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Vorriditung zur Feststellung und Rückgängigmachung der Abweichungen
des Frequenzmodulationsverlaufs vom Sollwert für frequenzmodulierte Rückstrahlentfernungsmeßgeräte
Es
sind frequenzmodulierte Entfernungsmeßgeräte bekannt, bei denen die in einem Empfänger
erzeugten Schwebungen zwischen einer unmittelbar von einem periodisch frequenzmodulierten
Sendler kommenden Welle und einer von demselben Sender erzeugten und an einem passiven
Gegenstand oder einer Antwortbake reflektierten Welle ausgenutzt werden. Hierdurch
kann die Entfernung des Gegenstandes oder der Bake vom Sender bestimmt werden. In
solchen Systemen ist der gemessene Wert relativer Natur und: hängt von den speziellen
Modulationsbedingungen ab. Die zu bestimmende Entfernung d ist durch folgende Gleichung
bestimmt: d = K T/#F fb. (1) Hierbei ist #F der Frequenzhub und fb die Schwebungsfrequenz
zwischen der gesendleten und der empfangenen Welle. Diese Frequenz wird durch einen
Entfernungsanzeiger gemessen, der einen Frequenzmesser, einen Diskriminator oder
ein
diskontinuierliches Zählwerk darstellen kann.
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Letzteres zählt die Anzahl der Schwebungen während einer Modulationsperiode
des Senders. Ferner bedeutet T die Modulationsperiode und K eine Konstante, deren
Wert von dem angenommenen Modulationsgesetz abhängt.
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Die zu bestimmende Entfernung d erhält man also durch Messung der
Schwebungsfrequenz, fb, wobei die Genauigkeit um so größer wird, je geringer die
Schwankungen der drei Parameter K, T, #F sind.
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Die Modulationsperiode T kann als konstant angesehen werden, da sie
im allgemeinen durch einen von einem piezoelektrischen Quarz stabilisierten Oszillator
aufrechterhalten wird. Infolgedessen läuft das Problem darauf hinaus, die folgenden
beiden Bedingungen zu erfüllen: a) Die Modulationsform, die den Faktor K bestimmt,
soll sich während der Messungen nicht ändern. Dies ist im allgemeinen der Fall.
b) Der Frequenzhub #F soll konstant bleiben.
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Dies ist im wesentlichen ein Stabilisierungsproblem. Wenn das Entfernungsmeßgerät
die Anzeige der Entfernung auf 1/1000 genau liefern soll, muß das Verh,ältnis K
auf 1/2000 oder sogar auf #F 1/3000 konstant sein, Zur Feststellung und Rückgängigmachung
der Abweichungen dies Frequenzmodiultionsverlaufs vom Sollwert sind an sich bereits
verschiedene Verfahren gebräuchlich. So ist es bekannt, die Entfernung zwischen
dem Sender und' einer Antwortbake zu messen, wobei letztere in einer Entfernung
aufgestellt ist, die durch Vermessung genauestens bekannt ist (beispielsweise auf
10-4).
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Dieses Verfahren hat einen ernsten Nachteil. Um die Schwebungsfrequena
zu messen, wird die Anzahl fbT der Schwebungswechsel während einer Modulationsperiode
gezählt. Diese ist nicht notwendigerweise eine ganze Zahl. Der zur Messung von fbT
verwendete Zähler liefert also nur einen angenäherten Wert dieser Zahl, beispielsweise
einen Wert, der auf die nächstkleinere ganze Zahl abgerundet ist. Dies gibt einen
Fehler für die Entfernungsmessung.
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Demgemäß muß die Bezugsbake in einer großen Entfernung do aufgestellt
werden, wenn der feste Fehler nur einen kleinen relativen, Fehler in der Größenordnung
von 1/2000 bei der Entfernungsmessung mittels des Entfernungsmeßgerätes liefern
soll.
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Für einen Frequenzhub #F = # 2 MHz und ein lineares Modulationsgesetz
ist die Genauigkeit in der Entfernungsmessung mittels des erwähnten Gerätes von
der Größenordnung von 1/2000, wenn d0 qokm übersteigt. Nun ist es aber schwierig,
eine Entfer,nung von 40 km mit genügender Ge-Genauigkeit zu vermessen.
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststellung und Rückgängigmachung
der Abweichungen des Frequenzmodulationsverlaufs vom Sollwert für frequenzmodulierte
Rückstrahlentfernungsmeßgeräte, die von einer in bekannter Entfernung aufgestellten
Reflexionsbake Gebrauch macht, bei der jedoch der geschilderte Nachteil vermieden
ist.
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Bei Anwendung der Erfindung kann die Bezugsbake in einer Entfernung
von etwa 5 bis rokm von dem Entfernungsmeßgerät aufgestellt werden.
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Diese Entfernung kann noch mit großer Genauigkeit vermessen werden.
Die Feststellvorrichtung selbst umfaßt folgende Einzelteile: Ein Zählwerk zur Zählung
einer Anzahl der durch reflektierte Energie erzeugten Schwebungen, die kleiner als
die Zahl der während einer Modulationsperiode erzeugten Schwebungen. ist, und zur
Ableitung eines Silgnals durch die letzte zu zählende Schwebung jeder Modulationsperiode,
einen stabilisierten Oszillator, der auf dem Sollwert der Frequenz dieser Schwebungen
arbeitet, einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen mit dieser Frequenz steuert
und nur den den gezählten Schwebungen seiner Zahl nach entsprechenden Impuls weiterleitet,
ferner ein Kippgerät, das den Oszillator und das Zählwerk beim Auftreten der ersten
Schwebungsamplitude jeder Modulationsperiode gleichzeitig in Tätigkeit setzt, und
schließlich einen Zeitdiskriminator, an dessen einem Eingang das Signal des Zählwerks
auftritt, während seinem anderen Eingang der eine Impuls des Impulsgenerators zugeführt
wird, und an dessen Ausgang eine die gegenseitige Zeitabweichung der Eingangs zeichen
nach Größe und Richtung charakterisierende Spannung zur Feststellung der Abweichungen
des Frequenzmodulationsverlaufs vom Sollwert und zur Nachregelung des Ftequenzgebers
auftritt.
