DE2448638A1

DE2448638A1 - Verfahren und vorrichtung zur hilfe bei der berechnung von entfernungen

Info

Publication number: DE2448638A1
Application number: DE19742448638
Authority: DE
Inventors: Georges Nard; Jean Rabian; Michel Rouaud
Original assignee: Sercel SAS
Current assignee: Sercel SAS
Priority date: 1973-10-23
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1975-05-28
Also published as: JPS6044628B2; SE7413156L; FR2248517B1; GB1486319A; SE401275B; ZA746680B; JPS50113188A; NL7413873A; DE2448638C2; FR2248517A1; US4297700A

Description

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Societe d'Etudes, Recherches et Constructions Electroniques SERCEL, Carquefon / Frankreich ■

Verfahren und Vorrichtung zur Hilfe bei der Berechnung von Entfernungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Hilfe bei der Berechnung von Entfernungen, bei welchem eine durch Phaseninversion entsprechend einer pseudo-zufälligen Folge modulierte elektromagnetische WeI- -Ie zwischen mindestens zwei Sendern und mindestens zwei Empfängern gesendet wird, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Hilfe bei der Berechnung von Entfernungen zur Bestimmung der Position eines beweglichen Fahrzeugs in bezug auf feststehende Ausgangspunkte.

Es wurden bereits verschiedene Systeme zur Bestimmung der Position vorgeschlagen* bei welchen man die Laufzeit eines Impulses mißt, der auf einer Trägerwelle hin- und herläuft, und zwar zwischen einem festen Bezugspunkt und einem beweglichen Punkt. Wenn man annimmt, daß die Wellengeschwindigkeit bekannt ist, so erhält man auf diese Weise Auskunft über den Abstand zwischen dem festen und dem beweglichen Bezugspunkt.

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Zwar werden diese Systeme sehr weitverbreitet verwendet, jedoch können sie nur eine gute Genauigkeit ergeben, wenn die Hochfrequenzleistung, die in dem auf der Trägerwelle gesendeten Impuls konzentriert ist, ausreicht. Genauer gesagt, diese Genauigkeit ist mit dem Geräuschsignal-Verhältnis beim Empfang verknpüft, wovon man weiß, daß es genau von der Sendeleistung abhängt.

Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, eine sehr hohe Sendeleistung in Form eines Impulses zu konzentrieren, der so hoch wie möglich ist.

Außer den technischen Schwierigkeiten, die damit verbunden sind, führt eine solche Sendeleistung zu einer raschen Erreichung der Benutzungsgrenzen der elektronischen Bauteile.

Dagegen liegt nun der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen zur Hilfe bei der Messung von Entfernungen, die mit gemäßigten Sendeleistungen auskommen und dennoch eine ausgezeichnete Genauigkeit ergeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen sind:

- an einem ersten Sender:

Aussenden eines ersten UHF-Wellenzuges, welcher ein sinusförmiges, durch Phaseninversion entsprechend einer ersten wiederholten Verkettung mit bekannter pseudo-zufälliger Folge moduliertes Signal aufweist,

- an einem ersten Empfänger, der mit einem zweiten Sender verbunden ist:

Empfangen des ersten UHF-Wellenzuges und Demodulation desselben durch Korrelation der ersten wiederholten Verkettung mit bekannter pseudo-zufalliger Folge, die empfangen wird und durch den ersten Wellenzug getragen ist, mit . einer zweiten wiederholten lokalen Verkettung mit gleiche* pseudo-zufälliger folge, welche zeitlich'so versetzt ist,· ^:- daß, sie mit «Uhr «rsten etj^fanjjtenaitVgtke,fetungttbereln;-, \'."^:\ .stimmt, ij#d -.-'■..-: '■ '',;·.- Z -^: :. " .." > .; ■ ' '·'"■■■■

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ORIGINAL INSPECTED ·

Aussenden eines zweiten UHF-Wellenzuges am zweiten Sender, welcher ein durch Phaseninversion entsprechend der zweiten lokalen wiederholten Verkettung moduliertes und sinusförmiges Signal mit ebenfalls versetzter, pseudo-zufälliger Folge aufweist, wenn der Empfang des ersten Wellenzuges beendet ist,
- an einem zweiten Empfänger:

Empfangen mindestens des zweiten UHF-Wellenzuges und Demodulation desselben durch Korrelation der zweiten wiederholten Verkettung mit bekannter pseudo-zufälliger Folge, die empfangen wird und vom Wellenzug getragen ist, mit einer dritten lokalen Verkettung mit gleicher pseudo-zufälliger Verkettung, welche zeitlich so versetzt ist, daß sie mit der empfangenen zweiten wiederholten Verkettung übereinstimmt,

schließlich Erzeugen einer weiteren lokalen wiederholten Verkettung mit pseudo-zufälliger Folge ebenfalls am zweiten Empfänger, und Messen der zeitlichen Verschiebung zwischen der dritten wiederholten Verkettung und der anderen wiederholten Verkettung,

und sequentielles Wiederholen dieser Verfahrensschritte, so daß die Augenblicke, in denen die ersten und zweiten Wellenzüge gesendet werden, voneinander getrennt bleiben.

Im einzelnen umfaßt der Sendevorgang die Modulation durch Phaseninversion eines Signals mit einer ersten Frequenz (beispielsweise 38 MHz), so dann die Weiterleitung durch Verstärkung, und Veränderungen in der Frequenz zu einer Sendeträgerfrequenz, die beträchtlich höher liegt (beispielsweise 420 bis 450 MHz).

Unter diesen Bedingungen umschließt der Empfangsvorgang umgekehrte Vorgänge, -nämlich die Veränderung der Frequenz und die Verstärkung. Schließlich gehört zur Demodulation der Phaseninversion gemäß der Erfindung eine Korrelation und eine eigentliche- Demodulation in einem Einseitenband, und anschließende neue Verstärkung.

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Mittels eines geeigneten Integratorfilters erhält man somit eine Information, die die Korrelation zwischen der erhaltenen pseudo-zufälligen Folge und einer lokal erzeugten pseudo-zufälligen Folge darstellt.

Bei einem ersten Peilvorgang verschiebt man nun fortschreitend die lokale pseudo-zufällige Folge, bis man eine zeitliche Übereinstimmung dieser Folge mit der empfangenen pseudo-zufälligen Folge erreicht.

Nach diesem Peilvorgang kann die Wiederholung der pseudo-zufälligen Folge des Empfängers bereits als örtliche Zeitbasis angesehen werden, die mit der Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle vom Sender zum in Frage kommenden Empfänger zeitlich verknpüft ist.

Es ist von großem Vorteil, wenn man nach diesem Peilvorgang zur Feststellung der Übereinstimmung eine Folgeregelung der Übereinstimmung durchführt, wobei die lokale pseudo-zufällige Folge so genau wie möglich in bezug auf die empfangene pseudo-zufällige Folge festgestellt wird. Diese Folgeregelung erfolgt vorzugsweise durch "Phasendistanzmessung".

Die auf diese Weise erhaltene genaue lokale Zeitbasis am Empfänger ist tatsächlich mit der Fortpflanzungsentfernung der elektromagnetischen Welle verknüpft. Da man sehr häufig annehmen muß, daß die ursprüngliche Zeitbasis des Senders beim Empfänger nicht bekannt ist, hat sich gezeigt, daß es unmöglich ist, die Fortpflanzungsentfernung aus der lokalen Zeitbasis beim Empfänger zu ermitteln, und zwar nach einem einzigen Lauf vom Sender zum Empfänger.

Eine Möglichkeit, diese Schwierigkeit zu überwinden, besteht darin, die elektromagnetische Welle in geschlossener Schleife hin- und herlaufen zu lassen, bzw. mehrere Läufe zwischen demselben Ausgangs- und demselben Empfangspunkt durchführen zu lassen, vorausgesetzt, daß nur einer der für diese Läufe in Frage kommenden Punkte beweglich ist.

Da diese verschiedenen Läufe auf gleicher elektromagnetischer Frequenz voneinander getrennt werden müssen, können sie nicht gleichzeitig statt-

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finden. Folglich erfolgen die Sendevorgänge in zeitlich multiplexer Form, wobei die Multiplexierung durch einen "Sendezeitrahmen" festgelegt ist.

Unter diesen Bedingungen ist es von Vorteil, daß jeder Sender und jeder Empfänger einen Generator aufweist, welcher eine ununterbrochene wiederholte Verkettung einer pseudo-zufälligen Folge erzeugt. Dieser Generator dient somit als Speicher für die Zeitinformation, die mit der Fortpflanzungsentfernung verknüpft ist. Diese Speicherfunktion, die man auf diese Weise erhält, ermöglicht es, die Informationen bezüglich der Fortpflanzungszeit bei Zeitmultiplexierung beizubehalten. Somit kann man feststellen, daß es ausreicht, in jedem Sender bzw. jedem Empfänger einen sehr genau eingestellten Taktgeber anzuordnen, der genau auf das Ende der pseudo-zufälligen Folge ausgerichtet ist, vorausgesetzt, daß die Form der pseudo-zufälligen Folge durchaus bekannt ist.

Bei einer ersten Ausführungsform erhält man eine schleifenförmige Bahn mittels eines Hin- und Herweges zwischen einer Abfrageeinrichtung und einem Empfänger bzw. einem Antwortsender. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel führt ein erster Weg direkt von einer Sendestation zu einem beweglichen Empfänger, während ein zweiter Weg von der feststehenden Sendestation zu einer untergeordneten Sendestation führt, die ebenfalls ortsfest ist, und anschließend vo.n der untergeordneten Sendestation zum beweglichen Empfänger.

Bei der ersten Ausführungsform sind zwei feststehende Empfänger bzw. Antwortsender jeweils mit einem Sender und Empfänger ausgerüstet, die zu dem Zweck vorgesehen sind, die pseudo-zufällige Folge wieder auszusenden, die mit zeitlicher Verschiebung empfangen wurde, die gleich der Periode dieser Folge ist oder ein Mehrfaches derselben beträgt.

Ein bewegliches Objekt, beispielsweise ein Schiff beim Einlaufen in einen Hafen, besitzt einen Sender und einen Zweikanalempfänger. Anfangs strahlt der Sender die gleiche bekannte pseudo-zufällige Folge aus; die ,Antwortsender bzw. Empfänger empfangen diese Folge gleichzeitig, worauf sie die Folge ihrerseits wieder gemäß einem bekannten Zeitrahmen ausstrahlen. 509822/0854

Nun empfängt der Zweikanalempfänger des beweglichen Objektes die bekannte pseudo—zufällige Folge, die nacheinander von einem und dann vom anderen der beiden Antwortsender bzw. Empfänger zurückgesendet wurde.

