DE2126219C3 - Digitale Impuls-Ruckstrahl-Entfernungsmeß- und -Verfolgungseinheit mit zwei Zahlern - Google Patents

Description

4. Entfernungsmeßeinheit nach Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine sechste Einrichtung (112,56.62) der ersten Einrichtung (52,66) nach dem ersten zeitlichen Zusammenfallen zwischen empfangener Energie und dem Verfolgungstorsignal gestattet, auf aus dem größeren Entfer-Rungsintervall empfangene Energie anzusprechen, wenn während einer vorbestimmten Arzahi von aufeinanderfolgenden Entfermingsmeßperioden keine zeitliche Übereinstimmung zwischen empfangener Energie und dem Entfernungstorsignal vorfag. und das Ansprechen der ersten Einrichtung (52. 66) auf empfangene Energie, die mit dem Verfolgungstorsignai zeitlich zusammenfällt, wieder beschränkt, nachdem ein Zusammenfallen zwischen empfangener Energie und dem Verfolgungstorsignal erneut festgestellt wurde.

5. Entfernungsmcßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung (52,66) ein Signal, das für die Entfernung des ausgewählten Zieles charakteristisch ist, einer Ausgabeeinrichtung (114, 47) nur während solcher Entfernungsmeßperioden zuführt, in denen das Ansprechen der ersten Einrichtung auf empfangene Energie beschränkt ist die mit dem Verfolgungstorsignal zeitlich zusammenfällt.

6. Entfernungsmeßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung (52, 70) auf den vollen Stand des ersten Zählers (66) anspricht, um die Zählfolgen der beiden Zähler (66 und 68) für den Rest des jeweiligen Entfernungsmeßintervalls zu beenden.

7. Entfernungsmeßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung (67. 68. 82) mit dem ersten Zähler (66) gekoppelte Glieder (100. 102) umfaßt, welche das Verfolgungstorsignal am Ende des vorbestimmten maximalen Entfernungsintervalls beenden.

8. Entfernungsmeßeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die zweite Einrichtung (67, 68. 82) Glieder (84, 86, 98, 100) zur Erzeugung des Verfolgungstorsignals während einer Zeit umfaßt, die bei einem ersten vorbestimmten Stand des zweiten Zählers (68) beginnt und beim ersten von mehreren möglichen Ereignissen endet, die das Erreichen eines zweiten vorbestimmten Standes durch den zweiten Zähler (68), den Empfang reflektierter Energie von dem ausgewählten Ziel und das Ende des vorbestimmten maximalen Entfernungsintervalls umfassen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Entfernungsmeßeinheit für ein nach dem Impuls-Rückstrahlprinzip arbeitendes Entfernungsmeßgerät mit einer ersten, auf ein Empfangssignal und ein Verfolgungstorsignai ansprechenden Einrichtung mit einem ersten Zähler, dem in jeder Entfernungsmeßperiode während der Zeit zwischen dem Aussenden eines Energieimpulses und dem Empfang der an einem Ziel reflektierten Energie Taktimpulse zugeführt werden, so daß sein Stand für die Entfernung zum Ziel charakteristisch ist, mit einer zweiten Einrichtung, die einen zweiten Zähler zum Zählen von zugeführten Taktimpulsen enthält, der gemäß dem Stand des ersten Zählers eingestellt und

W)D dem das Verfolgungstorsignal abgeleitet wird, das in zeitlicher Obereinstimmung mit dem von dem ausgewählten Ziel empfangenen Signal der ersten Einrichttaig zugeführt wird, mit einer dritten Einrichtung, die den%rsten Zähler mit dem zweiten Zähler nur in Entfernungsmeßperioden koppelt, in denen ein Signal von dem ausgewählten Ziel empfangen wird, und mit einer vierten Einrichtung zum Zuführen von Taktimpulsen zu den Zählern.

Eine solche Entfernungsmeßeinheit ist aus der US-PS 3 34i 421 bekannt Bei dieser bekannten Entfernungsmeßeinheit wird beim Eintreffen von von einem ausgewählten Ziel reflektierter Energie der Stand des angehaltenen ers*en Zählers auf ein Entfernungsregister übertragen. Zu Beginn der nächsten Entfernungsmeßperiode wird der Inhalt des Registers auf einen zweiten, rückwärts zählenden Zähler übertragen, wähfreiid der erste Zähler zurückgestellt wird. Bei der nun beginnenden Zählung der zugeführter Taktimpulse wird der zweite Zähler von dem eingegebenen Stand aus auf Null zurückgezählt. Kurz vor Erreichen des Standes Null wird ein Veriblgungstorsignal ausgelöst, das bis zu einem vorgegebenen Stand nach Überschreiten des Standes Null beendet wird. Dieses Verfolgungstorsignal wird einer Torschaltung für Empfangssignale zugeführt, so daß von Zielen reflektierte Energie nur wirksam wird, wenn sie mit dem Verfolgungstorsignal zeitlich zusammenfällt. Wird während der Dauer des Verfolgungstorsignals kein reflektiertes Signal empfangen, wird der erste Zähler nicht angehalten, und _>s findet auch keine Übertragung seines Standes auf das Entfernungsregister statt. Daher wird bei Beginn der nächsten Entfernungsmeßperiode der erste Zähler wieder auf Null zurückgestellt und der zweite Zähler auf den unveränderten Inhalt des Entfernungsregisters eingestellt. Infolgedessen wird erneut ein Verfolgungstorsi· gnalerzeugt.das die gleiche zeitliche Lage hat wie das vorhergehende.

