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Verfahren zur Entfernungs- und Richtungsbestimmung von reflektierenden
Objekten
Die Erfindung betrifft die Entfernungs- und Richtungsbestimmung von reflektierenden
Objekten unter Anwendung des an sich bekannten Phasenpeilverfahrens für Ultrakurzwellen.
Bei der Auswertung wird die Einfallsrichtung der reflektierenden Wellenfront mittels
Phasenvergleich zwischen zwei örtlich getrennten Empfängern festgestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anwendungsart des an sich bekannten Phasenpeilverfahrens
für Ultrakurzwellen bei einem Verfahren zur Entfernungs-und Richtungsbestimmung
von reflektierenden Objekten werden die Empfänger starr miteinander verbunden, und
die Empfängerbasis wird gedreht.
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Ferner wird in örtlicher Nähe der Empfänger, insbesondere mit den
Empfängern starr verbunden,ein Dezimeterwellensender für Impulsaussendung betrieben.
Für beide Empfänger wird ein gemeinsamer Oszillator benutzt, der die zu messenden,
vom Objekt reflektierten Dezimeterwellenimpulse in Zwischenfrequenzimpulse niedriger
Frequenz, insbesondere Tonfrequenzimpulse, umwandelt.
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Diese Zwischenfrequenzimpulse von beiden Empfängern werden getrennt
auf einem Oszillographen zur Peilauswertung und Entfernungsmessung angezeigt.
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In den Abbildungen ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
dargestellt.
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Abb. I zeigt zur Erklärung der Wirkungsweise der erflndungsgemäßen
Anwendungsart die in einem Abstand voneinander angeordneten Empfänger; Abb. 2 zeigt
eine klarere Darstellung der erfindungsgemäßen Anwendungsart; Abb. 3 (3a bis 3 c)
zeigt verschiedene Schwingungszustände für verschiedene Peilwinkel; Abb. 4 zeigt
eine Schaltung zur Summen- und Differenzbildung; Abb. 5 zeigt das Schirmbild einer
Kathodenstrahlröhre bei Peilung; Abb. 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anwendungsart.
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Ein Dezimeterwellensender sendet hochfrequente Impulse aus, die am
zu messenden Objekt reflektiert werden und sich in ebener Wellenfront auf zwei Empfänger,
die, wie Abb. I zeigt, in einem Abstand a voneinander im Raum angeordnet sind, hin
bewegen. Mittels dieser getrennt im Raum angeordneten Empfänger wird zur Peilung
ein Vergleich der räumlichen und zeitlichen Phasenlage der die Empfänger treffenden
Wellenfront festgestellt. Stehen beide Empfänger nicht in einer Ebene mit der ankommenden
Wellenfront, so wird sich ein zeitlicher Phasenunterschied feststellen lassen. Die
Entfernung kann in der üblichen Weise durch eine Abstandsmessung zwischen dem primären
und dem reflektierten Impuls bestimmt werden.
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In Abb. I sind die beiden Empfänger mit Er und E2 bezeichnet, und
die schraffierten Flächen stellen beispielsweise die Maximumstellen der ankommenden
ultrakurzen Schwingungszüge dar. Der Peilvorgang erfolgt nun derart, daß die Empfänger,
die miteinander fest verbunden sind, in ihrer Verbindungsachse so gedreht werden,
daß in beiden Empfängern kein Phasenunterschied mehr besteht.
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Es ist klar, daß man in beiden Empfängern auch eine Phasengleichheit
dann feststellen wird, wenn die beiden Wellen die Empfänger mit 3600 Phasenverschiebung
treffen werden. Um diesen Fall zu vermeiden, muß man eine Grobpeilung vornehmen,
die j a bei Dezimeterwellen durch geeignete Antennenformen leicht herzustellen ist.
