DE2233135C2

DE2233135C2 - Proximity sensor for steering projectiles

Info

Publication number: DE2233135C2
Application number: DE19722233135
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl.-Phys. Dr. 7773 Nussdorf Stoll
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1981-10-08
Also published as: DE2233135A1

Description

Die Erfindung betrifft einen '.nnäherungssensor für Lenkgeschosse nach den? Oberbegriff des Patentanspruchs. The invention relates to a '. Proximity sensor for steering projectiles according to the? Generic term of the claim.

Ein solcher Annäherungssensor oder eine Entfernungsmeßeinrichtung ist bekannt durch die DE-OS 21 51 545.Such a proximity sensor or a distance measuring device is known from DE-OS 21 51 545.

Bei dem bekannten Annäherungssensor ist ein Sender vorgesehen, der elektromagnetische Impulse aussendet. Ein Detektor empfängt die von einem Ziel reflektierten Impulse. Ein Zähler wird von einem Zählimpulsgenerator mit Zählimpulsen beaufschlagt und im Zeitpunkt des Aussendens des elektromagnetischen Impulses jeweils auf Null zurückgesetzt. Der Zählerstand ist daher ein Maß für die Impulslaufzeit. Bei Empfang eines reflektierten Signalimpulses, welcher einen durch eine Schwellwertschaltung vorgegebenen festen Schwellwert überschreitet, wird der Zählerstand über eine Torschaltung auf einen Speicher übertragen. Dieser Speicherinhalt wird nach Ablauf einer maximalen Impulslaufzeit, weiche der vollen Zählkapazität des Zählers entspricht, über eine weitere Torschaltung auf einen weiteren Speicher übertragen. Der so auf den weiteren Speicher übertragene Speicherinhalt wird über einen Decoder auf eine Ausgabeschaltung gegeben.In the known proximity sensor, a transmitter is provided which transmits electromagnetic pulses. A detector receives the pulses reflected from a target. A counter is generated by a counting pulse generator charged with counting pulses and at the time of Emission of the electromagnetic pulse is reset to zero in each case. The meter reading is therefore a Measure for the pulse transit time. When a reflected signal pulse is received, which is caused by a Threshold value circuit exceeds predetermined fixed threshold value, the counter reading is a Transfer the gate circuit to a memory. This memory content is after a maximum Pulse transit time, which corresponds to the full counting capacity of the counter, is applied via a further gate circuit transfer another memory. The memory content transferred to the further memory is given via a decoder to an output circuit.

Die DE-OS 21 51 545 erkennt das Problem, daß die Messung durch Signalimpulse gestört werden kann, die durch Rückstreuung an reflektierenden Medien, z. B. Wolken, hervorgerufen werden, welche sich zwischen dem Sender und dem Ziel befinden. Dem wird bei der bekannten Entfernungsmeßeinrichtung dadurch Rechnung getragen, daß zwar jeder solcher Signalimpuise eine Übertragung des Zählerstandes in den ersten Speicher auslöst, daß aber jeder nachfolgende SignalimduIs. der z. B. von dem hinter der Wolke befindlichen Ziel herrührt, den Speicherinhalt des ersten Speichers wieder löscht und dafür den neuen Zählerstand in den Speicher überträgt.
Eine solche Anordnung verhindert zwar, daß durchDE-OS 21 51 545 recognizes the problem that the measurement can be disturbed by signal pulses caused by backscattering from reflective media, e.g. B. clouds, which are located between the transmitter and the target. This is taken into account in the known distance measuring device by the fact that each such signal pulse triggers a transfer of the counter reading to the first memory, but that each subsequent signal imduIs. the z. B. originates from the target located behind the cloud, deletes the memory contents of the first memory again and transfers the new count to the memory.
Such an arrangement prevents that through

Wolken od,dgl, vor dem Ziel eine zu geringe Entfernung signalisiert wird, Sie verhindert jedoch nicht eine falsche Signalgabe, wenn z, B. nur eine rückstreuende Wolke und dahinter gar kein Ziel vorhanden ist Auch in diesem Falle würde durch den rückgestreutenClouds or the like, too few in front of the goal Distance is signaled, but it does not prevent incorrect signaling if, for example, only a backscattering one Cloud and behind it there is no target at all. In this case, too, would be backscattered by the

Signalimpuls eine Übertragung des Zählerstcides auf den ersten Speicher erfolgen und schließlich nach Vollaufen des Zählers ein »Zielabstand« signalisiert werden.Signal impulse a transmission of the counter cides the first memory takes place and finally a »target distance« is signaled after the counter is full will.

