DE3750511T2

DE3750511T2 - Fühlvorrichtung für die zielentfernung.

Info

Publication number: DE3750511T2
Application number: DE3750511T
Authority: DE
Inventors: Norman Grandos
Original assignee: Magnavox Electronic Systems Co
Current assignee: Magnavox Electronic Systems Co
Priority date: 1987-04-21
Filing date: 1987-04-21
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2007-04-22
Also published as: EP0356422A1; DE3750511D1; JPH02503225A; US4660040A; EP0356422B1; WO1988008545A1; EP0356422A4

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fühlvorrichtung für die Zielentfernung mit:
ersten Mitteln zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals mit einer Modulationsfrequenz von vorgegebener Frequenzablenkung;
zweiten Mitteln, an genannte erste Mittel gekoppelt, zum Senden genannten frequenzmodulierten Signals an ein Ziel;
dritten Mitteln zum Empfang eines Reflektionssignals des genannten frequenzmodulierten Signals von dem Ziel;
vierten Mitteln, an genannte erste Mittel und an genannte dritte Mittel gekoppelt, zum Mischen des genannten frequenzmodulierten Signals der ersten Mittel mit genanntem Reflektionssignal der dritten Mittel, um ein Mischsignal mit Oberschwingungen zu erhalten, das entfernungsbezogene Informationen darstellt; und fünften Mitteln, an genannte vierte Mittel gekoppelt, zur abgestimmten Filterung genannten Mischsignals zum Erhalt einer Oberschwingung von den genannten Oberschwingungen und zum Erkennen der einen genannten Oberschwingung, um ein erstes Dopplersignal zu erhalten.
Die vorliegende Erfindung liegt im Bereich von FM-CW-Radarsystemen (frequenzmodulierte Dauerstrich-Radarsysteme) und insbesondere solcher Systeme, die eine Oberschwingung der Modulationsfrequenz für die Ermittlung der Zielentfernung verwenden
Eine Fühlvorrichtung für die Zielentfernung dieser Art ist aus dem US- Patent Nr. 4,354,192, das eine FM-CW-Funkentfernungsmessung beschreibt, zur Ermittlung, ob sich ein Sender-Empfänger-System innerhalb einer gegebenen Entfernung zum reflektierenden Objekt befindet, und insbesondere, ob sich ein Flugsprengkörper, der solch ein Sender-Empfänger-System beinhaltet, in einer ausgewählten Höhe über dem Boden befindet, auf der der Flugkörper so programmiert ist, daß er zündet oder explodiert. Ein reflektiertes Signal vom reflektierenden Objekt oder Ziel wird mit einem Teil des gesendeten Signals als ein Referenzsignal gemischt. Das gemischte Signal, das Oberschwingungen zur Darstellung entfernungsbezogener Informationen umfaßt, wird gefiltert, um eine Oberschwingung aus den genannten Oberschwingungen zu erhalten, z. B. eine J&sub2; Bessel-Funktion des Dopplersignals, d. h. eine zweite Oberschwingung. Das gefilterte Signal wird zweimal synchron erkannt, und zwar mit phasenverschobenen Versionen einer frequenzverdoppelten Modulationsfrequenz, so daß die Bessel-Funktionen gebildet werden. Die Verarbeitung des gefilterten Signals erfolgt so, daß sich die gebildeten Bessel-Funktionen an einer gewünschten Entfernung schneiden, wobei der Schnitt durch Vergleich ermittelt wird. Zur Vorauswahl der Entfernung (innerhalb eines Hauptkeule der Bessel-Funktion) wird die Amplitude des Signals mit einem Schwellenwert verglichen. Obwohl eine genaue Entfernungsmessung erreicht werden kann, muß die Entfernungsmessung eine separate Auswertung der Amplitudeninformationen anwenden und weiterhin innerhalb einer beschränkten Entfernung arbeiten.
Das US-Patent Nr. 3,173,138 beschreibt ein FM-CW-Radar-"Ablage"- Anzeige- oder Meßsystem, in dem eine Drohne ein FM-CW-Radarsignal an ein Luftziel sendet, reflektierte Radarsignale auswertet und die ausgewerteten Signale über einen Fernmeßsender an eine Bodenstation sendet. Die Bodenstation umfaßt eine Anzeige zur Anzeige der ausgewerteten und gesendeten Informationen. Die Drohne umfaßt einen FM-CW-Sender-Empfänger, in dem Oberschwingungen von einem gemischten, abwärts empfangenen Radarsignal mit einer Filterbank getrennt werden. Ausgangssignale der Filterbank werden weiter durch Halbwellengleichrichter erkannt, wobei benachbarte Seitenbandsignale an Komparatoren übergeben werden. Die Gleichrichter erkennen das gesamte Signal nichtselektiv. Die Komparatoren ermitteln "den Zeitpunkt größer null" zwischen benachbarten Seitenbandsignalen, wobei diese "Gleichheits-Zeitpunktsignale" von den Komparatoren an den Fernmeßsender übergeben werden. Das beschriebene "Ablage"-Meßsystem ist ein Überwachungssystem zur Überwachung einer Entfernung eines Ziels, das sich in Bezug zu einer Drohne bewegt, wobei viele "Gleichheits- Zeitpunktsignale" von benachbarten Seitenbandsignalen bereitgestellt werden, wobei höhere Seitenbänder nur Entfernungsmeßinformationen von relativ weit entfernten Zielen bereitstellen. Die Entfernung, an der die Oberschwingungen einen Spitzenwert erreichen, hängt von der gewählten Frequenzablenkung ab. Im US-Patent Nr. 3,173,138 ist die Frequenzablenkung, wenn sie einmal gewählt ist, eine Konstante.
