PL57673B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano: 15.VII.1969 KI. 21 a4, 48/62 MKP G Ol s , UKD Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Jerzy Skrzela, mgr inz. Ryszard Kra¬ jewski, mgr inz. Jan Stolz Wlasciciel patentu: Politechnika Gdanska (Katedra Elektrotechniki Mor¬ skiej) Gdansk (Polska) Sposób radioelektrycznego pomiaru odleglosci pomiedzy dwoma punktami przestrzeni Przedmiotem wynalazku jest sposób radioele¬ ktrycznego pomiaru odleglosci pomiedzy dwoma punktami przestrzeni, w których znajduja sie urza¬ dzenia nadawczo-odbiorcze wspólpracujace ze soba, poprzez pomiar opóznienia fazy fali elektromagne¬ tycznej przebywajacej mierzona odleglosc.Znane sposoby radioelektrycznego pomiaru odle¬ glosci pomiedzy dwoma punktami przestrzeni, w których znajduja sie urzadzenia nadawczo-odbior¬ cze wspólpracujace ze soba polegaja na pomiarze opóznienia fazy fal elektromagnetycznych przeby- ' wajacych mierzona odleglosc od nadawczo-odbior¬ czego urzadzenia odniesienia do nadawczo-odbior¬ czego urzadzenia odzewowego i z powrotem. Na¬ dajnik urzadzenia odniesienia emituje ciagly sygnal o czestotliwosci radiowej.Sygnal ten zostaje odebrany przez urzadzenie odzewowe, a czestotliwosc odebrana zostaje tam powielona lub podzielona. Sygnal o czestotliwosci wynikowej zwiekszonej o czestotliwosc akustyczna jest emitowany przez nadajnik urzadzenia odzewo¬ wego. Dodana czestotliwosc akustyczna zostaje przeslana do urzadzenia odniesienia innym kanalem lacznosci. Odbiornik urzadzenia odniesienia odbiera ten sygnal i zdudnia z sygnalem nadawanym przez nadajnik odniesienia powielonym lub podzielonym taka sama ilosc razy jak w urzadzeniu odezwo¬ wym, a sygnal zdudniony poddaje detekcji.Róznica faz pomiedzy sygnalem bedacym wyni¬ kiem detekcji, a sygnalem o czestotliwosci aku¬ stycznej przeslanym z urzadzenia odzewowego jest mierzona, a wynik pomiaru fazy jest wprost pro¬ porcjonalny do odleglosci pomiedzy punktami prze¬ strzeni. Krotnosc podzialu lub powielania jest nie- 5 wielka, co powoduje ograniczenie swobody wybo¬ ru pasma czestotliwosci pracy. Czestotliwosc pracy urzadzenia odniesienia i odzewowego róznia sie kilkakrotnie, a wiec predkosc propagacji fal ele¬ ktromagnetycznych i warunki propagacji fal po- io chodzacych z urzadzen nadawczo-odbiorczych sa rózne. Podstawowa jednak wada jest trudnosc zbu¬ dowania urzadzenia pracujacego wedlug stosowa¬ nego sposobu, gdyz wymagana jest duza stabilnosc przesuniecia fazy w torach nadawania i odbioru 15 urzadzen nadawczo-odbiorczych.Qelem wynalazku jest stworzenie sposobu do¬ kladnego pomiaru odleglosci pomiedzy dwoma punktami przestrzeni zwlaszcza dla potrzeb nawi- 20 gacji i hydrografii.Cel ten zostal osiagniety przez jednoczesne emi¬ towanie dwu czestotliwosci w kazdym z punktów miedzy którymi