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Die Erfindung wird am besten aus der folgenden Beschreibung an Hand
der Zeichnung verständlich.
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Hierin zeigt Fig. I ein schematisches Schaltbild eines frequenzmodulierten
Entfernungsmeßgerätes, das mit einer Antworthake und. der erfindungsgemäßen Vorrichtung
versehen ist, Fig. 2 die Schwebungen, die von der Anordnung nach Fig. 1 erzeugt
werden, und das zugehörige lineare Modulationsgesetz und Fig. 3 schematisch ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Nach Fig. 1 ist eine Antwortbake I in einer Entfernung do von dem
Entfernungsmeßgerät aufgestellt. Letzteres besteht aus dem Sender 2 und dem Empfänger
3, an den die erfindungsgemäße Vorrichtung 4 angeschlossen, ist.
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Das Gerät soll mit einem Frequenzhub #F0 und nach einem Modulationsgesetz
arbeiten, welches dem Faktor Ko entspricht. Wenn es dies tatsächlich tut, ist unter
diesen Umständen die zu messende Entfernung mit der in einer Modulationsperiode
auftretenden Schwebungsanzahl durch Formel (1) verknüpft: d0 = K0 T0/#F0 fb. (2)
Die Bake 1 befindiet sich vorzugsweise in einer solchen Entfernung doJ daß die von
der Messung
dieser Entfernung herrührende Schwebungsanzahl eine
ganze Zahl N ist. Es gilt also: N d0 = K0 . (3) #F0 Es ist angenommen, daß diese
Entfernung d0 so gewählt ist, daß sie durch Landvermessung mit großer Genauigkeit
bestimmt werden kann. Beispielsweise kann sie zwischen 7 und Io km liegen.
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Die Vermessungsgenauigkeit kann etwa die Größenordnung von 1/10 000
erreichen.
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Aus verschiedenen Gründen kann es vorkommen, daß das Entfernungsmeßgerät
nicht mehr gemäß dem vorgeschriebenen Frequenzhub arbeitet. Der Frequenzhub #F kann
also einen Wert annehmen, der vom berechneten Wert #F0 abweicht, so daß die Messung
nicht mit genügender Genauigkeit durchgeführt werden kann. Im Gegensatz dazu nimmt
der Faktor K selten einen Wert an, der vom berechneten Wert K0 wesentlich abweicht.
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In Fig. 2 ist die Wellenform der Schwebungsspannungen V als Funktion
der Zeit t aufgezeichnet. Bekanntlich erfährt dieses Signal einen Phasensprung in
den Zeitpunkten C1 und tl, welche Beginn und Ende der Modulationsperiode bezeichnen.
Es ist angenommen, daß das Modulationsgesetz sägezahnmäßig verläuft. Das ausgesandte
und das reflektierte Signal nach der Demodulation sind im oberen Teil der Fig. 2
dargestellt.
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Fig. 3 zeigt beispielsweise eine Vorrichtung zur Durchführung der
Messung der Abweichungen.
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Ein Kippgerät 5, das an den Empfänger 3 angeschlossen ist, wird ausgelöst,
wenn die Schwebungsamplitude zum erstenmal einen gewissen Schwellenwert V0 überschreitet.
In diesem Augenblick t2 setzt das Kippgerät 5 ein Zählwerk 6 in Tätigkeit, das N-p,
vorzugsweise N-I, im Empfänger auftretende Schwebungen abzählt, wobei N die während
einer Modulationsperiode erzeugte Schwebungsanzahl, p eine kleinere ganze Zahl ist,
und danach im Zeitpunkt t3 ein Signal abgibt.
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Das Kippgerät löst ferner einen stabilisierten, beispielsweise quarzstabilisierten
Oszillator 7 aus.
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Dieser Oszillator steuert einen Impulsgenerator 9, der regelmäßige
Impulse mit einer Sollwert-T periode N erzeugt.
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Der Impuls mit der Ordnungszahl N-p bzw.
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N-1 wird einem an sich bekannten Zeitdis'kriminato'r 8 zugeführt.
Dieser empfängt ferner im Zeitpunkt t3 das Signal, das vom Zählwerk 6 nach der Abzählung
von N-p bzw. NvI Schwebungen erzeugt wird.
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Wenn der Frequenzhub #F von #F0 abweicht, treffen diese beiden Signale
nicht gleichzeitig ein.
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Am Ausgang der Vorrichtung 8 erhält man somit eine Spannung, deren
Vorzeichen und Größe von der Reihenfolge, in welcher die beiden SlignXale einander
folgen, sowie von der Zeitspanne zwischen ihnen abhängt. Diese Spannung ist ein
Maß für AF. Sie kann auch zur Nachregelung des Frequenzgebers des Entfernungsmeßgerätes
auf den Wert #F0 verwendet werden.
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Unter der Annahme, daß N= 50 ist und eine Genauigkeit von 1/2000
erreicht werden soll, braucht die für die Meßvorrichtung erforderliche Genauigkeit
nur 1/50 zu betragen. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die genauigkeit der Vermessung
und die Oszilllatorgenauigkeit in der Größenordnung von 1/ioooo liegen.