SE456118B - Forfarande och anordning for att meta avstand mellan ett forsta och ett andra foremal med signaler av mikrovagsfrekvens - Google Patents

Description

'i-'ê 456 .118 f 2 pondern så att det inte sker_samtidigt. För att användande av en ~fa%låst loop skall fungera måste transpondern förses med ett fasminne. En dylik transponder är med nödvändighet mycket komplicerad och dyrbar. Ett system av detta slag är även känsligt för störningar.

Enligt föreliggande uppfinning anges ett förfarande för att överföra information om fasrelationerna i transpondern till masterenheten genom ett speciellt modu- latlonsförfarande där transponderns utsända signal är skild från masterenhetens utsända signal. Därigenom kan masterenheten och transpondern sända och mottaga samtidigt. Härigenom elimineras således behovet av tidsuppdelnlng mellan sänd- ning och mottagning i systemet.

En synnerligen väsentlig fördel med samtidig sändning är att mätningen går mycket snabbare vilket är av stor betydelse för dynamiska förhållande, d.v.s. för det fall att masterenheten rör sig relativt transpondern.

Det angivna förfarandet medför att enligt uppfinningen såväl aktiva som passiva transpondrar kan utnyttjas vid avståndsmätning medelst fasdlfferensmetoden, istället för endast en reflektor eller ett komplicerat system med tidsuppdel- ning vad avser aktiva transpondrar.

Ett väsentligt önskemål har varit att kunna märka eller identifiera antingen en av flera passiva transpondrar eller en av flera aktivt sändande transpondrar.

Detta önskemål uppfylies enl. en utföringsform av uppfinningen där nämnda modulationsförfarande utnyttjas.

Om man endast utnyttjar en frekvens i ett fasdifferenssystem blir det maximala entydiga avståndet begränsat. Det entydiga avståndet minskar med ökande frek- vens. Emellertid ökar noggrannheten l avståndsmätningen med ökande frekvens.

För att erhålla både ett stort entydigt avstånd och en hög noggrannhet genom- föres enl. en utförlngsform av uppfinningen fasdifferensmätning vid ett antal olika frekvenser i succesiv ordning.

Ytterligare väsentliga utföringsformer av uppfinningen finns beskrivna i det följande.

Föreliggande uppfinning erbjuder således ett förfarande jämte en ahordning för mätning av avstånd där samtliga nämnda nackdelar med kända system eliminerats och där avståndsmätnlngar sker utomordentligt snabbt. 3 456118 Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett förfarande för att mäta av- ståndet mellan ett första och ett andra föremål, där det första föremålet inne- fattar en sändar- och mottagarenhet och där det andra föremålet innefattar en tran- sponder, innefattande att från sändar- och mottagarenheten utsända en signal mot transpondern och mottaga en från transpondern kommande signal, vilka signaler är av mikrovågsfrekvens, och utmärkes av att en första omodulerad mikrovågssignal ut- sänds från sändar- och mottagarenheten att signalen mottages i transpondern, att en andra signal med en betydligt lägre frekvens Fm genereras i transpondern, att nämnda andra signal bringas att moduleras på en signal av mikrovågsfrekvens i transpondern, vilken modulerade signal bringas att innehålla den 1 transpondern mottagna mikrovågssignalens fas och vilken modulerade signal utsändes_från trans- pondern mot sändar- och mottagarenheten, där den mottages och nedblandas med den första signalen och därefter dels lågpassfiltreras, varvid en första mätsígnal med frekvensen Fm bildas, vars fas motsvarar skillnadsfasen mellan den första mikro- vågssignalen och den i sändar- och mottagarenheten mottagna mikrovågssígnalen, dels demoduleras, varvid en andra mätsignal med frekvensen Fm erhålles, vars fas motsvarar den i transpondern genererade nämnda andra signalens fas, vilka mät- signalers faser jämföras i en fasjämförelsekrets och skillnaden dem emellan bildas, vilken skillnad är den från sändar- och mottagarenheten utsända mikro- vågsslgnalens fasvridning till och från transpondern och vilken skillnad således är propotionella mot avståndet mellan nämnda föremål.

Vidare hänför sig uppfinningen till en anordning av det slag och med de huvud- sakliga särdrag som anges i patentkravet 9.

Nedan beskrivas utföringsexempel av uppfinningen närmare i samband med bifogade ritningar, där - fig. 1 visar ett blockschema över en nasterenhet och en passiv transponder, - fig. 2 visar ett blockschema över en nasterenhet och en aktiv transponder, - fig. 3 visar ett blockschema av en masterenhet enl. en annan utföríngsform av uppfinningen - fig. U visar ett blockschema av en aktiv transponder enl. en annan utförings- form av uppfinningen.

I figur 1 visas schematiskt ett blockschema över en sändar- och mottagarenhet, nedan kallad masterenhet l, och en transponder 2, vilken är en s.k. passiv transponder. Masterenheten l har en sändarantenn 3 och en mottagarantenn Ä.

Transpondern 2 har också en sändarantenn S och en mottagarantenn 6. Master- enhetens 1 antenner 3,Å befinner sig på ett avstånd R från transponderns 2 antenner 5,6. 456118 Masterenheteil innefattar en mikrovågsoscillator 7 (OSC Fi) vilken är anordnad att generera en frekvens Fl av exempelvis ZÄSO MHz. Mikrovâgssignalen Si' ut- sändes från masterenheten medelst antennen 3 och mottages i transpondern 2 med- elst antennen 6 varvid den mottagna signalen S2' är fasvriden relativt signalen sv. I I figur 2 visas ett blockschema motsvarande det i figur 1 visade med den skill- naden att transpondern är en s.k. aktiv transponder. En aktiv transponder är väsentligt gynnsammare att använda när avstånden mellan masterenhet och trans- ponder är större. Anledningen är givetvis att en betydligt lägre sändareffekt i masterenheten kan användas jämfört med då en passiv transponder utnyttjas.