jest mierzona odleglosc i mierzenie przesuniecia fazy fal elektromagnetycznych prze- 25 bywajacych odleglosc miedzy punktami^ przy czym w kazdym z urzadzen nadawczo-odbiorczych zain¬ stalowanych w punktach miedzy który^mi rnierzp-., na jest odleglosc, czestotliwosci nadawane z dane-_ go urzadzenia sa przenoszone poprzez mieszanie w 30 tym urzadzeniu w pasmo czestotliwosci odbiera- 57 67357 673 nych przez to urzadzenie, a czestotliwosci miesza¬ jace w obydwu urzadzeniach sa koherentne.Czestotliwosci odbierane wraz z czestotliwoscia¬ mi bedacymi produktem mieszania sa w kazdym urzadzeniu nadawczo-odbiorczym parami zdudnia- 5 ne, wspólnie wzmacniane i poddawane detekcji. W jednym z urzadzen nadawczo-odbiorczych, zwanym urzadzeniem odzewowym podstraja sie tak czesto¬ tliwosci nadawane przez to urzadzenie, aby fazy sygnalów bedacych wynikiem zdudniania i detekcji 10 byly sobie równe. W drugim urzadzeniu nadawczo- odbiorczym, zwanym urzadzeniem odniesienia mie¬ rzy sie róznice faz sygnalów bedacych wynikiem zdudnienia i detekcji.Cel osiagnac mozna takze poprzez przenoszenie 15 w kazdym urzadzeniu czestotliwosci odbieranych w pasmo czestotliwosci nadawanych przez to urza¬ dzenie i wspólne wzmacnianie w nadajniku, lub przenoszenie czestotliwosci nadawanych i odbiera¬ nych w pasmo wspólne i wzmacnianie sygnalów 20 bedacych produktem mieszania w odbiorniku.Wynalazek zostanie blizej objasniony na przy¬ kladzie wykonania, przedstawionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy urzadzenia odniesienia a fig. 2 schemat blokowy 25 urzadzenia odzewowego.Generatory urzadzenia odniesienia 1 i 2 steruja wzmacniacz mocy 3, który przez duplekser 4 jest polaczony z antena nadawczo-odbiorcza 5 emitujaca dwa sygnaly o fazach: #x = 2n f21 + cpx $2 = 2ni2t + cp2 f £4 = 2n f2 t + $5 = 2n f3 t + $c = 2n f„ t + . 30 gdzie ^1 jest faza jednego sygnalu, ^2 faza drugie- 35 go sygnalu, cp1 (p2 fazami poczatkowymi sygnalów, t jest czasem, a fx i f2 czestotliwosciami sygnalów z generatorów 1 i 2.W urzadzeniu odzewowym fala elektromagnety¬ czna przychodzaca z urzadzenia odniesienia indu- 40 kuje w antenie 6 sygnaly, których razy opóznione w stosunku do faz $v S2 sygnalów na¬ dawanych przez urzadzenie odniesienia o wielkosci proporcjonalne do mierzonej odleglosci D pomie¬ dzy urzadzeniami. Fazy $3 i #4 wynosza: 03 = 2jt fx t + cp1 — 2n \ — — 45 50 gdzie C jest predkoscia propagacji fali elektroma¬ gnetycznej.Wytworzony w antenie 6 sygnal poprzez duplek¬ ser 7 steruje odbiornik8. 55 Generatory 9 i 10 sterujace wzmacniacz mocy IX wytwarzaja przez antene 6 pole elektromagnetycz¬ ne o fazach: 60 f < f < f < f h ^ I2 H ^ I4 r-6-«,,.