DE2631212A1

DE2631212A1 - Range-field charge detonator - uses optical distance measuring with suppression of interference caused by bright-light source

Info

Publication number: DE2631212A1
Application number: DE19762631212
Authority: DE
Inventors: Daniel Dipl.-Ing. 8000 München Schennberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-07-12
Filing date: 1976-07-12
Publication date: 1982-12-16

Abstract

The detonator has an optical distance measuring device (S,E) using a triangulation method, the measured distances being fed to an evaluation device (AW) controlling detonation. The distance measuring device (S,E) includes suppression of interference caused by the sun or a fire. The evaluation device (AW) uses a logarithmic compression stage (6), a difference stage (7) and a trigger circuit (8) with a given threshold. Pref. the trigger circuit (8) only responds when the gradient of the reflected measuring signal exceeds a given value.

Description

AbstandszündeinrlchtungDistance ignition device

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abstandszündeinrichtung für ein sich auf ein Ziel zu bewegendes Objekt, bestehend aus einer optischen, nach der Triangulationsmethode arbeitenden Entfernung meßeinrichtung, einezündeinrichtung und einer die laufend gemessenen Abstandswerte für die Zündeinrichtung aufbereitenden Auswerteeinrichtung, bei der die Entfernungsmeßeinrichtung einen op tischen Sender und einen optoelektronischen Empfänger aufweist, deren gegenseitiger Abstand die Triangulationsbasis darstellt un deren Gesichtsfelder bei kleinem Öffnungswinkel einen gemeinsame: Bereich ausweisen, der den vorgegebenen Zündabstand mit umfaßt.The invention relates to a distance ignition device for a on a target moving object, consisting of an optical, according to the Triangulation method working distance measuring device, an ignition device and one that processes the continuously measured distance values for the ignition device Evaluation device in which the distance measuring device has an op-table transmitter and an optoelectronic receiver, the mutual distance of which the Triangulation basis represents and their fields of view with a small opening angle Identify a common area that includes the specified ignition interval.

Bei optronischen Sensoren dieser Art bereitet es Schwierigkeiten den Zündzeitpunkt bei Erreichen des vorgegebenen Zündabstandes eines hiermit ausgerüsteten Objekts vom Ziel mit der zu fordernden Genauigkeit in jedem Falle einzuhalten.In optronic sensors of this type, there are difficulties Ignition point when the specified ignition interval is reached for a vehicle equipped with this Object to the target with the required accuracy in any case.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine einfache, einen geringen technischen Aufwand mit sich bringende Lösung anzugeben die die geschilderten Anforderungen an die Präzision der Abstand zündeinrichtung in hohem Maße gewährleistet.The invention is based on the object of a simple, a small one The technical effort involved in specifying the solution that meets the requirements to the precision of the distance ignition device guaranteed to a high degree.

Ausgehend von einer Abstandszündeinrichtung der einleitend ber schriebenen Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch g löst, daß di e die Entfernungsmeßeinrichtung mit Mitteln zur rjnter- drückung von Störungen durch Fremdlicht, z.B. Sonne oder Brände ausgerüstet ist und daß die Auswerteeinrichtung aus der Hintereinanderschaltung eines logarithmischen Kompressors, eines Differenziergliedes und einer Triggerschaltung mit Schwelle besteht.Based on a distance ignition device as described in the introduction This object is achieved according to the invention in that the distance measuring device is used with funds for inter- suppression of interference from extraneous light, E.g. sun or fire is equipped and that the evaluation device from the series connection a logarithmic compressor, a differentiator and a trigger circuit with threshold.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich als Kriterium für das Erkennen des vorgegebenen Abstandes die Steilheit des pulsförmigen, am Ziel reflektierten Meßsignals besser eignet als sein Amplitudenmaximum, daß die Steilheit dann mit hoher Genauigkeit dem Zielabstand proportional ist, wenn das Meßsignal vor seiner Differenzierung zur Gewinnung der Steilheit logarithmisch komprimiert wird und daß zugleich dafür gesorgt wird, daß die Wahrscheinlichkeit der Verfälschung des Meßsignals durch Fremdlicht gering ist.The invention is based on the knowledge that the criterion for the recognition of the given distance the steepness of the pulse-shaped, at the target reflected measurement signal better than its amplitude maximum that the slope then with high accuracy the target distance is proportional when the measurement signal logarithmically compressed before differentiation to obtain the slope and that at the same time it is ensured that the probability of falsification of the measurement signal is low due to extraneous light.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform spricht die Triggerschaltung der Auswerteeinrichtung nur an, wenn zu di e Steilheit im Zuge der Annäherung an das Ziel bei abfallender Flanke des vom Ziel reflektierten und empfangenen Meßsignals die Schwelle Uberschreitet.In a preferred embodiment the trigger circuit speaks of the evaluation device only if the slope in the course of the approach to the target on the falling edge of the measurement signal reflected and received by the target Crosses the threshold.

