DE1935319A1

DE1935319A1 - Entfernungsmesssystem

Info

Publication number: DE1935319A1
Application number: DE19691935319
Authority: DE
Inventors: Lars-Erik Skagerlund
Original assignee: Bofors AB
Current assignee: Saab Bofors AB
Priority date: 1968-07-12
Filing date: 1969-07-11
Publication date: 1970-01-29
Also published as: GB1271245A; NO125292B; DE1935319B2; CH489025A

Description

Dr. Werner Koch Dr. Richard Ölawe Dipi,lng. Klaus Delfs Dr. Walter Moll 1935319

Patentanwälte ^{w v v} *

München 22
Iiebherrstr.20

Aktiebolaget Bofors
Bcfors / Schweden

A- 5

Entfernungsmeßsystem

Die Erfindung betrifft ein EntfernungsmeJäsystem mit einem Sender zum Aussenden eines kurzen Impulses von elektromagnetischer Strahlung j z.B. eines von einem Laser erzeugten Lichtimpulses, einem Empfänger zum Empfangen von reflektierten Jjnpulsen und einer Zeitmeßeinriohtung zum Messen des Zeitintervalls zwischen dem Aussenden eines Impulses und dem Empfang eines oder mehrerer reflektierter Impulse. Dieses Zeitintervall ist ein MaS für die Entfernung zu dem Objekt, welches den Impuls reflektiert hat, und das Entfernungs-

S ΰ f 5 5 S/11B?

1935311

meßsystem ist mit Einrichtungen versehen, die ein direktes Ablesen der Entfernung zum Beispiel von einem digitalen Anzeigewerk ermöglichen.

Die Zeitmeßeinriehtung besteht aus einem Oszillator, der elektrische Schwingungen erzeugt, und einem Zähler, der die von dem Oszillator erzeugten Schwingungen vom Zeitpunkt der Aussendung eines Impulses an zählt.

Beim Messen von Entfernungen mit einem System dieser Art, insbesondere wenn ein Laser als Sender verwendet wird, kommt es häufig vor, daß für jeden ausgesandten Impuls eine Anzahl von Echoimpulsen empfangen werden, da die ausgesendete Strahlung nicht nur von dem Objekt, dessen Entfernung gemessen werden soll, sondern auch von anderen Objekten, die vor oder hinter diesem Objekt angeordnet sind, reflektiert wird. Auch können bestimmte atmosphärische Bedingungen Reflexionen verursachen. Wenn deshalb das Entfernungsmeßsystem so eingerichtet ist, daß es nur auf den ersten empfangenen Echoimpuls anspricht, dann existiert eine große Wahrscheinlichkeit dafür, daß die hierdurch angezeigte Entfernung nicht die Entfernung zum gewünschten Objekt darstellt.

- 2 —

Um diese Ungewißheit bei der Entfernungsmessung herabzusetzen, wurde bereits vorgesehlagen., den Empfänger des Entfernungsmeßsystemes mit einer Blockiereinrichtung zu versehen, die bestimmte der ankommenden Eehoimpulse von der Betätigung der Zeitrneß- und Registriereinrichtung des Entfernungsmeßsystemes ausschließt. Eine erste derartige Blockiereinrichtung, die Minimalabstandstor (minimum range gate) genannt wird, blockiert den Empfänger gegenüber solchen Impulsen, die innerhalb einer bestimmten Mindestzeit nach dem Aussenden eines Impulses vom Sender erscheinen· Eine andere Blockiereinrichtung, die Maximalabstandstor (maximum range gate) genannt wird, blockiert den Empfänger gegenüber solchen Impulsen, dianach einer bestimmten Maximalzeit nach dem Aussenden eines Impulses ankommen. Diese Blockiereinrichtungen sind vorzugsweise so ausgebildet, daß die Mindestzeit und die Höchstzeit von der das Entfernungsmeßsystem bedienenden Person eingestellt werden können. Auf Grund seiner Erfahrung muß die Bedienungsperson eine Abschätzung der Zielentfernung und der wahrscheinlichen Fehlergrenzen dieser Schätzung machen. Anhand dieser Schätzung stellt die Bedienungsperson die Tore für den Mindestabstand und den Maximalabstand ein. Bei den folgenden Entfernungsmessungen können nur Eehoimpulse von Objekten, die innerhalb dieser vorgegebenen Grenzen liegen, den Empfänger des Entfernungsmeßsystems betätigen. Diese Entfernungsgrenzen müssen jedoch ziemlich weit gewählt werden, um sicherzugehen, daß das gewünschte Ziel sich innerhalb der Grenzen befindet. Deshalb lcönnen zusätzlich zu dem gewünschten 2el immer noch verschiedene andere Objekte vorhanden sein, die Eehoimpulse verursachen können. Wenn auch nur einer dieser Eehoimpulse, z.B. der zuerst

909885/1187

empfangene, die Anzeigeinriohtung des Entfernungsraeßsystems betätigen kann, dann besteht keine Gewißheit, daß die hierduroh angezeigte Entfernung die tatsächliche Entfernung zum gewünschten Ziel ist.