Die zeitliche Verschiebung zwischen der pseudo-zufälligen Folge, so wie sie auf dem beweglichen Objekt ausgesendet wurde, und derselben pseudo-zufälligen Folge, so wie sie nach einem Hin- und Herlauf zu den beiden Empfängern bzw. Antwortsendern empfangen wurde, ist eine lineare Funktion der Entfernungen zwischen dem beweglichen Objekt und den beiden Antwortsendern.

Diese Positionsbestimmung erfolgt in zirkulierender Weise, worauf man direkt den Abstand des beweglichen Objekts zu einem Punkt erhält. Diese zirkulierende Verfahrensweise weist eine Sättigungscharakteristik auf, da die Anzahl der beweglichen Objekte beschränkt ist, insbesondere durch die Möglichkeiten des Zeitrahmens.

Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel bringt man an einem feststehenden Punkt eine Station an, die periodisch eine pseudo-zufällige und bekannte Folge ausstrahlt, und an einem anderen feststehenden Punkt einen Empfänger und Sender (ähnlich einem Antwortsender aus dem ersten Ausführungsbeispiel) , welcher diese pseudo-zufällige Folge empfängt und diese in einer zeitlichen bekannten Relation zu den Sendevorgängen am ersten feststehenden Punkt wieder aussendet.

Dann stattet man ein bewegliches Objekt einfach mit einem Zweikanalempfänger aus, welcher nacheinander die vom ersten und die vom zweiten festen Punkt kommenden Sendungen verwendet, um in jedem Kanal eine lokale pseudo-zufällige Folge zu erhalten, die mit der pseudo-zufälligen Folge übereinstimmt, so wie sie vom entsprechenden Sender auf diesem Kanal empfangen wurde.

Der Abstand zwischen den beiden pseudo-zufälligen Folgen, die man auf diese Wesie in den beiden Kanälen des Empfängers erhält, stellt eine bekannte Linearfunktion des Unterschiedes in den Abständen zwischen dem

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beweglichen Objekt und den beiden Sendern dar: es handelt sich hierbei um eine Positionsbestimmung mittels hyperbolischer Linien bzw. Punkte.

Wie sehr wohl bekannt ist auf diesem Gebiet, sind zwei hyperbolische Punkte erforderlich, also auch die doppelte Anzahl der vorgenannten Bauteile, damit eine Positionsbestimmung möglich ist; in diesem Fall ist die Anzahl der Empfänger unbegrenzt.

Es liegt deutlich auf der Hand, daß bei dem im vorhergehenden Verfahren die Trägerfrequenzen der Sender und Empfänger, die zusammenarbeiten, normalerweise die gleichen sind, und daß man auch Systeme erstellen kann, die vollständig voneinander getrennt sind, wobei man verschiedene Frequenzen verwendet.

Zudem ist es oft von Vorteil, wenn man eine Informationsredundanz erhält, beispielsweise durch Verwendung von drei feststehenden Antwortsendern im ersten Ausführungsbeispiel (mit zirkulierender Arbeitsweise mit Sättigungscharakteristik) oder drei Paare von Sendestationen beim zweiten Ausführungsbeispiel (hyperbolische Positionsbestimmung, ohne Sättigungscharakteristik) .

Weiterhin bezieht sich die Erfindung nun auch auf einen Sender, einen Empfänger, einen Sender und Empfänger (bzw. einen Antwortsenderll, einen Empfänger und Sender bzw. eine Abfrageeinrichtung, bei welchen die Sendevorgänge und einer oder mehrere Empfangskanäle vollständig getrennt sind, und schließlich auf einen Empfänger mit mehreren getrennten Kanälen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines bekannten. Schaltkreises zur Erzeugung pseudo-zufälliger Folgen aus Taktimpulsen;

Fig. 2 die entsprechenden binären Zustände und Signalformen für verschiedene pseudo-zufällige Folgen, die mittels des Generators

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aus Fig. 1 erzeugbar sind;

Fig. 3 ein Zeitdiagramm, aus welchem ersichtlich ist, wie man in bekannter Art und Weise ein sinusförmiges Signal durch Phaseninversion aus einer pseudo-zufälligen Folge modulieren kann, wobei die Periode des sinusförmigen Signals gleich der Dauer des Binärelements der pseudo-zufälligen Folge ist;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der geographischen Aufstellung bzw. Installation einer beweglichen Abfrageeinrichtung in bezug auf zwei ortsfeste Antwortsender zur Durchführung der ersten erfindungsgemäßen Verfahrensweise;

Fig. 5 das Zeitschema bzw. die Sendefolge zwischen der beweglichen Abfrageeinrichtung und den beiden Antwortsendern aus Fig. 4;

Fig. 6 schematisch das Prinzip in Blockform eines der Antwortsender aus Fig. 4;

Fig. 7 schematisch das Prinzip in Blockform der beweglichen Abfrageeinrichtung aus Fig. 4;

Fig. 8 ein Zeitdiagramm, aus welchem die Codierung durch erfindungsgemäße Phasenverschiebung einer pseudo-zufälligen Folge auf einer Trägerwelle für eines der Zeitrahmenelemente aus Fig. 5 ersichtlich ist;

Fig. 9 eine genauere Darstellung des Schemas eines Demodulationskanals des Antwortsenders aus Fig. 6;

Fig. 10 eine genauere schematische Darstellung der Empfangsstufen und der Heterodynverstärkungsstufen des Antwortsenders aus Fig. 6;

Fig. 11 eine genauere schematische Darstellung eines Demodulationskanals des Antwortsenders aus Fig. 6;

Fig. 12 ein Zeitdiagramm, aus welchem die Verschiebung zwischen einer lokalen und einer empfangenen pseudo-zufälligen Folge ersieht-

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lieh ist;

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Fig. 13A und 13B jeweils ein Zeitdiagramm zum besseren Verständnis der Arbeitsweise der Schaltungen aus Fig. 11;

Fig. 14 ein Zeitdiagramm, aus welchem die Messung der Zeitverschiebung in der Abfrageeinrichtung aus Fig. 7 ersichtlich ist, und

Fig. 15.und 16 jeweils schematisch die erfindungsgemäße Positionsbestimmung mit zirkulierender Verfahrensweise und mit hyperbolisch arbeitender Arbeitsweise.

Fig. 1 zeigt drei Binärzellen A, B, und C, die jweils Taktimpulse H empfangen und so angeordnet sind, daß sie ein Schieberegister bilden. Eine logische Kombination der Ausgänge von mindestens zwei Binärzellen (B und C in diesem Fall) wird dadurch realisiert, daß bei einem logischen Verbindungselement D der Ausgang zum Eingang der ersten Binärzelle A zurückgeführt ist.

Wenn das logische Verbindungselement eine Exklusiv-ODER-Schaltung ist, können die Ausgänge der Binärzellen A, B und C und des Elementes D sich in der aus Fig. 2 ersichtlichen Art und Weise schwenken, einerseits mittels Binärstufen im linken Teil dieser Figur und andererseits mittels der Form des entsprechenden Signals, die rechts in der Figur dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt, daß beim achten Zeittakt die Zustände der Ausgänge der Elemente A, B, C und D wieder die gleichen wie beim ersten Zeittakt geworden sind.

Tatsächlich ist bekannt, daß, wenn P die höchstwertige Stelle unter den Binärzellen der logischen Verknüpfung ist, die Periodizität der

ρ
pseudo-zufälligen Folgen gleich 2 - 1 Taktimpulse ist, und daß man dieselbe Anzahl verschiedener pseudo-zufälliger Folgen erhalten kann.

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Fig. 2 zeigt weiterhin, daß die Periode der Folgen tatsächlich gleich

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2 - 1, d.h. 7, Taktimpulsen ist. Die verschiedenen pseudo-zufälligen Folgen leiten sich voneinander durch einfache Zeitverschiebung ab. In dieser Hinsicht ist es sehr wichtig, daß man versteht, daß in der nachstehenden Beschreibung der Erfindung nur eine einzige mögliche Form pseudo-zufälliger Folgen von Interesse ist, was auch bedeutet, daß der Anfang der Folge (bzw. deren Ende) sehr wohl vorgegebenen ist.

Der mittlere Teil von Fig. 3 zeigt eine wiederholte Verkettung, die aus zweimal derselben pseudo-zufälligen Folge besteht. Im oberen Teil der Fig. 3 erscheint ein sinusförmiges Signal mit einer Periode gleich der Dauer des Binärelementes der pseudo-zufälligen Folge, die zu diesem Fall dargestellt ist. Der untere Teil der Fig. 3 zeigt eine bekannte Art einer Modulation durch Phaseninyersion eines sinusförmigen Signals entsprechend einer wiederholten Verkettung der pseudo-zufälligen Folge.

Im Prinzip sind die pseudo-zufälligen Folgen in der Veröffentlichung von Salomon W. Golomb Norman Abranson, San Francisco, 1967: "Shift Register Sequences" beschrieben. Weitere Beschreibungsteile über pseudo-zufällige Folgen und insbesondere über die Modulation durch Phaseninversion, wie sie beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist, können dem französischen Patent Nr. 70 31 056, veröffentlicht unter Nr. 2 102 838 entnommen werden, welches in dieser Hinsicht eine vollständig andere Verwendungsart beschreibt.

Aus Fig. 4 bis 14 ist nun eine erste Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, die zirkulierend arbeitet, und Sättigungscharakteristik aufweist.

Fig. 4 zeigt, daß bei diesem Ausführungsbeispiel zwei feststehende Antwortsender 10 und 20 zum Einsatz gelangen, die beispielsweise an bekannten Orten installiert sind, zum Beispiel in der Einfahrt eines Hafens, sowie eine bewegliche Abfrageeinrichtung 30, die beispielsweise an Bord eines Schiffes angebracht ist, das gerade im Begriff ist, in den Hafen einzulaufen. Natürlich haben die fest im Hafen installierten Antwortsender eine bekannte Trägerfrequenz für Sendung und

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Empfang. Somit wird auch die bewegliche Abfrageeinrichtung auf dieselbe Sende- und Empfangsfrequenz eingestellt.

Wie die Zeitsignale aus Fig. 5 zeigen, strahlt die Abfrageeinrichtung 30 zunächst eine bekannte pseudo-zufällige Folge wiederholt während ihrer Sendezeiten aus (erste Linie aus Fig. 5). Aus dem weiteren wird nun ersichtlich, wie diese Aussendung einer bekannten pseudo-zufälligen Folge durchgeführt wird. Während dieser Zeit wirkt jeder der beiden Antwortsender 10 und 20 so auf seinen Generatorkreis zur Erzeugung einer Folge so ein, daß eine pseudo-zufällige Folge erzeugt wird, die in bezug auf die der beweglichen Abfrageeinrichtung 30, so wie sie empfangen wird, synchronisiert ist. Die Dauer einer Sendezeit der Abfrageeinrichtung 30 ist gleich einem ersten ganzzahligen Vielfachen der Perioden der pseudo-zufälligen Folge. Diese Sendezeiten werden mit einer Periodizität wiederholt, deren Wert gleich einem zweiten ganzzahligen Vielfahren der Perioden der Folge ist.