Die Mittel zur Unterdrückung von Fremdlicht bei der Entfernungsmeßeinrichtung werden zweckmäßig sendeseitig durch eine von einem Hochfrequenzoszillator intensitätsmodulierten optischen Lichtquelle, beispielsweise eine Lumineszensdiode und empfangsseitig neben spektralerFilterungdurch ein dem eingangsseitigen optoelektronischen Wandler, beispielsweise eine Photodiode, nachgeschaltetes, auf die Modulationsfrequenz abgestimmtes Schmalbandfilter mit anschließendem Hüllkurvenmodulator verwirklicht.The means for suppressing extraneous light in the distance measuring device are expediently modulated in intensity by a high-frequency oscillator on the transmission side optical light source, for example a luminescent diode and next to the receiving side spectral filtering by an optoelectronic converter on the input side, for example a photodiode followed by a narrow-band filter that is matched to the modulation frequency realized with a subsequent envelope modulator.

Anhand von in der Zeichnung dargestellten Diagrammen und einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik noch näher erläutert werden.Using the diagrams shown in the drawing and an exemplary embodiment is intended to explain the invention and the problems on which it is based in more detail will.

Fig. 1 Ein die Triangulationsmethode erläuterndes Diagramm, Fig. 2 ein weiteres die Triangulationsmethode erläuterndes Diagramm, Fig. 3 der Einfluß der Refelxionseigenschaften des am Ziel reflektierten Meßsignals auf den Verlauf der Steilheit des Meßsignals bei einem vorgegebenen Zielabstand, Fig. 4 das Blockschaltbild einer Abstandszündeinrichtung nach der Erfindung.1 shows a diagram explaining the triangulation method, FIG. 2 another diagram explaining the triangulation method, Fig. 3 shows the influence of the reflection properties of the measurement signal reflected at the target the course of the slope of the measurement signal at a given target distance, Fig. 4 shows the block diagram of a distance ignition device according to the invention.

Im Diagramm nach Fig. 1 bedeuten S der Sender, E der Empfänger und b die Triangulationsbasis der optischen Entfernungsmeßeinrichtung. Das Gesichtsfeld von Sender und Empfänger ist sehr kle gehalten und weist in beiden Fällen den Öffnungswinkel @ # auf. auf. Un ter der Annahme, daß sich die in einem Objekt angeordnete Abstan zündeinrichtung, beispielsweise ein Geschoß, auf das Ziel zube wegt, und der Zündzeitpunkt bei der Entfernung eO erreicht sein soll, wird bei zu großer Entfernung vom Ziel kein Licht, das vom Sender ausgeht und am Ziel reflektiert wird, vom Empfänger empfangen. Mit abnehmender Entfernung beginnt das am Ziel reflektierte und im Empfänger empfangene Signal ab der Ebene A anzuwaci sen. In der Ebene Mo erreicht das empfangene Signal ein Maximum, nimmt anschließend über die Ebene PO, die der Zündentfernung eO entspricht, hinweg bis zur Ebene D ab um dann wieder ganz zu ver schwinden.In the diagram of FIG. 1, S denotes the transmitter, E denotes the receiver and b the triangulation base of the optical distance measuring device. The field of vision of transmitter and receiver is kept very small and shows the opening angle in both cases @ # on. on. Under the assumption that the arranged in an object Abstan ignition device, such as a projectile, moves towards the target, and the ignition point should be reached at the distance eO, if the distance is too great no light from the target that emanates from the transmitter and is reflected at the target, from the receiver receive. As the distance decreases, that which is reflected at the target and in the receiver begins received signal from level A to increase. In the level Mo reaches the received Signal a maximum, then increases over the level PO, which is the ignition distance eO corresponds to, down to level D and then disappears again completely.

Der sich daraus ergebende Verlauf der Signalamplitude A über der Entfernung e ist in Fig. 2 dargestellt. Der Abstand dWe2 zwischei den Ebenen A' und mm und der Abstand n e1 zwischen der Ebene Mg und D lassen sich einfach wie folgt berechnen. The course of the signal amplitude A resulting therefrom over the distance e is shown in FIG. The distance dWe2 between planes A 'and mm and the distance ne1 between planes Mg and D can be calculated simply as follows.

