DE956625C

DE956625C - Display device for distance measuring devices with frequency modulation

Info

Publication number: DE956625C
Application number: DEC9212A
Authority: DE
Inventors: Henri Familier; Paul Geny; Henri Gutton
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1953-04-14
Filing date: 1954-04-15
Publication date: 1957-01-24

Description

Anzeigevorrichtung für Entfernungsmeß geräte mit Frequenzmodulation Bekanntlich bestehen frequenzmodulierte Radargeräte im wesentlichen aus einem Sender und einem Empfänger, die gegenseitig in Ruhe befindlich sind.Display device for distance measuring devices with frequency modulation As is well known Frequency-modulated radar devices essentially consist of a transmitter and a Recipients who are mutually at rest.

Der Sender liefert eine frequenzmodulierte Trägerwelle. Die Frequenzabweichung dieses Trägers ist eine periodische Funktion der Zeit. Der Empfänger enthält eine Mischstufe, an deren Eingang sowohl das vom Sender gelieferte direkte Signal als auch das an irgendeinem im Strahlungsbereich des Senders liegenden Ziel reflektierte Signal zugeführt wird. Am Ausgang der Mischstufe wird ein Schwebungsfrequenzsignal, dessen FrequenzF die Summe einer Frequenz (Funktion der Entfernung zwischen dem Ziel und dem Empfänger) und einer Frequenz i Fo ist, welche eine Funktion der Radialgeschwindigkeit des Ziels in Richtung zum oder weg vom Empfänger ist (Doppler-Effekt) .The transmitter delivers a frequency-modulated carrier wave. The frequency deviation this carrier is a periodic function of time. The recipient contains a Mixing stage, at the input of which both the direct signal supplied by the transmitter and also reflected at any target lying in the radiation range of the transmitter Signal is supplied. At the output of the mixer a beat frequency signal, whose frequencyF is the sum of a frequency (function of the distance between the Target and the receiver) and a frequency i Fo which is a function of the radial velocity the target is towards or away from the receiver (Doppler effect).

Der Empfänger besitzt ferner einen Entfernungsanzeiger, welcher den Abstand des Empfängers vom Ziel aus der Schwebungsfrequenz F ableitet. Dieses Element kann ein einfacher Frequenzmesser sein, in welchem Falle es für dauernde Entfernungsanzeigen recht geeignet ist. Dies ist wichtig für Verfolgungs-Radargeräte, d. h. für Radargeräte zur Verfolgung mit hoher Geschwindigkeit bewegter Ziele. The receiver also has a distance indicator which shows the The distance between the receiver and the target is derived from the beat frequency F. This element can be a simple frequency meter, in which case it is used for permanent distance displays is quite suitable. This is important for tracking radars; H. for radars for tracking targets moving at high speed.

Indessen sind solche Anzeigegeräte insofern von Nachteil, als sie nur dann genaue Anzeigen liefern, wenn die Frequenzabweichung eine lineare Funktion der Zeit in Zeitintervallen fester Länge ist (beispielsweise Sägezahnmodulation). Die Genauigkeit der Entfernungsanzeige ist in weitgehendem Maße von dieser Linearität abhängig. However, such display devices are disadvantageous in that they only provide accurate readings if the frequency deviation is a linear function the time in time intervals of a fixed length (for example sawtooth modulation). The accuracy of the Distance display is to a large extent depends on this linearity.

Uin diese Beschränkung zu vermeiden, sind Anzeigeeinrichtungen vorgeschlagen worden, die im wesentlichen aus einem elektronischen Zähler bestehen. In order to avoid this limitation, display devices have been proposed which essentially consist of an electronic counter.