Um diese Ungewißheit zu beseitigen wurde bereits vorgeschlagen, das Entfernungsmeßsystem mit mehreren Anzeigeeinriohtungen zu versehen, die derart steuerbar sind, daß Jede Anzeigeinrichtung Jeweils eine der verschiedenen Entfernungen anzeigt, die den verschiedenen, ankommenden Echoimpulsen entsprechen. Somit registriert das Entfernungsmeßsystem mehrere Entfernungen für Jeden einzelnen Schuß. (Unter dem Ausdruck "Schuß" wird hier das Aussenden eines Impulses vom Sender des Entfernungsmeßsystemes, z.B. eines von einem Laser erzeugten Lichtimpulses, verstanden). Die Bedienungsperson kann dann durch Schätzung mit ziemlich großer Sicherheit entscheiden, welche der registrierten Entfernungen die Entfernung zum gewünschten Ziel ist.

Um das Registrieren von verschiedenen Entfernungen bei einem einzigen Schuß zu ermöglichen, ist es bereits bekannt, das Entfernungsmeßsystem mit mehreren Zählern und mit einer Verteileinrichtung auszurüsten, die die ankommenden Echoimpulse auf die verschiedenen Zähler verteilt. Eine derartige Einrichtung bedeutet Jedoch einen erheblichen Aufwand und 'eine Verteuerung der gesamten Anlage.

909885/1167

Gemäß der Erfindung soll deshalb ein Entfernungsrneßsystem, und zwar insbesondere ein mit einem Laser arbeitendes Entfernungsmeßsystem gesohaffen werden, bei dem auf wesentlich einfachere Weise die Registrierung von mehreren Entfernungen bei einem einzelnen Schuß möglieh ist.

Hierzu ist ein Entfernungsmeßsystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens ein Register (Speicher)« welches mit dem Zähler über ein normalerweise geschlossenes Tor verbunden ist, das in Abhängigkeit von mindestens einem empfangenen reflektierten Impuls kurzzeitig geöffnet wird, so daß das Register die momentane Stellung des Zählers im Zeitpunkt des .Empfangs des reflektierten Impulses registriert.

Wenn das System mehrere Register enthält, ist jedes davon mit dem Zähler über ein Tor (gate) verbunden. In diesem Fall·ist mit dem

Empfänger ein Verteiler verbunden, der die ankommenden Impulse selbsttätig auf verschiedene Ausgänge verteilt, die mit jeweils einem der Tore so verbunden sind, daß das entsprechende Tor durch einen am entsprechenden Ausgang des Verteilers erscheinenden Impuls geöffnet wird, so daß die Stellung des Zählers im Zeltpunkt des Empfangs dieses Impulses in dem mit dem Tor verbundenen Register registriert wird.

909885/tißf

Der Zähler ist vorzugsweise so ausgebildet, daß das Zählergebnis in binär kodierter dezimaler Form erscheint, und es enthält für jede Dezimalstelle vier Flip-Flop-Schaltungen, die in bekannter Weise so angeordnet sind, daß sie den Wert der entsprechenden Dezimalstelle in einem binären Kode, z.B. dem 8421-Kode darstellen. Da die Weitergabe von Zählstellenübertragungen (carry digits) in dem Zähler eine bestimmte, nicht vernachlässigbare Zeit in Anspruch nimmt, kann die Ablesung des Zählers ein fehlerhaftes Resultat ergeben, wenn sie noch während der Weitergabe von Zählstellenübertragungen vorgenommen wird.

· Dieser Fehler wird dann besonders groß, wenn die Ablesung während eines Zählschrittes erfolgt, der von einer ZählstellenUbertragung zwischen den Dekaden und zusätzlich von einer Anzahl von Fortschaltimpulsen innerhalb der wichtigsten Dekade begleitet ist, wie es z.B. für den Zählschritt von 799 bis 800 der Fall ist.

Um diese Fehlerquelle zu eliminieren, ist bei einer bevorzugten Aus-

ftihrungsform der Erfindung zusätzlich zu dem oben erwähnten Zähler, w der inkolgenden als Hauptzähler bezeichnet wird, ein Hilfszähler vorgesehen, der durch einen ankommenden reflektierten Impuls eingeschaltet wird und hierdurch das Betätigen des Hauptzählers durch weitere Sehwingungen vom Oszillator verhindert, und der nach einer bestimmten Zeit, die für das Zur-Ruhe-Komraen der Zählelemente des Hauptzählers nach dem Empfang der letzten Schwingung vom Oszillator ausreioht,; einen Impuls zur Öffnung eines der Tore erzeugt.

