DE2018137C - Verfahren und Einrichtung zur Erzeu gung eines elektrischen Signals bei Erfas sung eines gegenüber seiner Umgebung war meren Objektes - Google Patents

Description

Dia Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur durch den Nachthimmel am Horizont zu vermeiden, Erzeugung eines elektrischen Signals bei Erfassung ist es vorteilhaft, wenn das Gesichtsfeld des Detekeines gegenüber seiner Umgebung wärmeren Ob- tors bei der Abtastung des das Zielgebiet umgebenjektes in einem Zielgebiet mit Hilfe eines wärme- den Geländestreifens einen nach oben offenen Halbstrahlungsempfindlichen Detektors und eine Einrich- 5 kreisring überstreicht, in dessen Mittelpunkt das Zieltung zur Durchführung des Verfahrens. gebiet liegt.

Zur Geländebeobachtung bei Nachtlicht oder bei Zur Durchführung des Verfahrens schlägt die Ersonstigen schlechten Sichtverhältnissen ist es, beson- findung vor, daß im Strahlengang des Detektors ein ders im militärischen Anwendungsbereich, wichtig zu mechanisch angetriebener Drehspiegel exzentrisch erfahren, ob in einem anvisierten Zielgebiet ein io angeordnet ist, dessen Spiegelfläche gegenüber der wärmestrahlendes, d. h. ein gegenüber seiner Um- Drehachse zur Hälfte einen rechten Winkel und zur gebung wärmeres Objekt vorhanden ist. Solche In- anderen Hälfte einen davon verschiedenen Winkel formationen können durch Verwendung von an sich bildet. Die Abtastperiode entspricht dabei einer Umbekannten wärmestrahlungsempfindlichen Detektoren drehung des Spiegels, wobei das Gesichtsfeld des gewonnen werden und sollen die Identifizierung von 15 Detektors so lange auf das Zielgebiet fest ausgerichjolchen Objekten unterstützen, die beispielsweise mit tet ist, wie im Strahlengang des Detektors die gegenpassiven Sichtgeräten nicht genau erkannt werden über der Drehachse senkrechte Spiegelfläche liegt, können. Zur Abgabe eines die Wärmeinformation Gelangt dagegen die andere Spiegelfläche in den enthaltenden Signals muß der Detektor die Differenz Strahlengang des Detektors, so beschreibt das Geder Strahlungsdichte in der Zielfläche und in einer 20 sichtsfeld des Detektors in der Szene einen halben die Umgebung darstellenden Vergleichsfläche ermit- Kreisring. Der Vorteil der Erfindung besteht somit teln. Dabei muß die Vergleichsfläche gegenüber der darin, daß zur Erreichung des gesetzten Zieles Zielfläche sehr viel größer se^n, damit etwa in der allein ein mechanisch angetriebener Drehspiegel vorUmgebung enthaltene Wärmeobjekte unterdrückt gesehen sein muß, der in der angegebenen Art auswerden können und nicht Fehlanzeigen verursacht 35 gebildet ist. Die Herstellung eines solchen Spiegels werden. Nun wäre es möglich, dazu zwei verschie- stößt auf keine Schwierigkeiten, so daß der zu treidene Meßgeräte vorzusehen, von denen eines das Ziel bende Aufwand denkbar klein ist.
und das andere eine größere Vergleichsfläche erfaßt. Weiterhin soll gemäß der Erfindung dem Detektor Diese Anordnung hätt.; jedo.h den Nachteil eines ein aus einem Verstärker, einem phasengesteuerten großen Geräteaufwandes. Um diesen zu verringern, 30 Gleichrichter und einem aus einem ÄC-Glied gebiioestünde die Möglichkeit, die .\bbildung von Ziel- deten Tiefpaßfilter bestehender Synchronverstärker und Vergleichsfläche auf einem Detektor über zwei nachgeschaltet sein, der ein Synchronsignal von getrennte optische Systeme verschiedener Brennweite einem auf der Spiegeldrehachse angeordneten Syn · durchzuführen. Auch eine solche Anordnung kann chrongeber erhält. Solche Synchronverstärker haben nicht befriedigen, da auch die optischen Bauteile und 35 sich bei der Strahlungsmessung als besonders vorteilihre Halterungen den Detektor mit ihrer Eigenstrah- haft erwiesen. An Hand der Zeichnung wird ein lung beaufschlagen und bei etwa auftretenden Tem- Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und peraturdifferenzen an diesen Bauteilen in Wirküch- im folgenden näher erläutert. Es zeigt
keit nicht vorhandene Wärmeobjekte vorgetäuscht, F i g. 1 die erfindungsgemäße Einrichtung in einer also Fehlsignale erzeugt werden. Solche Fehlsignale 40 schematischen Darstellung,

könnten bereits bei Berührung des Gerätes mit der Fig. 2 ein von einer erfindungsgemäßen Einrich-

Hand herbeigeführt werden, weil dadurch die innere tung erfaßter Geländeausschnitt,

