DE2659204A1

DE2659204A1 - Verfahren und vorrichtung zur signalverarbeitung

Info

Publication number: DE2659204A1
Application number: DE19762659204
Authority: DE
Inventors: William Curry Underwood
Original assignee: Martin Marietta Corp
Current assignee: Martin Marietta Corp
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1976-12-28
Publication date: 1978-06-29
Also published as: NL7700102A; FR2377728B1; DE2659204C2; FR2377728A1; GB1552369A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Signalverarbeitung

Beim Betrieb eines Lasersuchgerätes treten zwei Arten von Signalpegelschwankungen auf. Es handelt sich einerseits um die bereichsabhängigen Schwankungen des durchschnittlichen Eingangssignalpegels und andererseits um Änderungen des momentanen Signalpegels aufgrund von Szintillation, Objekten im Vordergrund, und so weiter.

Die in Lasersuchgeräten für eine Proportionalnachführung üblicherweise verwendeten Signalverarbeitungsvorrichtungen arbeiten mit linearer Signalverstärkung,' beiweicher der gesamte momentane Dynamikbereich auf ungefähr 20 dB bzw. + 10 dB beiderseits der durchschnittlichen Impulsamplitude begrenzt ist. Jedoch kann es durch Szintillation in der von einem Ziel reflektierten Laserenergie aufgrund der Flugkörper- und Beleuchtungszielbewegung zu Amplitudenschwankungen von Impuls zu Impuls kommen, die größer als 20 dB sind. Die dadurch entstehende Sättigung bzw. Unterschlagung von Impulsen verringert die Datenmenge und verschlechtert die Führungsgenauigkeit. Außerdem kann eine Geländemaskierung auftreten, die für die Erzeugung falscher Impulse verantwortlich ist und einen großen Anteil der Energie daran hindert, das Ziel zu erreichen.

Bei Feldversuchen mit durch Laser beleuchteten taktischen Zielen wurden häufig Schwankungen von Impuls zu Impuls von 25 dB beobachtet,

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die auf Szintillation und Geländemaskierung zurückgingen. Unter diesen Umständen führt der momentane Dynamikbereich von 20 dB einer üblichen Proportional-Verarbeitungsvorrichtung zum Verlust von Impulsen und einer entsprechenden Verschlechterung der Genauigkeit.

Außerdem kommt es bei üblichen Verarbeitungsgeräten vor, daß eine Serie von Rücksignalen, z.B. von Büschen im Vordergrund oder anderen Objekten, erhalten wird, was bei Signalverarbeituitßvorrichtungen mit einem begrenzten Dynamikbereich dazu führt, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung die falschen Rücksignale verfolgt. Wenn ein falscher Impuls früher als der wahre Impuls ankommt und eine größere Amplitude besitzt und wenn der falsche Impuls um mehr als die Hälfte des momentanen Dynamikbereiches größer als der echte Impuls ist, kann es passieren, daß sich das System am falschen Ziel festhält. Wenn eine solche Situation vermieden werden soll, muß die Signalverarbeitungsvorrichtung einen großen momentanen Dynamikbereich besitzen.

Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der Signalverarbätung zu schaffen, bei denen ein extrem großer momentaner Dynamikbereich von vorzugsweise mehr als 60 dB mit einer vergleichsweise wenig komplexen Schaltung erhalten wird und die insbesondere in Verbindung mit Laser-Beleuchtern und dergl. für die Proportional-Verfolgung bzw. -Nachführung geeignet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 und im Anspruch 7 gekennzeichneten Maßnahmen gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen aus den jeweils anschließenden Unteransprüchen hervorgehen.