Anschließend - wie die beiden anderen Linien aus Fig. 5 verdeutlichen sendet jeder Antwortsender seinerseits seine lokale, auf diese Weise synchronisierte pseudo-zufällige Folge aus. Bei der beweglichen Abfrageeinrichtung 30 kann, nun ein Zweikanalempfänger ebenfalls zwei voneinander unabhängige Generatoren zur Erzeugung einer lokalen Folge aufgrund der beiden pseudo-zufälligen Folgen, so wie sie von dem einem und dem anderen Antwortsender' jeweils nacheinander kommen, synchronisieren.

Es liegt auf der Hand, daß die Verschiebungen zwischen jedem der beiden letztgenannten lokalen Folgegeneratoren der Abfrageeinrichtung und dem anfänglichen Folgegenerator, der die von der Abfrageeinrichtung 30 ausgesandte Folge erzeugt, in bekannter Weise mit den Entfernungen zwischen der beweglichen Abfrageeinrichtung und jedem der Antwortsender verknüpft sind (genau gesagt mit dem Doppelten dieser Entfernungen, da ein Hin- und Rücklauf stattfindet). Somit wird es möglich, die beiden Entfernungen zu messen.

Es zeigt sich somit deutlich, daß der Aufbau der Antwortsender einfacher ist als der Aufbau der Abfrageeinrichtung. Aus diesem Grunde wird zunächst der Antwortsender 10 unter Bezugnahme auf die Fig. 6, 8 und 9 beschrieben.

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Zunächst muß ein Antwortsender empfangen und dann erst aussenden, weshalb mit dem Empfangsteil des Antwortsenders 10 begonnen wird.

Fig. 6 zeigt, daß der Antwortsender 10 eine Sende- und Empfangsantenne lol aufweist, die mit einem Zweikanalschalter 102 verbunden ist, welcher zur Trennung des Sendeteils vom Empfangsteil vorgesehen ist.

Der Antwortsender 10 weist noch eine Leitfrequenzquelle 103 auf, wovon mindestens eine Frequenz in einer noch später zu beschreibenden Art und Weise geregelt wird. Weiterhin ist eine Signalformschaltung 104 zur Erzeugung der Zeitrahmensignale vorgesehen, sowohl für Empfang wie für Sendung (so wie sie in Fig. 5 für den Antwortsender 10 festgelegt sind). Diese Erzeugung von Zeitrahmensignalen erfolgt aufgrund der Leitfrequenzen (die nicht geregelt sind) der Frequenzquelle 103 mittels logischer Schaltkreise und Rechnern in bekannter Weise.

Aus der bzw. den geregelten Leitfrequenzen der Quelle 103 erzeugt ein Kreis 105 eine pseudo-zufällige Folge. Zu diesem Zweck weist der Kreis 105 einen Aufbau ähnlich dem Aufbau des Kreises aus Fig. 1 auf, wobei die Taktsignale H durch die geregelte(n) Leitfrequenz(en) vorgegeben sind. Auf jeden Fall ist die Anzahl der Binärzellen beträchtlich größer.

Tatsächlich hat bei einem besonderen Ausführungsfall die Tatfrequenz einen Wert nahe 1,9 MHz, während die Anzahl der die pseudo-zufällige Folge darstellenden Binärelemente gleich bis zu 127 ist, wobei diese Anzahl hier mit "r" angegeben ist.

Zum besseren Verständnis des Empfangsvorgangs ist die Kenntnis der Merkmale des Empfangs erforderlich, die schematisch in Fig. 8 dargestellt sind. Während der Sendezeit (Fig. 5) sendet die Abfrageeinrichtung einen "UHF-Impuls" phasencodiert entsprechend einer bekannten pseudo-zuf älligen Folge asu. Dieser UHF-Impuls bzw, dieser UHF-We11enzug, umfaßt die Wiederholung von η gleichen angrenzenden Codes, und jeder

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Code umfaßt eine pseudo-zufällige Folge, die durch Phaseninversion der Trägerwelle moduliert, wie dies in Einzelheiten in Fig. 8 dargestellt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die Modulation durch Phaseninversion gemäß Fig. 8 im Unterschied zur Modulation durch Phaseninversion nach Fig. 3 eine große Zahl Halbperioden der Trägerwelle in jedem Binärelement der pseudo-zufälligen Folge aufweist.

Bei einer Version beträgt die Dauer T„ des UHF-Impulses 2,5 Millisekunden, während die Sendeleistung 5 Watt beträgt. Die Anzahl η der Codes liegt somit bei 37 in jedem UHF-Impuls. Die Trägerfrequenz liegt beispielsweise zwischen 420 und 450 MHz.

Wenn man das Spektrum der Sendefrequenz aus Fig. 8 betrachtet, so wird man die Spektrumsmerkmale erkennen, die sehr nahe denen der Wiederholung eines nicht modulierten Impulses liegen, die eine Dauer gleich der Dauer Tj des Binärbasis-Elementes der pseudo-zufälligen Folge aufweisen (ca. 0,5 Mikrosekunden). Dieses Spektrum weist eine Breite von 2 MHz bis 3 dB und von ca. 7 MHz bis 20 dB auf.

Es wird nun wieder auf Fig. 6 Bezug genommen. Der Ausgang des Zweikanalschaltes 102 ist mit einer Einheit 111 zum Empfang und zur heterodynen Verstärkung verbunden, die genauer in Fig. 10 gezeigt ist.

Zunächst umfaßt diese Anordnung eine Verstärker- und Empfangsstufe im eigentlichen Sinn, die zum Empfangen einer Trägerfrequenz zwischen 420 und 450 MHz ausgelegt ist. Fig. 10 zeigt, daß dieser Empfangsverstärker 1 111 von einer Mischstufe 1 112 gefolgt wird, die gesteuert eine Heterodynfrequenz aus einer diskreten Folge von Frequenzen zwischen 382 und 412 MHz empfängt, die von der Leitfrequenzquelle 103 kommt. Die Heterodynfrequenz wird so gesteuert, daß die Ausgangsfrequenz der Mischstufe 38 MHz für die in Frage stehende Trägerfrequenz beträgt. Es ist bekannt, daß diese Heterodynfrequenzsteuerung somit die Wahl der Trägerfrequenz festlegt, die tatsächlich empfangen wird. Die Mischstufe 1112 ist von einem Zwischenfrequenzverstärker 1 113 gefolgt, der für 38 MHz ausgelegt ist, jedoch mit einem relativ breiten Band, so daß sich eine Spektrumsbreite von 7 MHz bis zu 20 dB ergibt.

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Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 1 113, der auch der Ausgang der Empfangsstufe 111 aus Fig. 6 ist, wird an einen Kreis 112 angelegt, welcher ein Korrelator für Einseitenbandkorrelation mit Verstärkung ist.

Dieser Einseitenbandkorrelator 112 ist von einer Frequenzregelstufe 113 gefolgt, die direkt auf die geregelte Frequenz der Quelle 103 einwirkt, wobei die geregelte Frequenz die Frequenz ist, die zur pseudo-zufälligen lokalen Folge führt, die durch den Kreis 105 erzeugt wird, und die insbesondere an den Einseitenbandkorrelator 112 angelegt wird.

Dieser Einseitenbandkorrelator 112 und die Regelsteuerung für die Frequenz 113 werden unter Bezugnahme auf Fig. 11 noch genauer beschrieben werden.

Zum gegenwärtigen Zeitpunkt genügt es einfach, daß der Korrelator 112 eine Korrelation zwischen der pseudo-zufälligen Frequenz, die bei ihm vom Ausgang der Stufe 111 ankommt, bzw. der empfangenen Folge, und der lokalen pseudo-zufälligen Folge, die der Kreis 105 erzeugt, durchführt.

Diese beiden pseudo-zufälligen Folgen sind nicht von vornherein synchron; somit ergibt ihre Korrelation ein Ergebnis gleich Null, wie aus dem weiteren ersichtlich ist. Die Regelsteuerung für die Frequenz 113 wirkt nun auf die im Kreis 105 erzeugte geregelte Frequenz ein, bis der Korrelator 112 eine Korrelationsspitze abgibt, die angibt, daß die lokale pseudozufällige Folge 105 synchron zur pseudo-zufälligen Folge ist, die mit der Dauer von etwa einem halten binären Element empfangen wurde.

Die lokale pseudo-zufällige Folge des Kreises 105 wird ihrerseits an einen mit Phaseninversion arbeitenden Modulator 121 angelegt, welcher als das zu modulierende Signal eine der Leitfrequenzen von der Quelle 103 empfängt. Dieser Modulator legt an den Leistungsverstärker 122 eine durch Phaseninversion in gleicher Weise wie die empfangene modulierte Trägerfrquenz an. Während des Sendesegments an dem Antwortsender 10 legt die Signalformschaltung 104 an den Leistungsverstärker 122 einen Sendebefehl an.

Aus diesem Grunde wird nun auf Fig. 9 Bezug genommen, woraus ersichtlich ist, daß der eigentliche Leistungsverstärker 1 222 entweder ganz

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oder gar nicht durch den Sendesteuerkreis 1 221 gesteuert wird, welcher selbst im Ansprechen auf dem Sendeformkreis 1 041 arbeitet.

Fig. 9 zeigt, daß die Leitfrequenzquelle 103 in eine eigentliche Leitfrequenzquelle 1 031 und verschiedene Kreise 1 032 bis 1 034 unterteilt ist, die durch Synthese bzw. Division der Frequenz Frequenzen mit-niedrigerem Wert abgeben.

Im Kreis 1031 geben eine Vielzahl thermostatisch geregelter Quarzsteuerungen Frequenzen ab, die eine diskrete Folge von 382 bis 412 MHz bilden. In einer Abwandlung weisen die Kreise 1032 bis 1034 außerdem unabhängige thermostatische Quarzsteuerungen auf.

Eine der Leitfrequenzen wird zu einer Mischstufe 1 112 in gesteuerter Form je nach dem Wert der gewählten Trägerfrequenz geschickt, die bereits erwähnt wurde (vgl. Fig.. 10). Eine Frequenz wird außerdem zur Mischstufe 1 211 aus Fig. 9 gesendet. Dieselbe Figur zeigt einen Kreis 1032, der aufgrund von Leitfrequenzen eine Frequenz von 38,1 MHz abgibt, die einerseits an einen phaseninvertierenden eigentlichen Modulator angelegt wird, und zwar als zu modulierendes Signal, und andererseits an Einseitenbanddemodulatoren 11 211 und 11 221, die einen Teil des Einseitenbandkorrelators 112 bilden, und die im folgenden noch in bezug auf Fig. 11 beschrieben werden.

Anschließend erzeugt ein Kreis 1033 eine Frequenz von 3,8 MHz, die im Ansprechen auf die Regelsteuerung 113 aus Fig. 6 geregelt wird. Zu diesem Zweck kann der Kreis 1033 beispielsweise einen gesteuerten Kippschwingungskreis und einen Frequenzsteueroszillator - beispielsweise der Type VCO (Frequenzsteuerung durch Spannung) - aufweisen.

Diese Frequenz von 3,8 MHz des Kreises 1033 wird zunächst mittels eines Frequenzhalbierers 1034 an den Generator zur Erzeugung der pseudo-zufälligen lokalen Folge 105 angelegt. Es ist ersichtlich, daß die an den letzteren angelegte Taktfrequenz somit-1,9 MHz beträgt, was für das Binärbasiselement der pseudo-zufälligen Folge wohl einer Dauer nahe 0,5 Mikrosekunden entspricht.

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Die Frequenz von 3,8 MHz des Kreises 1033 wird ebenfalls an den Sendeformkreis 1041 angelegt, sowie an den Empfangsformkreis (der in Fig. 9 jedoch nicht im einzelnen dargestellt ist).

Schließlich wird die Frequenz von 3,8 MHz zu einem Phaseninverter zur Entfernungsmessung geleitet, der Teil des Einseitenbandkorrelators 112 bildet und dessen Ausbildung in bezug auf Fig. 11 beschrieben ist.

Somit zeigt Fig. 9, daß die pseudo-zufällige Folge, die gemäß Fig. 5 erzeugt wurde, durch Phaseninversion ein Signal moduliert, das eine Frequenz aufweist, die etwa zwanzig mal größer ist (38,1 MHz angelegt an den Modulator 1210). Dann ermöglicht eine Frequenzveränderung (Mischstufe 1211) den Durchtritt der Sendeträgerfrequenz. Wie für den Fachmann verständlich ist, verändert die Frequenzveränderung - ob nun durch Verringerung oder Erhöhung der Frequenz - nicht die Modulation durch Phaseninversion. Die Anzahl der modulierten Halbwellen entsprechend jedem Binärelement der pseuso-zufälligen Folge wird einfach schwächer bzw. stärker.

Wenn man nun insgesamt Fig. 6, 9 und 10 betrachtet, so zeigt sich, daß der Antwortsender 10 eine codierte pseudo-zufällige Folge empfängt, seine lokale pseudo-zufällige Frequenz (die vom Kreis 105 erzeugt wird) synchronisiert im Hinblick auf die empfangene pseudo-zufällige Folge, und anschließend in gleicher Weise diese lokale pseudo-zufällige Folge wieder aussendet.

Bisher ist deutlich geworden, daß die Schwierigkeit in der Herstellung einer äußerst genauen Synchronisierung zwischen der lokalen und der empfangenen pseudo-zufälligen Folge liegt. Dies wird mittels der Schaltkreise 112 und 113 gemäß Fig. 6 realisiert, wie im weiteren in bezug auf Fig. 11 anhand einer Ausführungsform beschrieben werden wird.

Fig. 11 weist einen Einseitenbandkorrelator 112 und einen Regelsteuerteil 113 auf, die mittels einer langen gestrichelten Linie voneinander getrennt sind. Tatsächlich ist diese Trennung etwas willkürlich, da die Demodulation im Kreis 112 - die in Fig. 11 in zwei Kanälen erfolgt von der Art der gewünschten Regelung für den Kreis 113 abhängt.

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Zunächst weist der Einseitenbandkorrelator einen Phaseninverter 1120 auf, welcher durch die vom Kreis 105 (Fig. 6) kommende lokale Folge gesteuert wird. Dieser Phaseninverter ist der eigentliche Korrelator, da der Ausgang des Phaseninverters ein sinusförmiges Signal ist, das keinerlei Phaseninversion aufweist, wenn die lokale pseudo-zufällige Folge synchron zur empfangenen pseudo-zufälligen Folge ist. Im entgegengesetzten Fall weist der Ausgang des Phaseninverters 1120 Phaseninversionen auf, die praktisch zufällig verteilt sind, je nach den Eigenschaften dieser Folgen, was die Bezeichnung "pseudo-zufällig" rechtfertigt.

Um dies genau zu präzisieren wird auf Fig. 12 Bezug genommen, die eine leichte Verschiebung zwischen der lokalen und zu synchronisierenden und der empfangenen Folge darstellt, während Fig. 13A die Korrelationsfunktion dieser beiden Folgen je nach ihrem Abstand bezüglich der Anzahl der Binärbasiselemente darstellt.

Wenn T die Dauer des binären Basiselements ist, so zeigt Fig. 13A, daß die Korrelationsfunktion eine Spitze für einen Abstand zwischen der lokalen und der empfangenen Folge ermöglicht, der zwischen -T /2 und +T /2 liegt. Das Spitzenmaximum, das der vollständigen Übereinstimmung der beiden pseudo-zufälligen Folgen entspricht, hat einen Wert, der mit der Anzahl r der in der pseudo-zufälligen Folge enthaltenen Binärelemente zunimmt.

Wenn nun wieder auf Fig. Π zurückgegriffen wird, so zeigt sich, daß der Ausgang des Phaseninverters 1120 an einen Einseitenbanddemodulator 11 211 angelegt wird, welcher eine Frequenz von 38,1 MHz empfängt, und anschließend an den Kreis 1032 aus Fig. 9.

Ein derartiger Einseitenbanddemodulator ist im Prinzip bekannt und wird derzeit für Hochfrequenzübertragungen gleichen Namens verwendet.

Der Ausgang des Phaseninverters bzw. Korrelators 1120 ist ein Signal von 38 MHz, welches je nachdem, wie die Synchronisierung bei +_ T /2 realisiert wurde und ob überhaupt, Phaseninversionen aufweist oder nicht. Der Einseitenbanddemodulator führt tatsächlich eine Frequenz-

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änderung durch, so daß man zu einer Frequenz von 100 KHz (38,1 MHz minus 38 MHz) kommt.

Wenn man sich daran erinnert, daß die Dauer des Binärbasiselementes der Folgen einer Frequenz von 1,9 MHz entspricht, ist offensichtlich, daß es sich hierbei um eine Demodulation handelt, da das empfangene Signal eine Frequenz von 100 KHz hat, also deutlich weniger als 1,9

Die zufällig verteilten Phaseninversionen, wenn diese nicht zusammenfallen, werden durch Phasensprünge auf das Signal von 100 KHz übertragen.

Die Wirkung dieser zufälligen Phasensprünge besteht darin, die mittlere Amplitude des 100 KHz-Signals zu verringern, wenn eine Integratorfilterung mit sehr schmaler Durchlaßbandbreite realisiert wird, wie im weiteren noch beschrieben werden wird.

Die Durchlaßbandbreite des Integratorfilters ermöglicht es, zumindest teilweise vom Dopplereffekt aufgrund der Bewegung des beweglichen Objektes freizuwerden.

Vorher war nur vorgesehen, daß das Spektrum der Phasenmodulation sehr breit ist (7 MHz bis 20 dB). Unter diesen Umständen würde die Frequenzveränderung zur Erzielung der 100 KHz von einer Umbiegung des Spektrums begleitet, wie es normalerweise geschähe. Aus diesem Grunde wird die Frequenzveränderung durchgeführt nur mit einem einzigen Seitenband, und zwar mittels eines Einseitenbanddemodulators. Dieser Demodulator 11 210 ist von einem Hochleistungsverstärker 11 212 (40 dB) gefolgt.

Dieser Verstärker selbst wird von einem UND-Gatter 11 213 gefolgt, das durch das vom Formschaltkreis 104 (Fig. 6) kommende Empfangssegment gesteuert wird. Dieses Gatter selbst liegt vor einem Integratorfilter 11 214 (der bereits oben schon erwähnt wurde).

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In einem zweiten Kanal ist der Ausgang des Phaseninverters 1120 ebenfalls mit einem Phaseninverter zur Entfernungsmessung 11 20 verbunden, der eine Frequenz von 3,8 MHz empfängt, die vom Kreis 1033 (Fig. 9) kommt. Dieser Phaseninverter unterteilt die binären Basiselemente je nach der lokalen Folge in zwei gleiche Teile, wovon ein Teil mit positiver Polarität beaufschlagt wird, während der andere mit negativer Polarität beaufschlagt wird, worauf die Frequenz von 3,8 MHz gleich dem Doppelten der Frequenz von 1,9 MHz ist, wodurch die Dauer des binären Basiselementes definiert wird.

Auf diesen Phaseninverter 11220 folgen die Schaltkreise 11 221 bis 11 224.

Der Ausgang des Integratorfilters 11 214 gibt ein Signal ab, das die Korrelation - d.h. das Integral (bzw. die Summe; eine Periode oder weniger des augenblicklichen Produktes aus der lokalen Folge und der empfangenen Folge darstellt- Dieses Signal allein genügt, um die Verschiebung der lokalen Folge bis zur Erreichung einer Synchronisierung bei fp,/2 zu steuern. Aus diesem Grunde wird dieses Signal mit "S" bezeichnet.

Andererseits ist der Ausgang des Integratorfilters 11 224 ein Integral gleicher Art, bei dem jedoch jedes Binärelement in zwei Teile geteilt wird, wovon einer mit dem Zeichen + und der andere mit einem Minuszeichen versehen ist. Somit handeis es sich hier um ein Differentialsignal, das mit dem Buchstaben D bezeichnet wird, und das in stabiler Form gelöscht wird, wenn die lokale Folge genau synchron zur empfangenen Frequenz ist (vgl. Fig. 13B).

Die Filter 11 214 und 11 224 weisen eine Durchlaßbandbreite in der Größenordnung von Hundert Hertz auf, wodurch es möglich wird, sich teilweise vom Dopplereffekt zu lösen, der aufgrund der Geschwindigkeit des beweglichen Objektes auf der Trägerfrequenz erzeugt wird.

Zudem sollte man bemerken, daß die Einseitenbanddemodulation das Produkt der beiden ähnlichen Spektren ergibt, nämlich eines lokalen und eines empfangenen Spektrums, wodurch eines der beiden Einseitenbänder, die durch den erfolgten Vorgang erzeugt wurden, eliminiert wird: daraus er-

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gibt sich eine Geräuschdämpfung und eine Dämpfung verschiedener Störeinstreuungen bezüglich des Arbeitssignals.