909885/1167

Naohdem der Hilfszähler eine vorgegebene Anzahl von Zählschritten durchgeführt hat, bewirkt er, daß der Hauptzähler wieder durch die Schwingungen vom Oszillator betätigt wird, und bewirkt dann, daß der Hauptzähler die genannte vorgegebene Anzahl von Zählsahritten iiberspringt, so daß der Hauptzähler beim Portsetzen der Zählung diejenige Anzahl von Schwingungen anzeigt, die er empfangen haben würde, wenn die Zufuhr von Schwingungen nioht unterbrochen worden wäre. Wenn der nächste Echoimpuls ankommt, wird der Hauptzähler wieder angehalten, und zeigt dann eine Anzahl von empfangenen Schwingungen an, die der Laufzeit des zuletzt empfangenen Eohoimpulses entsprioht, und diese neue Anzeige wird im Register registriert.

Der Steuereingang eines der Tore, die den Hauptzähler mit einem Register verbinden, kann mit einem Schalter verbunden sein, mit dem das Tor wahlweise mit einem der Ausgänge des Verteilers oder direkt mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Impulses in Abhängigkeit von einem empfangenen Echoimpuls verounden werden kann.

Wenn das Tor entsprechend der zuletzt genannten Möglichkeit verbunden wird, dann registriert das entsprechende Register naoheinander die Stellung des Hauptzählers für jeden empfangenen Echoimpuls, und nach dem Empfang des letzten Eohoimpulses verbleibt in diesem Register eine Registrierung, die der Entfernung au dem Objekt entsprioht, welches die Reflexion des zuletzt empfangenen Echoimpulses verursacht hat.

909885/1167

Diese Anordnung kann. vorteilhaft sein, wenn die Anzahl der ankönnenden Echoimpulse großer ist als die Anzahl der Register. Mit dieser Anordnung wird die dem zuletzt empfangenen Echoimpuls entsprechende Entfernung stets registriert. . , , ^

Bei einer anderen AusfUhrungsiorm der Erfindung sind nur zwei Register sowie eine Vergleichseinrichtung vorgesehen, die die von der Zeitmeßeinrichtung angezeigten Werte mit· einem vorgegebenen Beaugswert vergleicht und verschiedene Ausgangssignale erzeugt, je nachdem der von der Zeitmeßeinriohtung angegebene Momentanwert kleiner oder größer als der Bezugswert ist. Ferner ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, die beim Empfang eines reflektierten Impulses das eine oder andere der Register wirksam macht. Diese Schalteinrichtung wird durch das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung so gesteuert, daß das eine Register wirksam ist> so lange die von der Zeitmeßeinrichtung angezeigten Werte kleiner sind als der Bezugswert, und das andere Register

wirksam wird, wenn bei Empfang der reflektierten Impulse der von der f Zeitmeßeinrichtung angezeigte Wert jsum ersten Mal . . größer ist als der Bezugswert.

Der Bezugswert kann beispielsweise ein von der Bedienungsperson geschätzter Wert oder ein bei einer vorhergegangenen Messung erhaltener Wert sein.

909885/1167

Bei dieser Ausführungsform wird somit eine bleibende Registrierung

nur von den Entfernungen zu solchen Objekten erhalten, deren Enten
fernung vom Meßort den nächstniedrigen und nächsthöheren Wert haben als die dem genannten Bezugswert entsprechende Entfernung. Die Bedienungsperson wählt aus diesen beiden registrierten Werten denjenigen aus, der am wahrscheinlichsten erscheint. ·

Auch bei dieser AusfUhrungsform sind die Register mit dem Zähler über normalerweise geschlossene Tore verbunden. Die Schalteinrichtung ist so eingerichtet, daß sie bei Empfang eines reflektierten Impulses das eine oder andere der Tore öffnet, je nachdem ob der von dem Zähler bei Empfang eines Impulses angezeigte Wert kleiner oder größer als der Bezugswert ist.

Im folgenden werden AusfUhrungsformen der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausiuhrungstorm der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine andere AusfUhrungsform der Erfindung im Blockschaltbild.

In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit denseloen Bezugseelchen versehen.

909885/1167

Jede, der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen kann ein Teil eines vollständigen Entrernungsmeßsystemes darstellen, das mit von einem Laser erzeugten Lichtimpulsen arbeitet. Der erzeugte Liohtimpuls wird von einem oder mehreren ODjekten, die sich in der Aussenderichtung befinden, reflektiert, und die reflektierten Impulse (die Echoimpulse) werden empfangen, in elektrische Impulse umgewandelt und in einem Empfängersystem verstärkt. Der Laser-Sender und die Einrichtungen für den Empfang und die Verstärkung aer Echoimpulse können in beliebiger, an sich bekannter Weise ausgebildet sein und werden daher nicht im einzelnen beschrieben.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Klemme bezeichnet, die mit einer Einrichtung verbunden ist, die einen Impuls, im folgenden Startimpuls genannt, zum gleichen ZeitpunKt erzeugt, in dem ein Lichtimpuls vom Laser ausgesandt wird. Die Klemme 2 ist mit dem Empfänger verbunden, so daß ankommende und verstärkte Echoimpulse dieser Klemme zugeführt werden.