Die erfindungsgemäße Signalverarbeitung ist relativ unkompliziert und preiswert, weil mit der/angewandten Signalverarbeitungsmethode automatisch die Normalisierung des Führungsignales einhergeht. Die Signalverarbeitungsvorrichtung nach der Erfindung hat einen momentanen Dynamikbereich von +.30 dB, was es möglich macht, daß das System echte oder wahre Ziele von falschen unterscheiden kann. Wo

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bisherige Proportional-Signalverarbeitungsvorrichtungen eine beschränkte Kapazität hatten, wird mit der Erfindung ein momentaner Dynamikbereich von 60 dB oder mehr bei einem Proportionalsystem ermöglicht und deshalb genaue Nachführinformation auch dann geliefert, wenn die Schwankungen von Impuls zu Impuls Werte erreichen, die bei +30 dB gegenüber dem durchschnittlichen Signalpegel liegen. Der momentane Dynamikbereich bei der Erfindung ist überwiegend durch die Dynamikbereich-Kapazität eines logarithmischen Verstärkers bestimmt, der in der Verstärkeranordnung jedes Kanales der Vorrichtung eingesetzt wird. Jedoch selbst ein logarithmischer Verstärker, für sich allein genommen, kann einen Dynamikbereich haben, der nicht groß genug ist, um die Signalschwankungen aufgrund von Szintillation verarbeiten zu können, wenn diesen Schwankungen aufgrund von Bereichs änderungen überlagert sind.

Entsprechend wird eine Anordnung zur automatischen Verätärkungsregelung eingesetzt, welche dazu führt, daß die Verstärkeranordnung ihren Arbeitspunkt in der Mitte des linearen Bereiches hat, was es bei einem logarithmischen Verstärker mit 60 dB ermöglicht, Schwankungen von Impuls zu Impuls zu verarbeiten, die der Wurzel aus 1 entsprechen, also ungefähr 31,6 zu 1.

Die bisher nur durch zusätzliche Schaltungen erhaltene Normalisierung wird bei der Erfindung automatisch mitbewirkt, indem der Quotient des Logarithmus der Aufwärts- und Abwärtskanäle gebildet wird, wodurch eine Steuerbefehlspannung entsteht, deren Steigung vom Signalpegel· unabhängig ist.

Bei derErfindung wird also der besondere Vorteil eines extrem großen Dynamikbereiches durch Verwendung der logarithmischen Verstärker erzielt, wobei gleichzeitig die Sdialtungen vereinfacht und die Kosten insofern reduziert werden, als die Normalisierung des Führungssignales automatisch im Rahmen der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung geschieht, was besondere Normalisierungsschaltungen erübrigt, wie sie früher nötig waren. Eine weitere Kostenverringerung ergibt sich aus dem Umstand, daß angepaßte Verstärkungen oder eine Nachführung bei den Videoverstärkern lediglich zwischen zwei

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Kanälen notwendig ist, anstelle der notwendigen Anpassung zwischen vier Kanälen, die bei jetztigen Proportional-Signalverarbeitungsvorrichtungen verlangt wird.

Aufgrund des großen momentanen Dynamikbereiches gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Letztimpulslogik, kann die erf indjigsgemäße Signalverarbeitungsvorrichtung das wahre Ziel selbst dann verfolgen, wenn der echte Zielimpuls 30 dßkleiner als ein früherer falscher Impuls ist.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungsvorrichtung nach der- Erfindung in Verbindung mit einem weitgehend üblichen Quadrantendetektor,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, bei welcher die erfindungsgemäß erzeugte Steuerbefehlspannung als Funktion der Zielbewegung gegenüber der, Visierachse des optischen Systems aufgetragen ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem empfangenen Zielenergiepegel und dem von der automatischen Verstärkungsregelung gesteuerten Abtast- und Halte-Ausgangspegel.

Fig. 1 zeigt eine typische Ausführungsform einer Signalverarbeitungsvorrichtung 10, die wirkungsmäßig einem Detektor 12 zugeordnet ist. Der Detektor ist in einer solchen Stellung angeordnet, daß Licht beispielsweise von einem mit einem Laser beleuchteten Ziel 14 auf dem Detektor als defokussierter Punkt oder Fleck mittels eines geeigneten optischen Systems abgebildet wird, das durch eine Linse dargestellt ist. Der Detektor 12 kann eine Vier-Quadranten-PIN-Diode sein, welche mit den Quadranten, in Uhrzeigerrichtung gelesen, A, B, C und D arbeitet. Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise ein Bestandteil eines Suchkopfes einer Rakete sein, ist jedoch auf eine solche Anwendung nicht beschränkt. Beispielsweise

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kann der Detektor zur Verwendung mit einer nicht optischen Anordnung ausgelegt sein, z.B. einem HF-Richtungsfinder, bei welchem das ankommende Signal durch vier Richtantennen erfaßt wird. Das Ausführungsbeispiel kann also entweder mit einem Quadranten-Detektor arbeiten, wie er dargestellt ist, oder mit vier zueinander in Beziehung stehenden, jedoch einzelnen . Detektoren.