Eine Beschreibung von FM-CW-Radarsystemen, die den Dopplereffekt einer Oberschwingung der Modulationsfrequenz nutzen, findet sich in "Introduction to Radar Systems", von Meril I. Skolnik, veröffentlicht bei McGraw-Hill Book Company, New York, insbesondere in Kapitel 3, Seiten 72-112. Eine strenge mathematische Behandlung dieses Themas ist in "Resolution in Frequency Modulated Radars" von Louis Mario Tozzi zu finden, insbesondere auf den Seiten 39-58, veröffentlicht von der Universität von Maryland, College Park and Baltimore, Maryland 1972.
Im allgemeinen wird ein von einem Fühler an ein Ziel gesendetes FM- CW-Signal von dem Ziel reflektiert, wobei die Reflektion mit dem gesendeten Signal gemischt wird, um Oberschwingungen der Modulationsfrequenz zu erhalten. Im hier verwendeten Zusammenhang bezeichnet der Begriff "Fühler" die gesamte Schaltung und alle zugehörigen Bauteile für die Entfernungsmessung. Das reflektierte Signal wird proportional zum Umlauf des gesendeten Signals verzögert. Mit Hilfe der Verzögerung läßt sich ermitteln, bei welcher Frequenz die Hüllkurve des Oberschwingungsspektrums ihren Spitzenwert erreicht. Diese Frequenz entspricht der momentanen Frequenzdifferenz, die sich aus der Verzögerung zwischen den gesendeten und den reflektierten Signalen ergibt. Die momentane Phasendifferenz zwischen den gesendeten und den reflektierten Signalen bestimmt auch die Amplitude des Signals aus dem Mischer, da es proportional zur Vektorsumme der gesendeten und reflektierten Signale ist.
Wenn sich das Ziel um eine halbe Wellenlänge in bezug zur Fühlerantenne bewegt, wird der Umlauf eines reflektierten Signals um eine volle HF-Wellenlänge (Hochfrequenz) geändert. Hierdurch wird die Phase des empfangenen Signals um 360º zum gesendeten Signal geändert, und der Mischerausgang auf den Wert null und auf den Spitzenwert gesetzt, während sich das Ziel um eine halbe Wellenlänge bewegt. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Ziel in bezug zur Fühlerantenne bewegt, bestimmt die Frequenz, mit der die Oberschwingungssignale nach dem Mischer amplitudenmoduliert werden. Diese Modulationsfrequenz entspricht der Dopplerfrequenzänderung des reflektierten Signals.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fühlvorrichtung für die Zielentfernung unter Verwendung eines FM-CW-Radarsystems bereitzustellen, die ein zuverlässiges Entfernungssignal bei einer gegebenen Zielentfernung bereitstellt.
Zu diesem Zweck ist eine Fühlvorrichtung für die Zielentfernung gemäß der vorliegenden Erfindung durch sechste Mittel gekennzeichnet, die an genannte vierte Mittel zur abgestimmten Filterung genannten Mischsignals gekoppelt sind, um zumindest eine weitere Oberschwingung der genannten Oberschwingungen zu erhalten, und um die genannte weitere Oberschwingung zu erkennen, um ein zweites Dopplersignal zu erhalten;
siebte Mittel zum Vergleichen der Amplituden der genannten ersten und zweiten Dopplersignale und Bereitstellung einer ersten Ausgabe, wenn das genannte erste Dopplersignal eine größere Amplitude hat als das genannte zweite Dopplersignal, um eine erste vorgegebene Entfernung zum Ziel anzuzeigen, wobei die erste und zumindest die weitere Oberschwingung keine aufeinanderfolgenden Oberschwingungen sind.
Mit Bewegung des Fühlers in Richtung des Ziels wird die Hauptkeule der Hüllkurve des Oberschwingungsspektrums nach unten abgelenkt. In dem Moment, wenn sich der Fühler vom Ziel wegbewegt, wird der Frequenzspitzenwert der Hüllkurve nach oben abgelenkt. In einer bestimmten Entfernung zum Ziel wird daher eine bestimmte Oberschwingung dominant sein, wobei die höheren Oberschwingungen bei entsprechend größeren Entfernungen dominant sind.
Mit Bewegung des Fühlers in bezug zum Ziel ist die Amplitude eines der Dopplersignale größer als das andere Dopplersignal, um zu verhindern, daß der Komparatorausgang nach "high" wechselt, und mit Bewegung des Fühlers durch eine erste Entfernung in bezug zum Ziel übersteigt das andere Dopplersignal das eine Dopplersignal, wodurch der Ausgang des Komparators nach "high" wechselt. Dieser Wechsel im Ausgangssignal des Komparators kann für jeden gewünschten Zweck genutzt werden. Wenn es sich beispielsweise bei dem Ziel um eine Erdoberfläche handelt, und die Fühlvorrichtung für die Zielentfernung eine fallende Sprengladung ist, kann die Ladung von dem Komparatorausgangssignal bei einer gegebenen Höhe über der Erdoberfläche gezündet werden.