ψ Über die Klemme 2 werden aie Echoimpulse zuerst einem Tor 3 zugeführt,

welches zusammen mit der Einrichtung 4 ein Mindestabstandstor (minimum range gate) bildet. Wie oben erwähnt, soll diese Einrichtung verhindern, daß Echoimpulse, die innerhalb einer bestimmten Mindestzeit nach Aussenden eines Impulses ankommen, die Zähl- und Anzeigeeinrichtung beet igen. Die Einrichtung 4 kann beispielsweise aus einem Zeitverzögerungsglied mit einstellbarer Verzögerung bestehen, die unter der Wirkung eines an der Klemme 1 ankommenden Startimpulses nach einer

- 10 -

909885/1167

bestimmten Zeit einen Öffnungsimpuls dem Tor 3 zuführt.

Die Einrichtung zum Messen der Zeitintervalle zwischen dem Startimpuls und den Echoimpulsen besteht aus einem Uhroszillator 5 und einem Zähler 'J, der im folgenden Hauptzähler genannt wird. Der Ausgang des Os- ■· zillators 5 ist mit dem Eingang des Hauptzählers'7 über ein gate 6 ver- · bunden, das normalerweise geschlossen ist und unter· der Wirkung eines an der Klemme 1 erscheinenden Startimpulses geöffnet wird. Wenn das gate 6 geöffnet ist, empfängt der Hauptzähler 7 Schwingungen vom Oszillator 5 und zählt diese Schwingungen.

Die Frequenz der vom Oszillator 5 erzeugten Schwingungen wird durch die gewünschte Meßgenauigkeit bestimmt. Wenn beispielsweise eine Meßgenauigkeit von 10 m gewünscht ist, sollte die Frequenz des Oszillators 5

betragen. ·

Der Hauptzähler 7 präsentiert sein Zählresultat in binär kodierter dezimaler Form und enthält zu diesem Zweck vier Flip-Flop-Schaltungen für jede Dezimalstelle. Der Zählbereich des Zählers ist der maximalen Entfernung angepaßt, die mit dem Entfemungsmeßsystem erfaßt werden soll. Wenn der Zähler 7 drei Dezimalstellen aufweist, kann er bis 999 zählen, und wenn jeaer Zählrohr!tt einem Entfei-nungi= Intervall von 10 m entspricht, kann das System Entfernungen ois zu 9990 m messen. Der Zähler 7 ist so ausgebildet, daß er nach Durchlaufen der maximal möglichen Anzahl von Zählschritten sich selost auf Null zurückstellt und gleichzeitig einen Impuls an das Tor 6 aussendet, welches hierdurch

- 11 -

909885/1167

geschlossen wird. Um. den Zustand des Hauptzählers 7 abzulesen, ist eine Able ableitung 10 vorgesehen, die in drei Zweige 1l, 12 und 13 auf gezweigt ist, die ÜDex- Tore 21, 22 bzw. 2j> mit Registern 51, 52 bzw. 33 verbunden Äind. Die Leitung 10 und Jede der Zweigleitungen 11, 12 und 13 enthalten eine Anzahl von Leitern, die der Anzahl von Flip-Flop-Sohaltungen im Zähler 7 entspricht. In dem Zähler sind diese Leiter in bekannter Weise mit Je einer der Plip-Plop-Sohaltungen verbunden, so daß an jedem Leiter Je nach dem Zustand der Flip-Flop-Schaltung das eine oder andere von zwei möglichen Potentialen

erscheint. "' ~ ^v

Die Register 31, 32 und 33 sind Über geeignete (nicht dargestellte)

mit
DekoderN (nicht dargestellten) Anzeigemitteln zum Anzeigen der in den entsprechenden Registern gespeicherten Werte verbunden. Diese Anzeigemittel können-beispielsweise aus einer digitalen Anzeigeeinheit bestehen.

ψ Die Steuereingan&e der Tore 21, 22 und 23 sind mit Je einem Ausgang 41, 42 bwt.43 einer Verteileinrichtung 40 verbunden. Die Echoimpulee, die das gate 3 durchlaufen, werden über eine Leitung 8 der Verteileinrichtung 40 zugeführt, die in an sich bekannter Weise so ausgebildet ist, daß der zuerst ankommende Impuls dem Ausgang 41, der zweite Impuls dem Ausgang 42 und der dritte Impuls dem Ausgang 43 zugeführt wird. Diese Impulse öffnen die entsprechenden Tore 21, 22 und 23, so

- 12 -

909885/1167

daß die Einstellung des Hauptzählers beim Eintreffen des entsprechenden Echoirapulses abgelesen und die abgelesenen Werte in den Registern

31» 32 bzw. 33 gespeichert werden.

Wie oben bereits erwähnt, kann es vorkommen, daß ein Echoimpuls ankommt, während sich der Zähler 5 gerade im Stadium des Überganges von einem Zählwert zum nächsten befindet. Wenn das Ablesen des Zählers während dieses Übergangsstadiums eriolgt, kann der abgelesene Wert völlig fehlerhaft sein. Um diese Fehlerquelle zu eliminieren, ist das System mit einem weiteren Zähler, nämlich dem Hixtszähler 14 aus*· gerüstet, der einen erheblich kleineren Zählbereich hat als der Hauptzähler 7· Der Hilfszähler 14 kann die ankommenden Echoimpulse Über eine Leitung 9 empfangen. Ein ankommender Eohoimpuls startet den Hillszähler 14, so daß dieser die ihm über die Leitung 15 zum Oszillator 5 zugefuhrten Schwingungen zählt« Gleichzeitig sendet der Hilfszähler 14 einen Impuls über eine Leitung 16,, der das Tor 6 schließt. Hierdurch wird die Zufuhr von Schwingungen vom Oszillator 5 zum Hauptzähler 7 unterDroohen, und wenn üie Zählelemente des Hauptzählere 7 entsprechend den zuletzt empfangenen Schwingung zur Ruhe gekoB»en sind, verbleibt der Hauptzähler ia der so elaste!***» Stellung. 3a der Zwischenzeit jz&t)^ de^H^ gungen, die vom Oszillator 5 über die Leitung 15 ankommen. Wenn der Hilfszähler 14 eine vorgegebene Anzahl von Schwingungen gezählt hat, sendet er über eine Iieitung 18 einen IäpuIs zur VerteileinritÄitung 40.

Der Echoimpuls, der den Hilfszähler 14 gestartet hat, wurde ebenfalls über die Leitung 8 der Verteileinrichtung 40 zugeführt, die Jedoch . in diesem Fall so ausgebildet ist, daß der ÜDer die Leitung 8 ankommende Eohoimpuls nicht sofort das Auftreten eines Ausgangsimpulses an einem der Ausgänge 41, 42 oder 4j5 zur Folge hat. Erst wenn ein Impuls vom Hilfszähler 14 über die Leitung 18 in der Verteileinrichtung 40 ankommt, wird einer der Ausgänge 4i bis 4) aktiviert und (fas mit dem betreffenden Ausgang verbundene Tor 2l, 22 oder 25 wird während eines ™ kurzen Zeitintervalles geöffnet, wodurch die Einstellung des Haupt-

zälers 7 in den dem betreffenden Tor zugeordneten Register 31, 32 oder 33 registriert wird.

Nachdem die Einstellung des Hauptzählers 7 in dieser Weise registriert ist« wird der Hauptzähler 7 wieder gestartet, beispielsweise dadurch, daß der Hillszähler 14 beim nächsten Zählschritt einen Öfinungsinjpuls Über die Leitung 1b an das gate 6 sendet. Gleichzeitig wirirtjier Hilfszähler 14 auf den Hauptzähler 7 εο ein» daß dieser, sooald er wieder Schwingungen vom Oszillator 5 empfängt, eine Anzahl von Zählschritten überspringt,die der Anzahl vorfSchwingungen entspricht, die vom Hilfszähler 14 wahrend der Zeit gezählt wurden, während der die Zufuhr von Schwingungen zum Hauptzähler 7 unterbrochen war· Dieses Überspringen kann in belie Diger b|kannter Weise unter der Steuerung durch den

INSPECTED

"%i as is/it m

Hilfszähler 14 über die Leitung 1? erfolgen. Wenn somit der Hauptzähler 7 die Zählung fortsetzt, so istdie vom Hauptzähler 7 angezeigte Zahl stets gleich aer Gesamtzahl von Schwingungen, die der Oszillator 5 vom Zeitpunkt des Erscheinens des Startimpulses an der Klemme 1 erzeugt hat. Wenn der Hilfszähler 14 die soeben beschriebenen Arbeitssohritte durchgerührt hat, wird er selbsttätig in die Null-Stellung zurückgestellt. Wenn der nächste Eohoimpuls ankommt, wird der beschriebene Prozeß wiederholt und die Stellung des Hauptzählers J nach Ankunft des nächsten Echoimpulses wird im nächsten Register registriert.

Die vorgegebene Anzahl von Schwingungen, die der Hilfszähler ι4 zählen muß bevor er das Ablesen der Stellung des Hauptzählers veranlaßt, wird bestimmt durch die maximale Übergangszeit, die von dem Hauptzähler für den Übergang von einer Zählstellung in die andere benötigt wird.' Diese Übergangszeit kann im ungünstigsten Fall bis zu 100 Nanosekunden betragen. Wenn das Entfernungsmeßsystem für eine Meßgenauigkeit von 10 m ausgelegt ist, sollten die Schwingungen vom Oszixxator 5 eine Periode von etwa 67 Nanosekunden haben, was weniger als die genannte maximale Übergangszeit des Zählers "J, jedoch großer als die Hälfte der Übergangszeit ist. In diesem Fall sollte deshalb der Hilfszähler 14 so ausgelegt sein, daß er zwei Schwingungen zählt, bevor er die Ablesung der Stellung des Hauptzählers 7 und ihre Aufzeichnung in einem der Register 31 bis 33 veranlaßt, und wenn der Hauptzähler 7 wieder gestartet wird, sollte ex- zwei Zählschrittt: üoersprIngen.