Dieser Zähler registriert die Anzahl der Schwebungen, die während eines Zeitintervalls von fester Länge auftreten. Solche Anzeigeeinrichtungen können bei jedem beliebigen Änderungsgesetz der Frequenzabweichung verwendet werden. Dies kann beispielsweise ein Sinusgesetz sein, wodurch die Sender einfacher und billiger zu bauen sind. Jedoch macht die Arbeitsweise solcher Indikatoren sie unfähig, dauernde Entfernungsanzeigen zu liefern, und infolgedessen können sie bei Verfolgungs-Radafgeräten kaum verwendet werden. This counter registers the number of beats that occurred during a time interval of fixed length occur. Such display devices can can be used for any change law of the frequency deviation. this For example, it can be a sine law, which makes the transmitter simpler and cheaper are to be built. However, the functioning of such indicators makes them incapable of being permanent To provide distance indications, and as a result, they can be used in tracking radaf devices hardly used.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Entfernungsanzeigeeinrichtung für frequenzmodulierte Radargeräte mit ununterbrochener Entfernungsanzeige zu schaffen, die mit einem elektronischen Zähler ausgestattet sind und einen Zeitgeber besitzen, der den Zähler so steuert, daß während eines ersten Zeitintervalls die Schwebungen gezählt, während eines zweiten Zeitintervalls die Ergebnisse dieser Zählung angezeigt und während eines dritten Zeitintervalls die Ergebnisse gelöscht werden; Der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung dient das Aufleuchten einer Anzahl in regelmäßigen Abständen voneinander angeordneten Leuchtröhren, von denen die p-.te Röhre aufleuchtet, wenn der elektronische Zähler p Schwebungen gezählt hat. Ferner wird in der Einrichtung nach der Erfindung ein Generator verwendet, der einen zyklisch wiederholbaren Vorgang erzeugt, der mittels einer Vorrichtung mit einer der Frequenz des Generators proportionalen Frequenz sichtbar zu machen ist, wobei diese Frequenz von Hand so verändert werden kann, daß sie mit dem Aufleuchten der Leuchtröhren in Gleichlauf gerät. It is an object of the present invention to provide a distance display device for frequency-modulated radars with uninterrupted distance display, which are equipped with an electronic counter and have a timer, which controls the counter so that the beats during a first time interval counted, the results of this count are displayed during a second time interval and during a third time interval the results are deleted; The invention The display device is used to light up a number at regular intervals mutually arranged fluorescent tubes, of which the p-th tube lights up when the electronic counter has counted p beats. Furthermore, in the facility According to the invention, a generator is used which has a cyclically repeatable process generated by means of a device with a frequency proportional to the generator Frequency is to be made visible, whereby this frequency can be changed by hand It may happen that it synchronizes with the lighting of the fluorescent tubes.

Die Zyklen des wiederholbaren Vorganges werden in einem Zähler gezählt. The cycles of the repeatable process are counted in a counter.

Wenn die Leuchtröhren kreisförmig angeordnet sind, sieht das Auge infolge der hohen Geschwindigkeit, mit der die Zählung vor sich geht, eine Anzahl leuchtender Punkte, deren jeder sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit in dem entsprechenden Kreis herumbewegt. When the fluorescent tubes are arranged in a circle, the eye can see a number due to the high speed at which the counting is going on luminous points, each of which moves at a certain speed in the corresponding circle moved around.

Offensichtlich ist die Anzahl der so zurückgelegten Umläufe ein Maß für die Augenblicksentfernung zwischen dem Radargerät und dem verfolgten Ziel. Obviously, the number of revolutions covered in this way is a measure for the instantaneous distance between the radar and the tracked target.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Hierin zeigt Fig. I die schematische Darstellung eines Radarempfängers für Frequenzmodulation, der mit einem erfindungsgemäßen Anzeigegerät ausgestattet ist, Fig. 2 eine Kurve zur Erklärung der- Arbeitsweise der in Fig. I dargestellten Anordnung, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung, Fig. 4 eine weitere Kurvezur Erklärung derArbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung und Fig. 5 eine Einzelheit einer abgeänderten Anordnung nach Fig. 3. Further details of the invention emerge from the following Description on the basis of the drawing. FIG. I shows the schematic representation a radar receiver for frequency modulation, which is equipped with a display device according to the invention is equipped, Fig. 2 is a curve for explaining the operation of the in Fig. I illustrated arrangement, Fig. 3 shows an embodiment of the inventive Arrangement, Fig. 4 is a further curve for explaining the operation of the invention Arrangement and FIG. 5 shows a detail of a modified arrangement according to FIG. 3.