Jede Oberschwingung erreicht ihren Spitzenwert an einer entsprechenden Entfernung zum Ziel, wie in den eingangs erwähnten Veröffentlichungen von Skolnik und Tozzi erwähnt, und die Entfernung, an der eine gegebene Oberschwingung ihren Spitzenwert erreicht, hängt von der Frequenzablenkung der Modulationsfrequenz ab. In einer Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die Fühlvorrichtung für die Zielentfernung achte Mittel, die an genannte erste Mittel gekoppelt sind, um eine erste Frequenz bereitzustellen, die gleich der genannten einen Oberschwingung genannter Modulationsfrequenz ist und eine zweite Frequenz, die gleich der genannten weiteren Oberschwingung genannter Modulationsfrequenz ist;
genannte fünfte Mittel und genannte sechste Mittel sind an genannte achte Mittel zur synchronen Erkennung des genannten einen Oberschwingungssignals von genannten vierten Mitteln gekoppelt, wobei genannte erste Frequenz als ein lokales Oszillatorsignal verwendet wird, um genanntes erstes Dopplersignal zu erhalten und genanntes weiteres Oberschwingungssignal von genannten vierten Mitteln synchron zu erkennen, indem genannte zweite Frequenz als ein lokales Oszillatorsignal verwendet wird, um genanntes zweites Dopplersignal zu erhalten.
In einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung gehören zur Fühlvorrichtung für die Zielentfernung neunte Mittel, gekoppelt an genannte siebte Mittel, um genannte Ausgabe des genannten siebten Mittels zu fühlen; genannte neunte Mittel sind an genannte siebte Mittel und an genannte erste Mittel gekoppelt, um die genannte erste Ausgabe von genannten siebten Mitteln zu empfangen und daraufhin die Frequenzablenkung von genannter Modulationsfrequenz in genannten ersten Mitteln einzustellen, so daß mit einer vorgegebenen Einstellung der genannten Frequenzablenkung genannte siebte Mittel eine zweite Ausgabe bereitstellen werden, die eine zweite vorgegebene Entfernung zum genannten Ziel anzeigt, entsprechend der genannten Einstellung in der genannten Frequenzablenkung, wenn genanntes erstes Dopplersignal von genannten siebten Mitteln mit genanntem zweiten Dopplersignal verglichen wird, und genanntes erstes Dopplersignal eine größere Amplitude hat als genanntes zweites Dopplersignal. Ausgaben für so viele verschiedene Entfernungen wie gewünscht können innerhalb der Grenzen der Systemparameter erhalten werden, indem entweder die Frequenzablenkung für jede folgende Ausgabe eines Komparators verändert wird, oder indem Oberschwingungen und Komparatoren hinzugefügt werden. Die Mittel zur Änderung der Frequenzablenkung sind ein einfaches und kostengünstiges Mittel, um eine vorgegebene Entfernung hinzuzufügen. Demzufolge kann die entsprechende Entfernung, bei der jede der Oberschwingungsspitzen und damit die Entfernung, an der die Komparatorausgabe eintritt, geändert werden, indem die Frequenzablenkung oder die Frequenzauslenkung des Modulationssignals entsprechend geändert wird. Der Komparator wird zwei aufeinanderfolgende Ausgaben bei zwei vorgegebenen Entfernungen aufweisen. Durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung einer Ausführungsart der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen werden die zuvor genannten und sonstigen Merkmale und Aufgaben der Erfindung sowie die Art und Weise, diese zu erzielen, klarer, und die Erfindung selbst wird besser verständlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Fühlers dieser Erfindung mit Verbindungspunkten A-F;
Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm mit Verbindungspunkten A, B und C für die Verbindung der Punkte A, B bzw. C des Diagramms aus Fig. 1 zur Änderung der Frequenzablenkung bei einer ersten Ausgabe des Komparators, um eine zweite Entfernungsanzeige bereitzustellen; und
Fig. 3 ist ein schematisches Blockdiagramm mit Verbindungspunkten D, E und F für die Verbindung der Punkte D, E bzw. F des Diagramms aus Fig. 1 zum Hinzufügen eines zusätzlichen Oberschwingungstunnels, um eine zweite Entfernungsanzeige bereitzustellen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt eine Zielentfernungsmessung bereit, um ein Signal bereitzustellen, wenn ein sich näherndes oder ein sich entfernendes Ziel eine vorgegebene Entfernung zum Fühler erreicht. Eine Anwendung für diese Erfindung ist in einem Schmelzhöhenfühler, in dem eine Schmelzsicherung verwendet wird, um eine Sprengladung eines fallenden Projektils bei einer gegebenen Höhe über dem Boden oder über einer Wasseroberfläche zu zünden.
