DE2052086B2 - Rueckstrahl-ortungseinrichtung zur richtungs- und entfernungsbestimmung mit scharf gebuendeltem strahl - Google Patents
Rueckstrahl-ortungseinrichtung zur richtungs- und entfernungsbestimmung mit scharf gebuendeltem strahlInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ortung von Objekten innerhalb eines Raumwinkelbereiches,
bei der ein scharf gebündelter Strahl vorgesehe" ist, der den zu erfassenden Bereich dicht in
Richtungsinkrementen so abtastet, daß in jedem Richtungsinkrement ein im interessierenden Entfernungsbereich
liegendes Ziel noch erfaßbar ist, und bei der eine Empfangseinrichtung verwendet ist, welche zur
Richtungsbestimmung die seit Beginn der Abtastung des zu erfassenden Bereiches bis zum Echoempfang
verstrichene Gesamtzeit und zur Entfernungsbestimmung die gegenüber der Ab'.astperiode klein gehaltene
Laufzeit ermittelt, wobei die Empfangscharakteristik der Empfangseinrichtung den ganzen vom Sendestrahl
abzutastenden Bereich umfaßt.
Eine derartige Einrichtung ist z. B. aus der DT-PS 8 09 568 bekannt. Bei den dort verwendeten Sendesignalen
handelt es sich um Dauerstrich-Signale, die einer Frequenzmodulation unterworfen werden. Die
Abtastbewegung des Lichtpunktes auf dem Bildschirm erfolgt synchron zur Abtastbewegung der Strahlungskeule, so daß auf diese Weise die räumliche Zuordnung
!'Richtung) der Abtastbewegung ermittelt wird. Zur Bestimmung der Entfernung wird durch Überlagerung
des Empfangssignals mit dem ausgestrahlten Signal eine Differenzfrequenz gebildet, deren Größe der Entfernung
direkt porportional ist. Zur Entfernungsbestimmung dient somit als Hiifsgröße die Frequenz des
Mischvorganges. Es werden also zur Ortung eines Zieles insgesamt zwei Meßvorgänge durchgeführt.
Aus der US-PS 34 95 906 ist eine mit einem Impuls-Laser arbeitende Ortungseinrichtung bekannt.
Die aus verschiedenen Richtungen von Zielen im Erfassungsbereich einfallenden Echosignale werden in
einer Reihe als Szenenbild auf einem Anzeigeschirm dargestellt. Bei einer zweiten Abtastung wird die
Entfernung der Ziele dadurch kenntlich gemacht, daß diese in einem der Entfernung proportionalen Abstand
zur ersten Darstellung nochmals angezeigt werden.
Es ist bekannt, bei Rundsuch radargeräten die Entfernung eines Zieles durch Laufzeitmessung zu
bestimmen und zur Bestimmung des Azimutwinkels mit der sich drehenden Antenne einen Winkelgeber zu
verbinden, dessen elektrische Signale z. B. für eine Panorama(»PPI«-)Darstellung mit herangezogen werden.
Es ist somit bei derartigen Geräten sowohl eine Zeitmessung als auch eine Winkelmessung im Zusammenhang
mit der Ortung eines Zieles erforderlich.
Aus der deutschen Auslegeschrift 15 41610 ist ein
Ortungsgerät bekannt, bei dem der zu sichtende Raum nach Art eines Fernsehrasters zeilenmäßig abgetastet
wird und die reflektierten Echosignale auf einem Bildschirm dargestellt werden. Bei dieser zeilenmäßigen
Abtastung des Raumes ist jedoch zunächst eine Entfernungsbestimmung des erfaßten Zieles nicht
möglich. In der genannten Auslegeschrift ist angegeben,
daß hierfür eine zeitabhängige Modulation des Sendesignals
vorgesehen wird, so daß der Entfernung eines Zieles eine bestimmte Zwischenfrequenz des umgesetzten
Empfangssignals entspricht.
