SE456868B - Anordning foer att maeta hastigheter - Google Patents

Description

456 ses i 2 Föreliggande uppfinning löser ovan nämnda olägenheter och är särskilt betydelse- full genom att nämnda avståndsberoende elimineras.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till en anordning för att mäta hastig- heter mellan ett första och ett andra objekt under utnyttjande av mikrovågssig- naler, innefattande en mikrovågsgenerator ansluten till en sändarantenn och tvâ mottagarantenner företrädesvis placerade på ömse sidor om sändarantennen för mot- tagande av mot ett objekt reflekterande mikrovågssignaler, vilka mottagarantenner är anslutna till var sin mottagningskanalj vilka kanaler är anslutna till en kor- relator anordnad att korrelera de av mottagarantennerna mottagna signalerna, vil- ka signalers inbördes tidsskillnad motsvarar relativhastigheten mellan objekten, och utmärkas av att nämnda mikrovågsgenerator även är ansluten till en respektive blandare i var och en av mottagníngskanalerna, till vilken respektive blandare respektive nnttagarantenn är ansluten och av, att respektive blandares utgång är via ett filter anordnat att filtrera bort lågfrekventa variationer på den mot- tagna mikrovågssignalen ansluten till en enveloppdetektor anordnad att envelopp- detektera respektive signal, varvid tvâ fasoberoende signaler bildas, vilka sist- nämnda signaler jämföras i nämnda korrelator, Nedan beskrivas uppfinningen närmare i anslutning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel av uppfinningen, där - fig. l visar en schematisk vy av en anordning innefattande en sändare och två mottagare, - fig. 2 visar ett schematiskt blockschema av en anordning, där en homodyn enve- loppdetektering används, - fig. 3 visar ett schematiskt Hlockschema av en anordning, där en heterodyn en- veloppdetekterïng används, - fig. Ä visar ett diagram, - fig. 5 visar en antennkonfiguration enligt en utföringsform av uppfinningen.

I fig. l visas schematiskt en anordning för att mäta hastigheter mellan ett förs- ta objekt l, exempelvis ett fordon och ett andra objekt 2, exempelvis marken.

I fig. l visas schematiskt ett hus 3 med en öppning Ä mot det andra objektet 2.

Vända not öppningen förefinns en sändarantenn 5 och två mottagarantenner 6,7.

Mottagarantennerna är placerade pâ ömse sidor om sändarantennen. Enligt ett före- draget utförande är antennerna 5,6,7 placerade i samma plan och utmed en rät lin- je, där mottagarantennerna 6,7 är placerade på samma avstånd från sändarantennen 5. to' 456 868 Sändarantennen 5 är, såsom illustreras i fig. 1 och 2, anordnad att utsända en signal 8, som reflekteras mot det andra objektet och mottages av mottagaranten- flêfflâ .

De inledningsvis nämnda relativt starka reflektionerna kan ske mot anordning- ens omgivning, såsom närliggande delar 56,57 av fordonet och illustreras med linjerna 9,10. Dessa reflektioner mottages således av mottagarantennerna.

I fig. 2 visas ett blockschema över en första utföringsform av uppfinningen.

Anordningen innefattar en mikrovågsgenerator 11 ansluten till sändarantennen 5.

Vidare innefattar anordningen en korrelator 12 anordnad att korrelera de med mottagarantennerna 5,6 mottagna signalerna, vars inbördes tidsskíllnad motsva- rar relativhastigheten mellan objekten 1;2, såsom i och för sig är välkänt.

Korrelatorn 12 kan vara vilken som helst lämplig känd korrelator för förelig- gande ändamål, varför dess uppbyggnad inte beskrives mera i detalj.

Enl. uppfinningen är nämnda mikrovågsgenerator 11 även ansluten till en resp. blandare 13,1Å;15,16 i var och en av mottagningskanalerna 17,18. Till de resp. blandarna 13,1ä;15,16 är de resp. mottagarantennerna 5,6 anslutna.

