DE963372C

DE963372C - Device for measuring the distance of a moving object

Info

Publication number: DE963372C
Application number: DEC9073A
Authority: DE
Inventors: Henri Familier; Henri Gutton
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1953-03-23
Filing date: 1954-03-21
Publication date: 1957-05-09

Description

Einrichtung zur Messung der Entfernung eines bewegten Gegenstandes Es ist bekannt, daß man in den meisten Fernmeßeinrichtungen, die mit Frequenzmoduiation der ausgesandten Welle arbeiten, am Ausgang des Empfängers zwei Angaben erhält: Entfernung und Geschwindigkeit.Device for measuring the distance of a moving object It it is known that in most telemetry systems that use frequency modulation work of the transmitted wave, at the output of the receiver receives two pieces of information: Distance and speed.

Wenn die ausgesandte Welle frequenzmoduliert ist, wird die Entfernungsangabe von der Schwebung zwischen der in einem bestimmten Augenblick von dem Hindernis zurückgeworfenen Frequenz und der in diesem Augenblick vom Sender ausgesandten Frequenz geliefert. Wenn sich das Hindernis bewegt, enthält die Schwebungsfrequenz eine vom Doppler-Effekt herrührende Komponente, welche die Geschwindigkeitsangabe liefern kann. If the transmitted wave is frequency modulated, the distance will be indicated from the beat between that at a given moment from the obstacle thrown back frequency and the frequency transmitted by the transmitter at that moment delivered. When the obstacle is moving, the beat frequency will contain one of the Components resulting from the Doppler effect, which provide the speed information can.

Dieses Meßverfahren gestattet jedoch bekannt Iich nur eine Entfernungsmessnng in diskreten Zeitpunkten. Der Weg des zu verfolgenden Gegenstandes kann also nur diskontinuierlich festgestellt werden. However, as is known, this measuring method only permits distance measurement at discrete points in time. The path of the object to be followed can only be determined discontinuously.

Wenn die ausgesandte Welle nicht frequenzmoduliert ist, kann die Geschwindigkeit in t>ekannter Weise aus der Schwebung zwischen der ausgesandten Frequenz und der von dem bewegten Hindernis zurückgeworfenen, durch den Doppier-Effekt veränderten Frequenz abgeleitet werden. In diesem Falle erhält man die Entfernungsangabe mittels Integration der Geschwindigkeit zwischen einem Anlfangszeitpunkt, in dem die Entfernung als bekannt angenommen wird, und dem entsprechenden Zeitpunkt am Ende der Messung. If the transmitted wave is not frequency modulated, the Speed in a known way from the beat between the transmitted Frequency and that reflected by the moving obstacle, due to the doubling effect changed frequency can be derived. In this case, the distance information is obtained by integrating the speed between a starting point in time in which the distance is assumed to be known, and the corresponding time on End of measurement.

Dieses Verfahren gibt fortlaufend Meßwerte, aber der Doppler-Effekt kann die Entfernungs- angabe nicht liefern, wenn die Entfernung zu Be ginn der Integration nicht bekannt ist oder wenn während eines oder mehrerer Absclmlitte der Bahnkurve eine Totalauslöschung des Signals eintritt. This method gives continuous readings, but the Doppler effect can the distance Specification does not provide when the distance at the beginning of the integration is not known or if during one or more In the middle of the trajectory, the signal is completely extinguished.

Das Verfahren muß darum nach jeder Unterbrechung des Signalempfanges durch ein anderes Verfahren ergänzt werden. The procedure must therefore be carried out after every interruption in signal reception be supplemented by another procedure.

Erfindungsgemäß wird zu Beginn jeder Empfangsperiode auf die Frequenzmodulation zurückgegriffen. Hierdurch können die Vorteile beider Verfahren in überraschend günstiger Weise vereinig werden. According to the invention, the frequency modulation is applied at the beginning of each reception period resorted to. As a result, the advantages of both methods can be surprising be united in a favorable way.

Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur Messung der Entfernung eines bewegten Gegenstandes mit Hilfe der Reflexion elektromagneH tischer Wellen, in der die Entfernung des Gegenstandes vom Sender durch Integration der Radialgeschwindigkeit geliefert wird, welche durch Schwebung zwischen der unmodulierten Frequenz der ausgeslandten Welle und der von dem bewegten Gegenstand zurückgeworfenen, durch den Doppler-Effekt veränderten Frequenz bestimmt wird, wobei die Integration von einem Zeitpunkt ab vorgenommen wird, in dem die Entfernung des Gegenstandes vom Sender bekannt ist und in der die Entfernung des Gegenstandes vom Sender zu Beginn jeder Integrationsperiode aus der Schwebung zwischen einer frequenzmodulierten ausgesandten Frequenz und der vom Gegenstand zurn..ckgeworfenen Freu quenz bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesandten Wellen nur zu Beginn jeder Tinte grationsperiode frequenzmoduliert sind. According to the invention is the device for measuring the distance of a moving object with the help of the reflection of electromagnetic waves, in which the distance of the object from the transmitter by integrating the radial velocity is delivered, which by beating between the unmodulated frequency of the emitted Wave and that reflected by the moving object, due to the Doppler effect changed frequency is determined, the integration starting from a point in time is made in which the distance of the object from the transmitter is known and the distance of the object from the transmitter at the beginning of each integration period from the beat between a frequency-modulated transmitted frequency and the frequency thrown back by the object is determined, characterized in that that the emitted waves are frequency-modulated only at the beginning of each ink gration period are.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierin zeigen Fig. 1 und 2 die Entfernungsänderungen als Funktion der Zeit und Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fernmeßeinrichtung. -Wenn es sich darum handelt, die Entfernung kontinuierlich zu messen, ist der einfache Fall, bei dem sich die Vorteile der den Doppler-Effekt ausnutzenden Methode bemerkbar machen, derjenige, der in der Kurve der Fig. I dargestellt ist. Hierin ist die Zeit t als Abszisse und die Entfernung D als Ordinate aufgetragen. Die Entfernung ist zu Beginn der Aufzeichnung, welche als Zeitursprung genommen ist, als bekannt vorausgesetzt, und das Signal wird vom Beginn bis zum Ende der Messung empfangen. Da die Doppler-Frequenz/D die Radialgeschwindigkeit des bewegten Körpers liefert, genügt es, diese zwischen dem Ursprung und dem der Messung entsprechenden Zeitpunkt zu integrieren. Mit anderen Worten genügt es, die Schwebungshalbwellen der Doppler-Frequenz zwischen den Zeitpunkten t = 0 und t = t1 zu zählen. Further details of the invention emerge from the description of an embodiment with reference to the drawing. 1 and 2 show the Changes in distance as a function of time and FIG. 3 in the form of a block diagram an embodiment of a telemetry device according to the invention. -If it is is about measuring the distance continuously, is the simple case where the advantages of the method using the Doppler effect become noticeable, that shown in the curve of FIG. Here is the time t as The abscissa and the distance D are plotted as the ordinate. The removal is at the beginning the recording, which is taken as the time origin, is assumed to be known, and the signal is received from the beginning to the end of the measurement. Since the Doppler frequency / D supplies the radial velocity of the moving body, it is sufficient to have this between the origin and the time corresponding to the measurement. With others It suffices to say the beat half-waves of the Doppler frequency between the points in time count t = 0 and t = t1.

Ein elektronischer Zähler kann diese Operation genau und mit vernachlässigbarer Zeitkonstante ausführen. Ferner gestattet er ihre Aufzeichnung mittels einfacher mechanischer oder elektromechanischer Anordnungen. Dies gilt nicht, wenn man eine Daueraufzeichnung mit Hilfe eines Zählers erreichen will, welcher die Entfernungsschwebung liefert. Hier integriert der Zähler eine gewisse Zahl von Halbwellen (im allgemeinen eine sehr große Zahl) in einer Zeit, welche eine Apparatkonstante darstellt. Er liefert so eine Ordinate der aufzeichnenden Kurve, woraufhin eine Löschung erforderlich wird, damit die Operation von neuem beginnen kann. An electronic counter can do this operation accurately and with negligible Execute time constant. He also allows you to record them using a simple mechanical or electromechanical arrangements. This doesn't apply if you have one Want to achieve permanent recording with the help of a counter, which the distance beat supplies. Here the counter integrates a certain number of half-waves (generally a very large number) in a time, which represents an apparatus constant. He thus provides an ordinate of the curve to be recorded, whereupon deletion is required so that the operation can begin again.

Da die Aufzeichnungsanordnung nach Definition mittels aufeinanderfolgender Zunahmen arbeitet. muß das an den Ausgang des Zählers angeschlossene elektromechanische Organ eine regelrechte Differentiation ausführen (abgesehen vom Fall der Schrittzähler). Die Einrichtungen zur Ablesung der Entfernungsschwebung sind also notwendigerweise komplizierter als die Einrichtungen, die mit Doppler-Effekt arbeiten, denn erstere benötigen eine Integration und eine Differentiation, während die letzteren nur eine Integration brauchen. Fernei führt die Integration der Doppler-Schwebung zu einer sehr großen Meßgeschwindigkeit, während die Zeit t, welche. ein Zähler zur Aufzeichnung von mehreren 10 oder I00 000 Halbwellen einer Schwebungsfrequenz der Entfernung benötigt. keineswegs vernachlässigbar ist. Since the recording arrangement is defined by means of successive Increases works. must be the electromechanical one connected to the output of the counter Organ perform a proper differentiation (apart from the case of the pedometer). The devices for reading the range beat are therefore necessary more complicated than the devices that work with the Doppler effect, because the former require integration and differentiation, while the latter only require one Need integration. Furthermore, the integration of the Doppler beat leads to a very high measuring speed, during the time t, which. a counter for recording of several tens or 100,000 half-waves of a beat frequency of the distance needed. is by no means negligible.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Fall, wo der Doppler-Effekt keine vollständige Lösung des Problems bieten kann, und zwar entweder weil die Entfernung zu Beginn der Zählung bei t = 0 nicht bekannt ist oder weil während eines oder mehrerer Abschnitte der Bahnkurve eine Totalauslöschung des Signals auftritt. Diese Abschnitte sind auf der Kurve der Fig. 2 punktiert dargestellt. Es genügt in diesem Fall, mit Hilfe einer anderen Methode die Entfernungen xl, X2, X3 zu Beginn der einzelnen Integrationsperioden zu messen, d. h. am Ende der einzelnen Auslöschperioden des Signals und von diesen gemessenen Entfernungen aus die Integration zu beginnen oder wieder aufzunehmen. The present invention is particularly concerned with the case where the Doppler effect cannot provide a complete solution to the problem, namely either because the distance is not known at the start of the count at t = 0, or because during one or more sections of the trajectory a total extinction of the signal occurs. These sections are shown dotted on the curve of FIG. In this case it is sufficient to use another method to calculate the distances xl, X2, X3 to be measured at the beginning of the individual integration periods, i.e. H. at the end of each Extinction periods of the signal and the distances measured from these, the integration to start or resume.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Entfernungskoordinate jedesmal, wenn dies erforderlich ist, mit Hilfe der Frequenzmodulation gemessen. According to a preferred embodiment of the invention, the distance coordinate measured with the help of frequency modulation every time this is necessary.

Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Hiernach speist ein Sender I eine Sendeantenne 2. Ein Teil der Energie des Senders I wird dem Empfänger 3 zugeführt, der andererseits von der Empfangsantenne 4 gespeist wird. Der Empfänger 3 speist einerseits einenEntfernungsmesser5 und andererseits einen Geschwindigkeitsmesser 6. die beide auf eine Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 7 arbeiten, Der Sender I kann mit Hilfe eines Modulators 8 moduliert werden. Letzterer wird von einem Schalter g gesteuert, der mit den beiden Meßgeräten 5 und 6 in Verbindung steht. Such an embodiment is shown in FIG. Afterwards dine a transmitter I a transmitting antenna 2. Part of the energy of the transmitter I is given to the receiver 3, which is fed from the receiving antenna 4 on the other hand. The recipient 3 feeds on the one hand a range finder 5 and on the other hand a speedometer 6. Both of which work on a display and recording device 7, the transmitter I can be modulated with the aid of a modulator 8. The latter is operated by a switch g controlled, which is connected to the two measuring devices 5 and 6.

Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Wenn ein frequenzmoduliertes Signal an den Empfänger 3 gelangt, zeichnet der Entfernungsmesser 5 die Koordinate auf der Aufzeichnungseinrichtung 7 auf und betätigt den Schalter 9, wodurch der Modulator 8 außer Betrieb gesetzt wird. Die vom Sender t ausgestrahlte Welle ist von diesem Zeitpunkt ab unmoduliert, und die weitere Aufzeichnaing wird vom Geschwindigkeitsmesser 6 gesteuert. Wenn das Signal verschwindet, hält der Geschwindigkeitsmesser 6 an und betätigt hierdurch den Schalter 9 welcher den Modulator 8 wieder in Betrieb setzt. The arrangement works as follows: If a frequency modulated When the signal reaches the receiver 3, the range finder 5 draws the coordinate on the recording device 7 and operates the switch 9, whereby the Modulator 8 is put out of operation. The wave emitted by the transmitter t is from this point onwards unmodulated, and the rest of the recording is controlled by the speedometer 6. When the signal disappears, hold the speedometer 6 and thereby actuates the switch 9 which the Modulator 8 starts up again.

Die ausgesandte Welle ist dann wieder frequenzmoduliert. Beim Wiedererscheinen des Signals zeichnet der Entfernungsmesser 5 die Entfernung in diesem Augenblick auf-, und der beschriebene Arbeitszyklus beginnt von neuem.The transmitted wave is then frequency-modulated again. When reappearing of the signal, the range finder 5 records the distance at that moment up, and the work cycle described begins anew.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for measuring the distance of a moving object with the help of the reflection of electromagnetic waves, in the the distance of the object from the transmitter by integrating the radial velocity is delivered, which by beating between the unmodulated frequency of the transmitted Wave and that reflected by the moving object, due to the Doppler effect changed frequency is determined, the integration starting from a point in time is carried out in which the distance of the object from the transmitter is known, and the distance of the object from the transmitter at the beginning of each integration period from the vibration between a frequency-modulated transmitted frequency and the frequency reflected by the object is determined, characterized in that, that the emitted waves are frequency-modulated only at the beginning of each integration period are.

2. Device according to claim I, characterized in that the reflected Waves are picked up by a receiver that has a distance counter and a Speed counter feeds, both of which are coupled to a recording device and connected to a switch that controls the frequency modulator at the beginning of each Integration period goes out of service as soon as the distance counter shows the distance has indicated, and resumes operation as soon as the speed counter due Disappearance of the ç Si signal or stops due to some other cause. ~~~~~~~ Publications considered: Swiss Patent No. 244 o84, R. M er te n: high frequency and space travel, Stuttgart, I95I, p. IO2 bis IRIS.