Den bekannten Verfahren hafte« somit ein erhebli- r,
eher Aufwand insofern an, als nebeneinander zwei unterschiedliche Meßverfahren angewandt werden
müssen, um zu einer eindeutigen Ortung eines Zieles zu gelangen. Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine
Einrichtung der eingangs genannten Art bezieht, werden derartige Schwierigkeiten dadurch vermieden,
daß bei an sich bekannter Verwendung eines impulsförmig mit konstanter Impulsfolgeperiode betriebenen
Laserstrahles sowohl die Zuordnung der Echosignale zu den einzelnen, mit der Verweilzeit T beaufschlagten ir,
Richtungsinkrementen als auch die Ermittlung der Entfernung nur aufgrund der seit Beginn der Abtastung
des zu erfassenden Bereiches verstrichenen Gesamtzeit f£ derart erfolgt, daß aus der Gesamtzeit /£ durch
Bildung des größten darin enthaltenen ganzzahligen Vielfachen A-T von T die Nummer k des jeweiligen
Richtungsinkrementes bestimmt wird und die Restzeit ,£_ k ■ Tals Maß für die Entfernung dient.
Die Ortung eines Zieles ist auf diese Weise allein auf der Basis einer Zeitmessung möglich, ohne daß
zusätzlich z. B. eine sägezahnförmige Frequenzmodulation des Sendesignals notwendig wird. Von besonderer
Bedeutung ist die Erfindung in solchen Fällen, in denen nur ein sehr kleiner Entfernungs- und Winkilbereich
überstrichen werden soll, in dem z. B. anfliegende Geschosse liegen können. Dies bedingt Impulsfolgefrequenzen,
welche vorzugsweise an einem Bereich zwischen 100 und 1000 MHz liegen.
Die Erfindung sowie Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 im Blockschaltbild und in schematischer Darstellung den Aufbau einer Ortungseinrichtung nach
der Erfindung,
Fig. 2ein Impuls-Zeitdiagramm,
Fig.3 eine Ortungseinrichtung nach der Erfindung
mit einer besonderen Ausgestaltung der Strahl-Ablenkeinrichtung.
In F i g. 1 ist die Einrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlen mit LG bezeichnet, von der aus der
Laserstrahl LS zu einer Ablenkeinrichtung LA gelangt. Diese Ablenkeinrichtung kann vorteilhaft in einer im
Zusammenhang mit Fig.3 näher bezeichneten Weise
aufgebaut sein. Es ist aber auch möglich, digitale Lichtablenker zu verwenden. Der sehr scharf gebündelte
Laserstrahl LS tritt aus der Ablenkeinrichtung LA aus und füllt ein etwa kegelförmiges Richtungsinkrement
aus, das mit 1 bezeichnet ist. Der Einfachheit halber ist hier angenommen, daß das Richtungsinkrement die
Form einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche v->
hat, während normalerweise ein etwa kegelförmiges Richtungsinkrement ausgefüllt sein wird.
Auf der Empfangsseite ist eine für Laserstrahlen empfindliche Empfangseinrichtung LE vorgesehen, die
im einfachsten Fall einen Fotodetektor aufweist, durch <,o
den die gestrichelt angedeuteten reflektierten Echosignale in elektrische Impulse umgewandelt werden.
Diese Impulse können auf einer Anzeigevorrichtung A V dargestellt werden, und zwar so, daß auf dieser
Anzeigevorrichtung ein dem gesamten abgetasteten (>■■>
Raumbereich entsprechendes Bild entsteht. Sind z. B. von den insgesamt 16 Richtungsinkrementen, wie
gestrichelt angedeutet, bei den Richtungsinkrementen 4 und 11 Ziele vorhanden, so sind bei der Anzeigevorrichtung
A V auch die entsprechenden Richtungsinkremente 4' und W als belegt gekennzeichnet.
Zur Steuerung des impulsförmig betriebenen Laseroszillators LG ist ein zentraler Taktgeber TG
vorgesehen, welcher außerdem mit der Ablenkeinrichtung LA und der Empfangseinrichtung LE verbunden
ist. Auf diese Weise werden die impulsfolgefrequenz der
aus dem Laseroszillator LG ausgekoppelten Laserimpulse festgelegt, die Ablenkung des Laserstrahls LS' von
einem Richtungsinkrement zum anderen bewirkt und in der Empfangseinrichtung LE zwei Marken zur Verfügung
gestellt, welche zur Entfernungs- und Richtungsbestimmung dienen. Bei der Empfangseinrichtung LE ist
im übrigen vorausgesetzt, daß ihre Empfangscharakteristik so ausgebildet ist, daß von ihr der gesamte
interessierende Bereich, im vorliegenden Beispiel also die von den Richtungsinkrementen 1 bis 16 kommenden
Echosignale, erfaßt werden kann.