Die Signalverarbeitungsvorrichtung wird im folgenden in Verbindung mit einem Kanal-Paar erläutert, das mit der gleichen Fühl- oder Abtastebene in Beziehung steht, also z.B. in Verbindungmit den Kanälen, denen die Herleitung der Auf- und Ab-Befehle zukommt. Die in Fig. 1 gezeigten Kanäle liefern ein Neigungs-Führungssignal, das der vertikalen Verlagerung des defokussierten Punktes aus der Mitte des Detektors proportinal ist. Bei der Erfindung ist der Neigungsfehler gleich log (A+B) minus log (C+D). Die Signalverarbeitungsvorrichtung für die orthogonal zugehörigen Kanäle ist im wesentlichen die gleiche, mit der Ausnahme, daß der Gierungsfehler gleich log (A+D) minus log (B+C) ist. Die Verarbeitungsorrichtung für die Links-Rechts-Kanäle braucht deshalb hier nicht besonders beschrieben zu werden.

Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß die Ausgangssignale von den vier Quadranten A, B, C und D entsprechenden Vorverstärkern 18, 20, 22 bzw. 24 zugeführt werden, von denen jeder eine Bandbreite von 25 MHz hat. In jedem Vorverstärker ist ein Dioden-Dämpfungsnetzwerk eingebaut, das eine Verstärkungsregelung ermöglicht. Der Signalverarbeitungsbereich jaäes Vorverstärkers beträgt 60 dB, wobei die automatische Verstärkungsregelung der Dioden-Dämpfungsglieder, die im folgei den erläutert wird, weitere 9OdB an Verstärkungsregelung liefert.

Die Ausgängader Vorverstärker 18 und 20 werden in einem linearen Summierverstärker 26 summiert, dessen Bandbreite 35 MHz und dessen Verstärkungsfaktor 1 beträgt. In gleicher Weise werden die Ausgänge der Vorverstärker 22 und 24 in einem linaren Summierverstärker 28 summiert, der die gleichen Eigenschaften wie der Summierverstärker 26 hat.

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Die Ausgänge der Summierverstärker 26 und 28 sind jeweils einem logarithmischem Verstärker 30 bzw. 32 zugeführt, dessen Verstärkungseigenschaften beispielsweise über einen Dynamikbereich von 60 dB logarithmisch sind. Die Verwendung logarithmischer Verstärker ist für die Signalverarbeitungsvorrichtung von besonderer Wichtigkeit insofern, als der große Dynamikbereich des Gerätes zu einem großen Teil durch die Funktion ermöglicht wird, welche sie der Schaltung geben. Logarithmische Verstärker an sich stellen keinen Teil der Erfindung dar; es kann sich beispielsweise um integrierte Schaltungen handeln, wie sie kommerziell erhältlich sind. Durch die Verwendung einer Verstärkeranordnung mit logarithmischen Verstärkern wird also die Verstärkung eines großen Bereiches von Signalpegeln ermöglicht.

Die Ausgänge der logarithmischen Verstärker 30 und 32 sind jeweils an eine Abtast- und Halteschaltung 34 bzw. 36 angeschlossen, wo die kurzen Impulse, z.B. die von einem Laser stammenden Impulse mit einer Dauer von 15 ns gedehnt werden, damit sie zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen auf einem konstanten Wert bleiben. Bei den Abtast- und Halteschaltungen. handelt es sich vorzugsweise um bekannte Geräte nach dem Dehnungsprinzip, welche die Impulse in an sich bekannter Weise vom ns-Bereich in den ms-Bereich verlängern.