Blandarnas 13,lü;15,16 resp. utgång är ansluten till en enveloppdetektor, all- mänt betecknade med siffrorna 19,20 i fig. 2, anordnad att enveloppdetektera i resp. mottagningskanal mottagen signal.

Genom att enveloppdetektera den mottagna signalen erhålles, såsom visas nedan, två fasoberoende signaler 21,22, vilka jämföres av nämnda korrelator 12.

Härigenom elimineras beroende av ett varierande avstånd mellan resp. mottagar- antenn och marken eller en konstant avståndsskillnad mellan objekten, som exem- pelvis när ett flygplan lutar mot markplanet.

Genom att två fasoberoende signaler avges till korrelatorn kan en mängd olika och billiga kommersiellt tillgängliga korrelatorer användas jämfört med en korrelator anordnad att korrelera fasberoende signaler.

Vidare skulle det i vissa fall, såsom exempelvis när anordningen är monterad på en traktor, som körs på ett ojämnt underlag, vara omöjligt att korrelera signalerna om de till korrelatorn avgivna signalerna var fasberoende, eftersom avstånden mellan resp. mottagarantenn och marken ständigt förändras.

Refererande till fig. 2 genererar mikrovågsgeneratorn en frekvens av exempelvis ZÄSO MHz. Den utsända signalen reflekteras mot marken 2 och mottages av de två antennerna 6,7. Två mottagningskanaler 17,18 är utbildade, vilka vardera inne- 456 868 fattar en mottagarantenn ansluten till två inbördes parallellt anordnade blan- dare 13,1ë resp. 15,16. Mikrovågsgeneratorn 11 är i detta utförande direkt an- sluten till nämnda blandare 13-16. Mikrovågsgeneratorn utgör således lokal- oscillator.

Den reflekterade och mottagna signalen S1 kan tecknas S1 = (x1(t) + A1) cos (mot + ç1) + (y1(t) + B1) sïn(wot + m1), där Q1 är fasvinkeln och där x och y1 är signalkomponenter härrörande från re- l flektion mot marken och där A1 och B1 är konstanta eller långsamt varierande signalkomponenter härrörande från direkta reflektioner (10) från fordonsdelar eller motsvarande.

Fasvinkeln p är okänd, eftersom den beror av avståndet mellan sändare, mark ' och mottagare.

Den utsända mikrovågsfrekvensen betecknas wo.

Nämnda direktreflektioner är ofta starka i förhållande till signalkomponenter härrörande från reflektion mot marken.

Vidare varierar direktreflektionerna långsamt i förhållande till signalvaria- tionerna härröranderfrån markreflektion.

I anslutning till den ena blandaren i resp. kanal förefinns en fasvridnings- krets anordnad att fasvrida signalen så, att signalerna Sh,S efter resp. blan- 5 dare 13,1ü;15,16 i resp. kanal är kvadratursignaler till varandra.

I utföringsexemplet enl. fig. 2_förefinns i var och en av mottagarkanalerna 17, i8 mellan mottagarantennen 6;7 och den ena blandaren 1ü;16 en fasvridnings- krets 23;2h anordnad att fasvrída den mottagna signalen S1 900. delas således upp i tvâ signaler nämligen S och S där S är Signalen S 2 3, 2 1 identisk med S1.

Signalen S3 kan tecknas S3 = - (x1(t) + A1) sin(w°t + ç1) + (y1(t) + B1) cos(mot + m1) Efter blandarna 13,lÅ där signalerna S2 och S3 blandas med signalen coswot från mikrovågsgeneratorn erhålles signalerna Sh och S5, vilka kan tecknas Sh (x1(t) + A1) cosd1 + (y1(t) + B1) sinp1 ss II - (x1(t) + A1) sin@1 + (y1(t) + B1) cos$1 ' 456 868 Enl. en föredragen utföringsform förefinns direkt efter blandarna ett högpass- filter 25-28 anordnat att filtrera bort lågfrekventa variationer på den mot- tagna mikrovågssignalen och således lågfrekventa variationer på signalerna Sh och S5.

Högpassfiltren 25,26 medför således en eliminering av A1 och B] i signalerna St' OCh S5.