- 15 -

909885/1167

Die vorstehend beschriebene und in Fig. Ί dargestellte Einrichtung ist für die Aufzeichnung von drei Entfernungen au^gexegt. En ist jedoch selbstverständlich, daß die Einrichtung auch für die Registrierung einer größeren Anzahl von Entfernungen ausgebildet werden kann, indem man die Anzahl der Register und der zugehörigen Tore vergrößert und an der Verteileinrichtung 40 mehr Ausgänge vorsieht.

Es kann jeaoch bei einer Entfernungsmessung vorkommen, daß die Anzahl der Objekte, die in verschiedenen Entfernungen vom Meßort liegen und Echoimpulse erzeugen, größer ist als die Anzahl der Registrierelemente in dem Entiernungsmeßsystem, so daß nicht alle diese Entfernungen registriert werden können. Wenn die Zeitmeßeinrichtung und die Registriereinrichtungen in der ouen beschrieoenerv Weise arbeiten, und wenn die Anzahl der Register beispielsweise drei beträgt, wit; bei der beschrieoenen Ausführungsform, so werden die Entfernungen zu den drei nächstliegenaen OojeKten registriert, während die Entfernungen zu den weiteren ÜDJekten, die Echoimpuo.se erzeugen, nicht registriert werden. Es kann jeaoeh in einem solchen Fall von Interesse sein, die Entfernung zu dem am weitesten entfernten Objekt zu kennen, d.h. die Entfernung zu dem Oojekt, welches den zuletzt empfangenen Eehoimpuls' reileKtiex-t. Dies ist bei aer in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform möglich mittels eines von Hanu ue-cätigbaren Schalters 20, der den Steuereingang des Tores 2^ wahlweise mit dem Ausgang 43 der Verteileinrichtung 40 oder mit einer Abzweigung 19 der vom Hiliszähler 14 kommenden Leitung 18 verbindet. Wenn der Schalter in der in der Zeichnung voll ausgezogen dargestellten Stellung ist, und wenn.

- 1b -

909885/1167

η-

ferner angenommen wird,'daß die Ausgänge 41, 42 und 43 der Verteileinrichtung 40 in dieser Reihenfolge von ankommenden Echoimpulsen aktiviert werden, so bewirkt der dritte Echoimpuls eine Öffnung des Tores 23, so daß die entsprechende Entfernung in dem Register 33 registriert wird. Wenn der Schalter in der strichpunktiert gezeigten Stellung ist, empfängt das Tor 23 einen Öffnungsimpuls vom Hilfszähler 14 für jeden empfangenen Echoimpuls, so daß die Entfernungen zu allen einen Echoimpuls erzeugenden Objekten nacheinander im Register registriert werden. Bei jeder neuen Registrierung im Register wird die vorhergehende Aufzeichnung gelöscht. Nach Beendigung des Meßvorganges verbleibt deshalb in dem Register 33 eine Aufzeichnung, die der Entfernung zu dem am weitesten entfernten Objekt entspricht, während die Register 31 und 32 die Entfernungen zu den beiden nächstgelegenen Objekten angeben.

In manchen Fällen ist es nur von Interesse, die Entfernung zu dem am weitesten entfernten Objekt zu kennen. In einem solchen Fall kann die Einrichtung ein einziges Register (33 in Fig. 1) aufweisen, wobei der Steuereingang des zugehörigen Tores (23) ständig mit der Einrichtung (z.B. dem Hilfszähler 14) zum Erzeugen von Öffnungsimpulsen in Abhängigkeit von den empfangenen Echoimpulsen verbunden ist. In diesem Fall kann die Verteileinrichtung 40 weggelassen werden.

- 17 -

BAD ORIGINAL

909885/1167

Falls die Verteileinrichtung 40 vorgesehen ist, kann sie kombiniert sein mit einer Einrichtung zum Zählen der Gesamtzahl der ankommenden Echoimpulse oder der Anzahl der nicht für eine Registrierung ausgenutzten Echoimpulse.

Fig. 2 zeigt eine Ausführun^sform, bei der man nur eine Aufzeichnung der Entfernungen von zwei Objekten erhält, deren Entfernung vom Meßort am nächsten unter und am nächsten über einem bestimmten vorgegebenen Bezugswert liegen.

In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1 - 7 dieselben Teile wie in Fig. 1.