Nach der in Fig. I dargestellten Ausführungsform enthält ein gewöhnlicher Radarempfänger A für Frequenzmodulation eine Empfangsantenne I3, welche die vom Ziel reflektierten Signale aufnimmt. Nach Verstärkung in einem Höchstfrequenzverstärker 12 wird das Signal dem Eingang einer Mischstufe 11 zugeführt. Der andere Eingang der Mischstufe erhält unmittelbar das vom Sender (nicht dargestellt) ausgestrahlte Signal. Das so erzeugteSchwebungsfrequenzsignal wird auf einen Zähler g gegeben, der von einer Zeitmeßeinrichtung IO gesteuert wird. Die Einrichtung IO gibt den Zähler 9 zu einer gegebenen Zeit tl frei und hält ihn zu einer Zeit t21 an. Die Entfernungsanzeigen erscheinen dann von der Zeit t2 bis zur Zeit tl an den Neonröhren L eines Indikators 8. According to the embodiment shown in Fig. I contains an ordinary Radar receiver A for frequency modulation has a receiving antenna I3, which the from Target picks up reflected signals. After amplification in a high frequency amplifier 12, the signal is fed to the input of a mixer 11. The other entrance the mixer immediately receives the broadcast from the transmitter (not shown) Signal. The beat frequency signal generated in this way is applied to a counter g, which is controlled by a timing device IO. The facility IO gives the Counter 9 is free at a given time t1 and stops at a time t21. the Distance displays then appear on the neon tubes from time t2 to time tl L of an indicator 8.

Diese Röhren sind auf einem Kreis in einer gegebenen Reihenfolge angeordnet, wobei die p-te Röhre aufleuchtet, nachdem der Zähler p Impulse gezählt hat.These tubes are arranged on a circle in a given order, the p-th tube lighting up after the counter has counted p pulses.

Nach dem Aufleuchten der p-ten Röhre setzt die Anzeige aus, und die Zählung beginnt wieder von der Zeit tl bis t2 usw. Die Zeitintervalle tl bis P2, t2 bis t3 usw. haben einen festen Wert, der in gewöhnlichen Zählern etwa 1120 Sekunde beträgt. All das ist durchaus bekannt.After the pth tube lights up, the display stops and the Counting starts again from time tl to t2, etc. The time intervals tl to P2, t2 to t3 etc. have a fixed value, which in ordinary counters is about 1120 seconds amounts to. All of this is well known.

Die Anordnung B enthält einen Generator I, der einen periodischen Vorgang erzeugt, beispielsweise einen an sich bekannten Generator geeichter veränderbarer Frequenzen, der mittels einer Vorrichtung 2 vom Bedienungsmann gesteuert werden kann. Eine Einheit 3 liefert ein Signal, dessen Frequenz eine Subharmonische oder eine Harmonische der Frequenz des vom Generator 1 erzeugten Signals ist. Die Einheit 3 bewirkt die Bewegung emes Zeigers I5 über ein Zifferblatt 4, wobei die Anzeige mit der Einheit 3 beispielsweise mittels eines Synchronmotors 5 in Gleichlauf ist. Ein unmittelbar mit dem Generator I verbundener Zähler 6 zählt die Umläufe des von dem Generator erzeugten Vorgangs. The arrangement B contains a generator I, which is a periodic Process generated, for example a generator known per se calibrated changeable Frequencies that are controlled by the operator by means of a device 2 can. A unit 3 supplies a signal whose frequency is a subharmonic or is a harmonic of the frequency of the signal generated by generator 1. The unit 3 causes a pointer 15 to move across a dial 4, with the display is in synchronism with the unit 3, for example by means of a synchronous motor 5. A counter 6, which is directly connected to the generator I, counts the number of revolutions of the von generated by the generator.

Die Wirkungsweise der in Fig. I dargestellten Einrichtung wird durch die Kurve in Fig. 2 erläutert. The operation of the device shown in FIG the curve in Fig. 2 is explained.

In dieser Figur ist die Anzeige des Zählers 8 gegen die Zeit aufgetragen, wobei angenommen ist, daß das Ziel sich in bezug auf den Empfänger bewegt.In this figure, the display of the counter 8 is plotted against time, assuming the target is moving with respect to the receiver.

