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Verfahren und Einrichtung zur Entfernungsmessung
DE2216765A1
Germany
- Other languages
English - Inventor
Johannes Dipl.-Ing. Wien Riegl - Current Assignee
- Riegl Johannes Dipl-Ingdr 1130 Wien At Kitt
Worldwide applications
Application DE19722216765 events
1972-11-09
1981-07-30
1982-04-29
Application granted
1982-04-29
Status
Expired
Description
translated from
IMMATRA A.G. " ■ ' ' 22 Tß 76 5
. Holbeinstraße 34 : 5i Αρτίί Ι972
CH - 8008 ZÜRICH
" Verfahren und Einrichtung zur Entfernungsmessung "
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernungsmessung nach
dem Impulsradarprinzip, bei dem ein Impuls, vorzugsweise elektromagnetischer Wellen,
z. B. im Infrarotbereich, in Richtung auf ein Objekt ausgesendet, vom Objekt reflektiert
und der reflektierte Impuls aufgefangen wird, wobei die dabei ermittelte Laufzeit zum
Bestimmen der Entfernung dient, auf eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
und eine Kamera mit einer derartigen Einrichtung.
Bei derartigen Verfahren hängt die Genauigkeit der Entfernungsmessung im
wesentlichen von der Genauigkeit der Zeitpunktbestimmung für die Aussendung bzw. den
Empfang der Impulse ab. Während hicbei der Zeitpunkt der Aussendung naturgemäß
leicht zu bestimmen ist, liegt die Genauigkeit der Zeitpunktbestimmung des Empfangsimpulses üblicherweise in der Größenordnung von dessen Anstiegszeit, wenn nur die
Anstiegsflanke zur Messung herangezogen wird. Üblicherweise wird zur Festlegung des
Empfangszeitpunktes das Erreichen eines bestimmten Mindestpegels durch den Empfangs- -''
impuls verwendet. A us diesen Gründen wurde bisher zur Erhöhung der Genau-
2 0 9 8 4 6/0719 ©fhginäl
igkeit eine Verringerung der Anstiegszeit erstrebt, wobei bereits für eine Genauigkeit
von + 15cm eine Anstiegszeit des Empfangsinpulses von 2 ns erforderlich ist. Abgesehen
von dem dadurch notwendigen technischen Aufwand bedingt dies entweder die Verwendung
spezieller und teurer Empfangselemente oder eine relativ geringe Maximalreichweite
des Gerätes. Diese Schwierigkeiten ließen sich zwar durch Verwendung von Sendern höherer Leistung vermeiden, doch ist eine beliebige Erhöhung der Sendeleistung
wegen des für das menschliche Auge zulässigen Maximalwertes der Sende - Leistungsdichte
nicht möglich.
Die Erfindung geht von einem völlig anderen Prinzip'aus, wobei ihr die Erkenntnis
zugrunde liegt, daß bei Festlegen eines bestimmten Mindestpegels für die Bestimmung
des Empfangszeitpunktes, die Amplitude des Empfangsimpulses stets genau gleich zu halten
ist, um sicher zu sein, daß für die Entfernungsmessung stets ein vorbestimmter Prozentsatz der Anstiegszeit des Empfangsimpulses bestimmend ist. Demnach wird erfindungsgemäß
so vorgegangen, daß die Amplituden der empfangenen Impulse gemessen und durch Nachregeln der Sendeimpülsamplitude und/oder der Empfangsausgangsamplitude
auf einen Sollwert gebracht werden, und daß der Zeitpunkt des Empfanges durch den
Zeitpunkt des Erreichens eines vorgegebenen Prozentsatzes des Amplitudensollwertes
bestimmt wird. Auf diese Weise hängt die Genauigkeit des Empfangszeitpunktes lediglich
von der Genauigkeit der Amplitudenregelung ab, die ohne weiteres sehr hoch getrieben
werden kann. Es ist dabei im Rahmen der Erfindung zweckmäßig, wenn mit niedrigen
Sendeimpulsamplituden begonnen und diese so lange gesteigert werden, bis der Amplitudensollwert
der empfangenen Impulse erreicht ist. Auf diese Weise erreicht man einerseits, daß mit geringem Leistungsbedarf das Auslangen gefunden werden kann, was besonders
für tragbare Geräte wichtig ist; anderseits ist es schon deshalb wesentlich, das
Leistungsniveau niedrig zu halten, weil bei der Verwendung von Laserstrahlen gegebenenfalls
bei hohen Leistungen Personen zu Schaden kommen könnten.
Um das Signal - Rauschverhältnis günstig zu halten, ist es zweckmäßig, wenn
beim Nachregeln zuerst die Sendeleistung innerhalb ihres Regelbereiches nachgeregelt
wird, und erst dann, wenn die Grenzen dieses Regelbereiches erreicht sind, der Empfün-
209846/071Π
ge rausgang nachgeregelt wird. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegt darin, daß sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens leicht Korrekturwerte
ermitteln lassen. Immer dann, wenn die Amplitude des .empfangenen Impulses
vom Sollwert abweicht, wird sich nämlich ein Fehler ganz bestimmter Größe ergeben.
Ist beispielsweise die Amplitude des empfangenen Signals geringer als der Sollwert,
so wird ein höherer Prozentsatz dieser Amplitude für den Zeitpunkt des Empfanges bestimmend,
als gerechtfertigt wäre. Die Abweichung richtet sich dabei, wie gesagt, nach der Amplitude der empfangenen Impulse. Es ist daher vorteilhaft, wenn in Abhängigkeit
von der Amplitude der empfangenen Impulse ein Korrekturwert ermittelt und dieser Wert
bei der Bestimmung der Entfernung berücksichtigt wird.
Außerdem läßt sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein weiterer
Meßwert gewinnen, wenn bei einer vorbestimmten Sendeamplitude begonnen und so lange nachgeregelt wird, bis der Empfangssollwert erreicht wird, wobei aus dem Unterschied
zwischen den ersten Empfangsamplituden und dem Sollwert das Reflektionsvermögen
vermögen errechnet wird.
Zur Durchführung des erfindungsgemäfcen Verfahrens kann eine Einrichtung
mit einem Sender, einem Empfänger und einer Einrichtung zum Messen der Impulslaufzeit
so ausgebildet sein, daß der Ausgang des Empfängers mit einer Meßeinrichtung für die Amplitude des Eingangssignals verbunden ist, der eine Vergleichseinrichtung
zum Vergleich der gemessenen Amplitude mit einer Sollamplitude und dieser eine Regeleinrichtung
nachgeschaltet sind. Hiebei kann im Rahmen der Erfindung die Ausbildung
so getroffen sein, daß der Empfänger eine Avalanche -Diode aufweist, deren Ausgangssignal von der Regeleinrichtung geregelt ist. Vorteilhafter jedoch ist es, wenn die
Regeleinrichtung einen Ausgangsverstärker steuert. Es ergibt sich hiebei sowohl die
Möglichkeit, daß dieser Ausgangsverstärker im Sender, als auch im Empfänger vorhanden
ist, und es besteht ebenfalls die Möglichkeit , daß überdies eine Avalanche-Diode
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gesteuert wird. Um zu erreichen, daß Sender bzw. Empfänger nacheinander gesteuert
werden, weist vorteilhaft die Regeleinrichtung zwei Ausgänge verschiedenen Spannungspegels auf, wobei der eine Ausgang mit dem Sender, der andere mit dem Empfän/ger
verbunden ist. Es kann jedoch die Regeleinrichtung ohne weiteres drei Ausgänge aufweisen,
wenn beispielweise im Empfänger sowohl dessen Ausgangsverstärker als auch die Avalanche-Diode geregelt wird ■
Um den erwähnten Korrekturwert für die Laufzeitmessung zu erhalten, kann
zweckmäßig die Amplitudenmeßeinrichtung gleich hiefür benützt werden, wobei der Ausgang
der Amplitudenmeßeinrichtung, gegebenenfalls auch mittelbar über eine der nachgeschalteten
Einrichtungen, mit der Laufzeitmeßeinrichtung verbunden ist. Ebenso kann auch zur Ermittlung der Objekthelligkeit mit dem Ausgang der Amplitudenmeßeinrichtung
ein Objekthelligkeitsrechner verbunden sein.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der nachfolgenden
Beschreibung von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen.
Fig. 1 veranschaulicht an Hand eines Impulsdiagramms das erfindungsgemäße Verfahren,
wogegen Fig. 2 an Hand eines Blockschaltbildes verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
einer erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich beispielsweise
Einrichtungen verwenden, wie sie in der DOS 1, 963.559 beschrieben sind. In dieser DOS
wird allerdings das Problem der Zeitpunktbestimmung für das Empfangssignal nicht behandelt,
da die dort beschriebene Einrichtung für die Tiefenmessung gedacht ist, bei der
es auf ungenauigkeiten von 10 cm und mehr nicht ankommt. Will man aber mit einer derartigen
bekannten Einrichtung größere Genauigkeiten erzielen, so muß eben das erfindungsgemäße
Verfahren angewandt werden.
Analog zu den in der erwähnten DOS beschriebenen Synchronisierimpulsen seien
beispielsweise Taktimpulse TI vorgesehen, die in regelmäßigen Abständen beispielsweise
von einem Impulsgenerator ausgesandt werden. Die positive Flanke dieses Taktimpulses
TI dient zur Ansteuerung eines Sendeimpulsgenerators, der nach einer kurzen Verzögerungszeit
einen Sendeimpuls SI abgibt. Dieser Sendeimpuls kann prinzipiell ein Schall-
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impuls sein, zweckmäßig jedoch handelt es sich hiebei um einen elektromagnetischen
Impuls, vorzugsweise in einem dem sichtbaren Licht nahe gelegenen Bereich» Für die
letztgenannten Wellen stehen nämlich sehr leistungsfähige und kleine Sender zur Verfugung,
beispielsweise können Ga As - Laser zur Anwendung kommen, die einerseits eine enge Bündelung des ausgesandten Infrarotlichtes zulassen und anderseits nur einen geringen
Energiebedarf haben.
Bei der Verwendung solcher Laserdioden wird das ausgesandte optische Sendesignal
SI die in Fig.l dargestellte Form besitzen. Das Sendesignal SI wird nun in einiger
Entfernung auf das jeweils anvisierte Objekt fallen und nach einer der Entfernung entsprechenden
Zeit in einem gewissen, der Objekthelligkeit entsprechendes Ausmaß als optischer Eingangsimpuls EIO empfangen werden können. In Fig. 1 ist ersichtlich, daß
die optischen Eingangsimpulse EIO gegenüber dem Sendeimpuls SI eine verringerte Amplitude besitzen.
Die optischen Eingangsimpulse EIO werden in einem Empfänger mit einer entsprechenden
Verzögerung am Ausgang des Empfängers als verstärkte elektrische Eingangsimpulse
EIE zur Verfugung stehen. Diese elektrischen Eingangsimpulse EIE dienen
dann zur weiteren Verwertung, d.h. insbesondere zunächst zur genauen Bestimmung des
Eintreffzeitpunktes. Hiezu ist üblicherweise ein gewisser Pegel mit einer Amplitude A-vorgesehen,
bei dessen Überschreiten durch den elektrischen Eingangs impuls EIE eine Laufzeitmeßeinrichtung geaüggert wird.
In Fig. 1 sind jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgende Impulse dargestellt,
wobei der jeweils erste Sendeimpuls SL geringere Amplituden aufweist als der darauffolgende
Sendeimpuls SL. Das gleiche gilt dementsprechend für die elektrischen Eingangsimpulse
E1 bzw. E . Es ist nun ersichtlich, daß bei gegebenem Triggerpegel A1
der Zeitpunkt vom Erreichen dieses Pegels A1 bis zum Erreichen der Maximalamplitude
des jeweiligen Eingangsimpulses E1 bzw. E„ je nach der Größe dieser Maximalamplitude
verschieden ist, was eine Ungenauigkeit der Laufzeitmessung mit sich bringt. So beträgt
der Zeitpunkt zwischen dem Erreichen der Triggeramplitude A1 bis zum Erreichen der
Maximalamplitude des Eingangsimpulses E die Zeit t^ wogegen die gleiche Messung am
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Eingangsimpuls E2 eme bedeutend größere Zeit t ausmacht. Nimmt man beispielsweise
die Triggeramplitude A- bei etwa 50 % der Maximalamplitude an, so zeigt sich, daß diese
Annahme wohl für den Eingangsimpuls E stimmt, daß aber dieser Prozentsatz beim
Eingangsimpuls E1 überschritten ist. Tatsächlich liegen 50% der Maximalamplitude des
Eingangsimpulses E bedeutend früher, und es simuliert also eine geringere Maximalamplitude ein späteres Eintreffen des Impulses ;.und damit eine größere Entfernung. Ist
die Anstiegszeit des Impulses bekannt so braucht also lediglich die Höhe der Maximalamplitude des jeweiligen Eingangssignales gemessen werden, um aus diesen beiden
Weiten einen Korrekturwert für die gemessene Entfernung zu ermitteln.
Es bedarf jedoch grundsätzlich des Korrekturwertes nicht, wenn es gelingt,
wenigstens die elektrischen Eingangsimpulse EIE auf eine konstante Sollamplitude SA
zu bringen, da in diesem Falle die Triggeramplitude A1 selbstverständlich stets einem
vorgegebenen Prozentsatz der Maximalamplitude des jeweiligen Eingangsimpulses EIE
ausmacht. Es bleibt also nur übrig, für eine genaue Amplitudenregelung zu sorgen,
in welchem Falle dann eine entsprechend hohe Genauigkeit für die Entfernungsmessung
erzielt werden kann.
Zu Beginn der Messung werden die elektrischen Eingangsimpulse meistens nicht
die vorgesehene Sollamplitude SA aufweisen, sondern ihre Amplitude wird je nach der
Objekthelligkeit und seinem Reflexionsgrad größer oder kleiner sein. Es ist aus verschiedenen
Gründen vorteilhaft mit geringen Sendeimpulsamplituden zu beginnen und sie dann so lange zu steigern, bis die elektrischen Eingangsimpulse EIE die vorgegebene Sollamplitude
SA erreicht haben. Dadurch wird einerseits Energie für den Betrieb des Senders gespart, und es wird vor allem darauf bedacht genommen, daß nur die unumgänglich.
notwendige Sendeenergie abgestrahlt wird, die ja bei Laserlicht ein gewisses Ausmaß
nicht überschreiten darf. Wenn so vorgegangen wird, wie dies auch in Fig. 1 dargestellt
ist, so werden die ersten Messungen fälschlicher Weise größere Entfernungen anzeigen ,
als dies tatsächlich zutrifft, und es kann daher so vorgegangen werden, daß bis zur Erzielung
der vorgegebenen Sollamplitude SA die Laufzeitmeßeinrichtung ausgeschaltet bleibt. Dadurch geht allerdings Energie überflüssigerweise verloren, und es ist daher
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vorteilhafter, wenn in der oben beschriebenen Weise ein Korrekturwert aus der tatsächlichen
Maximalamplitude des eingehenden elektrischen Impulses berechnet wird.
Da, wie erwähnt, die Senderleistung bei Lasern nur bis zu einem gewissen Ausmaß
erhöht werden darf , bei anderen Arten von Sendern hingegen vielleicht aus Zweckmäßigkeitsgründen
nicht erhöht werden kann, so ist es vorteilhaft, beim Nachregeln zuerst die Sendeleistung innerhalb ihres Regelbereiches nachzuregeln und erst dann, wenn die
Grenzen dieses Regelbereiches erreicht sind, den Empfängerausgang nachzuregeln.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß zwischen der Amplitude des Sendeimpulses
SI und der Amplitude des optischen Eingangs impulses EIO ein Unterschied besteht,
der auf das Reflexionsvermögen des Objektes zurückzuführen ist.Wenn das jeweils erste
Sendeimpulssignal SL eine vorbestimmte Maximalamplitude aufweist, so läßt sich aus dem Unterschied zwischen der Amplitude des ersten elektrischen Signals E.. und der
Sollamplitude SA auf das Reflexionsvermögen rückschließen. Bekanntlieh ist die Helligkeit
verkehrt proportional dem Abstandsquadrat, so daß also bei der Berechnung des Reflexionsvermögen die gemessene Entfernung berücksichtigt werden muß.
Wiewohl es ohne weiteres möglich ist, daä erfindungsgemäße Verfahren mit
herkömmlichen Einrichtungen praktisch von Hand aus durchzuführen, so ist es doch λόγ-teilhaft,
an einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens die einzelnen Verfahrensschritte zu automatisieren. Fig. 2 veranschaulicht im Blockschaltbild, wie dies geschehen
kann.
Hiebei ist in einem Sender S eine Laserdiode LD vorgesehen, die von einem
Sendeimpulsgenerator SIG angesteuert wird. Hiezu erhält der Sendeimpulsgenerator SIG
Taktimpulse TI (Fig. 1) über einen Taktimpulsgenerator TIE. Dieser Taktimpulsgenerator
TIG steuert auch eine Einrichtung zur Messung der Laufzeit der Impulse ZM an. Dadurch wird der Beginn den Zeitmessung definiert.
Das Ende der Zeitmessung wird durch das empfangene Signal bestimmt, das
vom anvisierten Objekt refldfiert wurde und durch einen Empfänger E mittels einer
Photodiode PD oder auch einem anderen lichtelektrischen Wandler aufgenommen wird.
Die Verwendung einer Photodiode und zwar einer Avalanche - Diode besitzt den Vorteil
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größerer Genauigkeit und überdies der Regelbarkeit. Das von dem lichtelektrischen
Wandler PD erhaltene elektrische Signal, das im wesentlichen dem Signal EIE entspricht,
wird einem Ausgangsverstärker AV zugeführt, von wo es dann verstärkt zur Laufzeitmeßeinrichtung
ZM zur Errechnung der Entfernung gelangt. Dies entspricht dem herkömmlichen Vorgang, wobei schließlich an einer Ausgangsklemme A das Meßergebnis
abgenommen werden kann. Dieses Meßergebnis wird anschließend entweder einer nicht
dargestellten Anzeigeeinrichtung oder auch - bei Verwendung der dargestellten Einrichtung
für eine Kamera - zur Betätigung einer Steuereinrichtung, d.h. der Fokussiereinrichtung
der Kamera benützt.
Um nun das erfindungsgemäße Verfahren zu automatisieren liegt am Ausgang
des Ausgangsverstärkers AV eine Meßeinrichtung AM für die Amplitude dieses Signals.
Dieser Amplitudenmeßeinrichtung ist eine Vergleichseinrichtung V nachgeschaltet, die
die gemessene Amplitude mit einer vorbestimmten Sollamplitude, der Sollamplitude SA
(Fig. 1), vergleicht. Aus diesem Vergleich ergibt sich ein Regelsignal das einer Regeleinrichtung
zugeführt wird.
Diese Regeleinrichtung kann nun beispielsweise vom Ausgangsverstärker AV
des Empfängers E selbst gebildet sein, es kann aber auch eine besondere Regelschaltung
R Verwendung finden, deren Ausgangssignal einerseits dem Signalgenerator SIG des Senders
S direkt oder über einen Vorverstärker VV zugeführt wird und das anderseits im Falle der Verwendung einer Avalanche - Diode als photoelektrischen Wandler PD auch
zur Regelung dieser Diode dienen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es
sich bei der Regelschaltung R um eine Regelung für die Spannung, die von einer Spannungsquelle U bezogen wird. Auf diese Weise lassen sich die einzelnen Verfahrensschritte des
erfindungsgemäßen Verfahrens automatisch durchführen. Um zu sichern, daß der SenderS
bzw. der Empfänger E nacheinander geregelt werden, wie dies einer vorteilhaften Ausflihrungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, weisen die beiden dargestellten Ausgänge der Regelschaltung R verschiedene Spannungspegel auf.
Um bei Abweichungen des aus dem Empfänger E erhaltenen Ausgangssignales
vom Sollwert SA einen Korrek; .vert für die Laufzeitmessung zu erhalten, ist die
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Amplitudenmeßeinrichtung AM über die Vergleichseinrichtung V mit der Laufzeitmeßeinrichtung
ZM verbunden. Dieser Meßeinrichtung ZM wird somit in Abhängigkeit von der gemessenen Amplitude ein Signal zugeführt, daß bei gegenüber dem Sollwert zu geringer
Maximalamplitude des Eingangssignals EIE ein den Meßwert der Meßeinrichtung ZM verringerndes Signal zuführt, wogegen bei größerer Maximalamplitude des Eingangssignals EIE gegenüber der Sollamplitude SA der Meßwert der Laufzeitmeßeinrichtung ZM
vergrößex-t wird. Das Maß der Änderung hängt im wesentlichen von der Anstiegszeit des
Signals EIE ab.
Ferner ist der Ausgang der Amplitudenmeßeinrichtung AM mit einem Objektreflexionsrechner
OR verbunden. Wie bereits erwähnt läßt sich ja aus dem Unterschied zwischen der Maximalamplitude des Eingangs signals EIE und der Sollamplitude SA auf das
Reflexionsvermögen rückschließen, falls der Sendeimpuls SI zu Beginn der Messung eine
vorbestimmte Amplitude besitzt. Da nun aber die Helligkeit und damit die Amplitude des
Eingangssignals EIE verkehrt proportional dem Abstandsquadrat ist, muß in diese Rechnung
auch die gemessene Entfernung eingehen. Aus diesem Grunde ist der Objektreflexionsrechner
OR auch mit dem Ausgang A verbunden. Am Ausgang des Objektreflexionsrechners OA findet sich dann das Ergebnis dieser Rechnung, das beispielsweise in einer
Kamera entweder mit einem gewissen Anteil ständig die Belichtungsregelung beeinflußt
oder wahlweise an Stelle des Szenenhelligkeitsmessers an den Belichtungsregler der
Kamera angeschaltet werden kann.
Die Anstiegszeitkonstante des Eingangssignales EIE (Fig. 1), d.h.die Zeit vom
Beginn des Anstiegs dieses Signals bis zum Erreichen seiner Maximalamplitude und damit
die erreichbare Genauigkeit ist im wesentlichen durch die Zeitkonstante des Eingangskreises
gegeben. Diese Zeitkonstante wird im allgemeinen so gewählt sein, daß auch bei größeren Entfernungen, bei denen sich gewöhnlich ein stärkeres Rauschen ergibt,
noch ein optimales Signal - Rausch - Verhältnis erhalten werden kann. Dies bedeutet
aber, daß mit einer höheren Genauigkeit, also mit einem günstigeren Signal - Rausch Verhältnis,
größere Anstiegszeitkonstanten bzw. höhere Zeitkonstanten des Eingangskreises erforderlich sind. Diese Zeitkonstanten ergeben sich im wesentlichen aus der
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Diodenkapazität und der Eingangskapazität des Verstärkers AV und entsprechenden Widerständen.
Im Ersatzschaltbild lassen sich diese Kapazitäten und Widerstände als RC Glieder
symbolisieren.
Da, wie erwähnt, die Genauigkeit und damit die Anstiegszeit des Signals EIE
für die größtmöglichen Entfernungen gewählt sein wird, ergibt sich bei geringen Entfernungen
eine höhere Genauigkeit, als benötigt wird. Da aber anderseits die Kapazität der
Diode sowie die Eingangskapazität des Verstärkers AV nicht regelbar sind, ist es zweckmäßig,
in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung die zugehörigen Widerstände zu verstellen, so daß sich bei geringeren Entfernungen eine höhere Anstiegszeit ergibt. Zu
diesem Zwecke ist im dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) eine Rückmeldeleitung
RL vorgesehen, die den Ausgang A mit dem Ausgangsverstärker AV des Empfängers E
verbindet und dort in Abhängigkeit von der gemessenen Entfernung einen Widerstand entsprechend
verändert, d.h. für kleinere Entfernungen verkleinert. Dadurch kann das
Signal - Rausch - Verhältnis für geringere Entfernungen dem Verhältnis bei größeren
Entfernungen angepaßt werden, wobei sich durch den steileren Anstieg am Eingangssignal
EIE eine geringere Anstiegszeit und damit eine höhere Genauigkeit für die Laufzeit ergibt.
Außer der Rückführleitung RL kann nun in gleicher Weise der Lastwiderstand am lichtelektrischen Wandler PD durch eine ebensolche Leitung verändert werden.
Derartige Maßnahmen sind besonders wertvoll für die Einstellung optischer
Geräte, insbesondere von Kameras, da die Schärfentiefe der Objektive mit der Entfernung
wächst, so daß für geringere Entfernungen eine höhere Genauigkeit gefordert wird.
In der oben beschriebenen Leitung zwischen dem Ausgang der Vergleichseinrichtung
V und der Laufzeitmeßeinrichtung ZM ist zweckmäßig eine Korrektureinrichtung K E eingeschaltet, die außer den genannten Korrekturwert einen zusätzlichen Wert zur
Korrektur einführt. Zweckmäßig befindet sich diese Einrichtung, wie dargestellten der
genannten Leitung; es könnte jedoch auch eine gesonderte Leitung zum Einbringen eines
zusätzlichen Korrekturwertes zwischen der Amplitudenmeßeinrichtung bzw. einer dieser
Meßeinrichtung nachgesclialteten Einrichtung und der Laufzeitmeßeinrichtung vorgesehen
sein.
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Bei diesem zusätzlichen Korrekturwert handelt es sich darum, daß bei schwachen
Echosignalen trotz aller elektronischer Maßnahmen das Ausgangssignal am Ausgang A mit endlicher Wahrscheinlichkeit gestört sein kann. Wenn nun, wie dies bei bekannten
Einrichtungen geschieht^die Werte einer vorbestimmten Anzahl von Messungen
beispielsweise in einem Integrator gesammelt werden, so ergibt sich daraus ein Mittelwert,
der sowohl von den geringsten als auch von den höchsten Meßwerten beeinflußt ist.
Tatsächlich aber besitzt nicht immer dieser Mittelwert die größte Wahrscheinlichkeit,
sondern vielmehr der am häufigsten auftretende Wert. Es ist zwar möglich, mit Hilfe
einer verhältnismäßig komplizierten Schaltung die statistische Wahrscheinlichkeit jedes
einzelnen Meßwertes bei einer vorliegenden statistischen Verteilung zu errechnen. Die
erfindungsgemäße Ausbildung der Einrichtung gibt jedoch die Möglichkeit, die durch den
Aufbau des Gerätes bedingte Abweichung zwischen dem Mittelwert und dem häufigsten
Wert in Abhängigkeit vom Signal - Rausch - Verhältnis eine für allemal durch Messung
zu ermitteln und einen entsprechenden Korrekturwert mit Hilfe der Korrektureinrichtung
KE der Laufzeitmeßeiiirichtung zur Beeinflussung des in ihr gebildeten Mittelwertes einzugeben.
Als Korrektureinrichtung kann hiebei ohne weiteres eine innerhalb eines vorbestimmten
Bereiches nichtlineare Übertragungseinrichtung , z.B. ein entsprechender Widerstand, Verwendung finden.
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Claims (1)
Hide Dependent
translated from
Claims (1)
Hide Dependent
translated from
- Patentansprüche1. " Verfahren zur Entfernungsmessung nach dem Impulsradarprinzip, bei dem ein Impuls, vorzugsweise elektromagnetischer Wellen, z.B. im Infrarotbereich, in Richtung auf ein Objekt ausgesendet, vom Objekt reflektiert und der reflektierte Impuls aufgefangen wird, wobei die dabei ermittelte Laufzeit zum Bestimmen der Entfernung dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der empfangenen Impulse ( EIO) gemessen und durch Nachregeln der Sendeimpulsamplitude ( SI) und/oder der Empfangsausgangsamplitude ( EIE) auf einen Sollwert ( SA) gebracht werden, und daß der Zeitpunkt des Empfanges durch den Zeitpunkt des Erreichens eines vorgegebenen Prozentsatzes des Amplitudensollwertes bestimmt wird.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit niedrigen Sendeimpulsamplituden begonnen und diese so lange gesteigert werden, bis der Amplitudensollwert der empfangenen Impulse erreicht ist.3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Nachregeln zuerst die Sendeleistung innerhalb ihres Regelbereiches nachgeregelt wird, und erst dann, wenn die Grenzen dieses Regelbereiches erreicht sind, der Empfängerausgang nachreregelt wird.i. Verfahren nach Anspruch 1, 2, oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Amplitude der empfangenen Impulse ein Korrekturwert ermittelt und dieser Vert bei der Bestimmung der Entfernung berücksichtigt wird.>. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiiiner vorbestimmten Sendeamplitude begonnen und so lange nachgeregelt wird, bis der ümpfangssollwert erreicht wird, wobei aus dem Unterschied zwischen den ersten Empangsamplitude und dem Sollwert die Objekthelligkeit errechnet wird.Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis , mit einem Sender, einem Empfänger und einer Einrichtung zum Messen der Impuls-209846/071D «D OfK-NALlaufzeit, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Empfängers ( AV) mit einer Meßeinrichtung (AM) für die Amplitude des Eingangssignals verbunden ist, der eine Vergleichseinrichtung ( V) zum Vergleich der gemessenen Amplitude mit einer Sollamplitude und dieser eine Regeleinrichtung ( R) nachgeschaltet sind.T. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (E)eine Avalanche-Diode aufweist, deren Ausgangs signal von der Regeleinrichtung ( R) geregelt ist.8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ( R) einen Ausgangsverstärker ( AV) steuert.9. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ( R) zwei Ausgänge verschiedenen Spannungspegels aufweist, wobei der eine Ausgang mit dem Sender ( S), der andere hingegen mit dem Empfänger ( E) verbunden ist.10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, .daß der Ausgang der Amplitudenmeßeüirichtung ( AM) gegebenenfalls auch mittelbar, über eine der nachgeschalteten Einrichtungen, mit der Laufzeitmeßeinrichtung ( ZM) verbunden ist. .11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (E) eine Einrichtung ( AV) zum Verändern wenigstens eines Widerstandes und damit der Anstiegszeit des elektrischen Eingangs signals aufweist, und daß diese Einrichtung mit dem Ausgang der Laufzeitmeßeinrichtung ( ZM) verbunden und von deren Ausgangssignal ( RL) gesteuert ist.12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Ausgang der Amplitudenmeßeinrichtung ( AM) eine Korrektureinrichtung ( KE) für die Korrektur des Ausgangssignals der Laufzeitmeßeinrichtung ( ZM), gegebenenfalls auch mittelbar über eine der nachgeschalteten Einrichtungen verbunden ist, wobei diese Korrektureinrichtung, ζ. B. ein in einem vorbestimmten Bereich nichtlinearer Widerstand, zum Einbringen eines statistischen Korrekturwertes, z. B-. der gerätebedingten Meßwertabweichung, mit der Laufzeitmeßeinrichtung ( ZM) verbunden ist.209846/0719COPY13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daßmit dem Ausgang der Meßeinrichtung (AM), gegebenenfalls auch mittelbar über eine der nachgeschalteten Einrichtungen, ein Objektreflexionsrechner ( OR) verbunden ist.2098A6/0719