Für die Ablesung des Zählers J sind drei Ableseleitungen 49, 50 und 5"i vorgesehen. Die Leitung 49 ist über ein Tor £"■ mit einem ersten Register 31 und die Leitung 50 über ein Tor 22 mit einem zweiten Register 32 verbunden. Die Register 31 und 32 sind über geeignete (nicht dargestellte) Entkoder-Einrichtangen mit (nicht darge-stellten) Anzöia-rnitteln zum Anzeigen der in den entsprechenden Registern gespeicherten Zahlen verbunden.

Die Tore 21 und 22 sind normalerweise geschlossen. Ihre Stauereingänge sind mit den Ausgängen 54 bzw. 55 einer Schalteinrichtung

- 18 -

BAD ORKStNAL
909885/1167

52 verbunden. Die liber die Klemme 2 ankommenden und durch das Tor 3 laufenden Echoimpulse werden über die Leitung 53 dieser Schalteinrichtung 52 zugeführt. Die Schalteinrichtung 52 leitet die empfangenen Impulse entweder über den Ausgang 5^ zum Tor 21 oder über den Ausgang 53 zum Tor 22, und zwar in Abhängigkeit von einem Steuersignal, welches der Schalteinrichtung 52 von einer Vergleichseinrichtung 56 über eine Leitung 58 zugeführt wird. Wenn das Tor 21 oder das Tor 22 einen Impuls empfängt, wird das Tor geöffnet, so daß die Zählstellung , die der Zähler 7 in diesem Zeitpunkt hat, in dem Register 31 bzw. 32 gespeichert wird.

Die Vergleichseinrichtung 56 ist mit dem Zähler J über die Ableseleitung 51 verbunden und empfängt somit eine ständige Information über die Zählstellung des Zählers. Ein Bezugswert, der einer geschätzten Entfernung entspricht, wird über Leitungen 57 in die Ver-. gleichseinrichtung 56 eingegeben.-Der Bezugswert wird in beliebiger bekannter Weise durch eine geeignete Kombination von Signalen in den Leitungen 57 dargestellt.

In der Vergleichseinrichtung 56 wird die Zählstellung des Zählers 7 mit dem genannten Bezugswert verglichen. Solange der vom Zähler 7 angezeigte Wert kleiner als der Bezugswert ist» liefert die Ver-• gleichseinrichtung 56 ein Ausgangssignal einer ersten Art über die Leitung 58 zur Sehalteinrichtung 52, die durch dieses Ausgangssignal

- 19 -

909885/1167

so gesteuert wird., daß die über die Leitung 53 ankommenden Echoimpulse dem Tor 21 über die Leitung 5^ zugeführt werden. Solang deshalb der Zähler 7 Werte anzeigt, die unter dem Bezugswert liegen, wird die Zählstellung des Zählers 7 bei jedem ankommenden Echoimpuls im Register 31 registriert. Bei jeder neuen Registrierung wird die vorhergehende Aufzeichnung gelöscht.

Wenn der Zähler 7 Werte anzeigt, die über dem Bezugswert liegen, liefert die Vergleichseinrichtung 56 ein Ausgangssignal einer zweiten Arijwelches die Schalteinrichtung 52 derart steuert, daß dernächste ankommende Echoimpuls über die Leitung 55 dem Tor 22 zugeführt wird, so daß das Tor geöffnet und die Zählstellung des Zählers 7 im Zeitpunkt der Ankunft dieses Impulses im Register 32 gespeichert wird. Danach wird das Register 32 sofort blockiert, so daß diese Registrierung verbleibt, auch wenn noch weitere Echoimpulse ankommen sollten. Diese Blockierung kann bewirkt werden durch eine geeignete Ausgestaltung des Registers 32 oder durch eine Konstruktion der Schalteinrichtung 52 derart, daß.,diese nur die Zuführung eines einzigen Impulses zum Tor 22 erlaubt, wenn das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung 56 von der zweiten Art ist· Die Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung 56 können aus verschiedenen Potentialen in der Leitung 58 bestehen, wobei eines dieser Potentiale sogar ein Null-Potential sein kCn.

^ 20 -

909885/1167

Die verschiedenen, in der erfindungsgemäßen Einrichtung verwendeten Teile wie z.B. der Uhr-Oszillator, die Zähler, Tore, Schalter und Register sind alle in an sich bekannter Weise ausgebildet und wurden deshalb nicht im einzelnen beschrieben. Diese Teile sind selbstverständlich von elektronischer Bauart und deshalb vorzugsweise mit Halbleiter-Elementen ausgerüstet.

Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nur als Beispiele zu verstehen und können im Rahmen der Erfindung auf mannigfache Weise abgeändert werden.