Efter högpassfiltren 25-28 förefinns en kvadreringskrets 29-32 anordnad att kvadrera signalen från resp. blandare 13-16 efter det att denna enl. den före- dragna utföringsformen högpassfiltrerats medelst högpassfiltren.

De två kvadreringskretsarna 29,30 resp. 31,32 i var och en av de två mottag- ningskanalerna l7,i8 är anslutna till en summationskrets 33;3b i var och en av mottagningskanalerna. Summationskretsen 33;3Å är anordnad att summera de kvad- rerade signalerna.

Kvadreringskretsarna och summationskretsarna kan vara av vilket som helst lämp- ligt känt slag.

Efter det att signalerna Sh och S5 således högpassfiltrerats, kvadrerats och summerats erhålles två signaler 56,5 , där S6 kan tecknas 7 2 2 S6 = x1 (t) + yï (t) d.v.s. en fasoberoende signal erhålles. Signalen S6 är enveloppen i kvadrat.

Som framgår av uttrycket för S6 innehåller detta inte fasvinkeln o, såsom ut- trycken S och S ovan. 1 3 _ Analogt erhålles i den andra mottagningskanalen efter summationskretsen Sü sig- nalen S , vilken kan tecknas 7 2 2 S7 - xz (t) + yz (t) vilken även den är en fasoberoende signal, eftersom den till oï motsvarande fas- vinkeln oz, som i allmänhet är skild från Q1, eliminerats.

Utgângen från resp. summationskrets 33;3ü, vilken innehåller signalen S6 resp.

S7, är ansluten till nämnda korrelator 12, där således korrelering utföres av två fasoberoende signaler, vilka genom högpassfíltreringen inte innehåller sig- nalkomponenter härrörande från direktfeflektioner 9,10. l fig. 3 visas ett blockschema över en andra utföríngsform av uppfinningen, där en heterodyn enveloppdetektering används till skillnad från den homodyna enveloppdetektering, som används i utföringsformen enl. fig. 2. 456 868 Enl. denna utförlngsform förefinns en sidbandsmodulator H0 inkluderande en osclllator Ül mellan mikrovågsgeneratorn li och en blandare å2,ü3 i var och en av två mottagningskanaler 5ß,S5. Sidbandsmodulatorn H0 är anordnad att .alstra ett sldband med frekvensen mo + ml, där wo är mlkrovågsgeneratorns li frekvens och där ml är sidbandsmodulatorns Rp oscillators Ål frekvens. Sid- bandet påtryckes blandarna ä2,ü3, varvid en signal med bärfrekvensen w] bil- das. ífter resp. blandare ü2,Ä3 föreflnns ett bandspärrfilter üü,ü5 anordnat att filtrera bort frekvensen m1 samt lågfrekventa variationer motsvarande A och Q omkring frekvensen w och anordnat att släppa igenom en högfrekventare va- i _rlation kring frekvensen m1. Den högfrekventare variationen utgör den nytti- .ga signalen, som representerar signalvarlationer p.g.a. variationer I marken.

Eenom bortflltrering av lågfrekventa variationer kring frekvensen ul elimine- mas effekten av direktreflektioner 9,10, såsom ovan omtalats.

På.motsvarande sätt som för utföringsformen avseende det homodyna fallet kan ' signalerna 510,51! l de båda mottagnlngskanalerna efter bandspärrflltren Åh, 'ÅS tecknas ,51n SH - x2(t) ' cosiwlt + #2) + yzit) ~ slniwlt + 42) - x1(t) - cos(w1t + nl) + y1(t) - siniuït + di) Efter trigonometrisk behandling erhålles Stol- Jxl2(t) + y12(t) - cos(mlt + dl'(t)) . s” -Jxzïui + yzznf- Comp wz-(n) där d1}(t) resp. #21 beror av xl,y] resp. x2,y2, vilka ber tiden. Frek- vensen ml väljs hög i förhållande till tidsvariationen iv.xl2(t) + yï (t) odhqxz (t) + yz (t)l Frekvensen mi kan vara exempelvis l MHz. Hikrovågsgeneratorns frekvens wo är exempelvis 2450 MHz.