Die Grobpeilung arbeitet etwa auf 50 genau. Durch diese vorherige Grobpeilung wird
erreicht, daß die Empfänger niemals so stehen können, daß ein Phasenunterschied
von 3600 als Phasengleichheit angezeigt wird. Durch die erfindungsgemäße zusätzliche
Feinpeilung durch Verdrehen der räumlichen Lage der Empfänger auf Phasengleichheit
läßt sich eine Peilung auf etwa 1/100 genau festlegen. In Abb. 2 sind die Verhältnisse
noch klarer dargestellt. E1 und Eo stellen wieder die beiden Empfänger dar. Ist
die Ebene der beiden Empfänger nicht parallel zur ankommenden Wellenfront, so werden
die Hochfrequenzschwingungen mit verschiedener Phase auf beide Empfänger auftreffen.
Gemäß der Erfindung sind die beiden Empfänger starr miteinander verbunden, so daß
die gesamte Anordnung in Peilrichtung gedreht werden kann. Zur Anzeige der Phasenlage
in beiden Empfängern ist ein Kathodenstrahlrohr bzw. ein Oszillograph geeignet.
Wegen der verwendeten hohen Trägerfrequenzen läßt sich die Auswertung nicht unmittelbar
auf dem Bildschirm der Rathodenstrahlröhre vornehmen. Um eine Darstellung zu ermöglichen,
wird die hohe Trägerfrequenz durch einen für beide Empfänger gemeinsamen Oszillator
auf eine niedrigeZwischenfrequenz, die im Tonfrequenzbereich liegen kann. transponiert.
Die nachfolgende Rechnung zeigt. daß auch bei den Zwischenfrequenzen der Phasenunterschied
der aufgenommenen Dezimeterwelle erhalten bleibt.
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Die Empfangsfeidstärke ist
die im Empfänger I induzierte Spannung ist dann
die im Empfänger 2 induzierte Spannung
die Oszillatorspannung am Mischrdhr ist ttoS = los cos (J'ot + nach z. B. quadratischer
Gleichrichtung entsteht
Der Phasenunterschied von der Zwischenfrequenz I und der Zwischenfrequenz 2 ist
dann ## = # x1-x2/c , wenn x1X2 = 2 = 2 Lc : 2 maw 2 2 / In Abb. 3 sind die Schwingungsverhältnisse
bei empfangsseitiger Osz/illatorüberlagerung gezeigt.
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Abb. 3 a zeigt die gemeinsame Oszillatorwelle für beide Empfänger.
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Abb. 3 b zeigt die ankommende Dezimeterwelle. und zwar den Anfang
eines Dezimeterwellenimpulses. Dieser Impuls wurde von einem in der Nähe der beiden
Empfänger angeordneten Sender zur Ortung ausgesendet und am zu peilenden Objekt
reflektiert.
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Abb. 3 c zeigt die Überlagerung der ankommenden Dezimeterwelle mit
der Oszillator-
spannung. Je nach der Phasenlage in den beiden Empfängern
wird die Phase der entstehenden Zwischenfrequenz verschieden sein. Bei 1800 Phasenverschiebung
der Dezimeterwellen am Ort der Empfänger erhält man zwei Zwischenfrequenzen, wie
sie Abb. 3d darstellt. Die Schwingungen sind dann ebenfalls 1800 gegeneinander phasenverschoben.
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In der Abb. 3 d stellen die ausgezogenen und die strichpunktierten
Linien die empfangsseitig gebildeten Zwischenfrequenzen dar. Bei sendeseitigem Impulsbetrieb
wird man eine Umhüllende erhalten, wie Abb. 3 d zeigt.
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Die Anzeige der Zwischenfrequenzen wird erfindungsgemäß wie folgt
vorgenommen: Die Zwischenfrequenzen beider Empfänger werden getrennt je einem Ablenksystem
eines Kathodenstrahlrohres zugeführt.