In den Gleichungen I.) und II.) bedeuten d der Durchmesser des bei der Entfernung eM beleuchteten Fleckes der in Fig. 1 in Schraffur angegeben ist. Da der Winkel Q sehr klein ist, gilt in Annäherung III.) d = Gleichung III.) in Gleichungen I.) und II.) eingesetzt ergibt Die Maximalamplitude des Signals als Kriterium für die Abstandsbestimmung heranzuziehen ist praktisch ungeeignet, weil dieses Maximum durch überlagerte Störungen, auch wenn sie gering sind, nicht einwandfrei definiert ist und darüber hinaus dieses Maximum auch relativ unempfindlich ist. Die Genauigkeit der Abstandsmessung läßt sich dann verbessern, wenn an Stelle der Amplitude die Steilheit des Signalsverlaufs als Kriterium ausgenutzt wird.In equations I.) and II.), D denotes the diameter of the spot illuminated at distance eM, which is indicated in hatching in FIG. 1. Since the angle Q is very small, in approximation III.) D = equation III.) Inserted into equations I.) and II.) Results Using the maximum amplitude of the signal as a criterion for determining the distance is practically unsuitable because this maximum is not properly defined due to superimposed interference, even if it is small, and, moreover, this maximum is also relatively insensitive. The accuracy of the distance measurement can be improved if the steepness of the signal profile is used as a criterion instead of the amplitude.

Im Prinzip wäre die Bestimmung des Maximums in der Ebene Mo bei dem die Steilheit durch Null geht sinnvoll. Die Amplitude würde in diesem Falle keine Rolle spielen. In der Praxis läßt sich jedoch mit einfachen elektronischen Systemen der genaue Nulldurchgang wegen der möglichen Unregelmäßigkeiten im Verlauf des impulsförmigen Signals und wegen des überlagerten Rauschens nur schwer bestimmen, zumal die Vorzeichenänderung der Steilheit eindeutig bestimmbar sein muß.In principle, the determination of the maximum in the plane Mo would be for the the slope through zero makes sense. In this case the amplitude would be none Role-play. In practice, however, it can be done with simple electronic systems the exact zero crossing because of the possible irregularities in the course of the pulse-shaped It is difficult to determine the signal and because of the superimposed noise, especially since the change in sign the slope must be clearly determinable.

Weitere der Erfindung zugrundeliegenden Überlegungen lassen es als vorteilhaft erscheinen, den Zündabstand im Bereich negativer Steilheit der Kurve festzulegen und zwar in der Ebene Po, der in Fig. 2 der Punkt P auf dem abfallenden Ast des Meßsignals entspricht. Die Differenz des Abstandes eO gegenüber dem Abstand eM im Amplitudenmaximum des empfangenen Signals ist in den Fig. 1 und 2 mit 4 eO bezeichnet. Der Abstand a eO ist so gewählt, daß im Punkt P der abfallenden Flanke des empfangenen Meßsignals die Steilheit, angegeben durch den Tangens des Winkels Z O in diesem Punkt, am größten ist. Mittels einer dem differenzierten Signal nachgeschalteten Schwellwertschaltung läßt sich in einfacher Weise die Zündung bei der Entfernung eO auslösen, wenn mittels einer Schwelle dafür gesorgt wird, daß das differenzierte Signal die Schwelle erst überschreiten kann, wenn die Steilheit den in Punkt P nach Fig. 2 angegebenen Maximalwert erreicht hat. Bei der Festlegung der Schwelle muß natürlich der nötige Rauschabstand berUcksichtigt sein.Further considerations on which the invention is based leave it as a appear advantageous, the ignition interval in the area of negative slope of the curve set in the plane Po, which is in Fig. 2, the point P on the sloping Ast of the measurement signal corresponds. The difference between the distance eO and the distance eM in the amplitude maximum of the received signal is 4 eO in FIGS. 1 and 2 designated. The distance a eO is chosen so that at point P the falling edge of the received measurement signal is the slope, indicated by the tangent of the angle Z O at this point, is greatest. By means of a downstream of the differentiated signal Threshold switching can be used in a simple manner, the ignition at the removal Trigger eO if a threshold ensures that the differentiated Signal can only exceed the threshold when the slope is as shown in point P. Fig. 2 has reached the maximum value indicated. When setting the threshold must Of course, the necessary signal-to-noise ratio must be taken into account.

