DE973811C

DE973811C - Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit und allenfalls der AEnderung des Abstandeseines Objektes relativ zum Beobachtungsort unter Verwendung von Hochfrequenzwellen

Info

Publication number: DE973811C
Application number: DEP8403A
Authority: DE
Original assignee: FRITZ PREIKSCHAT
Current assignee: FRITZ PREIKSCHAT
Priority date: 1952-09-23
Filing date: 1952-09-23
Publication date: 1960-06-15

Description

Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit und allenfalls der Anderung des Abstandes eines Objektes relativ zum Beobachtungsort unter Verwendung von Hochfrequenzwellen Wird von einem relativ zum Beobachter bewegten Objekt eine Frequenz abgestrahlt, so ändert sich deren Größe am Beobachtungsort entsprechend der Relativgeschwindigkeit auf den Betrag v fB = f0 # f0c, wobei fB = die Frequenz am Beobachtungsort, f0 = die vom Objekt abgestrahlte Frequenz, v = die Relativgeschwindigkeit des Objektes, c = dieFortpflanzungsgeschwindigkeit der Schwingung (Schall-, Lichtgeschwindigkeit) ist.
Bei Funkwellen ist c # 3 . I08m/s, bei v= I0 bis IOOO mls ist v/c # 3. 10-8 # 3.I0-6.
Soll die Relativgeschwindigkeit des Objektes mit Io-4 Genauigkeit gemessen werden, so muß die Frequenz f0 sowie die Vergleichsfrequenz am Beobachtungsort eine Genauigkeit von I0-12#10-10 haben. Das ist auch mit besten Quarzstabilisatoren nicht mehr zu erreichen.
Es wird daher bekanntlich bei den meisten Verfahren vom Beobachtungsort eine Meßfrequenz ausgesendet und vom Meßobjekt zurückgestrahlt. Die Funkanlage des Meßobjektes hat dabei nur Relaisfunktion. Da die Meßfrequenz f0, die vom Beob- achtungsort ausgestrahlt wird, den Weg zum Meßobjekt zweimal zurücklegt (hin und zurück), ist die geänderte Frequenz f0 # 2f0 v/c.
Bei Vergleich mit der Frequenz f0 erhält man sfo a als Dopplerfrequenz.
Bei den meisten Verfahren muß die Frequenz am Meßobjekt verdoppelt oder, allgemeiner ausgedrückt, in der Frequenz gewandelt werden, um Rückkopplung zu vermeiden. Das ergibt bei Frequenzverdopplung v als Dopplerfrequenz 4f0 c.
Da der apparatetechnische Aufwand einer Frequenzvervielfachung mit der Höhe der Frequenz stark zunimmt, beschränkt sich die Anwendung der bekannten Verfahren auf verhältnismäßig langwellige Hochfrequenzwellen. Die Genauigkeit der Messung hängt aber andererseits von der Höhe der Dopplerfrequenz ab. Daher besteht der Wunsch, mit möglichst kurzen Hochfrequenzwellen zu arbeiten.
Die Erfindung ermöglicht die Anwendung kürzester Hochfrequenzwellen dadurch, daß die am Objekt ankommende Frequenz durch Überlagerung mit der Frequenz eines Objektsenders in eine Zwischenfrequenz umgewandelt und die Zwischenfrequenz nach Frequenzvervielfachung den zurückzustrahlenden Schwingungen des Objektsenders aufmoduliert wird. Der Sender strahlt vorzugsweise den Träger und ein Seitenband ab. Die am Beobachtungsort empfangenen Schwingungen werden sodann durch Überlagerung mit den von dort ausgesandten Schwingungen in zwei Zwischenfrequenzschwingungen verwandelt. Diese beiden Zwischenfrequenzschwingungen ergeben unmittelbar die auszuwertende Dopplerfrequenz als Differenzfrequenz, falls am Objekt eine Frequenzverdopplung angewendet wurde. Wird am Objekt eine höhere Frequenzvervielfachung verwendet, dann ist es erforderlich, am Beobachtungsort die niedrigere Zwischenfrequenz erst in das Gebiet der höheren Zwischenfrequenz zu vervielfachen. Bei dem Verfahren nach der Erfindung sind die Einrichtungen zur Frequenzvervielfachung ausschließlich nach der Zwischenfrequenz auszulegen. Diese Einrichtungen können daher wesentlich einfacher und mit geringerem Apparateaufwanf ausgebildet werden.
Dies ist insbesondere für die Anwendung des Verfahrens zur Messung der Geschwindigkeit von Flugzeugen von Bedeutung, da die fliegende Apparatur möglichst klein gehalten werden muß.
Das erfindungsgemäße Verfahren wirkt wie folgt.