Außerdem ist die bekannte Anordnung sehr kompliziert In addition, the known arrangement is very complicated

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Annäherungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs so aufzubauen, daß er nicht auf Rückstreuung von Wolken ansprichtThe invention is based on the object of providing a proximity sensor according to the preamble of the patent claim set up in such a way that it does not respond to backscattering from clouds

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöstAccording to the invention, this object is achieved by the measures specified in the characterizing part of the patent claim solved

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.
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 Signalampolitude des Empfängersignals 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 de:, ausgesandten Impulses.The invention reduces the sensitivity to clouds in comparison to the previously known arrangement by utilizing the different time behavior of the signals received from clouds and from targets in response to an emitted radiation pulse.
The signal amplitude to be expected from a target is inversely proportional to the cube of the distance between the projectile with transmitter and receiver on the one hand and the target on the other. At the same time, the pulse travel time is proportional to this distance between the projectile and the target. It follows from this that the signal amplitude of the receiver signal to be expected from a target is inversely proportional to the cube of the time which elapses between the transmission of the pulse and reception of the pulse. This time is 66.6 ns, for example at a distance of 10 m. The receiver signal then appears as a pulse approximately from the time course of the transmitted pulse.

Auch die Intensität der Rückstreuung hängt von der Entfernung ab. Aus kurzen Entfernungen werden hohe Intensitäten zurückgestreut. Diese EmpfängersignaleThe intensity of the backscatter also depends on the distance. Short distances become high Intensities scattered back. These receiver signals

r, 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 Länge r hat, proportional ist zur, occur a very short time after the pulse is sent out. 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 r is proportional to

wobei ο der atmosphärische Dämpfungskoeffizient und cdie Lichtgeschwindigkeit ist. Das ist für t > τ eine mit der Zeit stetig abfallende Funktion, wobei im allgemeinen der Abfall stärker ist als d^;e !/^-Abhängigkeit der von einem Ziel reflektierten Signale.where ο is the atmospheric attenuation coefficient and c is the speed of light. For t> τ, this is a function that decreases continuously with time, with the decrease generally being greater than d ^; e! / ^ - dependence of the signals reflected from a target.

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, währendIf the threshold value of the threshold value circuit in a suitable manner according to a falling function of the since the time that has elapsed is changed, then one can achieve that the from the backscattering caused by clouds, at least within the receiver signals of interest Range below the threshold value, while

Zielimpulse aber den jeweiligen Schwellwert hinausgehen. Target impulses go beyond the respective threshold.

Sehr kurze Zeit nach Aussenden des Impulses kann das von der Rückstreuung einer Wolke aus geringer Entfernung von Annäherungssensor herrührende Signal 3 größer als ein aus entsprechender Entfernung reflektierter Zielimpuls werden. Um die daraus resultierende Fehlermöglichkeit zu eliminieren, enthält die Auswerterschaltung ein Tor, welches eine endliche Zeit nach Impulsaussendung öffnet und nach einer der Maximalentfernung entsprechenden Zeit wieder schließt 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. Durch das Schließen des Tores wird eine Maximalentfernung eindeutig definiert, oberhalb derer ein Zündbefehl noch nicht ausgelöst werden ka nn.A very short time after the pulse has been emitted, this may be less due to the backscattering of a cloud Distance from the proximity sensor originating signal 3 is greater than a reflected from a corresponding distance Be target impulse. In order to eliminate the possibility of error resulting from this, the evaluation circuit contains a gate that opens a finite time after the pulse has been sent and after one of the Maximum distance corresponding time closes again It can thus cause strong errors Backscattering shortly after the pulse transmission can be avoided, whereby one can assume that a The target cannot get below the minimum distance to the projectile defined by the opening of the gate can without having triggered the ignition command beforehand. Closing the gate creates a Maximum distance clearly defined above which an ignition command cannot yet be triggered.

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

Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert:The invention is described below using an exemplary embodiment with reference to the associated Drawings explained in more detail:

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. If the threshold value of the threshold value circuit in a suitable manner according to a falling function of the since the time that has elapsed is changed, then one can achieve that the from the backscattering caused by clouds, at least within the receiver signals of interest Range below the threshold value, while target impulses go above the respective threshold value.