.Beroendet av denna fasvinkel $1'(t) resp. @2'(t) elimineras dock genom att en enveloppdetektor ü6,ü7 av lämpligt känt slag förefinns efter resp. band- spärrfilter ÄÅ,#5. ' Res . envelop detektor #6 H är å känt sätt anordnad att uttaga termen 2 2 . vxï (t) + yï (t) resp. xz (t) + yz (t) ur signalen S10 resp. S11, vilka termer utgör enveloppen till enveloppdetektorns insignal. Enveloppdetektorer- ma h6,ü7 är anslutna till en korrelator H8 anordnad att korrelera utsignaler- 456 868 na från enveloppdetektorerna 46,ä7.

Nämnda korrelator 12,h8 tillföres således tvâ fasoberoende signaler. korrelatorn l2,ü8 är på känt sätt anordnad att bilda uttrycket R enl.

RLZMT) = -:= är Bïz-(t-AT) + yïzh-AT-l] Exzzh) + yzzh-jldt Om tidsförskjutningen mellan de två till korrelatorn kommande signalerna är lika med T fås ett maximum för R] 2(T) i ett samband mellan kl 2(AT) och AT S i enl. fig. Å.

Korrelatorn utvärderar således för vilken tídsskillnad T som funktionen R] 2(AT) har ett maximum.

I Denna tídsskillnad T motsvarar relativhastigheten mellan objekten.

Kommersiellt tillgängliga enkla och billiga korrelatorer finns, vilka opere- rar enl. ovan angivna princip.

Ovan har nämnts att det förefinns en sändarantenn och två mottagarantenner placerade på ömse sidor om sändarantennen.

Enl. en ytterligare utföringsform, illustrerad i fig. 5, förefinns ytterliga- re två mottagarantenner 50,51 placerade utmed en företrädesvis rät linje på ömse sidor om sändarantennen 5, vilken linje 52 bildar en vinkel mot den lin- je 53, som löper mellan förstnämnda mottagarantenner 6,7 och sändarantennen 5. l fig. 5 visas ett dylikt antennarrangemang sett i en vy motsvarande en vy un- derifrån i fig. 1.

De ytterligare mottagarantennerna 50,51 är liksom de förstnämnda mottagaranten- nerna 6,7 anslutna till en krets motsvarande den i fig. 2 eller 3 beskrivna.

Genom detta utförande kan relativhastigheten mellan objekten mätas I tvâ olika riktningar under utnyttjande av endast en sändarantenn och mikrovågsgenerator.

Det är uppenbart att föreliggande uppfinning eliminerar de inledningsvis nämn- da olägenheterna och problemen.

Ovan har olika exemplifierande utföringsformer beskrivits. Det är uppenbart att de beskrivna kretsarnas detaljuppbyggnad kan modifieras,utan att uppfinnings- tanken, att vid en mikrovågstillämpning alstra två fasoberoende signaler, vil- ka korreleras, frângâs.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de beskrivna utföringsformerna, utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angivna FBlTl .

Claims (5)

456 ges Patentkrav

1. Anordning för att mäta hastigheter mellan ett första och ett andra ob- jekt under utnyttjande av mikrovågssignaler, innefattande en mikrovågsgenera- tor ansluten till en sändarantenn och två mottagarantenner företrädesvis pla- cerade på ömse sidor om sändarantennen för mottagande av mot ett objekt reflek- terande mikrovâgssignaler, vilka mottagarantenner är anslutna till var sin mottagningskanal, vilka kanaler är anslutna till en korrelator anordnad att korrelera de av mottagarantennerna mottagna signalerna, vilka signalers inbör- des tidsskillnad motsvarar relativhastigheten mellan objekten, k ä n n e - t e c k n a d a v, att nämnda mikrovâgsgenerator (ll) även är ansluten till en resp. blandare (l3,Iü,l5,16;h2,ü3) i var och en av mottagníngskanalerna, till vilken resp. blandare (13-l6;Ä2-#3) resp. mottagarantenn (6,7) är anslu- ten och av, att resp. blandares (13-l6;ë2,H3) utgång är via ett filter (25-28; Äë,ß5) anordnat att filtrera bort lâgfrekventa variationer på den mottagna mik- rovågssignalen ansluten till en enveloppdetektor (l9,20;46,ë7) anordnad att en- veloppdetektera resp. signal, varvid tvâ fasoberoende signaler bildas, vilka sistnämnda signaler jämföres i nämnda korrelator (l2;Å8).