Der Sender der Beobachtungsstelle strahle eine Frequenz f0 ab. Diese Frequenz wird am Meßobjekt empfangen, mit der Frequenz fM des Senders auf dem Meßobjekt gemischt und ergibt die Zwischenfrequenz f, - M. Diese Zwischenfrequenz wird z. B. verdoppelt und der Frequenz fM wieder aufmoduliert. Der Objektsender strahlt den Träger fM und vorzugsweise ein Seitenband fM + 2 (f0 - fM) ab.
Das zweite Seitenband ist für die Messung unbeachtlich. An der Beobachtungsstelle werden diese beiden Frequenzen empfangen und mit der Frequenz f0 gemischt.
Bei ruhendem Objekt erhält man die beiden gleichen Zwischenfrequenzen 1. fo fM und 2. fM + 2 (fo fM) fo = fo fM-Bewegt sich das Objekt von der Beobachtungsstelle fort, so überlagert sich der Dopplereffekt. Die Frequenz f0 kommt als f0-f0$-beim Objekt an.
Die Zwischenfrequenz ist f0 - f0 v - fM. c Vom Objekt werden ausgestrahlt die Frequenzen: 1. fM.
An der Beobachtungsstelle kommen die beiden Frequenzen um den Dopplereffekt erniedrigt an: Das Glied mit v2 kann fortfallen, weil v² bei den c² c² bisher üblichen Geschwindigkeiten unter Io-10 bleibt.
Bei Mischung mit f0 ergeben sich die Zwischenfrequenzen: I. fofM + fM C v v v 2. 2f0-fM-4f0 C + fM f0 = fo fM + fM C 4fo a -Im Zwischenfrequenzverstärker bildet sich aus diesen beiden Frequenzen als Schwebung (Differenz) die Dopplerfrequenz 4 f0 v/c.
Bei Benutzung einer Wellenlänge von 10 cm für die Frequenz f0 erhält man je 2,5 cm Weg eine Dopplerschwingung.
Der Objektsender kann gleichzeitig als Empfangsmischstufe benutzt werden und mit einer einzigen Antenne für Sendung und Empfang zusammen- arbeiten. Die gesamte Anordnung an Beobachtungsort und Objekt kann auch zur zusätzlichen Übertragung von Nachrichtensignalen oder Telefonie dienen.
Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich im übrigen auch zur Messung der Änderung des Abstandes von Beobachtungsort und Objekt. Hierzu ist es erforderlich, nur während eines interessierenden Zeitabschnittes, z. B. nach Überfliegen einer Marke, die Modulation des Obj ektsenders einzuschalten und am Beobachtungsort die Schwingungszahl der Doppler frequenz in einer Zählschaltung zu registrieren, da bei einer gegebenen Wellenlänge jede Schwingung der Dopplerfrequenz einer bekannten Wegstrecke gleichzusetzen ist.
PATENTANSPROCHE I. Verfahren zur Messung der Geschwindigkeit eines Objektes relativ zum Beobachtungsort mit Hilfe des Doppiereffektes von Hochfrequenzwellen, die vom Beobachtungsort ausgesandt, am Objekt aufgenommen, nach Frequenzwandlung wieder zurückgestrahlt und am Beobachtungsort zur Überlagerung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung kürzester Hochfrequenzwellen die am Objekt ankommende Frequenz durch Überlagerung mit der Frequenz eines Objektsenders in eine Zwischenfrequenz umgewandelt und dieselbe nach Frequenzvervielfachung den zurückzustrahlenden Schwingungen des Obj ektsenders aufmoduliert wird, wobei der Sender vorzugsweise den Träger und ein Seitenband ausstrahlt, und daß die am Beobachtungsort empfangenen Schwingungen durch Überlagerung mit den von dort ausgesandten Schwingungen in zwei Zwischenfrequenzschwingungen verwandelt werden, die - bei Frequenzverdopplung am Objekt - unmittelbar bzw. - bei höherer Frequenzvervielfachung am Objekt -nach Vervielfachung der niedrigeren Zwischenfrequenz in das Gebiet der höheren Zwischenfrequenz die auszuwertende Dopplerfrequenz als Differenzfrequenz ergeben.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Änderung des Abstandes von Beobachtungsort und Objekt die Modulation des Obj ektsenders nur während eines interessierenden Zeitraumes eingeschaltet und am Beobachtungsort die dabei auftretende Schwingungszahl der Dopplerfrequenz in einer Zählschaltung registriert wird.

3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Objektsender gleichzeitig als Empfangsmischstufe benutzt wird und mit einer einzigen Antenne für Sendung und Empfang zusammenarbeitet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ihm zugrunde liegende Anordnung zur zusätzlichen Übertragung von Nachrichtensignalen oder Telefonie benutzt wird. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 I34 716.