Mit Bezug auf den Fühler von Fig. 1 erzeugt der Oszillator 20 eine Rechteckwelle von 1,2 MHz, gekoppelt an einen 1/6-Zähler 22, wo die Rechteckwelle durch sechs geteilt wird, gekoppelt an 1/4-Zähler 24, wo die Rechteckwelle wiederum durch vier geteilt wird, um eine Rechteckwelle 26 von 50 kHz auf Leitung 28 bereitzustellen. "Zähler" bezieht sich in der hier benutzten Verwendung auf die nach dem Stand der Technik wohlbekannten Frequenzteilerschaltungen zur Herabsetzung von Frequenzen. Der 1/4-Zähler 30 ist an Oszillator 20 gekoppelt, wo die Frequenz von 1,2 MHz durch vier geteilt wird, um eine Rechteckwelle von 300 kHz auf Leitung 32 für Zwecke bereitzustellen, die noch klar werden. Integrator 34 ist an Leitung 28 gekoppelt und integriert die Rechteckwelle so, daß eine Dreieckswelle 36 von 50 kHz auf Leitung 38 bereitgestellt wird, in der sich ein Gleichspannungs-Sperrkondensator 40 befindet und an den Abgriff 42 von Spannungsteiler 44 gekoppelt ist, an dessen einem Ende eine Spannung von B+ anliegt und dessen anderes Ende geerdet ist. Leitung 38 ist an HF (Hochfrequenz) VCO (spannungsgesteuerter Oszillator) 46 gekoppelt, der eine HF- Trägerfrequenz von geeigneter Mittenfrequenz moduliert, und zwar in Übereinstimmung mit einer Dreiecksmodulationswelle 36, um einen FM-CW HF-Träger auf Leitung 48 bereitzustellen, die an HF-Verstärker 50 gekoppelt ist, der das FM-CW-Signal verstärkt. VCO 46 ist durch Spannungsteiler 44 auf die gewünschte Mittenfrequenz abgestimmt, so wie es nach dem Stand der Technik wohlbekannt ist. Verstärker 50 ist an Sendeantenne 52 gekoppelt, die das FM-CW-Signal 54 an das Ziel sendet, bei dem es sich, wie bereits erwähnt, um eine Erdoberfläche handeln kann.
Signal 54 wird von Oberfläche 56 reflektiert, und Reflektion 58, die Doppler-phasenverschoben und entfernungszeitverschoben ist, wird von Antenne 60 empfangen, die durch Leitung 64 an Empfänger und Mischer 62 gekoppelt ist. Mischer 62 kann ein Ringmischer zur Verbesserung der Mischeigenschaften sein. Antennen 52, 60 könnten auch anders ausgeführt sein, wie nach dem Stand der Technik bekannt ist. Richtkoppler 66 koppelt das FM-CW-Signal auf Leitung 48, das die Phase des gesendeten Signals 54 aufweist, über Leitung 68 an Mischer 62, wo es als LO-Signaleingang (lokales Oszillatorsignal) an Mischer 62 dient. An Ausgangsklemme 70 von Mischer 62 liegt ein Mischsignal an, das alle Oberschwingungen der reflektierten Modulationsfrequenz enthält. Klemme 70 ist an einen abgestimmten Filterkanal für jede von zwei Oberschwingungen gekoppelt, in diesem Beispiel sind das die vierte und sechste Oberschwingung, wo Doppler-Frequenzsignale wiederhergestellt werden, die die entsprechenden Oberschwingungen modulieren. Jeder Kanal ist gleich, mit der Ausnahme, daß ein Kanal auf die vierte Oberschwingung abgestimmt ist, und daß der andere Kanal auf die sechste Oberschwingung abgestimmt ist. Die Blöcke für den sechsten Oberschwingungskanal, die den Blöcken für den vierten Oberschwingungskanal entsprechen, tragen gleiche Bezugszeichen, weisen aber ein Suffix "a" auf. Andere Oberschwingungen können für bestimmte Anwendungen verwendet werden.
Ausgangsklemme 70 ist über Leitung 72 an Bandpaßfilter 74, 74a gekoppelt. Filter 74 ist auf 200 kHz abgestimmt, die vierte Oberschwingung der 50- kHz-Modulationsfrequenzwelle 36, und Filter 74a ist auf 300 kHz abgestimmt, die sechste Oberschwingung von Welle 36. Filter 74, 74a sind mit Verstärkern 76 bzw. 76a gekoppelt, die wiederum an die zweiten Bandpaßfilter 78 bzw. 78a gekoppelt sind, die auf 200 kHz bzw. 300 kHz abgestimmt sind. Filter 78, 78a sind an Verstärker 80 bzw. 80a gekoppelt, die wiederum an dritte Bandpaßfilter 82 bzw. 82a gekoppelt sind, die auf 200 kHz bzw. 300 kHz abgestimmt sind. Filter 82, 82a sind an Synchrondetektoren 84 bzw. 84a gekoppelt. Zähler 22, 30 sind an Detektoren 84 bzw. 84a gekoppelt, um lokale Oszillatorsignale von 200 kHz bzw. 300 kHz auf den Leitungen 86 bzw. 86a für Detektoren 84, 84a bereitzustellen.