Die Zählung beginnt zur Zeit tl und findet statt zwischen tl und t2. Die Anzeige geht zwischen den Zeiten t21 bis t3 vor sich. Dann beginnt die Zählung abermals zur Zeit tl2 und dauert bis zur Zeit t22 usw. The counting begins at time tl and takes place between tl and t2. The display takes place between times t21 to t3. Then the count begins again at time tl2 and lasts until time t22, etc.

Die erwähnten verschiedenen Arbeitsgänge werden gemäß einem bestimmten Rhythmus vorgenommen, wobei gilt: t1n+1-t1n = t2n+1-t2n = t3n+1-t3n.The various operations mentioned are carried out according to a particular one Rhythm, where: t1n + 1-t1n = t2n + 1-t2n = t3n + 1-t3n.

Bekanntlich ist unabhängig von dem Änderungsgesetz der Frequenzabweichung die Anzahl der Schwebungen während der festen Periode P ~ tl" proportional zur Entfernung zwischen dem Ziel und dem Radargerät. Unter diesen Umständen ändert sich die Anzahl f der Schwebungen während der Zeitintervalle t-l proportional zur Entfernungsänderung zwischen dem Ziel und dem Radarempfänger, und der Zähler 8 zeigt diese Entfernungen in diskreten Zeitpunkten t" an. Daher liefern solche Anordnungen keine ununterbrochenen Entfernungsanzeigen. It is known that the frequency deviation is independent of the law of change the number of beats during the fixed period P ~ tl "proportional to the distance between the target and the radar. Under these circumstances, the number will change f of the beats during the time intervals t-l proportional to the change in distance between the target and the radar receiver, and the counter 8 shows these distances at discrete times t ". Therefore, such arrangements do not provide uninterrupted ones Distance displays.

Wenn man nun annimmt, daß in und fn~l die während aufeinanderfolgender Zeitintervalle t5i-l; und p2-ltln--l registrierten Schwingungszahlen sind, liefert die Differenz fn - fn-1 ein Maß für die Entfernungsänderung zwischen dem Ziel und dem Radargerät in der Zeit zwischen t2n-l bis P, d. h. diese Differenz gibt eine Anzeige für die mittlere Radialgeschwindigkeit des Zieles (d. h. die Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Geraden, welche Ziel und Gerät verbindet) während des Zeitintervalls 2 - t2n-1, Wenn also die Zeitintervalle t2n-t1n, - - t2 usw. klein genug sind, beispielsweise ungefähr 1!o Sekunde, was im allgemeinen der Fall ist, ist der Ausdruck im wesentlichen gleich der Abgeleiteten den . d. h. proportional zur Radialgeschwindigkeit des Zieles.If one now assumes that in and fn ~ l the during successive time intervals t5i-l; and p2-ltln-1 are registered vibration numbers, the difference fn-fn-1 provides a measure of the change in distance between the target and the radar device in the time between t2n-1 to P, ie this difference gives an indication of the mean radial speed of the target (i.e. the speed component in the direction of the straight line connecting the target and the device) during the time interval 2 - t2n-1, i.e. if the time intervals t2n-t1n, - - t2 etc. are small enough, for example about 1! o second, what is generally the case is the expression essentially the same as the derivative. ie proportional to the radial velocity of the target.

Infolge der Trägheit des Auges sieht man, daß sich auf der Scheibe 8 während des Zählprozesses ein Leuchtfieck bewegt, dessen Winkelgeschwindigkeit proportional zur Radialgeschwindigkeit des Zieles ist. As a result of the sluggishness of the eye, one sees that it is on the disk 8 moves a luminous triangle during the counting process, its angular velocity is proportional to the radial velocity of the target.