*4„ ,p4 gdzie f3 f4 sa czestotliwosciami sygnalów z genera¬ torów 9 i 10, a sygnalów.V 65 Sygnaly wytwarzajace pole o fazach $5 i $6 lub sygnaly wytwarzane przez to pole w pomocniczej antenie 19 zostaja zmieszane w mieszaczu 12 z sy¬ gnalem mieszajacym o fazie: $7 = 2jrf5t + gdzie f5 jest czestotliwoscia mieszajaca spelniajaca warunek: *5 = *S + *4 fl + f2 a dzeniu odzewowym.Jako produkt mieszania otrzymuje sie sygnaly o fazach: ^8 = ^5- ^7 = 2^3- ^5 ^9 = ^6- ^7 = 2^ Sygnaly bedace produktem mieszania o fazach $8 i $9 oraz sygnaly odbierane o fazach #3 i $4 sa sumowane ze soba badz w antenie badz w innym miejscu przed podaniem na odbiornik 8. W torach wzmacniania odbiornika 8 ich suma zostaje rozdzielona w ten sposób, ze sygnaly o dwóch niz¬ szych czestotliwosciach tworza jedna pare sygna¬ lów a o dwóch wyzszych czestotliwosciach tworza druga pare, co mozna zapisac: #o 2^fxt + q)1 — 271^ — — C *8 = 2*tf3-f5t + *3-*5 £ 9- 2jr(f4 — f5)t + #4 = 2jtf2t + qp2 — 2nl2 — E Fazy sygnalów wyjsciowych odbiornika 8 cp10 i piec kazdej z par wynosza: £ 10 = 2*(f3- f5- fx)t + x + 2nix *11 = 27l(f2 — f4 + ty + D C D Faza sygnalów generatorów 9 i 10 jest sterowa¬ na z odbiornika 8 poprzez synchronizatory fazy 13 i 14 w ten sposób, aby fazy sygnalów wyjsciowych odbiornika 8 $10, $n byly równe fazie sygnalu ge¬ neratora 15. A wiec: 2^(f3 — f5 — fx)t + cpz — 2.T(f2 — f4 + f5)t + cp2 — *6< t2-ti gdzie f6 jest czestotliwoscia generatora 15, a poczatkowa sygnalu tego generatora.Sprzezenie zwrotne przez czlony 9, 10, 11, 7, 8, 13 i 14 okresla tym samym czestotliwosc i faze57 673 5 6 emitowanych przez antene 6 fal eleklromagnetycz- Sygnaly wyjsciowe odbiornika 16 sa wynikiem nych w sposób nastepujacy: zdudnienia i detekcji sygnalów kazdej z par i po- U-h+*t + *. v,*v, +* + *-»*% siada'afaz*: f4 = f2 + f5 —f6 Vt = Vs — Va+ D . *17 = *U- *1S = 2jrV + 9»5 + -2^ + ^ + ^) Jl, #12 = 2^(fx + f5 + f6)t + £,„ = 2jrfct + #5 = 2JI(f1 + f5 + f6)t + ^ + n + 9Jl-2Jrfl|- *tt_#tt_*tt_^t + v?_^ + ,f + a c c W urzadzeniu odniesienia fala elektromagnetycz- „ lo _ ., . ... ..^ . . , , Fazomierz 18 zalaczony na wyjscie odbiornika na przychodzaca z urzadzenia odzewowego induku- ic . • ' • • f <£ je w antenie 5 sygnaly których fazy #12 i $13sa 15 19' opóznione w stosunku do fazy 5 i 6 sygnalów *i9 = *i8 —^i7 = 2(^7 —^5) + 4w—(fx + f2 + f5) wysylanych przez urzadzenie odzewowe owielko- C sci proporcjonalne do mierzonej odleglosci D. Fazy $ i $13wynosza: Jezeli róznica fazy {cp7 — 9?5) nie bedzie wartoscia n 20 przypadkowa, lecz bedzie stala lub zalezna od odle- odleglosci. Warunek ten wymaga koherentnosci sy- — 2jT(fx + f5 + f6) —- gnalów mieszajacych w obydwu urzadzeniach. Wo- C bec tego, ze generatory sygnalów mieszajacych $13 = 2jr(f2 + f5 + f6)t + cp5 — cp6 + cp2 — 2jrf2 — 25 znajduja sie w oddalonych od siebie miejscach ko- C herentnosc mozna uzyskac przesylajac informacje 2jr(f +f f)-?