Abstand vom Sender T angebracht sein, so daß die Laufzeit der über die Entfernung α direkt zum Empfänger übertragenen Schwingung ^₁ unter Umständen ebenfalls ins Gewicht fällt. Für die im Empfänger R gemessene Laufzeitdifferenz t_n gilt dann naturgemäß

b + d a

C, C₀

(26)

wenn durch C₁ die Fortpflanzungsgeschwindigkeit auf dem Weg über die Reflexionsstelle und durch C₂ die Fortpflanzungsgeschwindigkeit auf dem direkten Verbindungsweg bezeichnet wird. Der Einfluß der direkten Übertragung kann klein gemacht werden, indem

ao hierzu beispielsweise elektromagnetische Wellen und für die Übertragung über die Reflexionsstelle X die bedeutend langsameren Schallwellen benutzt werden, so daß die gemessene Laufzeit mit größter Annäherung dem Weg (b -f d) über die Reflexionsstelle entspricht. Bei gleicher Fortpflanzungsgeschwindigkeit c der direkten und der indirekten Übertragung ergibt die Laufzeitmessung dagegen die Differenz beider Weglängen

b + i — a

(27)

An Stelle einer natürlichen Reflexionsstelle X kann in bekannter Weise auch eine besondere Einrichtung vorgesehen werden, durch welche die ankommenden Schwingungen sofort wieder ausgesandt werden, wie dies in Fig. 11 gezeigt wird. Die frequenzmodulierten Schwingungen des Senders T werden in Re empfangen, durch Tr gleichzeitig wieder ausgesandt und schließlich durch die Empfangseinrichtung R mit der Gesamtverzögerung t₀ gemäß (1) wieder empfangen. Der in K, S, J nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessene Laufzeitunterschied "der direkt übertragenen und der über die Empfänger-Sende-Einrichtung Re-Tr übertragenen Schwingung läßt also ohne weiteres auf die Entfernung dieser Hilfseinrichtung schließen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Entfernung zwischen einer Flugzeugstation und einer Bodenstation bestimmt werden, wenn es sich bei der einen um die beschriebene Einrichtung T-R mit den nötigen Zusatzapparaten und bei der anderen um die Hilfseinrichtung Re-Tr handelt.

Um die Selbsterregung von Schwingungen in dieser Hilfseinrichtung Re-Tr zu vermeiden, empfiehlt es sich, das Schwingungsempfangssystem und das Schwingungsstrahlsystem, d.h. z.B. die Sendeantenne und die Empfangsantenne dieser Einrichtung in üblicher Weise gegenseitig zu entkoppeln. Wenn die Schwingungen veränderlicher Frequenz einer Trägerwelle aufmoduliert sind, so können in gleichfalls bekannter Weise für die Übertragung vom Sender T zum Hilfsempfänger Re und für die Übertragung vom Hilfssender Tr zum Empfänger R zwei Trägerwellen ungleicher Frequenz verwendet werden, wodurch Selbsterregung der Hilfseinrichtung ebenfalls vermieden wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Messung der Entfernung reflektierender Stellen durch Aussendung und Wiederempfang von Schwingungen periodisch veränderlicher Frequenz und durch Auswertung der empfangsseitig erhaltenen, im Takt der Sendefrequenzänderung schwankenden Differenzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht linearem und stetigem Verlauf der Sendefrequenzänderung aus der Differenzfrequenz eine in ihrem Verlauf die Schwankungen der Differenzfrequenz charakterisierende Meßspannung abgeleitet und ein in einem ganzzahligen Verhältnis zur Taktfrequenz der periodischen Sendefrequenzänderung stehender Frequenzanteil dieser Meßspannung hinsichtlich seiner Amplitude unter Berücksichtigung der Größe der jeweiligen Empfangsspannung über Mittel, die im Sinne einer Zurückhaltung von Störfrequenzen frequenzselektiv sind, gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Differenzfrequenz bildenden Schwingungen zur Vergrößerung der Differenz frequenzvervielfacht werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Meßspannung aus der Differenzfrequenz elektrische Kondensatorladungen gleichbleibenden Energieinhaltes im Takt der Differenzfrequenz über gesteuerte Elektronenröhren gebildet und weitergeleitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung der Meßspannung die Differenzfrequenz über ein Netzwerk mit frequenzabhängigem Amplitudenübertragungsmaß geleitet und anschließend gleichgerichtet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspannung selbsttätig konstant gehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die den gesuchten Meßwert liefernde Spannungsmessung durch Vergleich (Quotientenmessung) mit einer aus den Empfangsschwingungen gewonnenen und deren Amplitudenschwankungen wiedergebenden Vergleichsspannung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vergleichenden Spannungen im Sinne der Erlangung des Quotienten 1 in meßbarer Weise auf gleiche Amplitude eingestellt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung und der in seiner Amplitude zu bestimmende Frequenzanteil der Meßspannung über Organe mit unterschiedlicher Frequenzabhärigigkeit des Amplitudenübertragungsmaßes aus der Differenzfrequenz abgeleitet werden.

g. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quotientenmessung mit Gleichspannungen durchgeführt wird.

io. Verfahren nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt der Meßspannung mit einer die Ausscheidung des gewünschten Frequenzanteiles bewirkenden Hilfsspannung entsprechender Frequenz gebildet wird.

ir. Verfahren nach Anspruch io, dadurch gekennzeichnet, daß die den gesuchten Meßwert liefernde Spannungsmessung durch meßbare Amplitudeneinstellung der von Empfangsschwankungen unabhängig gemachten Meßspannung bis zum Auftreten eines charakteristischen Ausgangswertes der Produktbildung vorgenommen wird.

12. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch ii, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Produktbildung an Stelle der Meßspannung deren Differenz gegenüber der Hilfsspanming benutzt und die Meßspannung durch Einstellung ihrer Amplitude gleich der Hilfsspannung gemacht wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Produktbildung ein Modulator benutzt wird, dessen Ausgangsgröße mit einem Gleichstrominstrument gemessen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsspannung eine Oberwelle der Taktfrequenz der periodischen Sendefrequenzänderung benutzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 11, 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudeneinstellung mit Hilfe elektrischer, auf den Richtungssinn der Abweichung ansprechender Organe selbsttätig erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspannung und eine Vergleichsspannung über Organe mit unterschiedlicher Frequenzabhängigkeit des Amplitudenübertragungsmaßes aus der Differenzfrequenz abgeleitet und in einem wattmetrischen Relais miteinander verglichen werden, auf das zugleich eine die Ausscheidung des gewünschten Frequenzanteiles bewirkende Hilfsspannung entsprechender Frequenz einwirkt und das die selbsttätige Einregelung der zu vergleichenden Spannungen auf gleiche Amplitude steuert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

9502 5.