Sehr kurze Zeit nach Aussenden des Impulses kann das von der Rückstreuung einer Wolke aus geringer Entfernung vom Annäherungssensor herrührende Signal größer als ein aus entsprechender Entfernung reflektierter Zielimpuls werden. Um die daraus resultierende Fehlermöglichkeit zu eliminieren, kann die Auswerteschaltung ein Tor enthalten, welches eine endliche Zeit nach Impulsaussendung öffnet und nach einer der Maximalentfernung entsprechenden Zeit wieder schließt Es können damit Fehler durch starke -ti 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 5« zu haben. Durch das Schließen des Tores wird eine Maximalentfernung eindeutig definiert, oberhalb derer ein Zündbefehl noch nicht ausgelöst werden kann.A very short time after the pulse has been emitted, this may be less due to the backscattering of a cloud Distance from the proximity sensor is greater than a signal from a corresponding distance be reflected target impulse. In order to eliminate the possibility of error resulting from this, the Evaluation circuit contain a gate, which opens a finite time after pulse transmission and after closes again at a time corresponding to the maximum distance. Errors can thus be caused by strong -ti Backscattering shortly after the pulse transmission can be avoided, whereby one can assume that a The target cannot get below the minimum distance to the projectile defined by the opening of the gate can without first having triggered the ignition command 5 «. Closing the gate creates a Maximum distance clearly defined 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 connected upstream or downstream of the threshold value circuit in the receiver signal channel be.

F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Annäherungs- ω sensors nach der Erfindung;F i g. 1 shows a block diagram of an approximate ω sensors according to the invention;

Fig,2 zeigt den Verlauf des SchweNwertes als Funktion der Zeit soivie den zeitlichen Verlauf der verschiedenen Empfänjersignale-,Fig, 2 shows the course of the SchwNwert as Function of time as well as the temporal course of the various receiver signals,

Fig.3 zeigt zur Verdeutlichung der Erfindung <>> entsprechende Signalverläufe bei einem Annäherungssensor nach der Erfindung. To illustrate the invention, FIG. 3 shows <>> corresponding signal curves in a proximity sensor according to the invention.

Von einem Taktgeber 10 wird ein Triggerimpuls auf einen Impulssender 12 mit einem Galliumarsenidlaser gegeben, der einen üehtimpuls aussendet Die von einem Ziel reflektierte oder von einer Wolke rückgestreute Sti ahlung 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 istA clock generator 10 sends a trigger pulse to a pulse transmitter 12 with a gallium arsenide laser given that emits a flight pulse The one reflected by a target or backscattered by a cloud Sti ahlung is detected by a receiver 14 and converted into an electrical receiver signal The receiver signal is amplified by a preamplifier 16. The amplified signal is fed to a filter 18 switched, which is adapted to the expected target impulse

Das Ausgangssignal des Filters 18 liegt an einem Eingang 20 eines Vergleichers 2Z An dem anderen Eingang 24 des Vergleichers 22 liegt ein Signal von einem Funktionsgenerator 26. Der Funktionsgenerator 26 wird durch den Triggerimpuls von dem Taktgeber 10 bei Aussendung des Lichtimpulses angestoßen und erzeugt ein nach einer gewünschten Funktion stetig abfallendes Signal.The output signal of the filter 18 is applied to an input 20 of a comparator 2Z to the other A signal from a function generator 26 is applied to the input 24 of the comparator 22. The function generator 26 is triggered by the trigger pulse from the clock generator 10 when the light pulse is emitted and generates a steadily decreasing signal according to a desired function.

Der Vergleicher 22 und der Funktionsgenerator 26 bilden zusammen eine Schwellwertschaltung mit einem Schwellwert, der nach einer abfallenden Funktion der nach Impuisaussendung abgelaufenen Zeit veränderlich ist. Der Schwellwert wird dabei duA;h das Signal des Funktionsgenerators 26 gegeben.The comparator 22 and the function generator 26 together form a threshold value circuit with a Threshold that changes according to a decreasing function of the time that has elapsed after the emission of pulses is. The threshold value becomes duA; h the signal of the Function generator 26 given.