Zu Beginn der Messung wird der Generator 1 in Betrieb gesetzt, wodurch der Zeiger 15 in Umdrehung gerät. Mittels des Geschwindigkeitsreglers 2 wird dann der Zeiger 15 mit dem leuchtenden Punkt auf der Skala 8 in Gleichlauf versetzt. Auf diese Weise wird die auf der Skala 8 erscheinende Anzeige auf der Skala 5 wiederholt. Die Umdrehungen des Zeigers 15 werden durch das Zählwerk 6 gezählt, das die Geschwindigkeit des Zeigers -integriert und infolgedessen zu jeder gegebenen Zeit eine zur Fntfernung zwischen dem Ziel und dem Radargerät proportionale Anzeige liefert. At the beginning of the measurement, the generator 1 is put into operation, whereby the pointer 15 starts rotating. By means of the speed controller 2 is then the pointer 15 is synchronized with the luminous point on the scale 8. In this way, the display appearing on the scale 8 is repeated on the scale 5. The revolutions of the pointer 15 are counted by the counter 6, which is the speed of the pointer -integrated and consequently one for removal at any given time provides a proportional indication between the target and the radar.

Fig. 3 zeigt schematisch eine praktische Ausführung der Einrichtung nach Fig. I. Fig. 3 shows schematically a practical embodiment of the device according to Fig. I.

Ein Elektromotor, dessen Geschwindigkeit mittels des Reglers 2 verändert werden kann, treibt die Welle 100 an, welche drei Zeiger I5, I5', I5" mittels Getriebe 3, 3', 3" über den Skalen 4, 4', 4" kreisen läßt. Die Untersetzungsverhältnisse der Getriebe 3, 3' und 3" stehen im Dezimalverhältnis, so daß der Zeiger 15 zehnmal schneller als der Zeiger 15' und einhundertmal schneller als der Zeiger 15" rotiert. An electric motor, the speed of which is changed by means of the controller 2 can be, drives the shaft 100, which three pointers I5, I5 ', I5 "by means of gear 3, 3 ', 3 "above the scales 4, 4', 4". The reduction ratios the gear 3, 3 'and 3 "are in decimal ratio, so that the pointer 15 ten times rotates faster than the pointer 15 'and one hundred times faster than the pointer 15 ".

Auf jeder Skala 4, 4' und 4" sind zehn Neonröhren o bis g in regelmäßigem Abstand angeordnet. Diese Röhren sind mit dem Zähler g des Empfängers wie in Fig. 1 verbunden. Wie man sieht, sind in der praktischen Ausführung nach Fig. 3 die Skalen 8 und 4 der Fig. 1 konzentrisch angeordnet, um die Synchronisierung des Zeigers mit den umlaufenden Leuchtpunkten zu erleichtern. Die Röhren auf der Skala 4 zeigen je einhundert Schwebungen an, diejenigen auf der Skala 4' je zehn Schwebungen und diejenigen auf der Skala 4" die Einer. Wenn beispielsweise während einer Zeitspanne t2n - t1n der Zähler 9 836 Schwebungen gezählt hat, wird auf der Skala 4 die Röhre 8 erleuchtet, auf den Skalen 4' und 4" die Röhren 3 bzw. 6. On each scale 4, 4 'and 4 "are ten neon tubes o to g in regular Spaced. These tubes are connected to the counter g of the receiver as shown in Fig. 1 connected. As you can see, in the practical embodiment of FIG. 3, the scales 8 and 4 of Fig. 1 arranged concentrically to synchronize the pointer with the surrounding luminous dots to make it easier. The tubes on the scale show 4 one hundred beats each, those on the 4 'scale with ten beats and those on the scale 4 "the ones. If, for example, during a period of time t2n - t1n the counter has counted 9,836 beats, the tube becomes 4 on the scale 8 lights up, tubes 3 and 6 respectively on dials 4 'and 4 ".

Wie im Falle der Anordnung nach Fig. 1 synchronisiert der Bedienungsmann, während er das Ziel verfolgt, die Zeiger 15, 15', 15" mit den Leuchtpunkten auf den Skalen 4, 4' und 4". Die Synchronisierung kann in mehreren Stufen ausgeführt werden. As in the case of the arrangement according to FIG. 1, the operator synchronizes, while he pursues the aim, the pointers 15, 15 ', 15 "with the luminous dots on the scales 4, 4 'and 4 ". The synchronization can be carried out in several stages will.