Temperaturverteilung des Gerätes gestört wird. Fig. 3 eine grafische Darstellung einer Signalaus-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- gäbe bei Erfassung eines Wärmezieles,
steht daher darin, ein Verfahren und eine Einrich- 45 Nach Fig. 1 ist im Strahlengang einem IR-strahtung zu schaffen, mit deren Hilfe es möglich ist, eine lungsempfindlichen Detektors 1, dessen optisches sehr sichere Signalabgabe bei Erfassung eines wärme- System hier durch ein Objektiv 4 dargestellt ist, ein Strahlenden Objektes in dem Ziel zu gewährleisten von einem Motor 3 angetriebener Drehspiegel 2 an-Und darüber hinaus den Geräteaufwand zu verrin- geordnet. Bei der Drehung des Spiegels 2 gelangen gern. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt nach dem 50 nacheinander die beider, spiegelnden Halbflächen 10 erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß der De- und 11 in den Strahlengang des Detektors 1, von tektor periodisch die aus dem Zielgebiet und aus der denen die eine Halbfläche 10 gegenüber der Dreh-Umgebung abgegebene Wärmestrahlung getrennt in achse 12 des Spiegels einen rechten Winkel und die der Weise erfaßt, daß das Gesichtsfeld des Detektors Halbfläche 11 einen davon verschiedenen Winkel jeweils in einer Halbperiodc auf das Zielgebiet fest SS bildet. Auf der Achse 12 des Drehspiegels 2 ist ein ausgerichtet ist und in der anderen Halbperiode Synchrongeber 7 angeordnet, der einen phaseneinen daa Zielgebiet umgebenden Oetändestreifen gesteuerten Gleichrichter 6 ansteuert, der wiederum Überstreicht. Diese Abtastung des Geländes erfüllt das Signal des Detektors 1 über einen Verstärker S die obengenannten Forderungen und hat den Vorteil, erhalt. Dem Signalausgang 9 ist ein aus einem RC-daß mit dem gleichen Detektor und mit dem gleichen, 60 Glied bestehendes Tiefpaßfilter 8 vorgeschaltet. In dem Detektor vorgeschalteten optischen System so- der Fig,2 ist in dem Szenenausschnitt mit strichwohl das Ziel als auch die Umgebung abgetastet punktierten Linien das vom Detektor 1 erfaßte Ziel* werden. Um nun aber zu verhindern, daß Signale für gebiet IS sowie das Vergleichsgebiet 16 angedeutet, im Ziel erfaßte Würmeobiekte nicht durch in der Mit 17 Ist ein im Ziel befindliches wärmestrahlendes Umgebung befindliche andere Wärmeobjekte unter* «3 Objekt, beispielsweise ein Kraftfahrzeug, bezeichnet, drückt werden, ist vorgesehen, daß die Zeiten für die in der Fig. 3 schließlich ist die Signalspannung am Ziülmesftung und die VergJeichsmesaung gleich sind. Ausgang des Verstürkers S über der Zeit für den

Um bei der Vergteichsmcssung einen Stfireinfluß Fall aufgetragen, daß im Zielgebiet ti ein warme-

strahlendes Objekt 17 erfaßt worden ist, das gegenüber der Umgebung 16 wärmer ist. Der Kurvenzug 18 der Signalspannung am Ausgang des Verstärkers 5 zeigt dann während der Zeiu,, in der das Gesichtsfeld des Detektors auf das Zie'l ausgerichtet ist, eine wesentlich höhere Signalspannung U_A als in der Vergleichszeit t_v, während der das Gesichtsfeld des Detektors 1 die Kreisringfläche 16 der Umgebung überstreicht.

Um nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung näher erläutern zu können, sei angenommen, daß in dem von dem Detektor-Gesichtsfeld erfaßten Zielgebiet IS ein wärmestrahlendes Objekt 17 vorhanden ist In diesem Fall wird für die Zeit t_z, während der das Gesichtsfeld des Detektors 1 auf das Zielgebiet 15 ausgerichtet ist, im Detektor 1 eine Signalspannung erzeugt, die im Verstärkers verstärkt den Wert V_AZ ergibt. Die Zeit r_z entspricht einer halben Umdrehung des Drehspiegels 2 und damit einer halben Periode der Abtastung. Diese Halbierung der Abtastperiode wird in einfacher Weise dadurch verwirklicht, daß der im Strahlengang des Detektors eingeschaltete Drehspiegel eine Spiegelfläche aufweist, die in zwei ebene Halbflächen aufgeteilt ist. Die eine Halbfläche IG bildet zur Spiegeldrehachse 12 einen rechten Winkel und hält somit, solange diese Fläche im Strahlengang des Detektors 1 liegt, dessen Gesichtsfeld im Zielgebiet 15. Die andere ebene Halbfläche 11 weist gegenüber der Spiegeldrehachse 12 einen von 90° verschiedenen Winkel auf. Infolgedessen beschreibt das Gesichtsfeld des Detektors 1 für die Zeit /„, während der sich diese Halbfläche 11 im Strahlengang des Detektors 1 dreht, einen halbkreisförmigen Bogen. Dadurch wird das in der F i g. 2 mit der Linie 16 eingerahmte Umgebungsgebiet, das die Form eines halben Kreisringes bildet, überstrichen. Während dieser Zeit t_v mißt der Detektor 1 eine Strahlungsdichte in der Umgebung, der am Ausgang des Verstärkers 5 eine Signalspannung U_AV entspricht