Wenn man nun auf Fig. 11 zurückgreift, so zeigt sich, daß die Signale S und D an einen Kreis 1 123 angelegt werden, der eine Mischstufe darstellt, sowie einen Phasenschieber mit einer Verschiebung um 90 . Diese Mischstufe 1 123 gibt einerseits ein Signal S + j.D und andererseits ein Signal D + j.S ab. In diesen Ausgangssignalen wird das Symbol j zur Bezeichnung des Ein-

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heitsvektors auf einer imaginären Achse (j = -1) verwendet, und zwar in der Darstellung nach Fresnel. Das Zeichen j stellt somit eine Phasenverschiebung um 90 dar. Wenn man sich daran erinnert, daß die Frequenz der Signale S und D 100 KHz beträgt, so genügt es für diesen Zweck, die durch zwei Zellen R-C vorgegebene Phasenverschiebung zu verwenden, wobei die eine Zelle als Eingangskondensator und die andere als Eingangswiderstand ausgebildet ist und beide eine Trennfrequenz von 100 KHz aufweisen. Die beiden Zellen ergeben somit jeweils eine Phasenverschiebung um 45 , jedoch mit umgekehrten Vorzeichen. Die Summe der beiden Phasenverschiebungen ergibt also 90 . Nachdem somit die Signale S und D einer Phasenverschiebung ausgesetzt wurden, genügt es, eine einfache analoge Addition durchzuführen, um die vorgenannten Ausgangssignale D + j.S und S + j.D zu erhalten.

Die beiden auf diese Weise erhaltenen Kanäle bzw. Wege unterliegen jeweils einer Amplitudenbegrenzung und einer neuen Filterung (Kreise 11 311, 11 312 und 11 321, bzw. 11 322).

Somit ist je nach der Synchronisierung zwischen der lokalen und der empfangenen Folge zu unterscheiden, die bei nahe ^,/2 liegt oder nicht (Form- und Übereinstimmungspeilung).

Wenn man zunächst annimmt, daß sie nicht vorliegt, wird der Weg S + j.D über die Kreise 11 311 und 11 312 an einen Kreis 1132 zum Steuern der Verschiebung bzw. einen Triggerkreis angelegt. Dieser Schaltkreis wirkt auf den Kreis 1033 (Fig. 9) derart ein, daß ein Impuls zum Taktsignal, das an den Kreis 105 angelegt ist, hinzugefügt bzw. unterdrückt wird. Deshalb wird die lokale pseudo-zufällige Folge fortschreitend um ein Binärelement versetzt.

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Mit den genannten Filtercharakteristika versetzt man somit die lokale Folge nur um ganze Sekunden, damit sichergestellt ist, daß keine Korrelation auftritt.

Da die Folge 127 Binärelemente aufweist, sind im ungünstigsten Fall 126 Verschiebungen erforderlich, um eine wirksame Korrelation zu erzielen. Die Erfassungszeit für eine Korrelation is somit maximal 127 Sekunden.

Es ist klar, daß man bei Erfassung der Synchronisierung bei nahe. +T₁/2" keine, weitere fortschreitende Verschiebung der lokalen pseudozufälligen Folge mehr durchführt, und daß somit der Unterbrecher 11 440 (Fig. 11) geöffnet ist.

In diesem Augenblick beginnt die "Folgeregelungsphase". Zu diesem Zweck mischt eine andere Mischstufe 1133 das Signal S + j.D mit dem Signal D + j.S, indem das eine mit dem anderen umgeschaltet wird, so daß sich ein Signal P zur PhasendiStanzmessung ergibt.

Dieses Signal P wird an einen Verstärker 11 442 angelegt, der mittels eines Kondensators 11 441 als Integrator angebracht ist. Dieser Integrator wird freigesetzt durch das Öffnen des Unterbrechers 11 440.

Der Ausgang des Verstärkers 11 442 wirkt auf den Kreis 1033 (Fig. 9) so ein, daß die Frequenz von 3,8 MHz kontinuierlich so verändert wird, daß man eine äußerst genaue Synchronisierung der lokalen mit der empfangenen Folge erhält.

Man wird feststellen, daß es auch möglich gewesen wäre, direkt das Produkt S.D. mittels der Ausgänge der Integratorfilter 11 214 und 11 224 in der Amplitude zu bilden. Indem man erfindungsgemäß die Summen S + j.D und D + j.S (Mischstufe 1123) so verwendet, daß man sie in der Amplitude begrenzt (11 311 und 11 321) und getrennt filtert (11 312 und 11 322) und anschließend wieder neu mischt (1133) führt man somit eine "Phasendistanzmessung" durch, bei welcher der Steuerverstärkungsfaktor praktisch unabhängig vom Verhältnis Signal/

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Geräusch ist, das man beim Empfang erhält. Bei diesem Verfahren besteht die Größe des Verstärkungsfehlers in einer Phasendistanz anstatt, daß sie aus einer Amplitude gebildet werden, wie dies der Fall gewesen wäre, wenn man direkt das Produkt S.D gebildet hätte.

Wenn man darauf zurückgreift, was bereits oben im Zusammenhang mit den Filtern 11 214 und 11 224 gesagt wurde, so weist deren Ausgangssignal eine Phase auf, die vom Integrator Filter für die Phasensprünge gegeben ist, die man am Ausgang der Einseitenbanddemodulatoren (11 211 bzw. 11 221) beobachtet hat. Somit kann man annehmen, daß es sich um eine Wirkung auf die Amplitude handelt, sowie auch auf eine Wirkung auf die Phase.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen werden im zweiten Fall so angeordnet, daß man eine vektorielle Kombination im Quadrat der Signale S und D verwendet. Genauer gesagt, im Ansprechen auf den Ausgang des Schaltkreises 1132 wird ein Kippschwingoszillator so betätigt, daß er zusätzliche Taktimpulse an den Folgegenerator 105 abgibt (wenn dieser Oszillator im Schaltkreis 1033 liegt, so muß er Impulspaare abgeben wegen der Frequenzteilung in zwei Hälften durch den Rechner 1034). Man kann auch eine direkte Einwirkung auf den Folgegenerator 105 vorsehen.

Was nun die Wirkung des Ausgangs des Integratorverstärkers 11 242 anbelangt, so handelt es sich um eine Einwirkung mit kontinuierlicher Spannung auf einen durch eine Spannung gesteuerten Oszillator. Es sind zahlreiche Möglichkeiten zum Betreiben des Kreises 1033 mit spannungsgesteuertem Oszillator (VCO bzw. VCXO) bekannt.

Mittels des Einseitenband-Korrelationssystems unter Phasendistanzmessung hat die Anmelderin bemerkenswerte Leistungen erzielt, so wie es im Zusammenhang mit Fig. 11 erläutert wurde. Tatsächlich entsprecht nach der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen die Dauer des binären Basiselementes einer pseudo-zufälligen Folge, die 0,5 Mikrosekunden beträgt, einer Fortpflanzungsdistanz von 75 Metern, wenn man den Hin- und Rücklauf berücksichtigt.

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Tatsächlich ermöglicht das Frequenzregelsystem mit Phasendistanzmessung bei ausreichendem Verhältnis von Signal zu Geräusch, daß man eine Entfernungsmeßdefinition erhält, die besser als 1 Meter ist. Somit ist klar, daß die für die Zeitverschiebung der lokalen Folge bezüglich der empfangenen Folge erhaltene Definition zumindest in der Größenordnung von Hundertern für die Dauer des Basiselementes liegt, wobei immer der Hin- und Rücklauf berücksichtigt wird.

Somit liegt es auf der Hand, daß die gesteuerten Phaseninverter äußerst schnell arbeitende Umschaltkreise aufweisen müssen. Vorzugsweise weisen die Filter 11 214 und 11 224 der Fig. 11 zwei abwechselnd umschaltbare Durchlaßbandbreiten auf. Die größere wird beim Einpeilen zur Übereinstimmung verwendet, während die kleinere bei der Folgesteuerung bezüglich der Übereinstimmung zur Anwendung gelangt.

Somit wird die Trennfrequenz fc der Regelschleife so gewählt, daß sie merklich unter dem umgekehrten Wert des Doppelten der Impulswiederholungsperiode, d.h. der Wiederholungsperiode der UHF-Impulse, liegt, so wie sie- durch die Form gemäß Fig. 5 festgelegt ist.

Folglich wird durch das Regeln der Frequenz die in der Zeit 1/fc vorliegende Information akkumuliert, wobei diese Zeit sehr lang ist, demzufolge das Signal/Geräusch-Verhältnis und damit auch die Präzision verbessert werden.

Im vorhergehenden wurde nun der Antwortsender gemäß Fig. 6 vollständig beschrieben. Jetzt ist es erforderlich, die in Fig. 7 dargestellte Abfrageeinrichtung näher zu erläutern, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, daß zahlreiche Elemente dieser Abfrageeinrichtung zu den Elementen des Antwortsenders analog sind.

Gemäß Fig. 7 weist die Abfrageeinrichtung eine Antenne 301 und einen nachgeschalteten Zweikanalschalter 302 auf. Die Abfrageeinrichtung 30 umfaßt weiterhin eine Leitfrequenzquelle 303, sowie einen Signalformsteuerkreis 304, der mit einer oder mehreren Leitfrequenzen gesteuert wird.

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Der Signalformschaltkreis wird so betrieben, daß zunächst ein Sendezeitsegment erzeugt wird, und anschließend zwei Empfangszeitsegmente, wovon eines dem Antwortsender 1 und das andere dem Antwortsender 2 entspricht. Die zeitliche Verteilung der Segmente ist so, wie in Fig. 5 dargestellt.

Im Sendeteil weist die Abfrageeinrichtung 30 einen Phaseninversionsmodulator 321, einen Leistungsverstärker 322 zum Steuern des Sendens, und einen Generator 325 zum Erzeugen der pseudo-züfälligen lokalen und auszusendenden Folge auf, der als Takt eine Frequenz von der Leitfrequenzquelle 303 erhält.

Der Aufbau dieser Schaltkreise und deren Arbeitsweise können ebenso sein wie im Falle der entsprechenden Schaltkreise 121, 122 und 105 des Antwortsenders 10 aus Fig. 6.

Auf jeden Fall erzeugt der Generator 325 zum Erzeugen der auszusendenden lokalen pseudo-zufälligen Frequenz die Anfangsfolge des Systems, die als Ausgangspunkt dient. Aus diesem Grunde unterliegt weder die Leitfrequenzquelle 303 noch der Folgegenerator 325 irgendeiner von außen kommenden Einwirkung.

Im Empfangsteil der Abfrageeinrichtung 30 aus Fig. 7 erscheint zunächst eine Empfangsstufe und eine heterodyne Verstärkerstufe 311. Dieser Verstärker ist ein gemeinsamer Verstärker, ob es sich nun um die vom Antwortsender 1 oder um die vom Antwortsender 2 kommenden Wellen handelt.

Anschließend erfolgt der Empfang in zwei voneinander getrennten Kanälen, je nachdem, ob es sich um den Antwortsender 1 oder den Antwortsender 2 handelt, und zwar in gesteuerter Form durch die Zeitrahmensignale für den Empfang, die vom Kreis 304 kommen.

Der erste Kanal weist einen Einseitenbandkorrelator auf, sowie einen Verstärker 312A, welcher durch das Zeitrahmensignal (1) gesteuert ist. Dieser Stufe schließt sich ein Regelsteuerkreis 313A für die Frequenz an, der selbst auf einen geregelten Leitfrequenzgenerator 314A einwirkt. Schließlich ist dem Antwortsender (1) ein Generator 315A zur Erzeugung der lokalen pseudo-zufälligen Folge zugeordnet, der als Taktsignal eine

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vom Leitfrequenzgenerator 314 A kommende Frequenz empfängt.