Enligt uppfinningen genereras i transpondern 2;18 en signal med en frekvens Fm vilken är betydligt lägre än frekvensen Fi. Exempelvis kan frekvensen Fm vara 10-100 KHZ. I fallet med en passiv transponder 2 genereras signalen S3' med frekvensen Fm medelst en särskild oscillator 8 (OSC Fm) i transpondern 2.

För det fall transpondern är en aktiv transponder 18 finns det inte någon oscillator för att generera nämnda signal med frekvensen Fm utan istället bildas en signal med frekvensen Fm genom att blanda den från masterenheten ut- sända och i transpondern mottagna mikrovâgssignalen S2 med den í transpondern genererade mïkrovågssignalen S6. Detta sker i en blandare 33 (BL) varvid en signal S3 med frekvensen Fm bildas.

Signalen S3';S3 med frekvensen Fm bríngas att moduleras i en första modulator l7;31 på en signal av mikrovågsfrekvens, vilken modulerade signal S7';S7 ut- sändes från transponderns 2;18 mot masterenheten 1;l9 där signalen S8';S8 mot- tages. För det fall transpondern är en passiv transponder utgöres nämnda signal av mikrovågsfrekvens av den mottagna mikrovâgssignalen S2'.

I den aktiva transpondern 18 finns till skillnad från_den passiva transpondern 2 en mikrovågsgenerator 32 (OSC F2) anordnad att generera en mikrovågssígnal med en frekvens F2 som skiljer sig något från den frekvens F1 som genereras i masterenheten 19 och som icke är låst till denna.

Den i masterenheten i;i9 mottagna signalen $8';S8 nedblandas, medelst en bland- are 9;23, med den utsända mikrovågssignalen av frekvensen Fl, varvid en signal S9';S9 med frekvensen Fm erhålles, vilken dels lågpassfiltreras i ett låg- passfilter 10;2b (LP), dels demoduleras medelst detektorkretsar 1i,i2;25,26. 456118 Vid lågpassfiltreringen erhålles en första mätsignal S10';S10 vars fas, relativt den i transpondern genererade signalen S3;S3', motsvarar fasen av den från mas- terenheten utsända signalen S1;S1' relativt fasen av den i masterenheten mottagna signalen S8';S8. Vid detekteringen erhålles en andra mätsignal S11';S11 vars fas motsvarar den i transpondern genererade signalens S3';S3 fas. Dessa mätsignaler S10';Sl0 och S12';Sl2 matas till en fasjämförelsekrets 13;27 (p) där fasskillnad- en mellan signalerna bildas. Denna fasskillnad är, såsom framgår av de nedan an- givna formlerna proportionell mot avståndet R mellan masterenhet och transponder.

Fasjämförelsekretsen 27 avger en signal S13';S13 vilken motsvarar avståndet R mellan masterenhet 19 och transponder 18.

Enligt en utföringsform av uppfinningen överföres informationen avseende signal- ens S3';S3 fasläge genom att denna signal amplitudmoduleras på en underbärvåg Sä';SÅ i en andra modulator iü;3ü (HOD). Underbärvågen SÄ';Sfi genereras medelst en särskild oscillator 15;30 (OSC Fc). Underbärvågen Sfi';Sü har en betydligt lägre frekvens än den mikrovågssignal S7';S7 som utsändes av transpondern men har en väsentligt högre frekvens än signalen S3';S3 med frekvensen Fm. Exempelvis har underbärvâgen en frekvens som är 10-20 ggr högre än Fm. Den modulerade underbär- vâgen S5';S5 moduleras därefter på mikrovâgssignalen S2';S6 medelst nämnda första modulator 17;3l, varvid den sålunda modulerade signalen S7';S7 utsändes av trans- pondern Z;i8. I masterenheten 1;19 sker nämnda detektering medelst nämnda detek- torkretsar, vilka innefattar ett bandpassfilter l1;25 (BP) och en amplituddetektor 12;26.

Ovan har amplitudmodulering resp. amplítuddetektering nämnts. Emellertid kan andra former av modulering resp. detektering utnyttjas, såsom frekvensmodulering, i- stället. I utföringsexemplen exemplifieras moduleringen och detekteringen med amplitudmodulering och amplituddetektering, men uppfinningen är icke begränsad i dettaavseende.

Vad som härvid åstadkommits är att signalens S3';S3 fasläge i transpondern 2;18 överförts till masterenheten l;19 där fasläget jämföras med fasläget för signal- en Sl0';Sl0 vars fasläge beror av den fasvridning som mikrovågssígnalen genom- gått vid transporten från och till masterenheten via transpondern.

För det fall transpondern är en passiv transponder 2 överföres information om signalens S3' fasläge till masterenheten, enl. en ytterligare föredragen utför- ingsform, genom att nämnda modulerade underbärvåg S5' blandas med signalen S3' med frekvensen Fm i en blandare 16 (SUM),vilken blandade signal bringas modulera den av transpondern mottagna mikrovågssignalen S2' medelst nämnda första modu- iawr 17 (nov). 456118 När en aktiv transponder 18 utnyttjas används en masterenhet 19 som motsvarar den ovan beskrivna masterenheten 1. Sålunda innefattar masterenheten 19 en mikrovågsoscillator 20 (DSC Fl), antenner 21,22, en blandare 23 (BL), ett låg- passfilter ZÄ (LP), ett bandpassfllter 25 (BP) och en amplituddetektor 26 (AM.DET) samt en fasjämförelsekrets 27 (dl.