In Fig. 3 sind über. der Entfernung e die Kurzvenverläufe a1, a2 und a3, dreier empfangener Meßsignale angegeben, deren maximale Amplituden sich infolge unterschiedlicher Reflexionseigenschaften des ausgeleuchteten Ziels stark voneinander unterscheiden. Wird davon ausgegangen, daß in jedem dieser drei Fälle die Steilheit, ausgedrückt durch den Winkel d , den Winkelwert d O erreichen muß, um die Zündung auszulösen, so ergibt sich in den verschiedenen Fällen ein unterschiedlicher Zündabstand eO1, eO2 bzw. e030 Die entsprechenden Abstandsebenen sind mit Pol, Po2 unc Po3 bezeichnet. Der Zündabstand ist um so kleiner, je geringer di Amplitude des reflektierten empfangenen Meßsignals ist. Wie Fig.In Fig. 3 are about. of the distance e, the short veins a1, a2 and a3, specified three received measurement signals, the maximum amplitudes of which are due to different reflection properties of the illuminated target strongly from each other differentiate. If it is assumed that in each of these three cases the steepness, expressed by the angle d, the angular value d O must reach in order to ignite trigger, there is a different ignition interval in the various cases eO1, eO2 or e030 The corresponding spacing levels are marked with Pol, Po2 and Po3. The lower the amplitude of the reflected received, the smaller the ignition interval Measuring signal is. As Fig.

ferner zum Ausdruck bringt, ergeben sich bei den Kurvenverläufen a1, a2 und a3 unterschiedliche Winkel od 1, α 2 und CL, 3 und damit unterschiedliche Steilheiten bei der die Zündung erfolgen müßte, wenn der Zündabstand in Jedem Falle gleich der Entfernung e03 = eO betragen soll.also expresses that the curves a1, a2 and a3 different angles od 1, α 2 and CL, 3 and thus different Slopes at which the ignition would have to take place if the ignition interval is in any case should be equal to the distance e03 = eO.

Diese Amplitudenabhängigkeit der Steilheit in Abhängigkeit vom Reflexionsfaktor des Zieles läßt sich unterbinden, wenn das empfa gene Signal vor seiner Differenzierung logarithmisch komprimiert wird.This amplitude dependence of the slope as a function of the reflection factor the target can be prevented if the received signal before its differentiation is logarithmically compressed.

Die Signalamplitude A (e) läßt sich wie folgt darstellen.The signal amplitude A (e) can be represented as follows.

VI.) A (e) = k.r.f(e) Hierin bedeuten r der Reflexionsfaktor des Zieles, e die Entfernung vom Ziel und k eine Konstante. Dabei kann davon ausgegangen werden, daß die Funktion f (e) für das System bekannt ist. Es ergibt sich dann durch Logarithmierung VII.) Log SA(e) = Log k + Log r + Log Sf(e) und durch Differenzierung VIII.) d Log A(e) d Cf(e) dabei ist vorausgesetzt, daß der Reflexionsfaktor keine plötzlichen Änderungen erfährt, was im allgemeinen bei der praktischen Anwendung solcher Abstandszündeinrichtungen gewährleistet ist.VI.) A (e) = k.r.f (e) Here r is the reflection factor of the target, e is the distance from the target and k is a constant. It can be assumed that that the function f (e) is known for the system. It is then obtained by taking the logarithm VII.) Log SA (e) = Log k + Log r + Log Sf (e) and by differentiation VIII.) D Log A (e) d Cf (e) it is assumed that the reflection factor is none undergoes sudden changes, which is generally in practical application such distance ignition devices is guaranteed.

Da die Funktion f (e) für das System ekarakteristisch ist, kann auch der Ausdruck Log f (e) genau definiert werden. Es ergibt sich dann IX.) Log [ Å(e)2 Log Log[f (e) = Log Uf(e) . = V . Log [f)J wobei V die Geschwindigkeit des Objektes ist, mit der es sich auf das Ziel zu bewegt.Since the function f (e) is characteristic of the system, can also the expression Log f (e) can be precisely defined. The result is then IX.) Log [Å (e) 2 Log Log [f (e) = Log Uf (e). = V. Log [f) J where V is the speed of the object is with which it moves towards the goal.

Wie also nachgewiesen wurde, läßt sich die Messung des Zündabstandes eO unabhängig vom Reflexionsfaktor r des Zieles durchführen. Da im praktischen Anwendungsfall die Geschwindigkeit V in engen Grenzen bleibt, kann die Abhängigkeit der Steilheit von ihr nur wenig stören.As has been demonstrated, the ignition interval can be measured Perform eO regardless of the target's reflection factor r. As in the practical application the speed V remains within narrow limits, the dependence of the steepness can disturb only a little from her.