Die Verweilzeit auf einem Richtungsinkrement muß mindestens so groß gewählt werden, daß für den
interessierenden Entfernungsbereich eines Richtungsinkrements ein Impuls ausgesandt wird. Dabei kann es
zweckmäßig sein, die Verweilzeit etwas größer zu gestalten, so daß mehrere Impulse innerhalb der
Verweilzeit ausgesandt werden, wodurch die Erfassungs-Wahrscheinlichkeit von kleineren Zielen vergrößert
wird.
In Fig.2 ist in Zeile a die Verweilzeit für das
Entfernungsinkrement 1 mit Tl, für das Entfernungsinkrement 2 mit T2 usw. bezeichnet. Jedem dieser
Entfernungsinkremente bzw. jeder Verweilzeil ist ein Sendeimpuls S1, S 2 usw. zugeordnet. Die Entfernungsmessung
ist eindeutig, wenn jeweils vor Aussendung des nächsten Sendeimpulses mindestens der Hin- und
Rückweg innerhalb des interessierenden Entfernungsbereichs zurückgelegt werden kann. d. h. diese Laufzeit
muß kleiner oder höchstens gleich dem Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen sein.
Vielfach wird es zweckmäßig sein, nach Aussendung eines Impulses die Empfängerempfindlichkeit zeitabhängig
zu verändern, um die störenden Einflüsse von Überreichweiten zu beseitigen. Es ist zwar möglich,
durch die Einführung von Schwellenwertspannungen bei der Empfangseinrichtung LiTEchosignale von Zielen
außerhalb des interessierenden Entfernungsbereiches weitgehend von einer Anzeige fernzuhalten, wobei
jedoch zu berücksichtigen ist, daß Ziele, die gerade noch außerhalb des interessierenden Entfernungsbereiches
liegen, aber infolge ihrer Größe sehr stark reflektieren, trotz der Schwellenspannung noch eine Anzeige
ergeben können, die dann entfernungsmäßig falsch bewertet wird. Es ist deshalb zweckmäßig, kurz vor
Aussendung des jeweils nächsten Impulses eine Totzeit einzuführen, so daß die Empfangseinrichtung LE nur
während der in Zeile b mit TEi, TE2 usw. bezeichneten
Zeitspannen Empfangssignale zur Auswertung freigibt.
Tritt z. B. in dem Richtungsinkrement 4 ein Ziel auf, so ergibt sich, wie in Zeibe b angedeutet, ein Echosignal
£4, das in den Bereich der Zeit TE 4 fällt. Es ist von dem
Zeitpunkt t = 0, in welchem die Strahlung LS' im Entfernungsinkrement I liegt und der Sendeimpuls S1
ausgetastet wird, um die Zeit tE= Ti + T2 + T3 + f4 entfernt. Es läßt sich nun ableiten, daß in der Zeit tE
dreimal die Verweilzeit T enthalten ist (T! + Tl +
T3), woraus sich ergibt, daß das Ziel im Richtungsinkrement 4 liegen muß. Die Entfernung des Zieles entspricht
der Zeit 14, welche mit der Aussendung des Impulses S4
beginnt und die Hin- und Rücklaufzeit des ausgesandten bzw. reflektierten Laserimpulses beinhaltet. Durch die
Bestimmung der Zeit tE ist somit sowohl die Richtung als auch die Entfernung eines Zieles zu ermitteln. Dabei
wird nur mit der Zeit tE gearbeitet und daraus durch Subtraktion ganzzahliger Vielfacher von der Verweilzeit
Tdie Zeit f 4 bestimmt zum Unterschied von an sich bekannten Einrichtungen, bei denen die Zeit <4 bei
jedem Richtungsinkrement neu gemessen wird, d. h. bei Aussendung eines Sendeimpulses S eine Zeitschaltung
betätigt wird, welche bis maximal zur Zeit Tn zu zählen hat.