- ° fazie jednego sygnalu mieszajacego do drugiego C urzadzenia dowolnym kanalem lacznosci, lub uza- Wytworzony w antenie 5 sygnal poprzez duplek- leznic czestotliwosc i faze sygnalów mieszajacych ser 4 steruje odbiornik 16. 30 od czestotliwosci flf f2, f3 lub f4 sygnalów nadawa- Sygnaly wytwarzajace pole o fazach $x i #2 lub n^ch w ten sP0SÓb ab^ odtworzenie fazy sygnalu sygnaly wytwarzane przez to pole w antenie po- mieszajacego w jednym urzadzeniu bylo mozliwe mocniczej 20 zostaja zmieszane w mieszaczu 17 z na Postawie odebranego w tym urzadzeniu sygna- sygnalem mieszajacym ofazie: lu emitowanego przez nadajnik urzadzenia drugie- 35 go.Dla przykladu w urzadzeniu odniesienia czesto- . , . „ , tliwosc f, zostaje podzielona n razy w dzielniku gdzie cp7 jest faza poczatkowa sygnalu mieszajace- , ... L , . . , . ,,. ,x 4 . . .,. ' nir-t n^o j-t czestotliwosci i ta czestotliwosc stanowi czestoth- go.Jako produkt mieszania otrzymuje sie sygnaly o fazach: *15 = *1 + *14 = 2^fl + V* + ?1 + ^7 16 = 2 + #14 = 2jr(f2 + f )t + q2 + W urzadzeniu odzewowym czestotliwosc miesza- Sygnaly bedace produktem mieszania o fazach 45 jaca otrzymuje sie przez podzielenie (n + 1) razy ^15 i ^16 oraz sygnaly odbierane o fazach ^12 róznicy czestotliwosci pochodzacej z generatorów i $13 sa sumowane ze soba badz w antenie, badz 9 i 15, czyli: w innym miejscu przed podaniem na odbiornik _ f3 —f6 16, gdzie w torach wzmacniania ich suma zostaje n 5 ^5 ~~ n T~i ~V~< J n -h1 n -\- 1 rozdzielona w ten sposób, ze sygnaly o dwóch niz- 50 szych czestotliwosciach tworza jedna pare sygna- f3 = fx + f5 + f6 cp3 = cp6 + lów i o dwóch wyzszych czestotliwosciach tworza C druga pare, co moznazapisac: f j / D \ *u = 2,(fl + f5)t + q,1 +Vl ^ _ 2^ + * = 2*-±-t+_^1- 2^ -] $12 = 2n(lx + f5 + f6)t + cp5 + -2,T(f1 + f5 + f6)^- f, D C cp7 — D 60 n C *i3 _ 2jr(f2 + fs + V1 + ¥5 — ^6 + ^2 — 2jrf2 — Zaleznosc fazy i drogi dla podanego przykladu T) bedzie: -2*(f2 + f5-f6) — C ^ / 2fi \ D ^16 = 2w(f2 + f5)t + g?2 +9?7 65 20 C\12 n / C 3 wosc mieszajaca, wynoszaca: 40 2jrf5t + (p7 = 2n Ji_ t + ^1 n n57 673 Dla przykladu czestotliwosci od fx do f6 moga wynosic: fr = 1.726.000 Hz f2 = 1.728.000 Hz f3 = 1.918.075 Hz f4 = 1.919.925 Hz f5 = 192.000 Hz 10 15 75 Hz D = 39,04 , gdzie D odleglosc w metrach, £ faza wskazana przez fazomierz w radianach. Przy 2o takim doborze czestotliwosci kazdy nadajnik emi¬ tuje czestotliwosci odlegle od siebie o okolo 2 kHz.W odbiornikach jako czestotliwosc posrednia sto- 2. suje sie czestotliwosci 49 i 51 kHz, co zapewnia oddzielenie od siebie par czestotliwosci oddalonych 25 o 2 kHz. Czestotliwosci w kazdej z par sa oddalone o 75 Hz. Pomiar fazy dokonuje sie na czestotliwo¬ sci 75 Hz.Podstawowa zaleta sposobu wedlug wynalazku jest to, ze stabilnosc fazowa urzadzen stosowanych 30 dla realizacji tego sposobu, a wiec