Detektoren 84, 84a stellen die Dopplersignale wieder her, die die vierten und sechsten Oberschwingungseingänge an Detektoren 84 bzw. 84a modulieren und legen die Dopplersignale an Dopplerverstärker 88 bzw. 88a an, von denen jeder einen Bandpaß von 10-100 Hz hat. Verstärker 88, 88a sind an Dopplerdetektoren und Filter 80 bzw. 90a gekoppelt, bei denen es sich um Halbwellenspitzen-Detektoren handelt, die die Dopplerfrequenzsignale gleichrichten und filtern, die dann an Komparator 92 angelegt werden. Komparator 92 hat nicht-invertierende (+) Eingangsklemme 94 und invertierende (-) Eingangsklemme 96 und Ausgangsklemme 98. Entfernungsanzeigeschaltung 100 ist an Ausgangsklemme 98 gekoppelt. Im Betrieb der so beschriebenen Schaltung erzeugt Oszillator 20 in diesem Beispiel eine Rechteckwelle von 1 ,2 MHz, deren Frequenz um den Faktor sechs von Zähler 22 heruntergesetzt wird, um ein Signal von 200 kHz an Zähler 24 und Detektor 84 bereitzustellen. Zähler 30 setzt das Signal von 1,2 MHz von Oszillator 20 um den Faktor vier herunter, um ein Signal von 300 kHz an Detektor 84a bereitzustellen. Zähler 24 setzt das Signal von 200 kHz von Zähler 22 um den Faktor vier herunter, um eine Rechteckwelle von 50 kHz an Integrator 34 bereitzustellen, wo die Rechteckwelle wie bei einer RC-Integratorschaltung (Widerstand-Kondensator-Integratorschaltung), die nach dem Stand der Technik bekannt ist, integriert wird, um eine frequenzmodulierte Dreieckswelle 36 an HF VCO 45 bereitzustellen, der ein dreieckiges FM-CW-Signal mit einer geeigneten Mittenfrequenz bereitstellt, die durch Spannungsteiler 44 abstimmbar ist. Das FM-CW-Signal wird von Verstärker 50 verstärkt und an die Zieloberfläche 56 gesendet, wo es reflektiert und von Antenne 60 empfangen wird und an Empfänger und Mischer 62 eingespeist wird. Mischer 62 empfängt auch ein lokales Oszillatorsignal vom Richtkoppler 66 mit Phase und Frequenz des gesendeten Signals, das mit dem reflektierten Signal von Zielfläche 56 gemischt wird, wobei das reflektierte Signal die Entfernungszeitdifferenz und die Dopplerphasenänderung aufweist, die der relativen Geschwindigkeit zwischen Zielfläche 56 und Fühlerantenne 52 zugeordnet ist.
Das Mischsignal von Mischer 62 besitzt alle Oberschwingungen der 50- kHz-Modulationsfrequenz. Die vierten und sechsten Oberschwingungen werden durch Bandpaßfilter 74, 78, 82 ausgewählt, die auf die vierte Oberschwingung abgestimmt sind, und durch Bandpaßfilter 74a, 78a, 82a für die sechste Oberschwingung, die auf die sechste Oberschwingung abgestimmt sind. Die vierte Oberschwingung wird verstärkt und synchron von Verstärkern 76, 80 und Synchrondetektor 84 erkannt, und die sechste Oberschwingung wird verstärkt und synchron von Verstärkern 76a, 80a und Synchrondetektor 84a erkannt. Die die vierte Oberschwingung modulierende Dopplerfrequenz wird von Detektor 84 wiederhergestellt, von Verstärker 88 verstärkt, von Detektor 90 erkannt und gefiltert und an den nicht-invertierenden Eingang 94 von Komparator 92 angelegt. Die die sechste Oberschwingung modulierende Dopplerfrequenz wird von Detektor 84a wiederhergestellt, von Verstärker 88a verstärkt, von Detektor 90a erkannt und gefiltert und an den nicht-invertierenden Eingang 96 von Komparator 92 angelegt.
Wenn diese Erfindung als ein Höhenfühler in und für einen fallenden Körper verwendet wird, erreicht das sechste Oberschwingungsdopplersignal seinen Amplitudenspitzenwert bei einer Höhe, die größer ist als die Höhe, bei der das vierte Oberschwingungsdopplersignal seinen Amplitudenspitzenwert erreicht. Wenn der Fühler also gerade über einer "Funktionshöhe" ist, bei der es sich um eine Höhe zwischen den Höhen handelt, auf denen die sechsten und vierten Oberschwingungsdopplersignale ihren Amplitudenspitzenwert erreichen, überschreitet die sechste Oberschwingungsdopplersignalamplitude die vierte Oberschwingungsdopplersignalamplitude und der Ausgang von Komparator 92 wird daran gehindert, nach "high" zu wechseln. Wenn die vierte Oberschwingungsdopplersignalamplitude die sechste Oberschwingungsdopplersignalamplitude übersteigt, dann übersteigt das Signal an der nicht-invertierenden Eingangsklemme 94 in seiner Amplitude das Signal am invertierenden Eingang 96, und das Ausgangssignal an Klemme 98 wechselt nach "high" und sendet ein Signal an die Entfernungsanzeigeschaltung 100 und zeigt damit an, daß die gewünschte Funktionshöhe soeben erreicht wurde.