In Fig.3 ist ein das stimulierbare Medium M
einschließender Resonator dargestellt, dessen reflektierende Endflächen mit R1 und R 2 bezeichnet sind. Von
einer Steuereinrichtung K aus wird eine Pumplichtquelle P betätigt. In dem Resonator ist ferner eine
Schalteinrichtung QS vorgesehen, die als Modulator wirkt und sowohl aktiv als auch passiv ausgeführt sein
kann. Im einfachsten Fall kann hierfür ein sättigbarer Absorber verwendet werden, der von einem Steuerteil
STbetätigt wird, der auch mit der Empfangseinrichtung L£in Verbindung steht. Bei entsprechender Einstellung
des Modulators QS treten durch den teildurchlässig ausgebildeten Reflektor R 2 in bekannter Weise
Lichtimpulse aus und gelangen zu einer Ablenkeinrichtung LA'. Diese besteht aus zwei mit ihren konkaven
Seiten einander zugekehrten gewölbten Spiegeln SP1
und SP2, auf denen in bestimmten Abständen z. B. nicht reflektierende Beläge NB angebracht sein können,
welche durch dick ausgezogene Linien angedeutet werden. Der nähere Aufbau derartiger Anordnungen
und die damit zusammenhängenden Probleme und Möglichkeiten sind in der deutschen Patentanmeldung
P 19 37 696.6-33 näher erläutert. Der ausgekoppelte Lichtimpuls, welcher durch eine öffnung OSPi —
gegebenenfalls nach Durchlaufen von Fokussiereinrichtungen usw. — in den Spiegel SPi eintritt, gelangt an
eine teildurchlässige Stelle beim Spiegel SP 2, welche mit TiSP2 bezeichnet ist, und beleuchtet so das
Richtungsinkrement 1. Ein Teil des Lichtimpulses wird
beim Spiegel SP 2 reflektiert, zu einer reflektierten Stelle bei SPt zurückgeworfen, bei SP 2 nochmals
reflektiert, wiederum nach SPl zurückgeworfen und tritt bei der teüdurchlässigen Stelle T2SP2 aus,
wodurch die Ausleuchtung des Richtungsinkrements 2
ίο vorgenommen wird. Durch die Zahl der Mehrfachreflexionen
zwischen den Spiegeln SPl und SP 2 kann in einfacher Weise die Abtastfrequenz der einzelnen
Richtungsinkremente 1, 2, 3 usw. eingestellt werden. Nachdem eine derartige Zeile des gesamten zu
erfassenden Bereichs in einzelnen Entfernungsinkrementen abgetastet ist, erfolgt die Abtastung der
benachbarten Zeile, was z.B. durch Änderung des Eintrittswinkels des Strahles durch eine einfache
zusätzliche Ablenkeinrichtung AE erfolgen kann oder automatisch bei Verwendung von Kugelspiegeln.
Dadurch verschiebt sich auch der Austrittswinkel der an den teüdurchlässigen Stellen des Spiegels SP 2 austretenden
Lichtimpulse. Für die einzelnen Richtungsinkremente kann eine gleichmäßig starke Ausleuchtung
dadurch vorgenommen werden, daß die Durchlässigkeit von der Austrittsstelle ΓISP 2 in Richtung auf die
Austrittsstelle 73 SP2 entsprechend zunimmt.
Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Geschoßabwehr werden bei Feststellung eines
Zieles in einem Richtungsinkrement Gegenmaßnahmen in der speziellen Richtung eingeleitet. Die Einrichtung
ist auch zur Betätigung von Annäherungszündern verwendbar. Darüber hinaus ist es möglich, wenn in
mehreren nebeneinanderliegenden Richtungsinkrementen Echosignale festgestellt werden, daraus auf da;
Vorhandensein eines größeren Zieles zu schließen unc die Sichtgröße dieses Zieles zu ermitteln.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Einrichtung zur Ortung von Objekten innerhalb eines Raumwinkelbereiches, bei der ein scharf
gebündelter Strahl vorgesehen ist, der den zu erfassenden Bereich dicht in Richtungsinkrementen
so abtastet, daß in jedem Richtungsinkrement ein im interessierenden Entfernungsbereich liegendes Ziel
noch erfaßbar ist, und bei der eine Empfangseinrichtung verwendet ist, welche zur Richtungsbestimmung
die seit Beginn der Abtastung des zu erfassenden Bereiches bis zum Echoempfang verstrichene
Gesamtzeit und zur Entfernungsbestimmung die gegenüber der Abtastperiode klein gehaltene Laufzeit ermittelt, wobei die Empfangscharakteristik
der Empfangseinrichtung den ganzen vom .Sendestrahl abzutastenden Bei eich umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß bei an sich bekannter Verwendung eines impulsförmig mit
konstanter impuisfolgeperiode betriebenen Laser-Strahles
(LS) sowohl die Zuordnung der Echosignale zu den einzelnen, mit der Verweilzeit 7"beaufschlagten
Richtungsinkrementen (1 bis 16) als auch die Ermittlung der Entfernung nur aufgrund der seit
Beginn der Abtastung des zu erfassenden Bereiches verstrichenen Gesamtzeit tE derart erfolgt, daß aus
der Gesamtzeit tE durch Bildung des größten darin enthaltenen ganzzahligen Vielfachen k ■ Tvon Tdie
Nummer k des jeweiligen Richtungsinkrementes bestimmt wird und die Restzeit tE-k · Tals Maß für
die Entfernung dient.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolgefrequenz etwa zwischen
100 und 1000 MHz gewählt ist.