Der Ausgang 28 des Vergleichers 22 liegt an einem Tor 30, über welches das Ausgangssignal des Vergleichers als Zündbefehl auf einen Ausgang 32 des Annähc:ungssensors durchschaltbar ist Das Tor 30 ist über zwei Steuereingänge 34,36 gesteuert die von einer Steuereinheit 38 gesteuert sind. Die Steuereinheil 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 Zündbefehi 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 output 28 of the comparator 22 is at a gate 30, via which the output signal of the comparator The gate 30 can be switched through as an ignition command to an output 32 of the proximity sensor Controlled via two control inputs 34, 36 which are controlled by a control unit 38. The control unit 38 is triggered by a trigger pulse from the clock generator 10 via an input 40. The control unit 38 works in such a way that gate 30 is opened via input 34 for a short but finite time after the trigger pulse will. This ensures that there is strong backscattering from clouds from a short distance cannot trigger an ignition command. After a further period of time, the gate 30 is activated via the control input 36 closed. This reliably prevents an ignition command from being switched through if the target has a predetermined maximum distance from the floor.

F i g. 2 zeigt die Zeitabhängigkeit des von dem Funktionsgenerator 26 gelieferten Signals und damit des Schwellwertes. Das ist in F i g. 2 die gestrichelte Kurve 40. Die Amplitude der von einem Ziel herrührenden Signalimpulse in dem Empfängersignal ändert sich mit der Zeit (t), die nach Aussendung des Strahlungsimpulses 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 Zeit t ändernden Schwellwert. Die Kurve 42 liegt stehts über dem Schwellwert Wenn also ein von einem Ziel hernihrender Signalimpuls 46 oder 48 auftritt, dessen Zeitpunkt und Amplitude von der Entfernung des Ziels abhängt, dann überschreitet dieser Impuls mit Sicherheit den Schwellwert. Ec. 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 Zündbefeiil ausgelöst.F i g. 2 shows the time dependency of the signal supplied by the function generator 26 and thus of the threshold value. That is in Fig. 2 shows the dashed 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 emission of the radiation pulse, 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 backscattering is always below the threshold value which changes with time t. The curve 42 is always above the threshold value. If a signal pulse 46 or 48 coming from a target occurs, the time and amplitude of which depends on the distance from the target, then this pulse will definitely exceed the threshold value. Ec. a signal occurs at the output of the comparator 22. If the signal is within the correct time interval and thus corresponds to the correct distance range, the ignition command is triggered.

Zum besseren Verständnis der Erfindung seien anhand von F i g. 3 die entsprechenden Verhältnisse bei einem Annäherungssensor nach dem Stand der Technik betrachtet. Mit 44 ist wieder der Signalverlauf des Anteils im Empfängersignal bezeichnet, der von der Rückstreuung an Woiken od. dgl. herrührt. Die Kurve 42 zeigt die Amplituden der von einem Ziel herrühren-For a better understanding of the invention, FIG. 3 the corresponding ratios considered a proximity sensor according to the prior art. The signal curve of the is again at 44 Part of the receiver signal denotes that od from the backscatter at Woiken. The curve 42 shows the amplitudes of the

den Impulse in Abhängigkeit von der Zeit und damit der Zielentfemung. Zwei solche Impulse sind wieder mit 46 und 48 bezeichnet.the impulses depending on the time and thus the target distance. Two such impulses are again at 46 and 48 denotes.

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 prior art Technique with a threshold value that is constant over time, which is represented by straight line 50.

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 Schwellwcrt anhebt, dann wird der Impuls 48, 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 measurement range of interest, the signal 44 above the Threshold value 50 lies. This can trigger an incorrect ignition command, so that the Proximity fuse is disturbed by clouds. If you want to prevent that by having the Threshold raises, then the pulse 48, which originates from a target in the maximum allowable distance, suppresses and no longer triggers an ignition command.

Hierzu I Blatt ZeichnungenFor this purpose I sheet drawings

Claims

Claim:

Proximity sensor for steering projectiles with a pulse transmitter for electromagnetic radiation, e.g. a solid-state laser, a receiver for the radiation reflected from a target Pulse transmitter and an evaluation circuit for the receiver signal with a threshold value circuit, measures are taken to reduce the influence of backscattering from reflective media, through which the radiation passes on the way to the target, to switch off, characterized in, that

(A) the threshold value of the threshold value circuit (26, 22) is variable as a function of the expired pulse transit time (t) after a pulse transmission according to a decreasing function (40), which is between the function (42), according to which the amplitude of a target originating Signal pulses (46,48) depends on the pulse transit time (t) , and the function (44) runs according to which the backscatter changes with the pulse transit time, and

the evaluation circuit also contains a gate (30) for the ignition command, which opens a finite time after the pulse has been transmitted and closes again after a time (tmsu) corresponding to the maximum distance (r _ml j)

(b)