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Bei Phasengleichheit entsteht auf dem Kathodenstrahlrohr ein unter
450 geneigter Strich, der über verschieden geformte Ellipsen im Intervall von 45
bis go0 Phasenverschiebung schließlich in einen Kreis bei go0 Phasenverschiebung
übergeht. Die starr miteinander verbundenen Empfänger werden zur Peilung nun so
lange verdreht, bis das Schirmbild der Kathodenstrahlröhre einen Strich ergibt.
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Es ist möglich, die beiden Zwischenfrequenzen auch auf einen Zweistrahloszillographen
zu geben.
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In diesem Fall zeigt der Schirm des Anzeigerohres den in Abb. 3 d
dargestellten Zwischenfrequenzverlauf. Die Empfänger sind hierbei so lange zu drehen,
bis die beiden Zwischenfrequenzen zur Deckung gebracht sind. Man kann auch die beiden
empfangenen Zwischenfrequenzen abwechselnd in rascher Folge auf ein Ablenkungssystem
eines Kathodenstrahlrohres geben. Es entsteht dann ebenfalls ein Schirmbild nach
Abb. 3 d. Um stehende Bilder zu bekommen, muß die Zwischenfrequenz mit der Zeitablenkfrequenz
des Oszillographen synchronisiert werden.
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Der Phasenunterschied der beiden Empfängerausgangsspannungen kann
auch dadurch festgestellt werden, daß man erfindungsgemäß die beiden Spannungen
gegen- und/oder hintereinanderschaltet. Zur Auswertung des Phasenwinkels wird dann
die Amplitude der resultierenden Spannung gemessen. Diese Methode würde einer Minimum-und/oder
Maximumpeilung entsprechen. Bei Hintereinanderschaltung ist die Gesamtamplitude
bei Phasengleichheit doppelt so groß wie die der Einzelspannung. Bei einem Phasenunterschied
von I800 wird sie Null.
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Umgekehrt ergibt sich bei der Gegeneinanderschaltung für die Phasengleichheit
eine resultierende Amplitude von Null und bei I800 Phasenunterschied der doppelte
Wert der Einzel spannungsamplitude.
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In Abb. 4 ist die Schaltung sowohl für gegeneinandergeschaltete als
auch für hintereinandergeschaltete Zwischenfrequenzen dargestellt.
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RI und R2 sind die beiden Zwischenfrequenzverstärkerröhren, BI das
Kathodenstrahlrohr bei Gegeneinanderschaltung, d. h. Minimumpeilung, B 2 das Kathodenstrahlrohr
bei Hintereinanderschaltung der beiden Zwischenfrequenzen.
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Es ist zweckmäßig, beide Anzeigemaßnahmen gleichzeitig anzuwenden.
BI und B2 stellen dann beispielsweise zwei Ablenksysteme eines Zweistrahloszillographen
dar.
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Es ist auch möglich, ein Kathodenstrahlrohr mit einem Ablenksystem
zu benutzen und auf dieses Ablenksystem in rascher Folge Summen- und Differenzspannung
der Zwischenfrequenz zu schalten.
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Die sich dabei ergebenden Schirmbilder sind in Abb. 5 dargestellt.
Die obere Zeile zeigt die Impulsfolge bei Maximumpeilung, die untere die Impuls
folgte für Minimumpeilung. Nicht richtige Peilung ist daran zu erkennen, daß bei
der Gegeneinanderschaltung der beiden Zwischenfrequenzen noch ein Zeichen vorhanden
ist. Richtige Peilung ist daran erkenntlich, daß das obere Zeichen mit maximaler
Amplitude geschrieben ist, während das untere verschwindet.
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Um in sämtlichen Koordinaten schnell wählen zu können, wird eine
Anordnung nach Abb. 6 vorgeschlagen. Diese Anordnung sieht drei Empfänger E1,E2,E3
vor, die nicht in einer geraden Linie miteinander liegen. Diese Empfänger werden
so umschaltbar ausgebildet, daß entweder Empfänger I, 2 oder I, 3 oder 2, 3 zusammenwirken.
Die Umschaltung erfolgt dabei mit einer Frequenz, die groß ist gegenüber I Hertz.