Transponderns 18 mottagar- resp. sändarantenn betecknas med 28,29.

Nedan beskrives det ovan angivna förfarandet matematiskt där signalerna har samma beteckningar i figur I och 2 som i formlerna nedan.

Först beskríves förfarandet vid utnyttjande av en passiv transponder.

Från masterenheten l utsänds en signal Si med frekvensen Fl, nämligen S' - ej9lt (1) där t är tiden och w vinkelfrekvensen.

Den vid transponderna mottagna signalen Så blir S2, = em (f- å) <2) där R är nämnda avstånd och c är ljushastigheten.

Den i transpondern mottagna signalen moduleras med två olika signaler.

Den ena signalen Så är en grundmodulationssignal jm - t _ (3) l = S3 e m Den andra modulatlonssignalen skapas genom att Så moduleras med signalen SÅ. Detta sker i modulatorn ih. SÅ fungerar som underbärväg så = ejwc ~ t (Ä) Den resulterande signalen Så får utseendet .S ejmc ' t + ej(wC + mmlt (5) ' -_ 5 4561ï8 Signalerna Så och Sš adderas och signalen Så får modulera den inkommande mlkrovågssignalen Så. Detta sker l modulator 17. Den utgående signalen S; kan uttryckas som ejw, (t- å) + e jfwllt -Jš-l +wm-t] _+ e j[w1(t- å) -fwc-t] + S7 :Llnu-å) + oc +wm> - f] (e) + 8 Vid masterenhetens mottagardel erhålls signalen _ så = e Juan - + e 11mm- 2%) + wmu- §>]+ eliuan-Z-fi; + wcn- §>J+ Jlwïn-šë) + (wc + mm) <= - å] u) + 8 l blandaren 9 blandas Så med en del av den utgående signalen Sí. Efter blandning fås _- ..2_'.ß -B _ . .Zl - -Ä _ . Ål 5» = e Jwl c + e Jl“m(t c) ml c J +e J[wc(t c) ml c J + 9 jhwc +wm)(l2' 'm1 +6 Frekvensinnehållet i Sš år detsamma som i Så. Så delas upp i två kanaler med hjälp av två filter. Via lågpassflltreringen fås . _ R _ _ _2_'_ß_ e J[Um(t m1 c J sin “ Signalen Slo har samma frekvens som Så men är fasförskjuten i förhållande till denna. För att kunna bestämma denna fasskillnad måste Så vara känd till frekvens och fas i masterenheten. För att åstadkomma detta används enl. en föredragen utföringsform arrangemanget med underbärvågen Så. Båda modulatorerna lÅ,17 är ESB-modulatorer (enkelt sldband). Det betyder att endast ett av sidbanden existerar; Signalen Sš innehåller informationen om signalen Sšzs fas och frek- vens. l den andra kanalen i masterenheten demoduleras Sš. Efter bandpassfiltrer- ing fås signalen j[wc(t'-ål - m1' 2%] + e j[mc+wm)(t- å) 'wïšååy (10) 5f1=e 1456118 Efter amplituddetektering erhålls jwmu- å) " 8 sh _ (11) S;0 och S{2 jämförs i fasmätaren 13. Skillnaden i fas blir m1 ° 2R I -a = 513 " e °1 (n) Som framgår av sambandet (12) är fasskillnaden 91, proportionell mot avståndet R. Medelst en i figur l icke visad beräkningsenhet löses avståndet R ur sam- bandet (12).

Pâ motsvarande sätt kan medelst nedan angivna formler funktionen hos ett system med en aktiv transponder beskrivas.

Vid en passiv transponder fungerar denna endast som en reflektor. Detta arran- gemang begränsar i praktiken räckvídden till ett 100-tal meter. För att få ökad räckvidd måste man istället använda en aktiv transponder.

Till skillnad från den ovan beskrivna passiva transpondern innehåller den aktiva transpondern som nämnts en mikrovågsoscillator 32 som genererar en frekvens F2 något skild från Fl.

Skillnadsfrekvensen F2-Fl motsvarar frekvensen Fm i den passiva transpondern.

Pâ samma sätt som i sambandet (2) blir den i transpondern 18 mottagna signalen S Jwïu- å) u» 2 = 6 Efter blandning med den i transpondern genererade mikrovågssignalen Jw 't s6=e 2 nu) - eJ-Uwz-”lh + ”f (15) Signalen S3, vars frekvens är F2-Fl, motsvarar Så i fallet med den passiva transpondern. S3 moduleras sedan med underbärarvågen SA, som kan tecknas jmc't Sh = e I 456118 Modulationensker med modulatorn 3å. Den resulterande signalen . . R Just _|m+w-m)t+m-- s _ +e Ke 2 l le] (17) påförs sedan modulatørn 31.