Diese bekannte Entfernungsmeßeinheit hat den Nachteil, daß sie ein besonderes Entfernungsregister benötigt, um den Stand des ersten Zählers zu speichern und auf den zweiten Zähler zu übertragen. Ein solches Register erfordert mit den zugehörigen Übertragungsunrichtungen, die ein störungsfreies 1 Hertragen gewährleisten müssen, einen erheblichen \ufwand. Weiterhin bietet d^;e bekannte Entfernungsmeßeinheit keine Möglichkeit, einen automatischen Suchbetrieb einzustellen und insbesondere automatisch auf Suchbetrieb umzuschalten, wenn das Ziel verloren gegangen ist, also während aufeinanderfolgender Verfolgungstorsignale keine reflektierte Energie empfangen wurde. Die Verfolgung ausgewählter Ziele kann vielmehr ausschließlich dadurch eingeleitet werden, daß in die Vorrichtung ein für ein bestimmtes Ziel charakteristisches Signal eingegeben und dann auf Verfolgungsbetrieb umgeschaltet wird. Die Eingabe kann beispielsweise mittels einer lichtelektrischen Einrichtung erfolgen, mit der der Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre abgetastet wird, welche die von dem Impulsentfernungsmeßgerät empfangenen Signale optisch darstellt. <>°

Eine aus der US-PS 3 360 795 bekannte Entfernungsmeßeinheit weist nur einen Zähler zur Ermittlung der Zielentfernung auf und benutzt zur Bildung des Verfolgungstorsignals eine analoge Einrichtung, die eine von einem integrierenden Verstärker gesteuerte Verzögefungsschaltung umfaßt. Derartige analoge Schaltungsanordnungen sind zeitlich unstabil und erfordern einen erheblichen Schaltungsaufwand, um zeitliche Veränderungen zu kompensieren. So ist auch bei der bekannten Anordnung eine vollständige Regelschleife vorhanden, die auf Abweichungen des Zeitpunktes des Empfangs reflektierter Energie von der Mitte des Verfolgungsto'-signab. anspricht Bei einem Fehlen von reflektierter Energie bleibt die Lage des Verfolgungstorsignals nur wegen der Zeitkonstante des integrierenden Verstärkers noch eine gewisse Zeit erhalten. Es ist jedoch nicht auszuschließen, daß das abwandernde Verfolgungstorsignal dabei auf ein anderes Ziel einrastet, so daß eine einwandfreie Verfolgung eines bestimmten Zieles nicht ohne weiteres gewährleistet ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entfernungsmeßeinheit der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß ein besonderes Register zur Speicherung des Standes des ersten Zählers nicht benötigt wird und außerdem Ausgestaltungen möglich sind, die einen automatischen Suchbetrieb ermöglichen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden Zähler eine gleiche maximale Zählkapazität haben, die gleich der Anzahl der während eines vorbestimmten maximalen Entfernungsintervalls auftretenden Taktimpulse ist, daß der zweite Zähler je weils beim Empfang eines vom Ziel reflektierten Signals auf das Komplement des Standes des ersten Zählers eingestellt wird und daß dem zweiten Zähler während jeder Entfernungsmeßperiode Taktimpulse bis zu dem Zeitpunkt zugeführt werden, in dem der zweite Zähler von der dritten Einrichtung auf das Komplement des Standes des ersten Zählers eingestellt wird oder dem ersten Zähler eine Anzahl von Taktimpulsen zugeführt worden ist, die der vorbestimmten maximalen Zählkapazität gleich ist, so daß in Entfernungsmeßpenoden. während denen kein von dem ausgewählten Ziel reflektiertes Signal empfangen wird, der zweite Zähler einmal bis zu dem Stand, der während der vorhergehenden Entfernungsmeßperiode eingestellt wurde, vollständig durchgezählt wird.

Bei der erfindungsgemäßen Entfernungsmeßeinheit wird also beim Empfang von reflektierter Energie die Zufuhr von Taktimpulsen zu beiden Zählern gestoppt, und es wird vom ersten auf den zweiten Zähler das Komplement des Standes des ersten Zählers übertragen, so daß bei Beginn der nächsten Entfernungsmeßperiode der erste Zähler, der dann zurückgestellt wird, von Null an aufwärts und der zweite Zähler von dem eingegebenen Komplement des Standes des ersten Zählers an aufwärts gezählt werden. Der Erhalt des für die Lage des Verfolgungstorsignals maßgebenden Komplementwertes im zweiten Zähler ist ohne zusätzliches Register bei der erfindungsgemäßen Einrichtung dadurch gewährleistet, daß der zweite Zähler eine maximale Zählkapazität aufweist, die der maximalen Anzahl der in einer Entfernungsmeßperiode auftretenden Taktimpulse gleich ist. so daß der zweite Zähler bei Fehlen von reflektierter Energie einmal vollständig durchgezählt wird und dadurch wieder auf den ursprünglich eingegebenen Stand kommt. Infolgedessen wird durch die Erfindung eine erhebliche Vereinfachung der bekannten Anordnung erzielt, und es sind die Stände der beiden Zähler weiterhin zur Erzeugung eines Suchbetriebs ausnutzbar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Sende- und Empfangssystems für kohärentes Licht mit einer digitalen Entfernungsmeßeinheit gemäß der vorliegenden Erfin-

F i g. 2 ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen digitalen Entfernungsmeßeinheit und

Fig. 3 den Verlauf der Spannungsamplituden von Signalen in Abhängigkeit von der Zeit zur Erläuterung der Wirkungsweise von Abschnitten der digitalen Entfernungsmeßeinheit nach F i g. 2.

Das in F i g. 1 dargestellte Sende- und Empfangssystem für kohärentes Licht umfaßt eine digitale Entfernungsmeßeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein optischer Sender 10 ist mit einem einen Impulserzeuger enthaltenden Netzgerät 12 gekoppelt: und wird von ihm gespeist. Wenn der Sender 10 von einem Synchronisationssignal (Kurve 11 in Fig. 3), das von einem Synchronisationssignalgenerator 14 abgegeben wird, ausgelöst wird, wird ein Lichtimpuls 16 (Kurve 15 in F i g. 3) ausgestrahlt. Da* System nach F i g. 1 kann mit einer Folgefrequenz von z. B. 30 Impulsen pro Sekunde betrieben werden. Es versteht sich jedoch, daß die erfindungsgemäße digitale Entfernungsmeßeinheit nicht auf die Anwendung bei irgendeinem besonderen Sende- und Empfangssvstem noch auf irgendeinen besonderen Bereich der Foleefrequenzen beschränkt ist. Mit fortschreitender Beschreibung de« Erfinduncsgegenstandes wird erkennbar, daß die dieitale Entfernungsmeßeinheit nach der Erfindung bei einem beliebigen der zahlreichen geeigneten Sende- und Empfangssysteme, z. B. bei einem Radarsystem, Anwendung finden kann.

Wenn der ausgestrahlte Lichtimpuls 16 auf ein (nicht dargestelltes) reflektierendes Objekt auftrifft, wird ein Teil 18 der Lichtenergie von dem Objekt reflektiert und von einem Empfänger 20 aufgenommen. Der Empfänger 20 kann einen geeigneten Detektor, wie τ. Β. eine Photodiode, enthalten. Das Ausgangssignal des Empfängers 20 wird zur Verarbeitung hintereinander durch einen Differentiator 40. einen Vorverstärker 22 und einen Videoverstärker 24 geleitet.

Das Ausgangssignal des Empfängers 20 wird, bevor es dem Vorverstärker 22 zugeführt wird, zuerst in dem Differentiator 40 verarbeitet. Der Differentiator 40 dient der Verbesserung der Entfernungsgenauigkeit, indem er die Schwankungen des Zeitfehlen, bei großen Amplitudenänderungen der Eingangssignale verringert

Ein Teil der Lichtenergie des optischen Senders 10 wird einem Energiedetektor 26 zueeführt. der irgendeine geeignete, schnell ansprechende Sensoranordnung, wie z. B. eine Photodiode, sein kann. Das Ausgangssignal des Energiedetektors 26 (Kurve60 in Fi g. 3) gibt mit vemachlässigbarer Zeitverzögerung den Zeitpunkt des Auftretens des aasgestrahlten Lichtimpulses 16 an. Dieses soeben erwähnte Signal wird zu einem späteren Zeitpunkt auch als /4-Triggersignal bezeichnet. Das Ausgangssignal des Energiedetektors 26 wird auf Leitungen 28 und 30 parallel in den Videoverstärker 24 and in eine digitale Entfernungsmeßeinheit 32 geleitet.

Der Videoverstärker 24 kann ein zweistufiger integrierter linearer Verstärker sein, dessen eine Stufe 34 eine sich nach einem Programm zeitlich ändernde Verstärkung und dessen andere Stufe 36 eine automatische Verstärkungsregelung aufweist Das Ausgangssignal des Energiedetektors 26 (/4-Triggersignal) kann dazu verwendet werden, den Beginn des Verstärkungsprogrammcs der Stufe 34 des Videoverstärkers 24 zu synchronisieren. Solche Verstärkerstufen sind üblicherweise derart programmiert, daß die Verstärkung zu Beginn einer Entfernungsmeßperiode verringert und dann während des ersten Teiles eines Entferungsmeßzyklus mit dem Quadrat der Entfernung (R²) ansteigt. Die erzielte Verstärkungsverringerung für kurze Entfernungen vermindert Störsignale, die durch atmosphärische Rückstreuung bedingt sind, und verbessert ferner das mittlere Signal-Rausch-Verhältnis, weil die Verstärkung für einen Entfernungsbereich reduziert wird, in dem Sättigungssignale in dem vom Vorverstärker 22 empfangenen Videosignal erwartet werden können. Die Stufe 36 mit der automatischen Verstärkungsregelung kann Kreise enthalten, die das Ausgangssigna! des Videoverstärkers 24 prüfen, und zur Verringerung der Stufenverstärkung in Abhängigkeit von der Amplitude des Ausgangssignals ein negatives Rückkopplungssignal erzeucen.

Das Signal des Energiedetektors 26 (A -Trigeersignal) kann in der Eingangsstufe des Videoverstärkers 24 zu dem Ausgangssignal des Vorverstärkers 22 summiert werden. Stattdessen kann zwischen dem Empfänger 20 und dem optischen Sender 10 eine nicht dargestellte optische Anordnung zum Vereinigen eines A-Triggersignals mit dem empfangenen Signal verwendet werden. Wie zu einem späteren Zeitpunkt noch erläutert werden wird, wird das A -Triggersignal nach seiner Verarbeitung durch den Videoverstärker 24 und durch einen Schwellenwertdetektor 38 dazu verwendet, die Zählfolge eines Entfernunesmeßzählers in der Entfemungsmeßeinheit 32 auszulösen. Das aus dem empfangenen reflektierten Signal gebildete Videosignal wird zum Beendigen der Zählfolge des Entferungsmeßzählers verwendet. Indem man sowohl das Start- als auch das Stop-Videosignal in den gleichen Schaltungsanordnungen verarbeitet, wirkt jede Verzögerung auf jedes der beiden genannten Videosignale in gleicher Weise ein und hat daher keine merkliche Wirkung auf die Entfernungsgenauigkeit. Die Videosignale am Ausgang des Verstärkers 24 werden 7ur Verringerung der Häufigkeit von Fehlalarm-Signalen, die durch Stör- und Rauschsignale bedingt sind, durch den Schwellenwertdetektor 38 geleitet, der von irgendeiner der zahlreichen, bekannten Schwellenwertvorrichtungen gebildet werden kann. Das Ausgangssignal der Entfemungsmeßeinheit 32 ist ein digitales Entfernungsisgnal. das parallel auf einer Sammelleitung 42 in ein nicht dargestelltes Verarbeitungsgerät von der Art eines Digitaltrechners und gegebenenfalls in einen Digital-Analog-Umsetzer 47 eingegeben wird. Das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers 47 kann dann einem nicht gezeigten Analog- Verarbeitungsgerät zugeführt werden.

An Hand F i g. 2 wird nun die digitale Entfemungsmeßeinheit 32 mehr in Einzelheiten beschrieben. Bevoi jedoch die detaillierte Funktion der digitalen Entfer nungsmeßeinheit 32 erklärt wird, erscheint es nützlich zuerst die in Fig.2 verwendeten logischen Symbol« klarzustellen. Die digitalen Schaltungen in F i g. 2 wer den von positiven Signalen oder positiven Startüber gingen aktiviert, außer wenn etwas anderes angegebci ist. Der logische Zustand EINS wird von einer positive! Spannung (+ V) and der logische Zustand NULL voi Erdpotential (Nullpotential) dargestellt. Die UND- um ODER-Funktionen werden von üblicherweise verweil deten. den Umriß eines Geschosses aufweisenden Sytr

<>5 bolen mit entweder gerader oder gekrümmter Endlinii wie ζ. B. bei den Gliedern mit den Bezugsziffern 46 im 48. dargestellt. Ein kleiner Kreis, wie z. B. derjenige m der Be/ugsnffer 50, an der Eingangsklemme eine

Symbols für eine logische Funktion gibt an, daß das Aktiviersignal eine logische NULL ist. Ein kleiner Kreis, wie z. B. derjenige mit der Bezugsziffer 51, an der Ausgangsklemme eines solchen Symbols gibt an, daß das Ausgangssignal des aktivierten Gliedes eine logische NULL ist Die Glieder können von üblichen Diodenschaltiingen in NOR- oder NAND-Verknüpfungen mit oder ohne Negation gebildet werden, wie es die Symbolik jeweils erfordert.

Die Flipflops, wie z. B. dasjenige mit der Bezugsziffer 52, sind übliche J-K-FHpflops, bei denen die J- und die K-Klemme normalerweise zum Stellen bzw. Rückstellen i«it einem positiven Signal beaufschlagt werden. Ein Meiner Kreis an einem Flipflooein^ane, wie der Kreis 54 am Flinflon52. eibt an. daß das Kinrten von einem Si<mal auf F.rdpotential ausgelöst wird. n^;e T-Klemme der Flipflons kann als der übliche Takteingang angesehen werden. Er ^lst mit »7*« bezeichne» worden, um eine Verwechslung mit dem Rückstelleim^rane, der d^;e Bezeichnune C träet zu ao verhindern. Wenn die Γ-Klemme eines Flipflops ein Signal erhält, nimmt der FINS-Ausoan? den niedrigen Pecel oder F.rdnotenfial und der NULL-Aus<»ang den hohen oder positiven Spannungsoegel an. Wenn eine /- cfrr K-Klcnme ke^;ne mit ihr verbundene Ein- »5 gangsleitung aufweht, ist sie als ständig aktiviert zu betrachten: wenn jedoch eine solche Klemme als mit Erde verbunden, also an das NULL-Bezuespotential angeschlossen, da-gestellt ist. ist sie nie aktiviert.

Für die in F i e. 2 gezeigten Zähler ist die deiche Svmbolik verwendet, wie sie für die Flipflops beschrieben worden ist. Außerdem wird, wenn die S-Klemme emes Zählers aktiviert wird, jede Stufe des Zählers in den eleichen Zustand geschaltet, wie ihn das Digitalsi«nal hat. das an den Dateneingang der jeweiligen Zählerstufe aneelegt ist.

Beim Betrieb der digitalen Entfemungsmeßeinheit 32 wird das Videosignal des in Fig. 1 dargestellten Schwellenwertde»ektors 38 über eine Leitune41 auf die T-Klemme eines den Zähivoreang auslösenden Flipflop 52 gegeben. Für die vorliegende Beschreibung kann zunächst unterstellt werden, daß das Ripflop 52 zu Beginn einer Entfernungsmeßperiode in seinem zurückgestellten Zustand ist, d. h der EINS-Auscang auf dem niedrieen Spannuncsneeel ist. Eine Entfernungsmeßperiode kann als die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgend ausgestrahlten Lichtimpulsen definiert werden.

Der VeTlamf eines typischen Videosignals, das auf der Leitung 41 in die Entfermmesineßeinheit 32 eingegeben wird. Ha in Fig 3 ah Kurve58 dargestellt. Das auf dk Löten* 3© geeebene >4-Triggersigjial ist ak Kurve 6» dargestellt. In diesem Zusammenhang sei bemerkt daß das Λ-Video-Trigeersignal. d h. das Λ-Trireersicnal. nach seiner Verarbeituae deren den Verstärker 24 und den Detektor 3« (Kurve 58 m F i e. 3). das auf die T-Klemme des Fnpflop 52 gegeben wird, sich mit dem auf dk /Klemme gegebenen A-Trieeerswnal (Kerve 60) deckt, so daß das Flipflop F2 durch das Anlegen der beiden zuletzt eenann- So ten Shmate gestellt wird, d h daß der EINS-Ausgang des Flipflop 52 einen hohen Spaimungspegel annimmt

Ein die Entfernunesmessung auslösender Steuerkreis 59. der einen einfachen manuell betätigten Druckknopfschalter aufweisen kam», führt der C-Klemme eines den Vertust des verfolgten Zieles anzeigenden Zählers 56 emen necativen Siartimpuls zu. wenn der Steuerkren 59 zur Einleitung der Entfernungsmessung aktiviert worden ist. Die Betätigung des Steuerkreises 59 bewirkt ein Zurückstellen des Zählers 56, der seinerseits ein Suchbetrieb-Flipflop 62 rückstellt, wodurch auf die mittlere Eingangsklemme eines Gliedes 80 zum Erzeugen eines großen Entfernunesfensters ein positives Signal gegeben wird.

Wenn das den Zählvorgang auslösende Flipflop 52 in der zuvor beschriebenen Weise gestellt worden ist wird von dem EINS-Ausgang des Flipflop 52 auf die J- und K- Klemmen eines Entfernungsmeßzählers 66 und eines zur Positionierung und Speicherung des Entfernungsfensters dienenden Zählers 68 ein positives Signal gegeben. Der Entfemungsmeßzähler 66 wird zu Beginn einer jeden Entfernungsmeßperiode von dem Synchronisationssignal (Kurve 11 in F i g. 3) zurückgestellt und zählt während der Zeitspanne, in der das Flipflop 52 aktiviert ist die von einem Taktgeber 70. der z. B. ein 50-MHz-Oszillator sein kann, zugeführten Taktimpulse. Das Flipflop 52 ist während der Zeitspanne zwischen dem /4-Video-Triggersignal und dem als Kurve 58 in F i g. 3 gezeigten reflektierten Rückkehrsignal aktiviert

Ausgewählte Binärstufen des Entfernungszählers 66, die dem Digitalwert der interessierenden Minimalentfernung entsprechen, sind über eine Sammelleitung 71 mit einem logischen Minimalentfermingsglied 72 gekoppelt das ein Flipflop 74 in dem Zeitpunkt aktiviert, in dem der Stand des Entfernungszählers 66 anzeigt daß die Minimalentfernung erreicht worden ist

Auf ähnliche Weise sind Eingangsklemmen eines logischen Maximalentfernungsgliedes 76 über eine Sammelleitung 77 mit ausgewählten Stufen des Entfernungsmeßzählers 66 verbunden. Ein Maximalentfernungs-Flipflop 78 wird in Abhängigkeit von einem von dem Maximalentfernungsglied 76 zugeführten Aktivierungssignai gestellt, wenn der Stand des Entfernungsmeßzählers 66 dem Digitalwert der interessierenden Maximalentfernung gleich ist. Die Maximal- und Minimalentfernungsflipflops 74 bzw. 78 werden zu Begmn jeder Entfernungsmeßfolge jeweils durch Anlegen des Synchronisationssignals an die C-Klemmen der Flipflops 74 und 78 zurückgestellt. Das Ausgangssignal des Gliedes 80. das die die Minimalentfernung, die Maximalentfernung und die Betriebsart (Such- oder Verfolgungsbetrieb) betreffenden Informationen vereinigt wird über eine Leitung 81 einem logischen Glied 48 zugeführt.

Während des Suchbetnebes. d. h. während der ersten Zeit unmittelbar nach Einleiten der Entfernungsmessungen wird das Mmimai-Maximal-Entfemungsfenster das manchmal auch als das große i gsfewstei bezeichnet wird, von dem Ghed 89 dem logischen Gttet 48 zugeführt um den Betrieb des FfcpRop 52 zum Auslösen des Zählvorganges und damit die Zähler 66 um 68 /u steuern. Wie spater noch erläutert werden wird wird ein Flipflop 62 gestein und das System automa tisch auf Verfoigungsbetrieb t, wenn ein spe ziefles RückkehrsigHal em echtes zu les Si gnal darstettt Während des Verfotgangsbetnebe spricht das System nur auf Signale ierlb eines en gen Verfoigungsfensters aa Das von dem Gäed 89 er zeugte Minimal Maximal Entfernungsfenster ist wen das Fnpflop 62 gestellt ist ausgeschaltet

Das Verfolgungsfensier. bei dem es sich um es enges Entfernungsfenster handelt wird von eines Flipflop82 erzeugt und dem ODER-Gatter48 übe eine Leitung 83 zugeführt.

Wenn ein V tdeo-Rückkchrsignal zur gleichen Zci

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X.

an die Γ-Klemme des Flipflops 52 gelangt, zu der an dessen K-Klemme das Verfolgungsfenster oder das Suchfester (großes Entfernungsfenster) anliegt, dann wird das Flipflop 52 zurückgestellt und die Zählfolge der beiden Zähler 66 und 68 wird unterbrochen.

Wenn ferner die Koinzidenz des Video-Rückkehrsignals mit entweder dem Suchfenster oder dem Verfolgungsfenster von einem Glied 46 festgestellt worden ist, dann aktiviert eine monostabile Kippschaltung 67 kurzzeitig die SrKlemme des Zählers 68. Jede Stufe des Zählers 66 ist durch ein logisches Glied, wie das Glied 88, mit einer entsprechenden Stufe des Zählers 68 gekoppelt. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Logikfunktion Hes Gliedes 88 derart ist, daß es nur während des Zeitraumes, in dem die Zähler nicht zählen, aktiviert ist. Außerdem ist die Kopplung zwischen den Zählern 66 und 68 derart ausgebildet, daß, wenn die S-Klemme des Zählers 68 von dem Ausgangssignal der monostabilen Kipp schaltung 67 aktiviert wird, das Komplement der in dem Zähler 66 enthaltenen Entfernungsinformation parallel auf den 7ähler 68 übertragen wird.

Die Wirkungsweise der Zähler 66 und 68 und der damit verbundenen Stromkreise ist für das Verständnis der vorliegenden Erfindung von fundamentaler bedeutung und wird nun an Hand der Kurven nach F i g. 3 näher erläutert. Aus der Kurve 90 in F i g. 3 ist ersichtlich, daß das den Zählvorgang auslösende Flipflop 52 die Zähler 66 und 68 während der Zeitspanne zwischen dem Auftreten eines A -Video-Triggersignals und des Ruckkehrsignals aktiviert. Die Entfernungswerte des in den Zählern 66 und 68 während einer ersten Entfernungsmeßperiode gespeicherten Zählerstandes werden in F i g. 3 jeweils durch die Bezugsziffern 92 bzw. 94 angegeben. Es sei darauf hingewiesen, daß der Zähler 68 während der ersten Zählfolge irgendeinen beliebigen Stand gespeichert haben kann: das erste Verfolgungsfenster, das in Fig. 3 mit der Bezugsziffer96 bezeichnet ist, wird sich nicht notwendigerweise mit dem reflektierten Rückkehrsignal decken.

Eines der besonderen Merkmale der vorliegenden Entfernungsmeßeinheit besteht darin, daß das Verfolgungsfenster unabhängig von der Entfernung des verfolgten Signals bei vorbestimmten digitalen Ständen des Zählers 68 begonnen und beendet werden kann. Insbesondere ist ein Glied 84 mit geeigneten Stufen des Zählers 68 und mit dem Verfolgungsfenster-Flipflop 82 derart gekoppelt, daß das Verfolgungsfenster-Flipflop 84 /u einem Zeitpunkt gestellt wird, der der halben Fensterbreite vor dem Erreichen des vollen Standes durch den Zähler68 entspricht. Auf die gleiche Weise ist ein logisches Glied 86 derart zwischen geeignete Stufen des Zählers 68 und das Flipnop82 geschaltet, daß das Flipflop 82 zu einem Zeitpunkt zurückgestellt wird, der der halben Breite des Verfolgungsfensters nach dem Zählen von einem Nullstand aus, also nach dem Überlaufen des Zählers 68, entspricht.

Die Rück flanke des Verfolgungsfensters kann deren eines der logischen Glieder 86, 98 oder 100. die alle durch ein ODER-Glied 102 mit dem Flipflop 82 gekoppelt sind, eingestellt werden. Das Glied 98 beendet das Verfolgtmgsfenster bei Auftreten eines Röckkefersignals. das von dew Ausgangssignal der monostabilen Kippschaltung 67 angezeigt wird. Das Glied 86 würde das Verfolgungsfenster, falls es nicht zuvor durch das Auftreten eines Rückkehrsignals beendet worden ist, eine halbe Fensterbreite nach dem Beginn eines Aufwärtszählens von einem auf einen vollen Zählstand folgenden Nullstand aus beenden.

Das Glied 100 wird in dem Fall zum Beenden des Verfolgungsfensters verwendet, daß die maximale Verfolgungsentfernung vor dem Zeitpunkt erreicht ist, in dem das Fenster von einem der gerade beschriebenen Fensterbeendigungskreise beendet worden ist.

Wie bereits erläutert worden ist, bewirkt die monostabile Kippschaltung 67 während der ersten Entfernungsmeßperiode, daß bei Auftreten des Rückkehrsignals die Digitalzahl, die gleich dem Komplement des Entfemungswertes ist, parallel vom Zähler 66 in den Zähler 68 übertragen wird.

Während der zweiten Entfernungsmeßperiode wird das Flipflop 52 zu Beginn der Periode durch die zuvor erläuterte Zuführung des /4-Triggen.ignals(Kurve

ao 60) und des A -Video-Triggersignals (Kurve 58) gestellt, und es zählt der Entfernungsmeßzähler 66 den Abstand zwischen dem A -Video-Triggersignal und dem Rückkehrsignal. In dem gleichen Zeitraum, in dem der Entfernungsmeßzähler 66 während der

*5 zweiten Periode die Entfernung zählt, zählt auch der Zähler 68, der seine Zählung bei einem Wert beginnt, der gleich dem Komplement der zuvor gemessenen Entfernung ist, aufwärts, und es liefert das Glied 84 eine halbe Fensterbreite vor dem Zeitpunkt, in dem der Zähler 68 seinen vollen Stand erreicht, ein das Verfolgungsfenster einschaltendes Signal. Nachdem der Zähler 68 den vollen Stand erreicht hat, läuft er über und bepinnt erneut von Null an zu zählen. Bei einer halben Fensterweite nach dem NuIlstand stellt das Glied 86. falls nicht schon vorher ein Rückkchrsignal empfangen worden ist, das Flipflop 82 zurück, das damit das Verfolgungsfenster beendet. Es sei darauf hingewiesen, daß das während der zweiten Entfernungsmeßperiode erzeugte Verfol-

jiungsfenster (Kurve 108 in Fig. 5) durch den Empfang eines Rückkehrsignals vor dem Ende der normalen Fensterdauer beendet worden ist. Die Beziehung zwischen dem Videosignal, der Wirkungsweise des Zählers 68 und der zeitlichen Stellung des Verfolgungsfensters während der zweiten Entfernungsmeßfolge ist in Fig. 3 durch die Kurvenabschnitte 104.106 und 108 veranschaulicht.

Unter der Annahme, daß das Rückkehrsignal während zweier aufeinanderfolgender Emfernungsmeßver

suche vorhanden ist wird während der zweiten Verfolgungsperiode das Rückkehr Videosignal an einem logischen Glied 110 gleichzeitig mit dem Verfolgungsfenster auftreten, so daß vom Ausgang dieses Gliedes 11© ein Signal »gültige Entfernung« auf eine in F i g. 2 dar-

gestellte Leitung 44 gegeben wird. Das Signal »gültige Entfernung« stellt das Suchbetrieb-Flipflop eZ das seinerseits das Signal auf der mittleren Eingangsklemme des Gliedes 80 fur die Minimal- und Maximalentfernungen abschaltet. Das Abschalten des Gliedes 80 schaltet die Entfernungsmeßeinheit 32 auf Verfolgungsbetrieb, bei dem das System nur auf Rückkehrsignale anspricht die sich mit dem Signal des Verfolgungsfensters zeitlich decken.

Das Ausgangssignal »gültige Entfernung« des GHe

\s des ItO wird auch auf die S-Klemme des Zählers 56 gegeben, womit bewirkt wird, daß der Zähler auf die in einem Register 112 gespeicherte, vorbestimmte Digitalzahl »00!« gestellt wird, jedesmal wenn ein Signal

