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Einrichtung zur Messung der Entfernung eines bewegten Gegenstandes
Es
ist bekannt, daß man in den meisten Fernmeßeinrichtungen, die mit Frequenzmoduiation
der ausgesandten Welle arbeiten, am Ausgang des Empfängers zwei Angaben erhält:
Entfernung und Geschwindigkeit.
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Wenn die ausgesandte Welle frequenzmoduliert ist, wird die Entfernungsangabe
von der Schwebung zwischen der in einem bestimmten Augenblick von dem Hindernis
zurückgeworfenen Frequenz und der in diesem Augenblick vom Sender ausgesandten Frequenz
geliefert. Wenn sich das Hindernis bewegt, enthält die Schwebungsfrequenz eine vom
Doppler-Effekt herrührende Komponente, welche die Geschwindigkeitsangabe liefern
kann.
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Dieses Meßverfahren gestattet jedoch bekannt Iich nur eine Entfernungsmessnng
in diskreten Zeitpunkten. Der Weg des zu verfolgenden Gegenstandes kann also nur
diskontinuierlich festgestellt werden.
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Wenn die ausgesandte Welle nicht frequenzmoduliert ist, kann die
Geschwindigkeit in t>ekannter Weise aus der Schwebung zwischen der ausgesandten
Frequenz und der von dem bewegten Hindernis zurückgeworfenen, durch den Doppier-Effekt
veränderten Frequenz abgeleitet werden. In diesem Falle erhält man die Entfernungsangabe
mittels Integration der Geschwindigkeit zwischen einem Anlfangszeitpunkt, in dem
die Entfernung als bekannt angenommen wird, und dem entsprechenden Zeitpunkt am
Ende der Messung.
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Dieses Verfahren gibt fortlaufend Meßwerte, aber der Doppler-Effekt
kann die Entfernungs-
angabe nicht liefern, wenn die Entfernung
zu Be ginn der Integration nicht bekannt ist oder wenn während eines oder mehrerer
Absclmlitte der Bahnkurve eine Totalauslöschung des Signals eintritt.
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Das Verfahren muß darum nach jeder Unterbrechung des Signalempfanges
durch ein anderes Verfahren ergänzt werden.
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Erfindungsgemäß wird zu Beginn jeder Empfangsperiode auf die Frequenzmodulation
zurückgegriffen. Hierdurch können die Vorteile beider Verfahren in überraschend
günstiger Weise vereinig werden.
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Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur Messung der Entfernung
eines bewegten Gegenstandes mit Hilfe der Reflexion elektromagneH tischer Wellen,
in der die Entfernung des Gegenstandes vom Sender durch Integration der Radialgeschwindigkeit
geliefert wird, welche durch Schwebung zwischen der unmodulierten Frequenz der ausgeslandten
Welle und der von dem bewegten Gegenstand zurückgeworfenen, durch den Doppler-Effekt
veränderten Frequenz bestimmt wird, wobei die Integration von einem Zeitpunkt ab
vorgenommen wird, in dem die Entfernung des Gegenstandes vom Sender bekannt ist
und in der die Entfernung des Gegenstandes vom Sender zu Beginn jeder Integrationsperiode
aus der Schwebung zwischen einer frequenzmodulierten ausgesandten Frequenz und der
vom Gegenstand zurn..ckgeworfenen Freu quenz bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die ausgesandten Wellen nur zu Beginn jeder Tinte grationsperiode frequenzmoduliert
sind.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung. Hierin zeigen Fig. 1 und 2 die
Entfernungsänderungen als Funktion der Zeit und Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes
eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fernmeßeinrichtung. -Wenn es sich darum
handelt, die Entfernung kontinuierlich zu messen, ist der einfache Fall, bei dem
sich die Vorteile der den Doppler-Effekt ausnutzenden Methode bemerkbar machen,
derjenige, der in der Kurve der Fig. I dargestellt ist. Hierin ist die Zeit t als
Abszisse und die Entfernung D als Ordinate aufgetragen. Die Entfernung ist zu Beginn
der Aufzeichnung, welche als Zeitursprung genommen ist, als bekannt vorausgesetzt,
und das Signal wird vom Beginn bis zum Ende der Messung empfangen. Da die Doppler-Frequenz/D
die Radialgeschwindigkeit des bewegten Körpers liefert, genügt es, diese zwischen
dem Ursprung und dem der Messung entsprechenden Zeitpunkt zu integrieren. Mit anderen
Worten genügt es, die Schwebungshalbwellen der Doppler-Frequenz zwischen den Zeitpunkten
t = 0 und t = t1 zu zählen.
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Ein elektronischer Zähler kann diese Operation genau und mit vernachlässigbarer
Zeitkonstante ausführen. Ferner gestattet er ihre Aufzeichnung mittels einfacher
mechanischer oder elektromechanischer Anordnungen. Dies gilt nicht, wenn man eine
Daueraufzeichnung mit Hilfe eines Zählers erreichen will, welcher die Entfernungsschwebung
liefert. Hier integriert der Zähler eine gewisse Zahl von Halbwellen (im allgemeinen
eine sehr große Zahl) in einer Zeit, welche eine Apparatkonstante darstellt. Er
liefert so eine Ordinate der aufzeichnenden Kurve, woraufhin eine Löschung erforderlich
wird, damit die Operation von neuem beginnen kann.
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Da die Aufzeichnungsanordnung nach Definition mittels aufeinanderfolgender
Zunahmen arbeitet. muß das an den Ausgang des Zählers angeschlossene elektromechanische
Organ eine regelrechte Differentiation ausführen (abgesehen vom Fall der Schrittzähler).
Die Einrichtungen zur Ablesung der Entfernungsschwebung sind also notwendigerweise
komplizierter als die Einrichtungen, die mit Doppler-Effekt arbeiten, denn erstere
benötigen eine Integration und eine Differentiation, während die letzteren nur eine
Integration brauchen. Fernei führt die Integration der Doppler-Schwebung zu einer
sehr großen Meßgeschwindigkeit, während die Zeit t, welche. ein Zähler zur Aufzeichnung
von mehreren 10 oder I00 000 Halbwellen einer Schwebungsfrequenz der Entfernung
benötigt. keineswegs vernachlässigbar ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Fall,
wo der Doppler-Effekt keine vollständige Lösung des Problems bieten kann, und zwar
entweder weil die Entfernung zu Beginn der Zählung bei t = 0 nicht bekannt ist oder
weil während eines oder mehrerer Abschnitte der Bahnkurve eine Totalauslöschung
des Signals auftritt. Diese Abschnitte sind auf der Kurve der Fig. 2 punktiert dargestellt.
Es genügt in diesem Fall, mit Hilfe einer anderen Methode die Entfernungen xl, X2,
X3 zu Beginn der einzelnen Integrationsperioden zu messen, d. h. am Ende der einzelnen
Auslöschperioden des Signals und von diesen gemessenen Entfernungen aus die Integration
zu beginnen oder wieder aufzunehmen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Entfernungskoordinate
jedesmal, wenn dies erforderlich ist, mit Hilfe der Frequenzmodulation gemessen.
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Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Hiernach speist
ein Sender I eine Sendeantenne 2. Ein Teil der Energie des Senders I wird dem Empfänger
3 zugeführt, der andererseits von der Empfangsantenne 4 gespeist wird. Der Empfänger
3 speist einerseits einenEntfernungsmesser5 und andererseits einen Geschwindigkeitsmesser
6. die beide auf eine Anzeige- und Aufzeichnungseinrichtung 7 arbeiten, Der Sender
I kann mit Hilfe eines Modulators 8 moduliert werden. Letzterer wird von einem Schalter
g gesteuert, der mit den beiden Meßgeräten 5 und 6 in Verbindung steht.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Wenn ein frequenzmoduliertes
Signal an den Empfänger 3 gelangt, zeichnet der Entfernungsmesser 5 die Koordinate
auf der Aufzeichnungseinrichtung 7 auf und betätigt den Schalter 9, wodurch der
Modulator 8 außer Betrieb gesetzt wird. Die vom Sender t ausgestrahlte Welle ist
von diesem Zeitpunkt ab
unmoduliert, und die weitere Aufzeichnaing
wird vom Geschwindigkeitsmesser 6 gesteuert. Wenn das Signal verschwindet, hält
der Geschwindigkeitsmesser 6 an und betätigt hierdurch den Schalter 9 welcher den
Modulator 8 wieder in Betrieb setzt.
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Die ausgesandte Welle ist dann wieder frequenzmoduliert. Beim Wiedererscheinen
des Signals zeichnet der Entfernungsmesser 5 die Entfernung in diesem Augenblick
auf-, und der beschriebene Arbeitszyklus beginnt von neuem.