Zuerst erhält man einen rohen Gleichlauf durch Synchronisierung des Zeiger 15 mit dem Leuchtpunkt auf der Skala 4. Dann paßt man die Umlaufgeschwindigkeit der Zeiger I5' und I5" den Leuchtpunkten der Zehner- und Hunderterskalen an.First you get a raw synchronization by synchronizing the Pointer 15 with the luminous point on the scale 4. Then adjust the speed of rotation the pointers I5 'and I5 "indicate the luminous dots of the tens and hundreds scales.

Fig. 4 zeigt beispielsweise die Änderung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 1 und der Schwebungszahl f, gegen die Zeit aufgetragen. In dieser Figur ist angenommen, daß zur Zeit Null das bewegliche Ziel sich in einer Entfernung d0 vom Radargerät befindet, der eine Schwebungszahl f0 entspricht. Wenn der Motor zu diesem Zeitpunkt die Geschwindigkeit Null hat, wird er mittels des Reglers beschleunigt, so daß der Zeiger I5 den Leuchtpunkt auf der Skala 4 einholt. Die Änderung der Drehgeschwindigkeit sieht etwa wie in Kurve II aus. 4 shows, for example, the change in the rotational speed of the motor 1 and the number of beats f plotted against time. In this figure it is assumed that at time zero the moving target is at a distance d0 from the radar device, which corresponds to a beat number f0. When the engine is too at this point in time the speed is zero, it is accelerated by means of the controller, so that the pointer I5 catches up with the luminous point on scale 4. The change in the speed of rotation looks something like curve II.

Wenn diese Kurve die Kurve 1 (Schwebungskurve) schneidet, befinden sich die von den Zeigern und den Leuchtflecken gelieferten Anzeigen im Gleichlauf.When this curve intersects curve 1 (beating curve), you are located the displays supplied by the pointers and the light spots are synchronized.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsart der Erfindung. Die Röhren L sind auf einer von der Welle 101 angetriebenen Scheibe 4 befestigt, und der Zeiger 15 steht fest. Man läßt die Scheibe mit einer solchen Geschwindigkeit umlaufen, daß der Leuchtpunkt fest über dem Zeiger 15 steht. Fig. 5 shows another embodiment of the invention. The tubes L are mounted on a disk 4 driven by the shaft 101, and the pointer 15 is certain. The disk is rotated at such a speed that the luminous point is firmly above the pointer 15.

Der Zähler 6 ist vorzugsweise in Entfernungseinheiten, beispielsweise in km, geeicht. Vorzugsweise ist dieser Zähler reversibel gebaut, um sowohl Zunahmen als auch Abnahmen in der Entfernung zwischen dem Radargerät und dem verfolgten Ziel messen zu können.The counter 6 is preferably in units of distance, for example in km, calibrated. Preferably this counter is built reversibly to both increases as well as decreases in the distance between the radar and the tracked target to be able to measure.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for uninterrupted display of distance for frequency-modulated radars with an electronic counter for the display the occurring beats and a timer that controls the counter cyclically, that during a first time interval the beats are counted, during a second Time interval the results of this count are displayed and during a third Interval the results are deleted, characterized in that for display the lighting up of a number arranged at regular intervals Fluorescent tubes (L) are used, of which the p-th tube lights up when the electronic one Counter p has counted beats; also in that from a generator (I) a cyclically repeatable process is generated by means of a device with a frequency proportional to the frequency of the generator is to be made visible, this frequency can be changed by hand so that it is with the lighting up the fluorescent tubes get in sync; and finally by the fact that the cycles of repeatable process can be counted in a counter.

2. Device according to claim I, characterized in that the h Light tubes (L) are arranged on a circle.

3. Device according to claim 2, characterized in that the Generator (I) consists of a controllable motor (M) with a concentric pointer (I5) with the fluorescent tubes (L) drives, while the reversible counter (6) drives the speed the motor shaft (Ioo) counts.

4. Device according to claim 3, characterized in that the fluorescent tubes (L) are arranged in several circles (4, 4 ', 4 ") of ten, each circle corresponds to a power of ten of the counted number of beats, and that in front of each Circular disk (4, 4 ', 4 ") a pointer (I5, I5', I5") rotates, whereby the angular velocities these pointers have a decimal ratio to each other.

5. Device according to claim 4, characterized in that the pointer (I5) are fixed and the wave (ion) the circular disks (4) with the fluorescent tubes (L) drives.