Die Frequenzablenkung der Modulationsfrequenz ist so eingestellt, daß, während der Fühler in Richtung der gewünschten Funktionshöhe fällt, nachdem das sechste Oberschwingungsdopplersignal seinen Spitzenwert erreicht hat, die sechste Oberschwingungsdopplersignalamplitude abfällt, und die vierte Oberschwingungsdopplersignalamplitude ansteigt, und diese auf der gewünschten Funktionshöhe im wesentlichen gleich sein werden. In der bestimmten beschriebenen Ausführungsform ist Komparator 92 so eingestellt, daß der Komparatorausgang an Klemme 98 gesperrt wird, wenn die Amplitude des sechsten Oberschwingungsdopplersignals größer als die Hälfte der Amplitude des vierten Oberschwingungsdopplersignals ist, und der Ausgang von Komparator 92 wechselt nach "high", wenn die Amplitude des sechsten Oberschwingungsdopplersignals kleiner als die Hälfte der Amplitude des vierten Oberschwingungsdopplersignals ist. Andere Einstellungen für Komparator 92 können verwendet werden. Eine positive Offset-Vorspannung wird an den invertierenden Eingang 96 durch die Offsetspannungsschaltung 102 angelegt, um jegliche System- und/oder thermische Störungen zu überwinden und damit ein falsches Auslösen des Ausgangs von Komparator 92 zu verhindern.
Mit Bezug auf Fig. 2 wird ein Blockdiagramm gezeigt, das mit dem Blockdiagramm von Fig. 1 verbunden ist, wobei die Verbindungspunkte A, B und C des Diagramms von Fig. 1 an die Verbindungspunkte A, B bzw. C von Diagramm 2 gekoppelt sind. Die Kombination der Schaltungen in Fig. 1 und 2 ermöglichen einen automatischen Wechsel der Frequenzablenkung, nachdem eine erste Entfernung erreicht worden ist, um das System zur Messung einer zweiten Entfernung einzustellen.
Einschalt-Anzeigeschaltung 103 liefert eine ansteigende Impulsflanke 101 zur Auslösung eines monostabilen Multivibrators 104, der dann Impuls 105 an Reset von Zähler 106 bereitstellt, der an seinem Eingang ein Signal von 50 kHz an Punkt A erhält, und an Eingangsklemme Nr. 1 von Latch 108, wobei 1 : 128-Zähler 106 zurückgesetzt und die Ausgänge von Latch 108 an Klemmen Nr. 3 und Nr. 4 auf "high" bzw. "low" gesetzt werden. Dieses wiederum hält 1 : 128-Zähler 110 und Flipflop 112 in einem Rücksetzzustand und Ausgang von Puffer 114 auf "low". Ausgang QNT (Q) von Flipflop 112 an Klemme 113 ist "high", wenn Flipflop 112 zurückgesetzt wird, und dies hält Ausgang von Latch 116 an Klemme Nr. 3 auf "low", was wiederum Ausgang von Puffer 118 auf "low" hält.
Wenn Ausgang von Komparator 92 an Klemme 98 bei Erreichen der ersten Entfernung nach "high" wechselt, wie zuvor erläutert, wird ein Signal an Punkt C bereitgestellt, um Latches 108 und 106 umzuschalten. Hierdurch wechselt Ausgang 111 von Latch 108 an Klemme Nr. 4 nach "high", und es wird eine Anzeigeausgabe der ersten Entfernung über Puffer 114 bereitgestellt und ebenfalls ein Freigabesignal an die Integratorzeitkonstanten-Steuerschaltung 120, deren Ausgang an Integrator 34 an Punkt B gekoppelt ist. Steuerschaltung 120 weist eine manuelle Einstellung zur Einstellung der Zeitkonstante von Integrator 34 auf. Eine Verringerung der Zeitkonstante von Integrator 34 erhöht die Amplitude der Dreieckswelle 36 und erhöht demzufolge die FM-Ablenkung des FM-modulierten HF-Trägers von VCO 46. Eine erhöhte Ablenkung führt dazu, daß die Hauptkeulen der vierten und sechsten Oberschwingungen bei einer näheren Entfernung zum Ziel ihren Spitzenwert erreichen. Umgekehrt führt eine verringerte Ablenkung dazu, daß das Erreichen dieser Spitzenwerte bei einer größeren Entfernung eintritt. Zur gleichen Zeit wechselt der Ausgang von Latch 108 an Klemme Nr. 3 nach "low" und aktiviert 1 : 128-Zähler 110 und Flipflop 112. Zähler 110 teilt die Eingangsfrequenz 107 von 390 Hz von Zähler 106 und stellt einen Trigger-Impuls 109 von 327 ms an Eingang von Flipflop 112 bereit, nachdem Ausgang von Latch 108 an Klemme Nr. 3 nach "low" wechselt. Hierdurch wird bewirkt, daß der QNOT-Ausgang 115 an Klemme 113 von Flipflop 112 und der Eingang nach Latch 116 an Klemme Nr. 1 nach "low" wechseln, und daß Latch 116 durch den Ausgang von Komparator 92 umgeschaltet wird. Zweck der Verzögerung von 327 ms, während der der Ausgang von Puffer 118 gesperrt ist, ist es, zu verhindern, daß Übergangsströme, die in den Dopplerverstärkern 88, 88a während der Ablenkungsumschaltung auftreten, eine falsche Ausgabe von Puffer 118 bewirken. Wenn die Bedingung für die zweite Entfernung zwischen dem Fühler und dem Ziel eintritt, stellt Komparator 92 einen "high"-Eingang am Eingang von Latch 116 an Klemme Nr. 2 durch Punkt C bereit, was bewirkt, daß der Ausgang von Latch 116 an Klemme Nr. 3 nach "high" wechselt und eine Ausgabe für die zweite Entfernungsanzeige durch Puffer 118 bereitgestellt wird.