Somit wird die auf diese Weise erzeugte lokale pseudo-zufällige Folge wieder an den Einseitenbandkorrelator 312A zur Korrelation mit dem während des Sendesegments des Antwortsenders (1) empfangenen Signal zurückgesendet. Auf diese Weise kann die lokale pseudo-zufällige Folge des Kreises 315Ain Übereinstimmung mit der vom Antwortsender (1) kommenden pseudo-zufälligen Folge, so wie sie empfangen wird, gebracht werden.

Der andere Empfangskanal weist die gleichen Teile auf, nur sind hier die Bezugszeichen für die entsprechenden Teile mit dem Zusatz "B" versehen.

Aus Fig. 7 ist zu entnehmen, daß das Element 311 einen analogen Aufbau und eine analoge Funktion in bezug auf das Element 111 des Antwortsenders aus Fig. 6 aufweist, wie er im einzelnen in Fig. 10 dargestellt ist.

Die Elemente 312A und 313A einerseits und 312B und 313B andererseits weisen ebenfalls eine Struktur und eine Funktionsweise analog zu den Elementen 112 und 113 gemäß Fig. 6 und gemäß der genaueren Darstellung aus Fig. 11 auf.

Die Generatoren 314A und 314B für die Erzeugung der geregelten Leitfrequenz haben eine identische Funktion und können selbst den gleichen Aufbau wie die Leitfrequenzquelle 103 (Fig. 6 und genauer in Fig. 9 dargestellt) aufweisen.

Genauer gesagt, handelt es sich um einen thermostatisch geregelten Oszillator mit einer Frequenz von 3 805,372 KHz zusammen mit einem Kippschwingungsoszillator, der eine wiederholte Verschiebung eines Binärelementes im Folgegenerator aufweist, der sich in der oben beschriebenen Art und Weise anschließt.

Wenn man sich wieder auf Fig. 11 bezieht, so ist zu entnehmen, daß die Regeisteuerung 313A gemäß Fig. 7 zwei Ausgänge aufweist, einen Aus-

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gang, der auf den Kippschwingungsoszillator zum Verschieben eines Binärelententes um je eine von 315A erzeugte pseudo-zufällige Folge einwirkt, und einen anderen Ausgang (Integratorverstärker 11 442), der auf eine Feinsteuerung der Frequenz des thermostatisch geregelten Oszillators (des Typs VCO bzw. VCXO zum Beispiel) einwirkt.

Bevor diese letzteren Schaltkreise der Abfrageeinrichtung 30 beschrieben werden, wird zunächst auf die allgemeine Funktionsweise der Anlage unter Bezugnahme auf Fig. 4, 5, 6 und 7 eingegangen.

Die Arbeitsgänge beginnen mit dem Sendesegment der Abfrageeinrichtung 30 (Fig. 5), wodurch vom Kreis 325 (Fig. 7) die pseudo-zufällige Folge übertragen wird.

Während dieser Zeit empfangen die beiden Antwortsender 1 und 2 (die jeweils die Bezugszeichen 10 und 20 haben) dieses UHF-Signal und versuchen nun, ihre lokale pseudo-zufällige Folge mit der von der Abfrageeinrichtung 30 kommenden Ursprungsfolge in Übereinstimmung zu bringen, jedoch mit der Ursprungsfolge, so wie sie in Höhe jedes Antwortsenders 10 bzs. 20 empfangen wird. Folglich weist die lokale Folge des Antwortsenders 10 bezüglich der anfänglichen Folge der Abfrageeinrichtung 30 eine Verzögerung auf, die gleich der Fortpflanzungszeit der Trägerwelle von der Abfrageeinrichtung 30 bis zum Antwortsender 10 ist. Diese Verzögerung stellt den Abstand zwischen der Abfrageeinrichtung und dem Antwortsender 10 dar, da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Welle als bekannt angenommen wird.

In gleicher Weise weist die lokale Folge des Antwortsenders 20 bezüglich der ursprünglichen Folge der Abfrageeinrichtung 30 eine Verzögerung auf, die repräsentativ für die Entfernung zwischen der Abfrageeinrichtung 30 und dem Antwortsender 20 ist.

Die Generatoren zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folge, die somit bezüglich zueinander zeitlich verschoben sind, behalten diese Verschiebung bei.

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Seinerseits sendet der Antwortsender 10 seine pseudo-zufällige Folge mit einer eigenen Verschiebung wieder aus, die gleich einem genauen Vielfachen der Periode dieser Folge ist. Diese Folge wird im Kanal (1) für den Empfang in der Abfrageeinrichtung 30 (Fig. 7) empfangen. Die lokale pseudo-zufällige Folge des Generators 315A gemäß Fig. 7 ist somit zeitlich bezüglich der anfänglichen pseudozufälligen Folge des Kreises 325 versetzt. Diese zeitliche Verschiebung stellt das Doppelte der Entfernung zwischen der Abfrageeinrichtung 30 und dem Antwortsender 10 dar, die der Eigenverschiebung des Antwortsenders 10 hinzugefügt ist.

Wenn der Antwortsender 20 zurücksendet wird der Generator zur Erzeugung der lokalen Folge (315B, Fig. 7) fortschreitend mit der vom Antwortsender 20 kommenden Folge in Übereinstimmung gebracht, so wie sie an der Abfrageeinrichtung 30 empfangen wurde. Schließlich ist die zeitliche Verschiebung zwischen der vom Generator 315B erzeugten Folge und der anfänglichen Folge des Generators 325 selbst ebenfalls repräsentativ für das Doppelte der Entfernung zwischen der Abfrageeinrichtung und dem Antwortsender 20.

Die Generatoren zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folgen sind im allgemeinen so angebracht, daß ein Folgeschlußimpuls abgegeben wird, d.h. bei dem Beispiel aus Fig. 2 wird in dem Augenblick des Übergangs von der 7. zur 8. Taktzeit ein Impuls gegeben. Um diesen Folgeschlußimpuls zu erhalten, kann man einen Zähler verwenden, der die gleichen Taktimpulse wie das Schieberegister empfängt, das als eigentlicher Folgegenerator dient, einschließlich der vorgenannten Verschiebeimpulse.

Fig. 14 zeigt, daß diese Impulse einerseits für die Anfangsfolge der Abfrageeinrichtung und andererseits für die Folgen dargestellt sind, die bereits einen Hin- und einen Rücklauf zum Antwortsender (1) und zum Antwortsender (2) zurückgelegt haben.

Greift man nun auf Fig. 7 zurück, so ist ersichtlich, daß die Kreise 33IA und 331 B jeweils die zeitlichen Verschiebungen zwischen der An-

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Anfangsfolge der Abfrageeinrichtung 30 und jeder der beiden Folgen messen, die bereits einen Hin- und einen Rücklauf zu den Antwortsendern (1) bzw. (2) zurückgelegt haben.

Für diese Messung der Zeitverschiebung wird ein Rechenwerk verwendet, das die Zeit proportional zur Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle unterteilt und dabei den Faktor 2 aufgrund des Hin- und Rücklaufs in Rechnung zieht, um direkt die Entfernungen in numerischer Form zu erhalten. Dann werden die beiden Entfernungen in den Elementen 332A und 332B optisch angezeigt.

Nachstehend wird nun eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben, bei welcher zwei Antwortsender und eine bewegliche Abfrageeinrichtung zur Anwendung gelangen. Hier handelt es sich um eine Positionsbestimmung in zirkulierender Form, da man den Abstand zwischen der Abfrageeinrichtung und jedem Antwortsender direkt erhält. Diese Arbeitsweise nennt man eine Arbeitsweise mit Sättigungscharakteristik, da die Anzahl der Abfrageeinrichtungen, die beweglich sind und mit zwei vorgegebenen ortsfesten Antwortsendern zusammenarbeiten können, begrenzt ist, insbesondere hinsichtlich der begrenzten Möglichen in bezug auf den Zeitrahmen für die Übertragung.

Tatsächlich wird die Erfindung in sehr viel allgemeinerer Form angewendet: zur Positionsbestimmung ist es erforderlich, daß man an einem ersten Ort eine erste Zeitbasis erzeugen kann und an einem zweiten Ort eine zweite Zeitbasis, die mit der ersten mittels einer elektromagnetischen Übertragung verknüpft ist, so daß folglich eine Fortpflanzungszeit für die magnetische Welle angewendet wird, deren Geschwindigkeit als bekannt vorausgesetzt wird.

Aus diesem Grund kann man die Vorrichtung in etwas allgemeinerer Form betrachten, und zwar im Rahmen eines Verfahrens zur Hilfe bei der Messung von Entfernungen mit Übertragung zwischen mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger. Diese Übertragung erfolgt mit einer Impulsinformation, die einen Moment definiert und die von einer elek-

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tromagnetischen Welle getragen wird. Dieses Verfahren umfaßt die folgenden Schritte:

- am Sender: Erzeugung eines Taktsignals, Erzeugung einer Wiederholung einer pseudo-zufälligen Folge aufgrund des Taktsignals, Erzeugung eines Hochfrequenzsignals aus dem Taktsignal und der bekannten pseudo-zufälligen Folge, wobei das Hochfrequenzsignal durch Phaseninversion nach der bekannten pseudo-zufälligen Folge moduliert ist, Ausstrahlen eines UHF-Wellenzuges, welcher einen Teil des UHF-Signals umfaßt, das aus einer vorgegebenen Anzahl Wiederholungen der pseudo-zufälligen Folge gebildet ist;

- am Empfänger: Erzeugen eines Taktsignals, Erzeugen einer lokalen

Wiederholung einer pseudo-zufälligen Folge aus dem Taktsignal in einstellbarer Form, Empfangen des UHF-Wellenzuges und Demodulation desselben durch Korrelation mit der lokalen Wiederholung der pseudo-zufälligen Folge, wobei diese lokale Wiederholung so lange verschoben wird, bis sie mit der ersten Wiederholung übereinstimmt, und wobei der Wellenzug, so wie e'r empfangen wurde, moduliert wird, wodurch es möglich wird, eine Verbindung mit der Fortpflanzungszeit der elektromagnetischen Welle vom Sender zum Empfänger herzustellen und damit die Entfernung vom Sender zum Empfänger zu bestimmen.

Genauer gesagt verteilt man das wiederholte Senden derselben pseudozufälligen Folge, die eine Dauer des Binärbasiselementes gleich T, (0,5 Mikrosekunden) aufweist, während der Zeit T (2,5 Millisekunden) statt einen kurzen Impuls mit starker Leistung auszusenden. Auf diese Weise hat das Senden/einem Impulsleistungsgipfel von Watt während einer Zeit von 2,5 Millisekunden die Möglichkeit, mit den angewendeten Techniken der Korrelation und Regelung Ergebnisse zu erzielen, die äquivalent denen sind, die'beim Aussenden eines nicht modulierten Impulses während einer Zeit von 0,5 MikroSekunden bei einer Leistung von 25 KW möglich wären.