2. Anordning enl. krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att två mottag- ningskanaler förefinns vardera innefattande en mottagarantenn (5;7), vilken är ansluten till två inbördes parallellt anordnade blandare (13,1ü;15,l6), till vilka blandare mikrovågsgeneratorn (ll) är ansluten och således utgör lokalos~ cillator, att i anslutning till den ena blandaren (lü;l6) förefinns en fasvrid- ningskrets (23;2ü) anordnad att-fasvrida signalen så, att signalerna (Sh,S5) efter resp. blandare (l3,lÄ;l5,l6) i resp. kanal är kvadratursignaler till va- randra, att resp. blandares (l3,lÄ;15,l6) utgång är ansluten till en kvadre- ringskrets (29,30;31,32) anordnad att kvadrera signalen från ifrågavarande blandare och xt kvadreringskretsarna (29,3Û;3l,32) är anslutna till en summa- tionskrets (33;3Å) anordnad att summera signalerna från de två kvadreringskret- sarna (Z9,30;3l,32) samt av, att utgången hos de två mottagningskanalernas resp.. summationskrets (33;3ß) är ansluten till nämnda korrelator (12).

3. Anordning enl. krav l, k ä n n_e t e c k n a d a v, att mellan resp. blandare (13,lü,l5,16) och resp. kvadreringskrets (29,30,3l,32) förefinns ett högpassfilter (25,26,27,2B) anordnat att filtrera bort lågfrekventa variationer på den utsända mikrovågssignalen'(m¿). 456 868 Å.

4. Anordning enl. krav I, k ä n n e t e c k n a d a v, att en sldbands- modulator (#0) föreflnns mellan mikrovågsgeneratorn (11) och nämnda blandare (ä2,ü3), vilken sidbandsmodulator (ÄO) är anordnad att alstra ett sldband med frekvensen mo + ml, där wo är mikrovågsgeneratorns (ii) frekvens och där m1 är en sidbandsmodulators (40) oscillators (Ål) frekvens, vilken sidbandsmodu- lator (HO) är ansluten till blandaren (4å,ü3) i resp. mottagarkanal av, att i resp. mottagarkanal efter blandaren (h2;43) förefinns ett bandspärrfilter (üH; 45) anordnat att filtrera bort bärfrekvensen w samt lâgfrekventa variationer omkring frekvensen ml och anordnat att släppa igenom en högfrekventare varia- tion kring frekvensen ml och av, att i resp. mottagarkanal efter bandspärrfilt- ret (kfi;4S) förefinns en enveloppdetektor (ü6;b7) anordnad att ge en utsignal motsvarande dess ïnsignals envelopp, vilka enveloppdetektorer (H6;Å7) är an* slutna till nämnda korrelator (48).

5. Anordning enl. krav I, 2, 3 eller h, k ä n n e t e c k n a d a v, att :nämnda tvâ mottagarantenner (6,7) förefinns placerade utmed en företrädesvis rät linje (53) genom mottagarantennerna och den mellan dessa föreflntliga sän- darantennen (5) och av, att ytterligare två mottagarantenner (50,Sl) förefinns .placerade på ömse sidor om sändarantennen (5) men utmed en företrädesvis rät linje (52), vilken löper med en vinkel mot förstnämnda linje (53): samt av, att de förstnämnda mottagarantennerna (6,7) är anslutna till två mottagarkana~ ler för korrelering av de av dessa mottagna signalerna och att de sistnämnda ^mottagarantennerna (S0,5l) är anslutna till två andra_mottagningskanaIer för korrelering av de av dessa mottagna signalerna.