Eine Möglichkeit, nach der Schaltung 120 per Einstellung die Zeitkonstante in Integrator 34 variieren kann, ist die Bereitstellung eines Signals an einen FET (Feldeffekttransistor), der einen Regelwiderstand auf Parallelverbindung mit dem Widerstand einer RC-Integratorschaltung in Integrator 34 schaltet. Durch variable Einstellung des Regelwiderstandes ändert sich die RC-Zeitkonstante von Integrator 34 entsprechend und ändert damit die Ablenkung. Durch richtige manuelle Einstellung des Regelwiderstandes kann der Fühler auf eine genaue gewünschte zweite Entfernung eingestellt werden. Weitere zusätzliche Entfernungsstufen, wie die in Fig. 2 dargelegte und beschriebene Stufe, können nach der Vorgehensweise für die Stufe von Fig. 2 hinzugefügt werden, um zusätzliche vorgegebene Entfernungsanzeigesignale bereitzustellen. Weitere Möglichkeiten zur Variierung der RC-Zeitkonstante in Integrator 34 bei einem nächst vorausgehenden Entfernungsanzeigesignal können verwendet werden.
Mit Bezug auf Fig. 3 wird ein Blockdiagramm gezeigt, das mit dem Blockdiagramm von Fig. 1 verbunden ist, wobei die Punkte D, E und F des Diagramms von Fig. 1 jeweils an die Verbindungspunkte D, E und F des Diagramms von Fig. 3 gekoppelt sind. Die Stufe von Fig. 3 fügt zusätzliche Oberschwingungskanäle für die Bandpaßfilterung, Verstärkung, synchrone Erkennung und Dopplerverstärkung und Erkennung einer zusätzlichen Oberschwingung von Mischer 62 hinzu, bei der es sich in diesem Beispiel um die achte Oberschwingung der Modulationsfrequenz von 50 Hz handelt. Ein zusätzlicher Komparator, Komparator 92b, wird verwendet, um die Amplituden der sechsten und achten Oberschwingungsdopplersignale zu vergleichen. Die Blöcke in dem in Fig. 3 gezeigten achten Oberschwingungskanal sind ähnlich wie die korrespondierenden Blöcke in den vierten und sechsten Oberschwingungskanälen von Fig. 1, wobei die korrespondierenden Blöcke in Fig. 3 die gleichen Bezugszeichen wie die Blöcke in Fig. 1 tragen, allerdings mit dem Suffix "b". Die korrespondierenden Blöcke in Fig. 1 und 3 übernehmen ähnliche Funktionen, mit der Ausnahme, daß die Blöcke von Fig. 3 auf 400 kHz abgestimmt sind, die achte Oberschwingung der Modulationsfrequenz von 50 kHz.
Bandpaßfilter 74b, 78b, 82b sind auf ein Signal von 400 kHz abgestimmt, und Synchrondetektor 84b empfängt ein 400-kHz-LO-Signal von 1 : 3-Zähler 30b auf Leitung 32b. Komparator 92b empfängt an der nicht-invertierenden Klemme 94b das sechste Oberschwingungsdopplersignal und an der invertierenden Eingangsklemme 96b das achte Oberschwingungsdopplersignal, und stellt an Ausgangsklemme 98b einen "high"- Ausgang bereit, wenn das sechste Oberschwingungsdopplersignal an Klemme 94b das achte Oberschwingungsdopplersignal an Klemme 96b überschreitet, wobei Komparator 92b so wie Komparator 92 eingestellt ist, und zeigt damit an, daß eine vorgegebene zweite Entfernung zum Ziel erreicht ist. Die zweite Entfernung in diesem Beispiel ist größer als die erste Entfernung, da die höheren Oberschwingungen ihren Spitzenwert bei größeren Entfernungen erreichen. Daher werden zwei bestimmte Entfernungen durch die Entfernungsanzeigen 100 bzw. 100b signalisiert. Zusätzliche Kanäle für zusätzliche Oberschwingungen können auf ähnliche Weise mit dem Fühler von Fig. 3 kombiniert werden, um Signale für zusätzliche bestimmte Entfernungen zu erhalten, wobei die höheren Oberschwingungen größeren Entfernungen entsprechen.
Die beiden von Dopplersignalen modulierten Oberschwingungen, die miteinander verglichen werden, können aus der Gesamtzahl von Oberschwingungen für gewünschte Ergebnisse in gewünschten Anwendungen ausgewählt werden. Wenn das Ziel sich in bezug zum Fühler entfernt, wird die numerische Reihenfolge der ausgewählten Oberschwingungen umgekehrt.
Bezugszeichenliste
Fig. 1
20 1,2-MHz-OSZILLATOR
22 1 : 6-ZÄHLER
24 1 : 4-ZÄHLER
B INTEGRATOR
46 HF VCO
50 HF-VERSTÄRKER
54/56 ZIELOBERFLÄCHE
62 EMPFÄNGER-MISCHER / LOKALER OSZILLATOR
30 1 : 4-ZÄHLER
70 AUSGANG
74 BP-FILTER
76 VERSTÄRKER
78 BP-FILTER
80 VERSTÄRKER
82 BP-FILTER
84 SYNCHRON-DETEKTOR / LOKALER OSZILLATOR
88 DOPPLER-VERSTÄRKER
90 DOPPLER-DETEKTORFILTER
92 KOMPARATOR
100 ENTFERNUNGSANZEIGESCHALTUNG
74a-90a SIEHE OBEN
102 OFFSET-SPANNUNG
Fig. 2
106 1 : 128-ZÄHLER
110 1 : 128-ZÄHLER
RESET = RESET
109 AUSGABE FÜR ERSTE ENTFERNUNG
327 msec = 327 ms
120 INTEGRATOR-ZEITKONSTANTEN-STEUERSCHALTUNG
114 PUFFER / AUSGABE FÜR ERSTE ENTFERNUNG
103 EINSCHALT-ANZEIGESCHALTUNG
ON = EIN
104 MONOSTABILER MULTIVIBRATOR
108 LATCH
112 FLIPFLOP
RESET = RESET
116 LATCH
118 PUFFER / AUSGABE FÜR ZWEITE ENTFERNUNG
Fig. 3
30b 1 : 3-ZÄHLER
74b BP-FILTER
76b VERSTÄRKER
78b BP-FILTER
80b VERSTÄRKER
82b BP-FILTER
84b SYNCHRON-DETEKTOR / LOKALER OSZILLATOR
88b DOPPLER-VERSTÄRKER
90b DOPPLER-DETEKTORFILTER
92b KOMPARATOR
100b ENTFERNUNGSANZEIGESCHALTUNG
102b OFFSET-SPANNUNG