- 21 -

909885/1167

Claims

Patentansprüche

i Entfemungsmeßsystem mit einem Sender zum Aussenden eines Kurzzeit-. impulses von elektromagnetischer Strahlung, zum Beispiel eines von einem Laser erzeugten Lichtimpulses, einem Empfänger zum Empfangen von reflektierten Impulsen und einer Zeitmeßeinrichtung zum Messen des Zeitintervalles zwischen dem Aussenden des Impulses und dem Empfang eines oder mehrerer reflektierter Impulse, v/obei die Zeitmeßeinrichtung einen Oszillator zum Erzeugen elektrischer Schviingungen und einen ersten Zähler zum Zählen der seit lern Aussenden des Impulses vom Oszillator erzeugten Schviingungen auf v/eist, gekennzeichnet durch mindestens ein Register (Speicher) (3^» 32, 33)» eine Verbundungsschaltung ('.1, 12, 13) zum Verbinden dea ersten Zählers (7) mit dem Register, ein normalerweise geschlossenes Tor (21, 22, 23) in der Verbindungsschaltung, und Einrichtungen (40, 41, 42, 43) zum kurzzeitigen Öffnen des Tores in Abhängigkeit von mindestens einem empfangenen reflektierten Impuls derart, daß das Register die momentane W ■ Stellung des Zählers im Zeitpunkt des Empfanges des reflektierten Impulses registriert.
2. Entfemungsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß eine Anzahl von Registern (3I» 32, 33) vorgesehen ist, die mit dem ersten Zähler (7) über getrennte Tore (21, 22, 23) verbunden sind und daß eine Verteileinrichtung (40) mit dem Empfänger für reflektierte Impulse verbunden ist, die die ankommenden Impulse

- 22 -

909885/1167

la

selbsttätig auf verschiedene Ausgänge (41, 42, 45) verteilt, die mit je einem der Tore (21., 22, 23) derart verbunden,sind, daß jedes Tor beim Erscheinen eines Impulses am entsprechenden Ausgang der Verteileinrichtung geöffnet wird, so daß der Zeitpunkt des Erscheinens dieses Impulses in dem dem Tor zugeordneten Register registriert wird.
3. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zweiten Zähler (14), der in Abhängigkeit von einem ankommenden reflektierten Impuls eingeschaltet wird, dann das Einwirken weiterer Schwingungen vom Oszillator (5) auf den ersten Zähler (7) verhindert und nach einer Zeit, die für das Zur-Ruhe-Kommen des ersten Zählers bei dem der zuletzt empfangenen Schwingung vom Oszillator entsprechenden Wert ausreicht, einen Impuls zum Öffnen eines der Tore erzeugt.
4. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch >, dadurch gekennze ichn e t, daß der zweite Zähler (14) nach einer vorgegebenen Anzahl von Zählschritten den ersten Zähler (7) wieder in den auf Schwingungen des Oszillators ansprechenden Zustand schaltet, so daß dieser die Zählung fortsetzt, dabei jedoch die vorgegebene Anzahl von Zählschritten überspringt.
5» Entfernungsmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichn e t, daß der Steuereingang mindestens eines der Tore (33) direkt mit Mitteln (14) zum Erzeugen von

909885/1167

Öffnungsimpulsen in Abhängigkeit von empfangenen, reflektierten Impulsen verbindbar ist.
6. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 2 und 5 j dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereingang mindestens eines (23) der Tore mit einem Schalter (20) verbunden ist, mit dem der Steuereingang wahlweise mit einem der Ausgänge (43) der Verteile inr iohtung (²K)) oder direkt mit den Mitteln (14) zum Erzeugen von Öffnungsimpulsen in Abhängigkeit von empfangenen reflektierten Impulsen verbindbar ist.

7· Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes Register (31 in Fig. 2), ein zweites Register (32) zum Registrieren der von der Zeitmeßeinriehtung (7) angezeigten Werte, eine Vergleichseinrichtung (56) zum Vergleichen der von der Zeitmeßeinrichtung angezeigten Werte mit einem vorgegebenen Bezugswert und zum Erzeugen von verschiedenen Ausgangssignalen Je nachdem, P der von der Zeitmeßeinrichtung angezeigte Wert kleiner oder größer

ist als der Bezugswert, und eine Schalteinrichtung (52) zum Einschalten des einen (31) oder anderen (32) Registers beim Empfang eines reflektierten Impulses, wobei die Schalteinrichtung (52) vom Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung (56) derart gesteuert ist, daß das eine Register wirksam ist, solange die von der Zeitmeßeinrich<tung angezeigten Werte kleiner sind als der Vergleichswert, und das andere Register wirksam wird, wenn beim Empfang von reflektierten Impulsen der von der Zeitmeßeinrichtung angezeigte Wert zum ersten

- 24 -

9 0 9885/1167

193531g 15

Mal den Bezugswert übersteigt.

.8. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch "J, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Register mit der Zeitmeßeinrichtung über ein normalerweise geschlossenes Tor (21, 22 ) verbunden ist und daß die Schalteinrichtung (52) bei Empfang eines reflektierten Impulses das eine oder andere Tor öffnet, je nachdem der von der Zeitmeßeinriehtung beim Empfang des Impulses angezeigte Wert kleiner oder größer als der Bezugswert ist.

909885/1167