Das Detektor-Gesichtsfeld durchläuft folglich während einer Umdrehung des Spiegels 2 einen Geländestreifen, der aus dem Halbkreisring 16 und dem Zielgebiet 15 besteht. Dabei sind die Zeiten für die Zie'r und die Vergleichsmessung gleich groß und der Übergang des Gesichtsfeldes vom Zielgebiet 15 auf das Umgebungsgebiet 16 erfolgt ohne Übergang, d. h. praktisch in der Zeit 0. Die am Ausgang des Verstärkers 5 erscheinende Signalspannung U_A wird in den phasengesteuerten Gleichrichter 6 eingegeben, der von dem Synchrongeber 7 ein mit der Spiegelumdrehung synchrones Signal erhält. Der Synchrongeber 7 könnte dabei beispielsweise aus einem von einer exzentrischen Scheibe gesteuerten Schalter bestehen, der immer dann geschlossen ist, wenn die spiegelnde HalbflMchelÖ im Strahlengang des Detektors 1 liegt, und der geöffnet ist, wenn die Halb* flache 11 des Spiegels 2 im Strahlengang des Detektors liegt. Dem Signalausgang 9 ist schließlich das aus einem AC-Glied gebildete Tiefpaßfilter 8 vorgeschalte; Die gesamte, aus Verstärker 5, phasengesteuertem Gleichrichter 6 und Tiefpaßfilter 8 be-

stehende Anordnung stellt so das bekannte Prinzip eines Synchronverstärkers dar, dessen durch das Tiefpaßfilter 8 bestimmte Bandbreite eine ausreichende Signalempfindlichkeit des Geräte* gewähr-

5' leistet Das ÄC-Güed bildet außerdem bei der Vergleichsmessung im Umgebungsgebiet 16 einen Mittelwert aus dem Vergleichssignal, wodurch der Einfluß anderer, in der Vergleichsfläche liegender Wärmeobjekte unterdrückt wird.

Insgesamt ergibt sich nun, daß die Erfindung ein Gerät liefert, daß eine einwandfreie Vergleichsmessung zwischen dem Zielgebiet und der Umgebung ermöglicht und das bei Verwendung nur einer Optik und eines handelsüblichen Detektors nur wenig Aufwand erfordert. Darüber hinaus ist die mechanische Konstruktion einfach und auch der elektronische Teil äußerst unl ,mpliziert. Das am Signalausgang 9 erscheinende Signal kann beispielsweise über eine Schwellenschaltung der Zielmarken-Beleuchtung in

ao einem passiven Beobachtungsgerät zugeführt wei den, das bei Auffassung eines wärmestrahlenden Objektes in dem Zielgebiet die Zielmarke auf maximale Helligkeit schaltet und somit dem Beobachter eine eindeutige Information über ein Wärmeziel gibt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Signals bei Erfassung eines gegenüber seiner Umgebung wärmeren Objektes in einem Ziel-

gebiet mit Hilfe eines wärmestrahlungsempfindlichen Detektors, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (1) periodisch cfie aus dem Zielgebiet (15) und aus der Umgebung abgegebene Wärmest/ahlung getrennt in der Weise

erfaßt, daß das Gesichtsfeld des Detektors (1) jeweils in einer Halbperiode auf das Zielgebiet (15) fest ausgerichtet ist und in der anderen Halbperiode einen das Zielgebiet umgebenden Geländestreifen (16) überstreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesichtsfeld des Detektors (1) bei der Abtastung des das Zielgebiet (15) umgebenden Geländestreifens (16) einen nach oben offenen Halbkreisring überstreicht, in dessen Mittelpunkt das Zielgebiet liegt.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Detektors (1) ein mechanisch angetriebener Drehspiegel (2)

exzentrisch angeordnet i&t, dessen Spiegelfläche in zwei ebene HalbHächen (10, 11) unterteilt ist, von denen eine (10) gegenüber der Drehachse (12) einen rechten Winkel und die andere (11) einen davon verschiedenen Winkel bildet.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dfjffl Detektor (1) ein aus ' einem Verstärker (JS), einem phasengesteuerten Oleichrichter (6) und einem aus einem AC-Glied gebildeten Tiefpaßfilter (8) bestehender Synchron-

verstärker nachgeschaltet ist, der ein Synchronsignal von einem auf der Spiegeldrehachse (12) angeordneten Synchrongeber (7) erhält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen