DE2233135A1

DE2233135A1 - Missile proximity sensor - with function generator and threshold circuit to prevent cloud back scatter misfire

Info

Publication number: DE2233135A1
Application number: DE19722233135
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Phys Dr Stoll
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE2233135C2

Abstract

The sensor includes a solids laser to act as a pulse transmitter, a receiver for the radiation reflected by a target, and a processing circuit with a threshold unit for the received signal. The threshold signal has the form of a drooping function of the time elapsed since transmitting a pulse. The processor includes a gate which is opened a finite time after pulse transmission and is closed after a time corresp. to the max. distance.

Description

Annäherungssensor für Benkgeschosse Die Erfindung betrifft einen Annäherungssensor für Lenkgeschosse mit einem Impulssender für elektromagnetische Strahlung, z,B. einem Festkörper-Laser, einem Empfänger für die von einem Ziel zurückgeworfene Strahlung des Impulssenders und einer Auswerterschaltung für das Empfängersignal mit einer Schwellwertschaltung. Proximity sensor for Benk projectiles The invention relates to a Proximity sensor for steering projectiles with a pulse transmitter for electromagnetic Radiation, e.g. a solid-state laser, a receiver for those reflected back from a target Radiation of the pulse transmitter and an evaluation circuit for the receiver signal with a threshold value circuit.

Ein Abstandszünder soll das Geschoß zur Detonation bringen, wenn sein Abstand von einem Ziel geringer ist als eine vorgegebene Maximalentfernung, die dem Wirkungsbereich des Geschosses entspricht. Auf diese Weise ist es nicht erforderlich, das Geschoß in direkten mechanischen Kontakt mit dem Ziel zu bringen, was u.U. zusätzliche komplizierte Flugmanöver des Geschosses erforderlich machen oder zu einem Verfehlen des Zieles führen kann. Bei dem Lenkgeschoß kann es sich beispielsweise um ein Geschoß handeln, welches mittels eines Leitstrahls zu dem Ziel geführt wird. Das Geschoß kann aber auch mit einem Suchkopf versehen sein und sich selbst zu dem Ziel führen.A distance fuse is supposed to detonate the projectile, if its Distance from a target is less than a predetermined maximum distance, the corresponds to the sphere of action of the projectile. In this way there is no need to Bringing the projectile into direct mechanical contact with the target, which may result in additional require complicated flight maneuvers of the projectile or result in a miss of the goal can lead. The steering projectile can be, for example, a projectile act, which is guided to the target by means of a guide beam. The projectile but can also be provided with a seeker head and lead itself to the goal.

Zur Auslösung des Zündbefehls ist ein Annäherungssensor vorgesehen. Bekannte Annaherungssensoren enthalten einen Impulssender für elektromagnetische Strahlung, z.B. einen Festkörperlaser. Dieser sendet Impulse aus, die von dem Ziel zurückgeworfen werden. Die so von dem Ziel zurückgeworfenen Strahlungsimpulse werden von einem sensor seitigen Empfänger empfangen und als elektrische Empfängersignale auf eine Auswerterschals tung gegeben. Diese Auswerterschaltung enthält eine Schwellwertschaltung, welche einen Zündbefehl auslöst, wenn das Empfängersignal einen bestimmten geeignet gewählten Schwellwert überschreitet.A proximity sensor is provided to trigger the ignition command. Known proximity sensors contain a pulse transmitter for electromagnetic Radiation, e.g. a solid-state laser. This sends out impulses from the target be thrown back. The radiation pulses thus reflected from the target are received by a sensor-side receiver and as electrical receiver signals given to an evaluation circuit. This evaluation circuit contains a threshold value circuit, which triggers an ignition command when the receiver signal is suitable exceeds the selected threshold.

Ublicherweise enthält die Auswerterschaltung außerdem außer einem Vorverstärker ein auf den zu erwartenden Signalpuis abgestimmtes Filter.The evaluation circuit usually also contains one other than one Preamplifier a filter matched to the expected signal pulse.

Die bekannten Annäherungssensoren können gestört werden durch Wolken oder ähnliche rückstreuende Gebilde, durch die eine Rückstreuung des ausgesandten Strahlungsimpulses erfolgt und ein den Schwellwert überschreitendes Empfängersignal erzeugt werden kann. Es wird dann fälschlich ein Ziel vorgetäuscht.The known proximity sensors can be disturbed by clouds or similar backscattering structures through which a backscattering of the emitted Radiation pulse takes place and a receiver signal exceeding the threshold value can be generated. A target is then falsely faked.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Annäherungssensor so aufzubauen, daß er nicht auf Rückstreuung von Wolken anspricht.The invention is based on the object of a proximity sensor set up in such a way that it does not respond to backscattering from clouds.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Schwellwert der Schwellwertschaltung nach einer abfallenden Funktion der nach Impuls aussendung abgelaufenen Zeit veränderlich ist.According to the invention this is achieved in that the threshold value of Threshold value switching according to a decreasing function of the pulse transmission elapsed time is changeable.

Die Erfindung vermindert die Empfindlichkeit gegenüber Wolken im Vergleich zu der vorbekannten Anordnung durch Ausnutzung des unterschiedlichen Zeitverhaltens der von Wolken und von Zielen auf einen ausgesandten Strahlungsimpuls hin empfangenen Signale.The invention reduces the sensitivity to clouds in comparison to the previously known arrangement by utilizing the different time behavior that received by clouds and targets in response to an emitted radiation pulse Signals.

Die von einem Ziel zu erwartende Signalamplitude ist umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Entfernung zwischen Geschoß mit Sender und Empfänger einerseits und Ziel andererseits. Gleichzeitig ist die Impulslaufzeit proportional zu dieser Entfernung von Geschoß und Ziel. Es ergibt sich daraus, daß die von einem Ziel zu erwartende Signalamplitude des Empfänger signals umgekehrt proportional ist zur-dritten Potenz der Zeit, welche zwischen Aussendung des Impulses und Empfang des Impulses verstreicht. Diese Zeit beträgt beispielsweise bei 10 m Entfernung 66,6 ns. Das Empfängersignal erscheint dann als Impuls etwa von dem Zeitverlauf des ausgesandten Impulses.The signal amplitude to be expected from a target is inversely proportional to the third power of the distance between the projectile with transmitter and receiver on the one hand and goal on the other hand. At the same time, the pulse transit time is proportional to this Distance between projectile and target. It follows that the from a goal to expected signal amplitude of the receiver signal is inversely proportional to the third Power of the time between the transmission of the impulse and reception of the impulse elapses. This time is 66.6 ns at a distance of 10 m, for example. That The receiver signal then appears as an impulse roughly from the time course of the transmitted one Impulse.

Auch die Intensität der Rückstreuung hängt von der Entfernung ab.The intensity of the backscatter also depends on the distance.

Aus kurzen Entfernungen werden hohe Intensitäten zurückgestreut.High intensities are backscattered from short distances.

Diese Empfängersignale treten sehr kurze Zeit nach Aussenden des Impulses auf. Aus größeren Entfernungen-kommen geringere Intensitäten zurück. Diese kommen auch später an. Genauere Überlegungen zeigen, daß die Rückstreuintensität als Funktion der Zeit bei Aussenden eines Impulses, der die Länget hat, proportional ist zu wobei 6der atmosphärische Dämpfungskoeffizient und c die Lichtgeschwindigkeit ist. Das ist für trreine mit der Zeit stetig abfallende Funktion, wobei im allgemeinen der Abfall stärker ist als die i/t3 -Abhängigkeit der von einem Ziel reflektierten Signale. Wenn der Schwellwert der Schwellwertschaltung in geeigneter Weise nach einer abfallenden Funktion der seit Aussendung des Impulses verstrichenen Zeit verändert wird, dann kann man erreichen, daß die von der Rückstreuung durch Wolken herrührenden Empfängersignale jedenfalls innerhalb des interessierenden Bereiches unter dem Schwellwert liegen, während Zielimpulse über den jeweiligen Schwellwert hinausgehen.These receiver signals occur a very short time after the pulse has been sent. Lower intensities come back from greater distances. These also arrive later. More precise considerations show that the backscatter intensity as a function of time when a pulse is emitted, which has the length, is proportional to where 6 is the atmospheric attenuation coefficient and c is the speed of light. This is a steadily decreasing function for a trure function, the decrease generally being stronger than the i / t3 -dependence of the signals reflected from a target. If the threshold value of the threshold value circuit is changed in a suitable manner according to a decreasing function of the time that has elapsed since the transmission of the pulse, then one can achieve that the receiver signals resulting from the backscattering by clouds are in any case within the range of interest below the threshold value, while target pulses are above the go beyond the respective threshold value.

Sehr kurze Zeit nach Aussenden des Impulses kann das von der Rückstreuung einer Wolke aus geringer Entfernung von-Annäherungssensor herrührende Signal größer als ein aus entsprechender Entfernung reflektierter Zielimpuls werden. Um die daraus resultierende Fehlermöglichkeit zu eliminieren, kann die Auswerterschaltung ein Tor enthalten, welches eine endliche Zeit nach Impulsaussendung öffnet und nach einer der Maximalentfernung entsprechenden Zeit wieder schließt.This can be caused by backscattering a very short time after the pulse has been sent out The signal from a cloud from a short distance away from the proximity sensor is greater as a target pulse reflected from a corresponding distance. To the out of it The evaluation circuit can eliminate the resulting possibility of error Contain gate, which opens a finite time after pulse transmission and after closes again at a time corresponding to the maximum distance.

Es können damit Fehler durch starke Rückstreuung kurz nach der Impulsaussendung vermieden werden, wobei man davon ausgehen kann, daß ein Ziel nicht unter die durch das Öffnen des Tores definierte Minimalentfernung an das Geschoß -herankommen kann, ohne vorher den Zündbefehl ausgelöst zu haben.This can lead to errors due to strong backscattering shortly after the pulse is emitted should be avoided, assuming that a target is not under the by the opening of the gate can reach a defined minimum distance to the floor, without having triggered the ignition command beforehand.

Durch das Schließen des Tores wird eine Maximalentfernung eindeutig definiert, oberhalb derer ein Zündbefehl noch nicht ausgelöst werden kann.By closing the gate, a maximum distance becomes clear above which an ignition command cannot yet be triggered.

Das Tor kann in dem Empfängersignalkanal entweder der Schwellwertschaltung vor- oder nachgeschaltet sein.The gate can either be the threshold value circuit in the receiver signal channel be upstream or downstream.

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines AnnBherungssensors nach der Erfindung.The invention is referred to below using an exemplary embodiment explained in more detail on the accompanying drawings: Fig. 1 shows a Block diagram of a proximity sensor according to the invention.

Sig. 2 zeigt den Verlauf des Schwellwertes als Funktion der Zeit sowie den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Empfängersignale. Sig. 2 shows the course of the threshold value as a function of time as well as the temporal progression of the various receiver signals.

Big. 3 zeigt zur Verdeutlichung der Erfindung entsprechende Signalverläufe bei einem Annäherungssensor nach der Erfindung. Big. 3 shows corresponding signal curves to illustrate the invention in a proximity sensor according to the invention.

Von einem Taktgeber 10 wird ein Triggerimpuls auf einen Impulssender 52 mit einer Galliumarsenidlaser gegeben, der einen Lichtimpuls aussendet. Die von einem Ziel reflektierte oder von einer Wolke rückgestreute Strahlung wird von einem Empfänger 14 erfaßt und in ein elektrisches Empfängersignal umgesetzt. Das Empfängersignal wird durch einen Vorverstärker 16 verstärkt. Das verstärkte Signal wird auf ein Filter 18 geschaltet, welches an den zu erwartenden Zielimpuls angepaßt ist.A trigger pulse is sent to a pulse transmitter by a clock generator 10 52 with a gallium arsenide laser that emits a pulse of light. The from Radiation reflected from a target or backscattered from a cloud is generated by a Receiver 14 detected and converted into an electrical receiver signal. The receiver signal is amplified by a preamplifier 16. The amplified signal is turned on Filter 18 switched, which is adapted to the expected target pulse.

Das Ausgangßsignal des Filters 18 liegt an einem Eingang 20 eines Vergleichers 22. An dem anderen Eingang 24 des Vergleichers 22 liegt ein Signal von einem Funktionsgenerator 26.The output signal of the filter 18 is at an input 20 of a Comparator 22. A signal is present at the other input 24 of the comparator 22 from a function generator 26.

Der Funktionsgenerator 26 wird durch den Triggerimpuls von dem Taktgeber 10 bei Aussendung des Lichtimpulses angestossen und erzeugt ein nach einer gewdnschten Funktion stetig abfallendes Signal.The function generator 26 is triggered by the trigger pulse from the clock 10 is triggered when the light pulse is emitted and generates a desired one Function of steadily decreasing signal.

Der Vergleicher 22 und der Funktionsgenerator 26 bilden zusammen eine Schwellwertschaltung mit einei Schwellwert, der nach einer abfallenden Funktion der nach Impulsaussendung abgelaufenen Zeit veränderlich ist. Der Schwellwert wird dabei durch das Signal des Funktionsgenerators 26 gegeben.The comparator 22 and the function generator 26 together form one Threshold value circuit with a threshold value, which according to a sloping one Function of the time elapsed after the pulse transmission is variable. The threshold is given by the signal of the function generator 26.

Der Ausgang 28 des Vergleichers 22 liegt an einem Tor 30, über welches das Ausgangssignal des Vergleichers als Zündbefehl auf einen Ausgang 32 des Annäherungssensors durchschaltbar ist. Das Tor 30 ist über zwei Steuereingänge 34, 36 gesteuert, die von einer Steuereinheit 38 gesteuert sind.The output 28 of the comparator 22 is at a gate 30, via which the output signal of the comparator as an ignition command to an output 32 of the proximity sensor is switchable. The gate 30 is controlled via two control inputs 34, 36, the are controlled by a control unit 38.

Die Steuereinheit 38 wird über einen Eingang 40 von einem Triggerimpuls von dem Taktgeber 10 angestoßen. Die Steuereinheit 38 arbeitet so, daß über den Eingang 34 das Tor 30 kurze aber endliche Zeit nach dem Triggerimpuls geöffnet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß starke Rückstreuung von Wolken aus kurzer Entfernung keinen Zündbefehl auslösen kann. Nach einer weiteren Zeitspanne wird das Tor 30 über den Steuereingang 36 geschlossen. Damit wird die Durchschaltung eines Zündbefehls sicher verhindert, wenn das Ziel eine vorgegebene Maximalentfernung von dem Geschoß entfernt ist.The control unit 38 receives a trigger pulse via an input 40 triggered by the clock generator 10. The control unit 38 operates so that over the Input 34 the gate 30 is opened a short but finite time after the trigger pulse. In this way it is ensured that strong backscattering from clouds from short Distance cannot trigger an ignition command. After a further period of time the gate 30 is closed via the control input 36. This is the connection an ignition command safely prevented when the target is a predetermined maximum distance away from the projectile.

Fig. 2 zeigt die Zeitabhängigkeit des von dem Funktionsgeneratora 26 gelieferten Signals und damit des Schwellwertes. Das ist in Fig. 2 die gestrichelte Kurve 40. Die Amplitude der von einem Ziel herrührenden Signalimpulse in dem Bpfangersignal ändert sich mit der Zeit (t), die nach Anssendung des Strabkingsimpulses abgelaufen ist, nach einer Kurve 42. Die Kurve 44 zeigt den zeitlichen Verlauf der Rückstreuung. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, liegt das von der Rückstreuung herrührende Signal stets unter dem sich mit der Zeitt ändernden Schwellwert. Die Kurve 42 liegt stets über dem Sch»ellwert. Wenn also ein von einem Ziel herrührender ßighttimpuls 46 oder 48 auftritt, dessen Zeitpunkt und Amplitude von der Entfernung des Ziels abhängt, dann überschreitet dieser Impuls mit Sicherheit den Schwellwert. Es tritt ein Signal am Ausgang des Vergleichers 22 auf. Wenn das Signal innerhalb des richtigen Zeitintervalls liegt und damit dem richtigen Entfernungsbereich entspricht, wird der Zündbefehl ausgelöst.Fig. 2 shows the time dependency of the function generator a 26 delivered signal and thus the threshold value. This is the dashed line in FIG. 2 Curve 40. The amplitude of the signal pulses originating from a target in the receiver signal changes with the time (t) that has elapsed after the stripping pulse has been sent is, according to a curve 42. The curve 44 shows the time course of the backscatter. As can be seen from FIG. 2, the signal resulting from the backscatter is present always below the threshold value which changes with time. The curve 42 is always on above the threshold value. So if one stems from a goal ßighttimpuls 46 or 48 occurs, the time and amplitude of which depends on the distance depends on the target, then this impulse will surely exceed the threshold. A signal occurs at the output of the comparator 22. When the signal is within the correct time interval and thus corresponds to the correct distance range, the ignition command is triggered.

Zum besseren Verständis der Erfindung seien anhand-von Fig. 3 die entsprechenden Verhältnisse bei einem Annäherungssensor nach dem Stand der Technik betrachtet. illit 44 ist wieder der Signalverlauf des Anteils im Empfängersignal bezeichnet, der von der Rückstreuung an Wolken o. dgl. herrührt. Die Kurve 42 zeigt die Amplituden der von einem Ziel herrührenden Impulse in Abhängigkeit von der Zeit und damit der Zielentfernung.For a better understanding of the invention, with reference to FIG. 3, the corresponding conditions in a proximity sensor according to the prior art considered. illit 44 is again the signal profile of the component in the receiver signal which is caused by backscattering from clouds or the like. The curve 42 shows the amplitudes of the impulses originating from a target as a function of time and thus the target distance.

Zwei solche Impulse sind wieder mit 46 und 48 bezeichnet.Two such pulses are again denoted by 46 and 48.

Im Gegensatz zu der erfindungsgemäßen Anordnung arbeitet der Annäherungssensor nach dem Stand der Technik mit einem zeitlich konstanten Schwellwert, der durch die Gerade 50 dargestellt ist.In contrast to the arrangement according to the invention, the proximity sensor works according to the state of the art with a time-constant threshold value that is determined by the straight line 50 is shown.

Man erkennt, daß in einem großen Teil des interessierenden Meßbereiches das Signal 44 über dem Schwellwert 50 liegt. Dadurch kann ein falscher Zündbefehl ausgelöst werden, so daß also der Annäherungszünder durch Wolken gestört wird. Wenn man dem dadurch vorbeugen will, daß man den Schwellwert anhebt, dann wird der Impuls 4S, der von einem Ziel in dem zulässigen Maximalabstand herrührt, unterdrückt und löst keinen Zündbefehl mehr aus.It can be seen that in a large part of the measuring range of interest the signal 44 is above the threshold value 50. This can result in an incorrect ignition command be triggered, so that the proximity fuse is disturbed by clouds. if if you want to prevent this by raising the threshold value, then the impulse becomes 4S originating from a target in the maximum allowable distance is suppressed and no longer triggers an ignition command.

Claims

1 Proximity sensor for Benk projectiles with a pulse transmitter for electromagnetic Radiation, e.g., a solid-state laser, a receiver for that from a target reflected radiation from the pulse transmitter and an evaluation circuit for the Receiver signal with a threshold value circuit, characterized in that the Threshold value of the threshold value circuit (26, 22) after a falling function (40) the time (t) that has elapsed after the pulse has been transmitted is variable.

2. Proximity sensor according to claim 1, characterized in that the evaluation circuit contains a gate (30), which a finite time (t) after Pulse emission opens and after a time corresponding to the maximum distance closes again.