Beim Blockschaltbild nach Fig. 4 für eine Abstandszündeinrichtung ist neben dem Sender S und dem Empfänger E der Entfernungsmeßeinrichtung, sowie der Auswerteeinrichtung AW und der Zündeinrichtung ZE aucH das'Ziel'Z angedeutet, an dem das vom Sender ausgehende Meßsignal reflektiert wird und in einem vorgegebenen Entfernungsbereich vom Empfänger empfangen werden kann. Der Sender S weist eine Strahlungsquelle 1 auf, beispielsweise eine Lumineszensdiode, die in ihrer Intensität von der Schwingung eines Hochfrequenzoszillators 2 moduliert wird.In the block diagram of FIG. 4 for a distance ignition device is next to the transmitter S and the receiver E of the distance measuring device, as well the evaluation device AW and the ignition device ZE also indicate the 'target' Z, on which the measuring signal emanating from the transmitter is reflected and in a predetermined Distance range can be received by the receiver. The transmitter S has a Radiation source 1, for example a luminescent diode, which in its intensity is modulated by the vibration of a high frequency oscillator 2.

Der Empfänger E weist eingangsseitig einen optoelektronischen Wandler 3 auf, beispielsweise eine Photodiode, der ein Schmalbandverstärker 4 nachgeschaltet ist. Der Schmalbandverstärker ist mit seiner Mittenfrequenz auf die Frequenz des sendeseitigen Hochfrequenzoszillators abgestimmt. Dem Ausgang des Schmalbandverstärkers 4 ist ein Hüllkurvendemodulator 5 nachgeschaltet dessen Ausgang mit dem Eingang der Auswerteeinrichtung AW verbunden ist.The receiver E has an optoelectronic converter on the input side 3, for example a photodiode, which is followed by a narrowband amplifier 4 is. The center frequency of the narrowband amplifier is set to the frequency of the broadcast side High frequency oscillator tuned. The outcome of the Narrowband amplifier 4 is followed by an envelope demodulator 5, its output is connected to the input of the evaluation device AW.

Die Auswerteeinrichtung AW besteht aus der Hintereinanderschaltung des logarithmischen Kompressors 6, des Differenziergliedes und der Triggerschaltung mit Schwelle 8. Die logarithmische Kenr linie des logarithmischen Kompressors 6 kann beispielsweise mittels eines Diodennetzwerkes verwirklicht sein. Die Triggerschaltung mit Schwelle kann ihrerseits aus einem mit einer Schwellwertspannung arbeitenden Schmitt-Trigger bestehen. Die Wirkungsweise der Auswerteeinrichtung bedarf keiner näheren Erläuterung mehr, zumal die hier stattfindende Umformung des Signals durch die aus der mathematischen Betrachung bereits bekannten Ausdrück näher erläutert ist.The evaluation device AW consists of the series connection the logarithmic compressor 6, the differentiator and the trigger circuit with threshold 8. The logarithmic characteristic line of the logarithmic compressor 6 can be implemented, for example, by means of a diode network. The trigger circuit with threshold can in turn work from a threshold voltage Schmitt triggers exist. The mode of operation of the evaluation device does not require any more detailed explanation, especially since the transformation of the signal that takes place here the expression already known from mathematical considerations is explained in more detail is.

3 Patentansprüche 4 Figuren Leerseite3 claims 4 figures Blank page

Claims

Claims W Distance ignition device for a focus on a target Object to be moved, consisting of an optical triangulation method working distance measuring device, an ignition device and a running measured distance values for the evaluation device processing the ignition device, in which the distance measuring device has an optical transmitter and an optoelectronic Receivers, whose mutual distance represents the triangulation basis and whose field of view has a common area at a small opening angle, which includes the specified ignition interval, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the distance measuring device (S, E) with means for suppression is equipped with interference and that the evaluation device (AW) from the series connection a logarithmic compressor (6), a differentiating element (7) and a trigger circuit with threshold (8).

2. Distance ignition device according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the trigger circuit (8) only responds when the slope the slope of the slope reflected at the target as it approaches the target (Z) and received measurement signal exceeds the threshold.

3. Distance ignition device according to claim 1, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t that the means for suppression of foreign objects in the distance measuring device (S, E) on the transmitting side by an intensity-modulated by a high-frequency oscillator (2) optical light source (1), for example a luminescent diode, and on the receiving side in addition to spectral filtering by an opto-electrical converter on the input side (3), for example a photodiode, connected downstream, to the modulation frequency Matched narrowband amplifier (4) with subsequent envelope demodulator (5) are realized.