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Im anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt das Verhältnis T /Tj nahe bei 10 000, während die Sendedauer 50 Millisekunden beträgt und der Impulsleistungsgipfel 500 Watt beträgt, was mit einer Ausbildung des Senders in transistorierter Form vereinbar ist. Somit erhält man Ergebnisse, die äquivalent denen sind, die durch das Aussenden eines nicht-modulierten Impulses mit einer Gipfelleistung von 5 Megawatt während einer Zeit von 5 Mikrosekunden möglich wären.

Zudem umfaßt die Sendedauer T„ in diesem Fall eine Wiederholung derselben pseudo-zufälligen Folge. Diese Wiederholung erfolgt η mal, und zwar wird eine Kette von η pseudo-zufälligen Folgen mit r Binärelementen angewendet (r = beispielsweise 127), wobei jedes Binärelement eine Dauer von nahezu 0,5 Mikrosekunden hat.

Die Zahlenwerte für η und r müssen hinsichtlich der beiden nachstehenden Konsequenzen gewählt werden:

Je größer η desto größer ist die Uneindeutigkeit bei der Messung der Zeitverschiebung: Fig. 14 zeigt, daß die Messung der Zeitverschiebung mit einem ganzzahligen Vielfachen nahe der Dauer einer Folge durchgeführt wird; somit wäre es von Interesse, die Folge zu verlängern, wenn man r erhöht, und η und damit die Uneindeutigkeit zu verringern.

Je größer r desto länger ist die Peildauer zur Einpeilung der Übereinstimmung, wie bereits gesagt wurde; tatsächlich ist es erforderlich, eine gewisse Zeit auf jeder Einstellung der lokalen Folge während des Suchvorgangs zu verbleiben. Die Anzahl der erforderlichen Verschiebungen kann bis zu 126 gehen.

Bei dem ersten beschriebenen Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß die Dauer, während welcher man jede Einstellung der lokalen Folge zur Korrelation bringt, eine Sekunde beträgt, wodurch man, was deutlich auf der Hand liegt, eine große Anzahl aufeinanderfolgender Wellenzüge verwenden kann, da die Dauer jeder Aussendung 2,5 Mikrosekunden beträgt.

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Im ungünstigsten Fall wäre die Peilzeit zur Einpeilung der Übereinstimmung somit im wesentlichen gleich 127 Sekunden.

Bei dieser ersten Ausführungsform wird das vorbeschriebene Verfahren zunächst einmal zwischen der Abfrageeinrichtung und den beiden Antwortsenderη gleichzeitig durchgeführt, dann noch einmal in umgekehrter Richtung von einem der Antwortsender zur Abfrageeinrichtung, und ein drittes mal ebenfalls in umgekehrter Richtung vom anderen Antwortsender zur Abfrageeinrichtung (vgl. Fig. 5).

Unter diesen Umständen ist klar, daß sowohl in Höhe der Abfrageeinrichtung wie auch in Höhe der beiden Antwortsender jeder Generator zur Erzeugung der pseudo—zufälligen Folge eine wiederholte, ununterbrochene Verkettung der Folge aussenden muß, um die von dieser Folge getragene Zeitinformation im Speicher zu schützen.

Umgekehrt wird diese Zeitinformation nur von Zeit zu Zeit übertragen, beispielsweise in dem aus Fig. 5 ersichtlichen Zeitraster, und zwar zwischen den Abfrageeinrichtungen und den Antwortsenderη und umgekehrt. Die Stabilität der Generatoren zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folge ist folglich dieselbe wie die der Oszillatoren, die ihre Taktfrequenz erzeugen, und damit gleich einem Faktor, der für die Genauigkeit ausschlaggeben ist. Aus diesem Grund werden sie thermostatisch geregelt.

Hieraus ergeben sich klar erkennbar auch die anderen, dem Fachmann wohlbekannten Probleme bei der Positionsbestimmung, und zwar insbesondere die Bestimmung in Form eines Rompromisses zwischen der globalen Periodizität der Sendeform und der Stabilität der Oszillatoren. In dieser Hinsicht wurde bereits im Zusammenhang mit Fig. dargelegt, wie die Empfangskanäle in bezug auf den Dopplereffekt aufgrund der Bewegung der Abfrageeinrichtung eine Kompensation erfahren.

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Fig. 15 zeigt in sehr schematischer Form eine Positionsbestimmung in zirkulierender Form mit Sättigungscharakteristik, wie sie im vorhergehenden beschrieben wurde, die jedoch drei Antwortsender verwendet. Der dritte Antwortsender ist identisch mit den beiden anderen, und es genügt, ein drittes Sendesegment für den Antwprtsender in dem aus Fig. 5 zu entnehmenden Zeitrahmen vorzusehen. Die Dauer dieses Sigments ist ebenfalls ein ganz genaues Mehrfaches der Periode der lokalen pseudo-zufälligen Folge dieses dritten Antwortsenders, und ist so ausgelegt, daß sich die Sendungen der Antwortsender und der Abfrageeinrichtung nicht überschneiden.

Fig. 16 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine feststehende Station E„ dient als "übergeordnete Station" und weist nur den Sendeteil gemäß Fig. 7 (Schaltkreis 321, 322 und 325) auf, natürlich mit der Leitfrequenzquelle 303 und dem Sendeteil des Zeitrahmenkreises 304.

Zwei untergeordnete Stationen E und E^ sind vorgesehen; sie können genauso wie die Antwortsender aus dem ersten Ausführungsbeispiel gebaut sein. Die pseudo-zufälligen Folgen, die lokal bei diesen beiden untergeordneten Sendern gebildet werden, werden in Übereinstimmung mit der entsprechenden Folge des übergeordneten Senders E„ gebracht, so wie sie empfangen wird. Dies wird mit einer festen, und somit bekannten, zeitlichen Verschiebung übertragen und kann beispielsweise kompensiert werden.

Unter diesen Umständen weist das bewegliche Objekt M einfach einen Dreikanalempfänger auf, wobei die Kanäle ähnlich bzw. analog zu dem Empfangsteil der Abfrageeinrichtung aus Fig. 7 sind. Es ist offensichtlich, daß ein dritten Kanal wie eine Leitfrequenzquelle vorgesehen sein müssen, sowie ein Empfangsteil mit drei Segmenten, die dem Formkreis 304 entsprechen.

Die pseudo-zufälligen lokalen Folgen der drei Kanäle werden jeweils mit den von jeder Sendestation kommenden Folge, so wie sie empfangen wurde, in Übereinstimmung gebracht.

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Im Unterschied zu den Vorgängen in der Abfrageeinrichtung nach Fig. werden die Zeitverschiebungen zwischen drei lokalen Folgen gemessen, was zu Entfernungsunterschieden und folglich hyperbolischen Positionslinien führt.

Fig. 16 zeigt zwei hyperbolische Netze, die dadurch erstellt wurden, daß man die zeitlichen Verschiebungen der lokalen Folgen, die mit der Station E. und der Station E„ einerseits und mit der Station E„ und der Station E~ andererseits verbunden sind.

Aufgrund des im vorhergehenden beschriebenen allgemeinen Verfahrens kann man weitere Ausführungsbeispiele vorsehen: beispielsweise eine Ausführungsform mit einer "übergeordneten" Sendestation und drei "untergeordneten" Sendestation, wodurch man zwei geographisch voneinander getrennte hyperbolische Netze erhält. Wenn man zwei Paare Sendestationen verwendet, die jeweils eine "übergeordnete" Sendestation und eine "untergeordnete" Sendestation, die mit der übergeordneten Station verbunden ist, umfassen, erhält man somit zwei vollständig voneinander getrennte hyperbolische Netze.

Bei dieser mit Hyperbeln arbeitenden Ausfuhrungsform ist die Anzahl der beweglichen Benutzer unbegrenzt.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglichen eine genaue Messung von Entfernungen in Diffraktionszonen, d.h. außerhalb des radio-elektrischen Horizonts, bis zu mehreren hundert Kilometern.

Wie bereits aus dem im vorhergehenden sehr allgemein beschriebenen Verfahren hervorgeht, wird erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Messen von Entfernungen und zur Positionsbestimmung vorgeschlagen, die für zahlreiche Anwendungsgebiete eingesetzt werden können, beispielsweise bei der Navigation mit hoher Genauigkeit bei Seeschiffen (Hafeneinfahrt) , in der Luftfahrt und der Bodennavigation (Hubschrauber oder Flugzeuge), bei hydrographischen und geographischen Datenerfassungen, bei Lotungen, beim Minenräumen, im Bauwesen, bei der Positionierung von Bojen, Plattformdecks, usw. und in der Fischerei.

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Claims

Patentansprüche

1.- Verfahren zur Hilfe bei der Berechnung von Entfernungen, bei welchem eine durch Phaseninversion entsprechend einer pseudozufälligen Folge modulierte elektromagnetische Welle zwischen mindestens zwei Sendern und mindestens zwei Empfängern gesendet wird, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

- an einem ersten Sender:

- an einem ersten Empfänger, der mit einem zweiten Sender verbunden ist:

Empfangen des ersten UHF-We11enzuges und Demodulation desselben durch Korrelation der ersten wiederholten Verkettung mit bekannter pseudo-zufälliger Folge, die empfangen wird und durch den ersten Wellenzug getragen ist, mit einer zweiten wiederholten lokalen Verkettung mit gleicher pseudo-zufälliger Folge, welche zeitlich so versetzt ist, daß sie mit der ersten empfangenen Verkettung übereinstimmt, und

Aussenden eines zweiten UHF-WeIlenzuges am zweiten Sender, welcher ein durch Phaseninversion entsprechend der zweiten lokalen wiederholten Verkettung moduliertes und sinusförmiges Signal mit ebenfalls versetzter, pseudozufälliger Folge aufweist, wenn der Empfang des ersten Wellenzuges beendet ist,

- an einem zweiten Empfänger:

Empfangen mindestens des zweiten UHF-Wellenzuges und Demodulation desselben durch Korrelation der zweiten wiederholten Verkettung mit bekannter pseudo-zufälliger Folge, die empfangen wird und vom Wellenzug getragen ist,

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mit einer dritten lokalen Verkettung mit gleicher pseudozufälliger Verkettung, welche zeitlich so versetzt ist, daß sie mit der empfangenen zweiten wiederholten Verkettung übereinstimmt,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichn e t , daß die andere wiederholte Verkettung mit pseudo-zufälliger Folge am zweiten Empfänger die wiederholte Verkettung mit pseudo-zufälliger Folge ist, die am ersten Sender erzeugt wird, wobei der erste Sender und der zweite Empfänger am gleichen Ort angeordnet sind und die gemessene zeitliche Verschiebung den doppelten Abstand zwischen dem ersten Sender und dem ersten Empfänger darstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Empfänger einen anderen Empfangskanal aufweist, und daß am zweiten Empfänger die folgenden zusätzlichen Verfahrensschritte durchgeführt werden:

Empfangen des vom ersten Sender ausgesandten Wellenzuges auf dem zweiten Empfangskanal, und Demodulation desselben durch Korrelation mit der anderen wiederholten Verkettung mit pseudo-zufälliger Folge, zeitliches Versetzen dieser anderen wiederholten Verkettung bis sie mit der pseudo-zufälligen Folge übereinstimmt, die demoduliert auf dem zweiten Empfangskanal empfangen wurde und vom ersten Sender ausgesandt wurde,

wobei die gemessene zeitliche Verschiebung zwischen diesen beiden lokalen Wiederholungen der pseudo-zufälligen Folge des zweiten Empfängers repräsentativ ist für den Unterschied in der Entfernung zwischen dem ersten Em-

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pfanger und dem ersten und zweiten Senaar, wobei die beiden Empfangskanäle des zweiten Empfängers so betrieben werden, daß sie während bestimmter Zeitintervalle empfangen und nicht jeweils ein UHF-Signal überlagern, welches vom ersten Sender kommt,und ein UHF-Signal, das vom zweiten Sender kommt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorgänge des Empfangene und des Demodulierens der UHF-Wellenzüge eine Veränderung der Frequenz, eine Korrelation mit der lokalen wiederholten Verkettung der pseudo-zufälligen Folge, sowie eine Demodulation mit Einseitenband umfassen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß jeder Vorgang aus Empfangen und Demodulieren eines UHF-Wellenzuges gleichzeitig zweimal durchgeführt wird, und zwar einerseits auf dem UHF-Wellenzug, so wie er empfangen wurde, und andererseits auf demselben UHF-Wellenzug, der noch einmal durch Phaseninversion mit doppelter Frequenz - im Vergleich zu den Binärelementen der pseudo-zufälligen Folge - moduliert wird, daß weiterhin eine Kombination der beiden auf diese Weise erhaltenen Signale erzeugt wird, und daß der Vorgang des zeitlichen Versetzens der lokalen wiederholten Verkettung darin besteht, im Ansprechen auf diese Kombination die Frequenz eines Taktsignals zu verändern, welches zur Erzeugung der lokalen pseudo-zufälligen Folge dient.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Erzeugung der Kombination darin besteht, zwei gebildete Unter-Kombinationen in der Frequenz zu mischen, wobei die erste Unterkombination aus der Summe aus einem ersten der Signale, die auf die Demodulation hin erhalten wurden, und einem anderen, um 90 phasenverschobenen Signal, besteht, während die zweite Unterkombination umgekehrt aus der Summe dieses anderen Signals und des ersten, um 90 phasenverschobenen Signals besteht, und beim Ergebnis dieser Mischung eine Integratorfilterung durchzuführen.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Sendezeiten der Wellenzüge sowie die Erneuerungsperiode aufgrund des lokalen Taktsignals festgelegt sind, und daß die zeitliche Verschiebung zwischen dem Empfang eines Wellenzuges bei einem Empfänger und dem Wieder-Aussenden eines Wellenzuges an einem zugeordneten Sender ebenfalls durch das lokale Taktsignal festgelegt ist.

8. Sendevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine Frequenzquelle vorgesehen ist, sowie ein Generator zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folge, welcher mit der Frequenzquelle zur Erzeugung einer pseudo-zufälligen Folge, die aufgrund der letzteren vorgegeben ist, verbunden ist, weiterhin ein mit Phaseninversion arbeitender Modulator.für ein Signal, welches von der Frequenzquelle erhalten und entsprechend der vorgegebenen pseudo-zufälligen Folge moduliert wird, sowie ein zum Aussenden des auf diese Weise erhaltenen Signals steuerbarer Sendeverstärker und eine Einrichtung, welche periodisch das Senden während einer aufgrund der Taktquelle vorgegebenen Dauer steuert, wobei die Dauer gleich einem vorgegebenen ganzzahligen Vielfachen der Perioden der pseudo-zufälligen Folge ist.

9. Sendevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zum Steuern des Sendens dieses mit einer Periode ermöglicht, die gleich einem anderen ganzzahligen Vielfachen der Perioden der pseudo-zufälligen Folge ist.

10. Empfangsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß eine lokale Frequenzquelle vorgesehen ist, sowie ein versetzbarer Generator für die pseudo-zufällige Folge, welcher mit der Frequenzquelle zur Erzeugung einer lokalen und versetzbaren pseudo-zufälligen Folge von der Frequenzquelle ab verbunden ist, daß eine Einrichtung zum Empfangen und zur heterodynen Verstärkung eines Hochfrequenzsignals vorgesehen ist, des weiteren ein gesteuerter Korrelationsdemodulator für dieses Hochfrequenzsignal, welcher dieses unter Korrelation desselben mit der lokalen, pseudo-zufälligen Folge demoduliert, sowie eine

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Einrichtung zum Steuern des Korrelationsdemodulators während wiederholter Zeitintervalle, die ab der lokalen Frequenzquelle festgelegt sind, und schließlich eine Einrichtung zum Verschieben der lokalen pseudo-zufälligen Folge, bis die Korrelation erreicht ist.

11. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Generator zur Erzeugung der verschiebbaren pseudo-zufälligen Folge einen schrittweisen Verschiebevorgang unter Unterdrückung bzw. Addition einer Periode zu dem von der Frequenzquelle empfangenen Signal aufweist, welche durch die Einrichtung zum Verschieben steuerbar ist.

12. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet , daß die Frequenzquelle steuerbar veränderlich ist, da die Einrichtung zum Verschieben die Veränderung der Frequenz der Frequenzquelle veranlaßt.

13. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß der gesteuerte Korrelationsdemodulator mindestens einen Integratorfilter als Ausgangsstufe und zumindest ein Gatter zur Aktivierung der Ausgangsstufe in gesteuerter Form aufweist, wobei die Steuereinrichtung auf dieses Gatter während eines Zeitintervalls einwirkt, welches wiederholt ab der Frequenzquelle festgelegt ist, so daß der Empfang während dieses Zeitintervalls ausnutzbar ist.

14. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß der Korrelationsdemodulator einen durch die pseudo-zufällige lokale Folge gesteuerten Phaseninverter, einen Einseitenband- bzw. BLU-Demodulator, sowie einen Integratorfilter aufweist.

15. Empfangsvorrichtung nach den Ansprüchen 11 und 12 zusammen, dadurch gekennzeichnet , daß der Bereich der Frequenzänderung der Quelle einer Verschiebung entspricht, die durch Unterdrückung einer Periode bei dem von der Frequenzquelle kommenden Signal erhalten wird.

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16.. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der Korrelationsdemodulator folgende Teile aufweist: einen ersten Kanal, in welchem ein erster durch die lokale pseudo-zufällige Folge gesteuerter Phaseninverter, ein erster Einseitenband- bzw. BLU-Demodulator, sowie ein erster Integratorfilter angeordnet sind; einen zweiten Kanal, in welchem ein zweiter durch die lokale pseudo-zufällige Folge gesteuerter Phaseninverter, ein zusätzlicher und durch eine Frequenz, die doppelt so groß ist wie die Quellfrequenz, gesteuerter Phaseninverter, ein zweiter Einseitenband- bzw. BLU-Demodulator, und ein zweiter Integratorfilter angeordnet sind, und daß die Verschiebeeinrichtung folgendes aufweist: einen Phasenschieber-Mischer zum Abgeben eines Signals S + j.D gleich der Summe aus dem Ausgang des ersten Integratorfilters und aus dem Ausgang des zweiten versetzten Integratorfilters, versetzt um 90 , einerseits, und eines Signals D + j.S gleich der Summe aus dem Ausgang des ersten um 90 versetzten Integratorfilters und aus dem Ausgang des zweiten Integratorfilters andererseits; eine Einrichtung zum Begrenzen der Amplitude und zum getrennten Frequenzfiltern der beiden Signale S + j.D und D + j.S; einen weiteren Mischer zum hinzufügen der beiden Signale, die somit begrenzt und gefilter sind; eine erste Steuereinrichtung zum schrittweisen Verschieben des Folgegenerators bis eine Korrelation nach einem Signal erzielt ist, welches sich aus der Korrelation ergibt und zumindest am Ausgang des ersten Integratorfilters des ersten Kanals erhalten wird, und schließlich eine zweite Steuereinrichtung zum anschließenden Verschieben des Folgegenerators durch Veränderung der Frequenz der Quelle je nach dem Ausgang des anderen Mischers.

17. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das sich aus der Korrelation ergebende Signal das in der Amplitude begrenzte und frequenzgefilterte Signal S + j.D ist.

18. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Steuereinrichtung durch die erste so steuerbar ist, daß sie gesperrt ist, wenn keine Korrelation vorliegt, und anschließend so arbeitet, daß der Ausgang des anderen Mischers auf einem Wert Null gehalten ist.

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19. Empfangs- und Sendevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender nach einem der Ansprüche 8 und 9, mindestens ein Empfänger nach einem der Ansprüche 10 bis 17, und eine Einrichtung zum Auswerten der zeitlichen Verschiebung zwischen dem Folgegenerator und dem Sender und der zeitlichen Verschiebung zwischen den Empfängern vorgesehen sind.

20. Empfangs- und Sende- bzw. Antwortsendevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Sender nach einem der Ansprüche 8 und 9, sowie ein Empfänger nach einem der Ansprüche 10 bis 18 vorgesehen sind, wobei der Generator zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folge dem Sender und dem Empfänger gemeinsam ist.

21. Empfangs- und Sendevorrichtung nach einem der Ansprüche 19 und 20, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung zur periodischen Betätigung der Senders und des Empfängers während jeweils getrennter Zeitintervalle vorgesehen ist, und daß jeder Generator zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folge weiterhin seine Folge zwischen diesen Zeitintervallen wiederholt und somit die durch ihn festgelegte Zeitbasis beibehält.

22. Empfangsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens zwei Empfänger nach einem der Ansprüche 10 bis 18, und eine Einrichtung zum Auswerten der zeitlichen Verschiebung zwischen den beiden Generatoren zur Erzeugung der Frequenz der jeweiligen beiden Empfänger vorgesehen sind.

23. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur periodischen Betätigung der beiden Empfänger während jeweils getrennter Zeitintervalle vorgesehen ist, und daß jeder Generator zur Erzeugung der pseudo-zufälligen Folge weiterhin seine Folge zwischen diesen voneinander getrennten Arbeitszeitintervallen wiederholt und auf diese Weise die von ihm festgelegte Zeitbasis beibehält.

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