»gültige Entfernung« erzeugt wird, wird der Zähler 56 auf die zuletzt genannte Zahl zurückgestellt und es bleibt die Entfernungsmeßeinheit 32 im Verfolgungsbetrieb. Wenn jedoch das Rückkehrsignal verschwindet oder das verfolgte Ziel während vier aufeinanderfolgender Entfernungsmeßperioden verloren worden ist, dann schaltet die letzte Stufe des Zählers 56 auf den niedrigen Pegel. Dieser Zähler zählt mittels des auf seinen Γ-Eingang gegebenen -4-Triggersignals jede Entfernungsmeßperiode. Wenn der EINS-Ausgang der letzten Stufe des Zählers 56 den niedrigen Pegel annimmt, wird das Suchbetrieb-Flipflop 62 zurückgestellt und die Entfernungsmeßeinheit geht zum Suchbetrieb über. Es sei daran erinnert, daß beim Suchbetrieb das Glied 80 aktiviert ist und Signale des Minimal-Maximal-Entfernungsfensters erzeugt werden, um das den Zählvorgang auslösende Flipflop 52 zu steuern. Es sei ferner daran erinnert, daß die Einrichtung im Suchbetrieb auf Rückkehrsignale anspricht, die innerhalb des ganzen Minimal-Maximal-Entfernungsfensters empfan- ao gen werden. Nach dem Ende einer jeden Zählperiode wird, wenn sich das System in der Verfolgungsphase befindet, jede Stufe des Entfernungsmeßzählers 66 über logische Glieder, wie das Glied 88 und das Glied 114, mit digitalen Ausgangsleitungen, wie z. B. die Leitung 116, verbunden. Um die Zeichnung einfach und übersichtlich zu halten, sind nur die eine einzige Stufe koppelnden Glieder und ebenso nur eine Ausgangsleitung dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß für jede Stufe des Binärzählers 66 gleiche Glieder und Ausgangsleitungen vorgesehen sind. Ferner ist jede Stufe des Zählers 66 mittels der gerade beschriebenen Glieder mit dem Digital-Analog-Umsetzer 47 verbunden. Das auf eine Leitung 120 gegebene analoge Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers 47 stellt die Entfernung des von der Entfernungsmeßeinheit 32 verfolgten Rückkehrsignals dar.

Mit dem Entfernungsmeßzähler 66 ist ein logisches Glied 122 derart verbunden, daß dann, wenn während einer Entfernungsmeßperiode kein Rückkehrsignal empfangen wird und der Zähler 66 seinen vollen Stand erreicht hat, das Glied 122 ein Signal »Zähler voll« erzeugt. Dieses Signal wird auf die Rückstell-KIemme C des FUpflop 52 gegeben und beendet den Zählvorgang für den Rest dieser bestimmten Entfernungsmeßperiode. Dieses Merkmal ist für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einheit wichtig, weil dadurch der Zähler 68 in die Lage versetzt wird, als Speicher für während einer vorhergehenden Entfernungsmeßperiode erzeugte Entfernungsmeßdaten zu wirken, wenn das Rückkehrsignal verschwinden sollte, was wiederum dadurch erreicht wird, daß die Zähler 66 und 68 mit dem gleichen Zählumfang, d. h. mit der gleichen Anzahl von Binärstufen ausgebildet sind. Wenn daher während eines Entfernungsmeßzyklus kein Video-Rückkehrsi gnal empfangen wird, dann wird der Zähler 68 während der Zeitspanne, die der Zähler 66 braucht, um seinen vollen Stand zu erreichen, einen Zählzyklus abgeschlossen haben und wieder zu der gleichen, das Komplement der Entfernung darstellenden Digitalzahl mrückgekehrt sein, die er während der vorhergehenden Entfernungsmeßpenode enthielt Während eines Entfernungsmeßzyklus, in dem von dem Glied 46 keine Koinzidenz des Verfolgungsfensters und eines Videosignals festgestellt worden ist. wird die monostable Kippschaltung 67 nicht aktiviert, so daß zwischen dem Entfermingsmeßzähler 66 und dem Speicherzähler 68 keine Datenübertragung stattfindet

Nachdem nun die Ausbildung und Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben worden ist, erscheint es nützlich, einige der wichtigeren Merkmale und Vorteile der Erfindung zusammenzufassen.

Die Entfernungsmessung wird durch die Zufuhr eines negativen Startsignals von dem Steuerkreis 59 ausgelöst. Dieses Signal stellt den von einem dreistufigen Untersetzer gebildeten Zähler 56 zurück und stellt damit das Suchbetrieb-Flipflop 62. Wenn sich das Flipflop 62 in seinem gestellten Zustand befindet, wird das Glied 80 aktiviert, so daß es zusammen mit den Flipflops 74 und 78 das Minimal-Maximal-Entfernungsfenster erzeugt, das dem ODER-Glied 48 zugeleitet wird und das den Zählvorgang auslösende Flipflop 52 steuert. Das zuletzt genannte Flipflop 52 steuert die Zählperioden der Zähler 66 und 68. Die Entfernungsmeßeinheit 32 befindet sich während derjenigen Zeitspanne des Entfernungsmeßvorganges im Suchbetrieb, in der das Minimal-Maximal-Entfernungsfenster erzeugt wird. Während des Suchbetriebes spricht das System auf Rückkehrsignale an, die irgendwo innerhalb des Minimal-Maximal-Entfernungsfensters auftreten.

Während der ersten Entfernungsmeßperiode zählt der Zähler 66 in der Zeitspanne zwischen dem Auftreten des Λ-Video-Triggersignals und des Rückkehrsignals Taktimpulse. Deshalb stellt der Inhalt des Zählers am Ende dieser Periode den Digitalwert der Entfernung zu dem das reflektierte Signal erzeugenden Objekt dar. Am Ende der Zählperiode während der ersten Entfernungsmeßperiode wird von dem Glied 46 die Koinzidenz zwischen dem Verfolgungsfenster und dem Rückkehrsignal festgestellt und es wird der die Stellung des Fensters bestimmende Speicherzähler 68 aktiviert. Das Aktivieren des Zählers 68 bewirkt, daß ein Signal, das das Komplement des in dem Zähler 66 gespeicherten Entfernungswertes darstellt, parallel aus dem Zähler 66 in den Zähler 68 übertragen wird. Während der zweiten Entfernungsmeßperiode verwenden der Zähler 68 und die zugeordneten logischen Glieder die komplementäre Entfernungsinformation, die während der vorhergehenden Periode gespeichert worden ist, um ein Verfolgungsfenster auf den Entfernungsbereich einzustellen, der der während der ersten Periode gemessenen Entfernung entspricht.