3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der
Empfangseinrichtung eine, vorzugsweise einstellbare, Schwellenschaltung vorgesehen ist, durch welche
der erfaßbare Empfangsbereich begrenzt wird.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Belegung
mehrerer benachbarter Richtungsinkremente (1 bis 16) ein Kriterium für die besondere Größe des
erfaßten Zieles abgeleitet wird.
5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anwendung
als Steuerung für einen Annäherungszünder.
6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor Aussendung
eines jeden neuen Sendeimpulses (S) in der so Empfangseinrichtung (LE) zur Erzielung eindeutiger
Entfernungskriterien eine Empfängertotzeit (T- TE) vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Strahlablenkung
(LA')ein Mehrfachumlauf eines Sendeimpulses zwischen zwei Spiegeln (SPi, SP2) vorgesehen
ist, von denen einer an bestimmten, von dem Strahl beaufschlagten Stellen teildurchlässig ausgebildet
ist, so daß nacheinander von Strahlung beaufschlagte Austrittsstellen entstehen (F i g. 3).
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß diejenigen Stellen der Spiegel, welche für die Erzeugung des Mehrfachumlaufs nicht
benötigt werden, mit nicht reflektrierendem Mate- br>
rial (NB)belegt sind.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Ablenkeinrichtung
elektronisch steuerbare, insbesondere digitale, Lichtablenker (LA) vorgesehen sind.
10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim
Sendeimpuls eine Strahlverbreiterung (LS') derart vorgesehen ist, daß eine praktisch lückenlose
Überdeckung aufeinanderfolgender Richtungsinkremente (1 bis 16) gewährleistet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2052086A DE2052086C3 (de) | 1970-10-23 | 1970-10-23 | Rückstrahl-Ortungseinrichtung zur Richtungs- und Entfernungsbestimmung mit scharf gebündeltem Strahl |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE2052086A DE2052086C3 (de) | 1970-10-23 | 1970-10-23 | Rückstrahl-Ortungseinrichtung zur Richtungs- und Entfernungsbestimmung mit scharf gebündeltem Strahl |
Publications (3)
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---|---|
DE2052086A1 DE2052086A1 (de) | 1972-04-27 |
DE2052086B2 true DE2052086B2 (de) | 1977-12-29 |
DE2052086C3 DE2052086C3 (de) | 1978-09-07 |
Family
ID=5785968
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2052086A Expired DE2052086C3 (de) | 1970-10-23 | 1970-10-23 | Rückstrahl-Ortungseinrichtung zur Richtungs- und Entfernungsbestimmung mit scharf gebündeltem Strahl |
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DE (1) | DE2052086C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4298280A (en) * | 1979-09-25 | 1981-11-03 | Massachusetts Institute Of Technology | Infrared radar system |
DE3821892C1 (en) * | 1988-06-29 | 1990-02-22 | Johann F. Dipl.-Phys. 2000 Hamburg De Hipp | Method and device for position measurement of container repositioning vehicles |
-
1970
- 1970-10-23 DE DE2052086A patent/DE2052086C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2052086A1 (de) | 1972-04-27 |
DE2052086C3 (de) | 1978-09-07 |
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