Signalen S6 moduleras där med S5. Den från transpondern utgående signalen S7 kan då beskrivas som . . . R Jwt J(m +w)t Jw+m+w-w)t+w'- S7 = 6 2 + e 2 c + e L 2 c 2 1 1 c] _ (18) Vid masterenhetens 19 mottagare fås . R . R . R R _|mz(t- E) _j(w2+wc) (t- E) JUwZ-f-mcfllnz-wï) (t- É)+ m1 z S8 = e + e + e (19) Efter blandning l blandaren 23 erhålles = ej UmZ-mQt-Luzë] + e Üwc+w2¶u1y . t~(w2+mc)%) + S9 R . R _ + gJkxwfwàq-wch _ (NZHUCHÉZ-wl) É + m1 C (20) Efter lågpassfíltreríng erhålles - R s = EJL (“°z'°°1) t'°°2' É] 10 (Zl) och efter bandpassfiltreri-ng erhålles - R Jhwcaßz m1) t - (wzlfwc) E] S11 = e ”f R R jlQülä-mïfimc) t ~ (m2+mc+m2-w1 E + m1 E] + e (22) 456118 10 Efter-AM-detektering fås . R . R J(w2-m1) t - (m2-w1)É + m1 É S12 =e (23) Efter fasjämförelse av S10 och S12 på samma sätt som med passiv transponder erhålls slutligen S = 2 ' m - 13 1 = °1 m) Hed en aktiv transponder kan man enkelt uppnå en räckvidd på flera kilometer.

Det är således uppenbart att det medelst föreliggande uppfinning är möjligt att utnyttja fasdifferensmätning för avståndsmätning där sändning och mottag- ning sker samtidigt i både masterenhet och transponder vilket medger ett snabbt mätförfarande. Vidare är såväl masterenhet som transponder relativt okompli- cerade i sin uppbyggnad.

Genom det beskrivna förfarandet erhålles den mycket väsentliga fördelen att signalen märks genom modulationerna så att en från en transponder utsänd och i masterenheten mottagen signal kan särskiljas från en signal som utsänts av masterenheten och reflekterats av ett föremål i naturen.

Som framgår av sambanden (12) och (ZÄ) ovan är avståndet en funktion av fas- skillnaden çï. Eftersom fasskillnaden dl endast kan bestämmas inom intervallet 0-Zn blir det största entydiga avståndet Rmax = å. (25) RillaX 2 ' Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen mäts nämnda fasskillnader vid flera mikrovågsfrekvenser vilka utsänds i succesiv ordning varvid de därvid uppträdande fasskillnaderna bestäms | succesiv ordning.

Förutsatt att två olika mikrovågsfrekvenser utsänds, följande på varandra, från masterenheten erhålles det största entydiga avståndet ur sambandet C “max i' zln - Fr) där FI är masterenhetens ena utsända frekvens och där Fl' är masterenhetens andra utsända frekvens. 456118 ll “ Noggrannheten i avståndsmätningen ökar med ökande frekvensskillnad. Emellertid minskar det entydiga avståndsíntervallet med ökande frekvensskillnad. För att erhålla både hög noggrannhet och ett stort mätområde utnyttjas därför enl. uppfinningen flera än tvâ frekvenser. Som exempel kan nämnas att om frekvens- skillnaden F1 - F1' bringas vara 50 kHz, 500 kHz, 5 HH: resp. 50 MHz blir de entydiga avstândsintervailen 3000 m, 300 m, 30 m resp. 3 m. På detta sätt kan således mångtydigheten elimineras.

För det fall en aktiv transponder utnyttjas bringas den ovan angivna skillnaden Fm mellan mikrovägssignalerna F1 och F2 vara konstant när Fl genomlöpa: en mät- serie. Nämnda skillnad kan exempelvis vara 10 - 100 kHz.

Enligt uppfinningen kan en andra metod utnyttjas. Enl. denna andra metod ut- sändes mikrovågssignaler F1 från masterenheten i succesiv ordning där Fi bringas genomlöpa exempelvis serien F1 = 2025.0, 2H25.05, 2025.1 ..... 2ü7#.95, 2075 MHz, dvs en serie med ekvidistanta frekvenser inom frekvensområdet 50 MHz där frek- vensskillnaden är 50 kHz. Skillnaden 50 kHz ger således ett entydigt mätområde av 0 ~ 3000 m.

Mätningen sker i exemplet genom utsändande av 1000 olika frekvenser. Om varje mätning tar 1 ms tar hela mätningen 1000 ms att genomföra. Genom linjär regression bestämmes lutningen på en rät linje vilken beskriver fasskillnaden o som funk- tion av utsända frekvenser. Den räta linjens lutning är proportionell mot av- ståndet.

Denna sistnämnda metod ger på grund av mångfalden mätningar och genom möjlig- heten att medelvärdesbilda värden hög noggrannhet.

Den förstnämnda metoden är emellertid mycket snabbare men ger lägre noggrannhet än den sistnämnda metoden.

För att utföra dylika mätningar för det fall en aktiv transponder utnyttjas bringas, enl. en föredragen utföringsform av uppfinningen, masterenheten 19 och transpondern 18 att skifta mellan olika mikrovågsfrekvenser Fl, F2 synkront genom att en synkroníseringspuls utsändes av masterenheten, vilken mottages av transpondern. Synkroniseringspulsen är anordnad att starta en klocka i var och en av masterenheten och transpondern, vilken klocka är anordnad att styra mas- terenheten och transpondern att samtidigt i succesív ordning alstra förutbe- stämda mikrovågsfrekvenser F1, F2. 456118 .

Enligt en föredragen utföringsform bringas härvid skillnadsfrekvensen Fm=F2-F1 vara konstant mellan de i masterenheten och transpondern i succesiv ordning alstrade frekvenserna Fi,F2.

I figur 3 och 4 visas ett blockschema över en masterenhet H0 resp. en trans- ponder Ål vilka i huvudsak motsvarar de tidigare 1 samband med figurerna 1 och 2 beskrivna enheterna, men vilka är anordnade för att mäta vid fiera frekvenser. l figur 3 och Ä har samma referensbeteckningar använts som i figurerna I och 2 för samma enheter.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen innefattar såväl master- enheten #0 som transpondern hi en sekvensgenerator h2;ä3 anordnad att styra en frekvenssyntetisator hh;ÄS med tillhörande frekvensminne k6;b7, i vilket minne en serie av frekvenser finns lagrade. Frekvenssyntetisatorerna är av lämpligt känt slag och innefattar en kristalloscillator samt divideringskretsar och är anordnade att på känt sätt vid en signal från resp. frekvensminne alstra en spänning och påföra denna på en spänningsstyrd oscillator 20;32 (VCO) så att denna alstrar en frekvens motsvarande signalen från frekvensminnet Ä&;ü5.

Efter resp. oscillator 20;32 förefinns en effektdelare H8;ü9 vilken bl.a. avger signalen till resp. frekvenssyfltfltïSat0r,4å;ä5 via ledare 50;51, där denna signal jämförs l en fasjämförelsekrets med den från nämnda kristalloscillator och divideringskretsar kommande signalen. Fasjämförelsekretsen ingår på känt sätt i frekvenssyntetisatorn.

Till nämnda resp. sekvensgenerator 42;h3 är en klocka S2;53 ansluten och anord- nad att styra resp. sekvensgenerator att genomföra en sekvens av adresseringar till resp. frekvenssyntetisator i succesiv ordning, så att en serie frekvenser alstras i succesiv ordning. Klockorna 52,53 är mycket exakta och styr således sekvensgeneratorerna simultant förutsatt att klockorna startas simuitant.

Klockorna 52;53 är så utförda att dessa startar och går simultant efter att en synkroniseringspuls påverkat resp. klocka. I masterenheten hfl förefinns en styr- enhet SÅ vilken är anordnad att generera nämnda synkroníseringspuls. Vidare förefinns organ, vilka beskrives nedan, för att överföra synkroniseringspulsen till dels masterenhetens klocka 52, dels transponderns 41 klocka 53.

Xi 456118 13 Styrenheten SH styr via en ledare 55 en enkoder 56 vilken kodar en adress i beroende av signalen från styrenheten, vilken kodade adress kan vara en binär kod. Enkodern 56 styr via ledare 57 en modulator, företrädesvis en PIN-modulator 58, vilken är placerad på utgången 59 till masterenhetens sändarantenn 21.

PIN-modulatorn amplitudmodulerar den mikrovågssignal som alstras av mikrovågs- oscillatorn 20 så att ett pulstâg motsvarande den binära koden utsändes.

Exempelvis kan PIN-modulatorns modulationsfrekvenser vara RO kHz resp. 50 kHz.

När en mätsekvens skall startas avger således styrenheten 54 en signal till en- koderrwšö så att ett pulståg utsändes via sändarantennen 21. Samtidigeavger styrenheten SÅ en signal via ledare 60 till masterenhetens klocka S2 att starta.

Det utsända pulståget mottages i transpondern. I denna passerar signalen ett bandpassfilter 61, en detektorkrets 62 där signalen amplituddetekteras och en pulsformare 63, varefter det sålunda återskapade pulstâget bringas starta transponderns klocka 53. l figur Ä betecknar siffran 6Å en förstärkare och siffran 65 ett bandpassfilter för att bandpassfiltrera den under en mätnings~ sekvens mottagna och nedblandade signalen innan denna påföres den ovan nämnda andra modulatorn 3ü där underbärvågen Fc påmoduleras.

Som nyss framgått startas och går således de båda klockorna 52;53 simultant.

Härvid genereras således synkront i masterenheten och i transpondern en frek- vensserie av ovan angivet slag varvid ett antal fasskillnader uppmäts i fas- mätaren 27. Nämnda fasskillnader matas till en mikrodator 66 i masterenheten vilken inlagrar fasskillnaderna i ett minne 67 och därefter utför erforderliga beräkningar, såsom ovan angivits, för att beräkna det uppmätta avståndet. Mikro- datorn 66 är därefter anordnad att avge en signal via ledare 68 till en åskåd- ningsanordning, eller en skrivare eller ett styrorgan för att styra ett föremål i beroende av det uppmätta avståndet etc. l figur 3 anger referenssiffrorna 77 och 78 pulsformare.

Ett problem uppstår när fiera transpondrar utnyttjas för att mäta flera avstånd för att ur dessa exempelvis beräkna ett föremåls position genom att utnyttja trigonometriska samband. Problemet består i att man endast önskar få svar från en transponder åt gången.

Enligt en ytterligare utföringsform är därför var och en av transpondrarna för- sedda med en individuell kod lagrad i ett minne 69 i transpondern 41. Vidare förefinns en dekoder 70 anordnad att jämföra en i transpondenimottagen kod med den i minnet 69 lagrade koden. 456118 Den individuella koden utsändes från masterenheten där den alstras medelst enkodern 56 i enlighet med en signal från styrenheten Sh som motsvarar en viss transponders individuella kod. Koden utsändes således i form av ett pulståg, vilket mottages av och behandlas i transpondern på ovan angivet sätt. Vid över- ensstämmelse mellan den mottagna koden och den i minnet 69 lagrade koden gener- eras en puls på dekoderns 70 utgång 71, vilken avges till en pulsformare 72.

I pulsformaren skapas en puls av en viss längd vilken avges till styringången 73 på en switch 70 som därvid sluter ledarna 75,76. I masterenheten genereras ett pulståg som utsänds vars första del innefattar den för en viss transponder individuella koden och vars senare del innefattar den ovan nämnda synkroniser- ingspulsen. Den puls som lämnar pulsformaren 72 i transpondern har som sagts en viss längd. Denna längd motsvarar längden hos synkroniseringspulsen. Således matas synkroniseringspulsen vidare från detektorn 62 och pulsformaren 63 via ledaren 75, switchen 7ü och ledaren 76 till klockan 53, som därvid startas, under den tid switchen erhåller en puls från pulsformaren 72.

Genom denna utföringsform är det således möjligt att från masterenheten anropa ett antal transpondrar 1 succesiv ordning varvid resp. transponder endast sänder efter det att den blivit anropad.

Företrädesvis utföres transpondrarna så att större delen av transpondrarnas strömförbrukande kretsar är avslagna under de tider då resp. sekvensgenerator Ä3 icke erhåller någon signal från klockan 53. När resp. sekvensgenerator på grund av ett anrop från masterenheten erhåller en signal från klockan, styr sekvensgeneratorn ett lämpligt känt organ,sâsom en switch, så att organet spän- ningssätter hela transpondern. Härigenom sparas energi vilket väsentligt ökar tiden mellan erforderliga batterier i transpondern.

Det är uppenbart att man med föreliggande uppfinning på ett relativt enkelt sätt och på mycket kort tid kan utföra en mycket noggrann mätning av avståndet, vilket i synnerhet ger systemet mycket goda dynamiska egenskaper.

Vidare möjliggöres utnyttjande av en relativt stor bandbredd, nämligen flera l0-tal MHz, vilket förutom en noggrann avstândsmätning medför att störningar av bl.a. typen s.k. multiple-path undertrycks.

Det är vidare uppenbart att de inledningsvis nämnda nackdelarna med kända system elimineras. 456118 15 Föreliggande uppfinning har ovan beskrivits under hänvisning till olika utför- ingsexempei av uppfinningen. Emellertid kan bl.a. de angivna kretsarna modifieras inom ramen för fackmannens kunnande utan att föreliggande uppfinning frångås.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de ovan angivna utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna fam-

Claims (13)

456118 16 Patentkrav
1. l. Förfarande för att mäta avstånd mellan ett första och ett andra före- mål, där det första föremålet innefattar en sändar- och mottagarenhet och där~det andra föremålet innefattar en transponder, innefattande att från sändar- och mottagarenheten utsända en signal mot transpondern och mottaga en från transpondern kommande signal, vilka signaler är av mikrovågsfrekvens, k ä n n e t e c k n a t a v, att en första omodulerad mikrovågssignal (Sl'; Si) utsänds från sändar- och mottagarenheten (l;hO) att signalen (Sl';Sl) mottages l transpondern (2;l8;Ål), att'en andra signal (S3';S3) med en be- tydligt lägre frekvens Fm genereras i transpondern, att nämnda andra signal (S3';S3)bringas att moduleras på en signal (S2';S6) av mikrovâgsfrekvens i transpondern, vilken moduleradasígnal bringas att innehålla den i transpon- dern mottagna mikrovågssignalens fas och vilken modulerade signal (S7';S7) utsändes från transpondern mot sändar- och mottagarenheten (l;l9;40), där den mottages och nedblandas med den första signalen (Sl';Sl) och därefter dels lågpassfiltreras, varvid en första mätsignal (Sl0';Sl0) med frekvensen Fm bildas, vars fas motsvarar skillnadsfasen mellan den första mikrovâgssig- nalen (Sl';Sl) och den i sändar- och mottagarenheten (l;l9;ë0) mottagna mik- rovågssignalen ($8';$8), dels demoduleras, varvid en andra mätsignal (Sl2'; Sl2) med frekvensen Fm erhålles, vars fas motsvarar den i transpondern (2; l8;4l) genererade nämnda andra signalens (S3';S3) fas, vilka mätsignalers (Sl0',Sl2';SiU,Sl2) faser jämföres i en'fasjämförelsekrets (l3;27) och skill- naden dem emellan bildas, vilken skillnad är den från sändar- och mottagar- enheten utsända mikrovågssignalens fasvridning till och från transpondern och vilken skillnad således är proportlonella mot avståndet mellan nämnda föremål.
2. 2. Förfarande enl. krav l, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda andra signal (S3';S3) moduleras på en underbärvàg (Sk';Sü), vilken genereras me- delst en oscillator (l5;30) ï transpondern (2;ül), vilken underbärvâg har en betydligt lägre frekvens än den mikrovågssignal (S7';S7), som utsändes av transpondern, men samtidigt en väsentligt högre frekvens än nämnda i trans- pondern alstrade signal (S3';S3) med frekvensen Fm, att den modulerade un- derbärvågen därpå moduleras på mikrovågssignalen (S2';S6), såsom nämnts, varefter den sålunda modulerade signalen (S7';S7) utsändes av transpondern (2;l8;4l) och mottages i sändar- och mottagarenheten (l;l9;ü0), där nämnda demodulation bringas att ske genom att den mottagna och nedblandade signalen (S9';S9) bandpassfiltreras och detekteras. 456118 17
3. 3. Förfarande enl. krav 1 eller 2, för det fall transpondern är en s.k. passiv transponder, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda i transpondern (2) genererade signal (S3') med frekvensen Fm genereras av en oscillator och bringas att moduleras med nämnda underbärvåg (Sü') och av, att den sålunda modulerade signelan (S5') adderas med nämnda genererade signal (S3') med frekvensen Fm, vilken adderade signal (S6') bringas att modulera den av transpondern (2) mottagna mikrovågssignalen (S2') från sändar- och mottagar- enheten (1), varvid den sålunda modulerade signalen (S7') utsändes mot sän- dar- och mottagarenheten (1). _ Å. Förfarande enl. krav l eller 2, för det fall transpondern är en s.k. aktiv transponder, k ä n n e t e c k n a t a v, att en míkrovågssignal med frekvensen F2 (S6) bringas att genereras i transpondern (l8;ü1) medelst en oscillator (32), vilken míkrovågssignal blandas med den av transpondern (l8; Ål) mottagna mikrovågssignalen (S2) med frekvensen Fl, varvid vid blandning- en skillnadsfrekvensen F2-Fl bildas, vilken utgör nämnda genererade signal
4. (S3') med frekvensen Fm, att sistnämnda signal (S3') moduleras i en andra modulator (34) med nämnda underbärvåg (Sh) och av, att den sålunda modulera- de signalen (S5) bringas att modulera nämnda i transpondern (i8;h1) genere- rade mikrovågssignal (S6) í en första modulator (31), varvid den därvid mo- dulerade signalen (S7) utsändes mot sänder- och mottagarenheten (19;ü0).
5. 5. Förfarande enl. krav i, 2, 3 eller Ä, k ä n n e t e c k n a t a v, att flera mikrovågsfrekvenser utsänds i en successiv ordning, varvid de därvid uppträdande fasskillnaderna bestäms i fasjämföreisekretsen (l3;27) i succes- siv ordning.
6. 6. Förfarande enl. krav 5 för det fall transpondern är en s.k. aktiv transponder, k ä n n e t e c k n a t a v, att sändar- och mottagarenheten och transpondern bringas att skifta mellan olika mikrovågsfrekvenser synkront genom att en synkroniseringspuls utsändes av sändar- och mottagarenheten (ÄH) vilken mottages av transpondern (ål), vilken synkroniseringspuls är anordnad att starta en klocka (52;53) i var och en av sändar- och mottagarenheten och transpondern, vilka klockor (52;53) är anordnade att styra nämnda två enhe- ter (ü0,äl) att samtidigt i successiv ordning alstra förutbestämda mikrovågs- frekvenser.
7. 7. Förfarande enl. krav 6, k ä n n e t e c k n a t a v, att skillnads-* frekvensen F2-Fl mellan de i sändar- och mottagarenheten (#0) resp. de i transpondern (41) genererade förutbestämda mikrovågsfrekvenserna är konstant. 456118 l8
8. 8. förfarande enl. något av föregående krav, för det fall flera transpond- rar förefinns inom ett mätområde, k ä n n e t e c k n a t a v, att varje transponder (41) är försedd med en i transpondern lagrad individuell kod, att sändar- och mottagarenheten (40) bringas att före en mätning mot en viss transponder (H1) utsända en kodad signal, vilken mottages av transpondrarna (hi) och av, att den transponder (hi), för vilken den utsända koden överens- stämmer med den lagrade koden bringas att aktiveras att utsända nämnda mikro- vâgssignal (S7) mot sändar- och mottagarenheten (ÄO).