odbiorników i nadajników, nie musi byc duza. W procesach od¬ bierania i nadawania sygnalów nastepuje kom- 3. pensacja wplywu czynników mogacych powodowac niestabilnosc fazowa. Dzieki temu osiagnac mozna 35 duza dokladnosc pomiaru. Ponadto emisja przez kazde z urzadzen nadawczo-odbiorczych dwóch cze¬ stotliwosci powoduje dwukrotne zwiekszenie do¬ kladnosci w porównaniu do sposobów dotychczas 4. znanych, przy czym zajmowana szerokosc pasma 40 praktycznie pozostaje bez zmian. Zajmowane pas¬ ma czestotliwosci moga byc oddalone o dowolna 5. czestotliwosc równa czestotliwosci mieszajacej.Sposób wedlug wynalazku nadaje sie w szczegól¬ nosci do dokladnego pomiaru odleglosci w hydro- 45 grafii i nawigacji. 8 PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe . Sposób radioelektrycznego pomiaru odleglosci pomiedzy dwoma punktami przestrzeni, w któ¬ rych znajduja sie w jednym punkcie urzadzenie nadawczo-odbiorcze odniesienia a w drugim punkcie urzadzenie nadawczo-odbiorcze odzewo¬ we wspólpracujace ze soba znamienny tymi, ze w kazdym urzadzeniu nadawczo-odbiorczym emituje sie jednoczesnie dwie czestotliwosci do wspólpracujacego urzadzenia, które nastepnie przenosi sie w kazdym urzadzeniu przez miesza¬ nie z czestotliwoscia mieszajaca koherentna w obydwu urzadzeniach w pasmo czestotliwosci odbieranych ze wspólpracujacego urzadzenia, lub czestotliwosci odbierane od wspólpracujace¬ go urzadzenia przenosi sie w pasmo czestotliwo¬ sci nadawanych do wspólpracujacego urzadzenia lub w kazdym urzadzeniu czestotliwosci nada¬ wane i odbierane przenosi sie przez mieszanie z czestotliwosciami koherentnymi w obydwu urzadzeniach we wspólne pasmo. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze w kazdym urzadzeniu nadawczo-odbiorczym cze¬ stotliwosci odebrane i czestotliwosci bedace produktem mieszania sygnalu nadawanego, lub czestotliwosci nadawane i czestotliwosci bedace produktem mieszania sygnalu odbieranego, lub czestotliwosci bedace produktami mieszania sy¬ gnalów nadawanego i odbieranego zdudnia sie parami, wzmacnia i poddaje detekcji w odbior¬ niku (16, 8). Sposób wedlug zastrz. 1 — 2, znamienny tymi, ze w urzadzeniu odzewowym sygnalami bedacymi wynikiem detekcji w odbiorniku (8) steruje sie czestotliwosc i faze sygnalów nadawanych przez to urzadzenie tak, aby fazy sygnalów bedacych wynikiem detekcji byly sobie równe. Sposób wedlug zastrz. 1—3, znamienny tym, ze w urzadzeniu odniesienia mierzy sie róznice faz sygnalów bedacych wynikiem detekcji. Sposób wedlug zastrz. 1 — 4, znamienny tym, ze czestotliwosci mieszajace uzyskuje sie przez dzielenie, mnozenie lub sumowanie czestotliwo¬ sci nadawanych przez urzadzenia nadawczo-od¬ biorcze.KI. 21 a4, 48/62 57 673 MKP G 01 s *S JL -*J 4 -H 16 !S 17 M 'fs fig. 1 15 h-i LJjl rH 14 10 41 *6 19 8 12 U-l 'f5 Fig.

2 PL