Wenn während der zweiten Entfernungsmeßperiode ein Rückkehrsignal empfangen worden ist. stellt das Glied 110 die Koinzidenz dieses Signals mit dem Verfolgungsfenster fest und stellt das Flipflop 62. wodurch die Einheit auf Verfolgungsbctrieb geschaltet wird.

Bei Verfolgungsbetneb spricht die Einheit nur auf Si gnale an. die sich innerhalb des von dem Ripflop 8: erzeugten schmalen Verfolgungsfensters befinden, um es wird am Ende einer jeden Zählfolge auf die Aus gangsleiiungen 116 und 120 eine Entfermingsinforma tion gegeben.

D»e Einheit arbeitet im Verfolgungsbetrieb weit» bis von dem Steuerkreis 59 ein anderer die Emf« nungsmessung auslösender Impuls erzeugt oder de Verlust des verfolgten Zieles festgestellt wird. Dies Feststellung erfolgt bei der behandelten Einheit autc mansch und es stellt bei der dargestellten Ausführung! form der Erfindung der um den Faktor vier unterse zende Zähler 56 das System auf Suchbetrieb um. wen während vier aufeinanderfolgender Entfernungsmel versuche ein Signal »gültige Entfernung« nicht in di Verfolgungsfenster faßt.

Während derjenigen Entfernungsmeßversuche.

denen keine Rückkehrsignale eirpfangen werden, zählt der Zähler 66 bis zu seinem vollen Stand und es wird ba Erreichen des voüsa Standes der Zähl Vorgang durcli das vom Glied 122 erzeugte Signal unterbrochen. Bei der vorliegenden Erfindung stört ein periodischer Verlust des Rückkehrsignals den Entfernungsmeßvorgang nicht wesentlich, weil der Zähler 68 die letzte gültige Entfernungsinformation speichert und diese Information dazu verwendet, die Stellung des Verfolgungsfensters zu bestimmen, bis entweder wieder gültige Rückkehrsignale empfangen und die Entfernungsdaten auf den neuesten Stand gebracht werden oder das System festeilt, daß das verfolgte Ziel verloren gegangen ist, d. h. die Wahrscheinlichkeit groß ist, daß das Objekt aus dem Bleich des Verfolgungsfensters hinausgewan-

eine neue verbesserte Entfemungsbesehrieben worden, welche die erhöhte r Rauigkeit und Betriebssicherheit einer digitalen An-GenauigKe« «" automatisches Verfolgungs- ?^rdllung_^bl _r!!l" das das Ansprechen auf Störsignale einen automatischen Übergang vom - ■ igsbetrieb, wenn entsprechen- _j ...;«, eine automatische

Anzahl aufeinander- Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: 2

1. Digitale Entfernungsmeßeinheit für ein nach dem lmpuls-Rückstrahlprinzip arbeitendes Entfernungsraeßgerät mit einer ersten, auf ein Empfangssignal und ein Verfolgungstorsignal ansprechenden Einrichtung mit einem ersten Zähler, dem in jeder Entfernungsmeßperiode während der Zeit zwischen dem Aussenden eines Energieimpulses und dem Empfang der an einem Ziel reflektierten Energie Taktimpulse zugeführt werden, so daß sein Stand für die Entfernung zum Ziel charakteristisch ist, mit einer zweiten Einrichtung, die einen zweiten Zähler zum Zählen von zugeführten Taktimpulsen enthält der gemäß dem Stand des ersten Zählers eingestellt und von dem das Verfolgungstorsignai abgeleitet wird, das in zeitlicher Obereinstimmung mit dem von dem ausgewählten Ziel empfangenen Signal der ersten Einrichtung zugeführt wird, mit einer dritten Einrichtung, die den ersten Zähler mit dem zweiten Zähler nur in Entfernungsmeßperioden koppelt, in denen ein Signal von dem ausgewählten Ziel empfangen wird, und mit einer vierten Einrichtung zum Zuführen von Taktimpulsen zu den Zählern, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zähler (66 und 68) eine gleiche maximale Zählkapazität haben, die gleich der Anzahl der während eines vorbestimmten maximalen Entfernungsintervalls auftretenden Taktimpulse ist, daß der zweite Zähler (68) jeweils beim Empfang eines vom Ziel reflektierten Signals auf das Komplement des Standes des ersten Zählers (66) eingestellt wird und daß dem zweiten Zähler (68) während jeder Entfernungsmeßperiode Taktimpulse bis zu dem Zeitpunkt zugeführt werden, in dem der zweite Zähler (68) von der dritten Einrichtung (88) auf das Komplement des Standes des ersten Zählers eingestellt wird oder dem ersten Zähler (66) eine Anzahl von Taktimpulsen zugeführt worden ist, die der vorbestimmten maximalen Zählkapazität gleich ist, so daß in Entfernungsmeßperioden, während denen kein von dem ausgewählten Ziel reflektiertes Signal empfangen wird, der zweite Zähler (68) einmal bis zu dem Stand, der während der vorhergehenden Entfernungsmeßperiode eingestellt wurde, vollständig durchgezählt wird.

2. Entfernungsmeßeinheit nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß eine fünfte Einrichtung (74, 78, 80) der ersten Einrichtung (52, 66) vor dem ersten zeitlichen Zusammenfallen zwischen empfangener Energie und dem Verfolgungstorsignal gestattet, auf aus einem Entfernungsintervall, das größer ist als das durch das Verfolgungstorsignal definierte Entfernungsintervall, empfangene Energie anzusprechen, und dann das Ansprechen der ersten Einrichtung (52, 66) auf empfangene Energie beschränkt, die mit dem Verfolgungstorsignal zeitlich zusammenfällt.

J. Entfernungsmeßeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung (74, 78, 80) ein Suchtorsignal bildet, das mit dem größeren Entfernungsintervall zeitlich übereinstimmt, und mit dem ersten Zähler (66) derart gekoppelt ist, daß das Suchtorsigna! bei einem ersten vorbestimmten Stand des ersten Zählers (66) beginnt und bei einem zweiten vorbestimmten Stand des ersten Zählers (66) endet.

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