9. 9. Anordning för att mäta avstånd mellan ett första och ett andra föremål, där det första föremålet innefattar en sändar- och mottagarenhet och där det andra föremålet innefattar en transponder, vilken sändar- och mottagarenhet är anordnad att utsända en signal mot transpondern och mottaga en från trans- pondern kommande signal, där sändar- och mottagarenheten (l;19;40) innefat- tar en mikrovågsoscillator (7;20), en sändar- (3;21) och en mottagarantenn (Ä;22), samt en blandare, ett filter och detekteringskretsar och där trans- pondern (2;i8;üi) innefattar en mottagar- (6;28) och en sändarantenn (5;29) samt en oscillator och en modulator, k ä n n e t e c k n a d a v, att trans- pondern är anordnad att mottaga en från sändar- och mottagarenheten utsänd omodulerad mikrovågssignal (Sl';Sl) att transpondern innefattar ett organ (8; 32;33) för alstrande av en signal (S3';S3) med betydligt lägre frekvens Fm än mikrovågsfrekvens, att en första modulator (i7;3i) förefinns anordnad att mo- dulera nämnda signal (S3';S3) på en signal (S2';S6) av mikrovågsfrekvens i transpondern, så att den modulerade signalen innehåller den i transpondern mottagna mikrovâgssignalens fas, vilken modulerade signal (S7';57) transpon- dern är anordnad att utsända och vilken sändar- och mottagarenheten är anord- nad att mottaga, att sändar- och mottagarenheten innefattar en blandare (9;23) för nedblandning av den mottagna signalen (S8';S8) med den av mikrovågsoscil- latorn (7;20) alstrade frekvensen och av, att sändar- och mottagarenheten är anordnad att dela upp en sålunda mottagen signal, dels via ett lågpassfilter (10;Z#) varvid en mätsignal (Sl0';S10) med den nämnda frekvensen Fm bildas, vars fas motsvarar skillndasfasen mellan den från sänder- och mottagarenhe- ten utsända mikrovågssignalens (S1';Si) fas och den däri mottagna mikrovågs- signalens (S8';S8) fas, dels via en detekteringskrets (ii,i2;25,26) anordnad att demodulera den av sändar- och mottagarenheten mottagna signalen (S8';S8), varvid en andra mätsignal (Sl2';Sl2) med frekvensen Fm erhålles, vars fas motsvarar fasen hos den i transpondern (2;l8;üi) genererade signalens (S3'; S3) fas med frekvensen Fm, samt av, att en fasjämförelsekrets (l3;27) före' finns i sändar- och mottagarenheten (i;i9;H0), vilken är anordnad att jämfö- 456118 l9 ra de nämnda mätsignalerna avseende dessas fas, där skillnaden mellan faserna är den från sändar- och mottagarenheten utsända mikrovågssignaiens fasvridning till och från transpondern, vilken skillnad således är proportionella mot avståndet (R) mellan nämnda föremål.
10. 10. Anordning enl. krav 9, k ä n n e t e c k n a d a v; att transpondern (2;i8;üi) innefattar en oscillator (8;30) för alstrande av en underbärvâg (S4';Sfi) vilken har en betydligt lägre frekvens än den mikrovågssignal (S2';S6) som transpondern är anordnad att utsända men som samtidigt har en väsentligt högre frekvens än den nämnda frekvensen Fm, att en andra modulator (iü;3ü) före- finns l transpondern anordnad att moduiera nämnda alstrade signal med frekvensen Fm på underbärvågen (S#';S4) och av att nämnda första modulator (l7;3i) är anordnad att moduiera den sålunda modulerade underbärvågen (S5';S5) på den i transpondern förefíntliga mikrovågsslgnalen (S2';S6), vilken resulterande signal (S7';S7) leds till transponderns sändarantenn (5;29), samt av att nämnda detekteringskrets i sändar- och mottagarenheten (i;l9;U0) innefattar ett band- passfilter (H;25) och en defekter (1z;26).
11. ll. Anordning enl. krav 10, för det fall transpondern är en s.k. passiv transponder, k ä n n e t e c k n a d a v, att en oscillator (8) förefínns i transnondern (2) för genererlng av nämnda signal (S3') med frekvensen Fm, och av att mellan nämnda andra (lä) och nämnda först8(i7) modulator förefínns en tredje (16) modulator anordnad att moduiera den nämnda modulerade under- bärvâgen (SÄ') härrörande från nämnda andra modulator (lä) med nämnda signal (S3') med frekvensen Fm, samt av att den nämnda första modulatorn (17) är anordnad att moduiera den i den tredje modulatorn (16) alstrade signalen (S6') på nämnda mikrovågssignal (S2') som därvid utsändes från transpondern (2).
12. 12. Anordning enl. krav 10, för det fall transpondern är en s.k. aktiv transponder, k ä n n e t e c k n a d a v, att transpondern (i8;hl) inne- fattar en mikrovâgsoscillator (32) för genererande av en mikrovâgssignal (S6) samt en blandare (33) anordnad att bilda en signal (S3) med skillnadsfrekvensen Fm mellan sistnämnda míkrovågssignal (S6) och den av transpondern mottagna mlkrovâgssignalen (S2) vilken bildade signal utgör nämnda signal (S3) med frekvensen Fm, av att nämnda andra modulator (BÜ) är anordnad att moduiera sistnämnda signal (S3) med nämnda underbärvåg (SÅ) och att nämnda första modulator (31) är anordnad att moduiera den från den nämnda andra modulatorn (BÅ) kommande sígnalens (SS) med den från transponderns (i8;äl) mikrovågs- oscillator (32) kommande signalen (S6), varvid den därvid uppkomna modulerade signalen utsändes medelst transponderns (l8;ül) sändarantenn (29). .y 7 l :456118 20
13. 13. Anordning enl. krav 12, k ä n n e t e c k n a d a v, att såväl sändar- och mottagarenheten (#0) som transpondenn (41) innefattar en sekvens- generator (h2;h3) anordnad att styra en frekvenssyntetisator (üügüâ) medrtil|~ hörande frekvensminne (ü6;ü7) i vilket en förutbestämd serie av frekvenser av mikrovâgsfrekvens finns lagrade, vilken frekvenssyntetisator (üü;ë5) är anord- nad att styra respektive enhets (#0;fi1) mikrovågsosqillator (20;32) att alstra nämnda serie av frekvenser, att till nämnda sekvensgenerator (k2;ü3) är en klocka (52;53) ansluten anordnad att styra nämnda sekvensgenerator (H2;h3) att genomlöpa en sekvens så att nämnda serie av frekvenser genereras_l succesiv ordning, och att nämnda klockor (52;53) är så utförda att dessa startar och går slmultant efter att en synkroniseringspuls påverkat resp. klocka, samt att en kontrollenhet (SÅ) förefinns i sändar- och mottagarenheten (#0) vilken kontrollenhet är anordnad att generera nämnda synkroniseringspuls samt att organ (ö0;56-50,61-63,7h-76) förefinns för att överföra nämnda synkroniserings- puls till dels sändar- och mottagarenhetens (Å0) klocka (52), dels transponderns (kl) klocka (53). ih. och mottagarenheten (H0) är försedd med en modulator (S8) mellan mikrovågs- Anordníng enl. krav l3, k ä n n e t e c k n a d a v, att sändar- oscillatorn (20) och sändarantennen (21), vilken modulator (58) är anordnad att styras medelst kontrollenheten (Sh) så att ett pulstâg moduleras på den mikrovâgsslgnal (S6) som skall utsändas, och av att transpondern (kl) inne- fattar en detektorkrets (61-63) för att detektera nämnda pulståg. l5. flera transpondrar (kl) förefinns, att var och en är försedd med en individu- Anordning enl. krav IH, k ä n n e t e c k n a d a v, för det fall ell kod l ett minne (69) och av att en dekoder (70) förefinns anordnad att jämföra den i minnet (69) lagrade koden med en kod utsänd från sändar- och mottagarenheten (Ä0) I form av nämnda pulstâg, vilket detekterats medelst nämnda detekteringskrets (61-63), samt av att dekodern (70) vid överens- stämmelse koderna emellan är anordnad att aktivera transpondern (Hl) för mottagning och sändning av nämnda serie av frekvenser. f/ N