Claims

1. Fühlvorrichtung für die Zielentfernung mit:

ersten Mitteln (20, 24, 34, 46) zur Erzeugung eines frequenzmodulierten Signals mit einer Modulationsfrequenz von vorgegebener Frequenzablenkung;

zweiten Mitteln (50, 52), an genannte erste Mittel gekoppelt, zum Senden genannten frequenzmodulierten Signals an ein Ziel (56);

dritten Mitteln (60) zum Empfang eines Reflektionssignals des genannten frequenzmodulierten Signals von dem Ziel (56);

vierten Mitteln (62), an genannte erste Mittel und an genannte dritte Mittel (60) gekoppelt, zum Mischen des genannten frequenzmodulierten Signals der ersten Mittel mit genanntem Reflektionssignal der dritten Mittel, um ein Mischsignal mit Oberschwingungen zu erhalten, das entfernungsbezogene Informationen darstellt; und fünften Mitteln (74 bis 90), an genannte vierte Mittel (62) gekoppelt, zur abgestimmten Filterung genannten Mischsignals zum Erhalt einer Oberschwingung von den genannten Oberschwingungen und zum Erkennen der einen genannten Oberschwingung, um ein erstes Dopplersignal zu erhalten,

durch sechste Mittel (74a bis 90a) gekennzeichnet, die an die genannten vierten Mittel (62) zur abgestimmten Filterung genannten Mischsignals gekoppelt sind, um zumindest eine weitere Oberschwingung der genannten Oberschwingungen zu erhalten und um die genannte weitere Oberschwingung zu erkennen, um ein zweites Dopplersignal zu erhalten;

siebte Mittel (92) zum Vergleichen der Amplituden der genannten ersten und zweiten Dopplersignale und Bereitstellung einer ersten Ausgabe, wenn das genannte erste Dopplersignal eine größere Amplitude hat als das genannte zweite Dopplersignal, um eine erste vorgegebene Entfernung zum Ziel anzuzeigen, wobei die erste und zumindest die eine weitere Oberschwingung keine aufeinanderfolgenden Oberschwingungen sind.

2. Fühlvorrichtung für die Zielentfernung nach Anspruch 1, einschließlich achter Mittel (22, 30), an genannte erste Mittel (20) gekoppelt, um eine erste Frequenz bereitzustellen, die gleich der genannten einen Oberschwingung genannter Modulationsfrequenz ist und eine zweite Frequenz, die gleich der genannten weiteren Oberschwingung genannter Modulationsfrequenz ist;

genannte fünfte Mittel (74 bis 90) und genannte sechste Mittel (74a bis 90a), an genannte achte Mittel zur synchronen Erkennung des genannten einen Oberschwingungssignals von genannten vierten Mitteln (62) gekoppelt, wobei genannte erste Frequenz als ein lokales Oszillatorsignal verwendet wird, um genanntes erstes Dopplersignal zu erhalten und genanntes weiteres Oberschwingungssignal von genannten vierten Mitteln (62) synchron zu erkennen, wobei genannte zweite Frequenz als ein lokales Oszillatorsignal verwendet wird, um genanntes zweites Dopplersignal zu erhalten.

3. Fühlvorrichtung für die Zielentfernung nach Ansprüchen 1 oder 2, einschließlich neunter Mittel (106,110,112,116,118,120), die an genannte siebte Mittel (92) zur Fühlung der genannten Ausgabe genannter siebter Mittel (92) gekoppelt sind; genannte neunte Mittel, an genannte siebte Mittel (92) und an genannte erste Mittel (24, 34) gekoppelt, um die genannte erste Ausgabe von genannten siebten Mitteln (92) zu empfangen und daraufhin die Frequenzablenkung von genannter Modulationsfrequenz in genannten ersten Mitteln (34) einzustellen, so daß mit einer vorgegebenen Einstellung der genannten Frequenzablenkung genannte siebte Mittel (92) eine zweite Ausgabe bereitstellen werden, die eine zweite vorgegebene Entfernung zum genannten Ziel anzeigt, entsprechend der genannten Einstellung in der genannten Frequenzablenkung, wenn genanntes erstes Dopplersignal von genannten siebten Mitteln (92) mit genanntem zweiten Dopplersignal verglichen wird, und genanntes erstes Dopplersignal eine größere Amplitude hat als genanntes zweites Dopplersignal.

4. Fühlvorrichtung für die Zielentfernung nach Ansprüchen 1, 2 oder 3, einschließlich zehnter Mittel (74b bis 90b), die an genannte vierte Mittel (62) zur abgestimmten Filterung genannten Mischsignals gekoppelt sind, um zumindest eine zweite weitere Oberschwingung der genannten Oberschwingungen zu erhalten, und um die genannte zweite weitere Oberschwingung zu erkennen, um ein drittes Dopplersignal zu erhalten, und einschließlich elfter Mittel (92b), um die Amplituden der genannten zweiten und dritten Dopplersignale zu vergleichen und eine dritte Ausgabe bereitzustellen, wenn genanntes zweites Dopplersignal eine größere Amplitude hat als genanntes drittes Dopplersignal, um eine vorgegebene dritte Zielentfernung anzuzeigen, wobei die weitere und die zweite weitere Oberschwingung keine aufeinanderfolgenden Oberschwingungen sind.