Indem nun die Differenz der Ausgänge der beiden Abtast- und Halteschaltungen gebildet wird , werden Steuerbefehle erzeugt. Die Differenzbildung geschieht mittels eines Differenzverstärkers 40, der an die beiden Abtast- und Haltegeräte 34 und 36 angeschlossen ist. Der Ausgang des Differenzverstärkers 40 ist über einen Winkelbereich des Detektors 12 linear, der zwei Drittel des Radius des Defokussierten Punktes entspricht. Der Ausgang des Differenzverstärkers wird einem Begrenzer 42 zugeführt, an dessen Ausgang 44 daher .ein Steuerbefehl konstanter Amplitude jenseits des Zwei-Drittel-Radius-Puiktes -entsteht. Fig. 2 zeigt die Klemmung oder Klammerung des Signales an einer geeigneten Stelle zur Erzeugung eines Steuerbefehles konstanter Amplitude jenseits des linearen Bereiches.

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Die Ausgänge der Abtast- und Halteschaltungen 34 und 36 werden außerdem einem Oderglied 46 und von dort einer automatischen Verstärkungsregelung 48 zugeführt, um eine Regelungsspannung zu erzeugen. Im Oderglied wird eine Abhalte-Vorspannung angewandt, so daß der mittlere Signalpegel um 30 dB über den Schwellwert ansteigt (1/2 des logarithmischen Bereiches der Verstärker vor der Erzeugung einer Regelspannung). Nach Erreichen der Regelschwelle wid die Regelspannung von der automatischen Verstärkungsregelung 48 zu den vier Vorverstärkern 18, 20, 22 und 24 in der in Fig. 1 gezeigten Weise rückgekoppelt, damit die Ausgänge der Abtast- und Halteschaltungen auf einem konstanten Wert bleiben. Diese automatische Verstärkungsregelung ist über einen zusätzlichen Dynamikbereich von 90 dB wirksam.

Die Anordnung der automatischen Verstärkungsregelung dient dazu, die mittlere Signalstärke in der Mitte des Dynamikbereiches des logarithmischen Verstärkers zu halten, in dem die Verstärkung der Vorverstärker in geeigneter Weise verändert wird. Die Verstärkungsänderung kann beispielsweise durch Verwendung eines Dioden-Dämpfungsnetzwerkes erreicht werden, wie es bereits früher erwähnt wurde Wenn, was die Regel ist, ein momentaner Dynamikbereich von 60 dB verlangt wird, muß in der automatischen Verstärkungsregelung eine 30 dB Schwelle angewandt werden. Vom Oderglied 46 würde dann solange keine automatische Verstärkungsregelung veranlaßt, bis der stärkere der beiden Kanäle über 30 dB über der Schwelle hinausgeht. Die automatische Verstärkungsregelung würde dann den linearen Verstärkern zugeführt, um die mittlere Impulsamplitude auf der Mitte des Dynamikbereiches von 60 dB der logarithmischen Verstärker zu halten. Es könnten auf diese Weise Schwankungen von Impuls zu Impuls von +, 30 dB auftreten, ohne daß dadurch die Genauigkeit des Proportional-Nachführsignales beeinträchtigt würde.

Der momentane -Dynamikbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist von dem Verhältnis der Hauptkeulen-Energie zur Seitenkeulen-Energie des Ziel-Beleuchters· vorgegeben. Beim derzeitigen Stand der Technik der Laser-Beleuchter kann ein momentaner Dynamikbereich von mehr als 30 dB ohne weiteres dazu führen, daß die Verarbeitungsvorrichtung falsche Ziele verfolgt, die durch Nebenkeulen-Energie erzeugt werden.

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In Verbindungmit dem Dynamikbereich logarithmischer Verstärker ist deshalb ein System zur automatischen Verstärkungsregelung äußerst zweckmäßig, damit der gesamte Dynamikbereich von 120 dB überdeckt werden kann, welcher von den meisten Lasersuchgeräten gefordert wird. Jedoch ist ein Gesamtbereich von 120 dB bei logarithmischen Verstärket nach dem gegenwärtigen Stand der Technik möglich und würde, falls angewendet, eine Anordnung zur automatischen Verstärkungsregelung überflüssig machen.

Im Betrieb wird vom Ziel 14 reflektierte Energie durch das optische System hindurch empfangen und auf den Vier-Quadranten-Detektor 12 abgebildet. Das Signal von jedem Quadrant wird mittels des jeweiligen Vorverstärkers 18, 20, 22 bzw. 24 linear verstärkt. Die Signale von den Quadranten A, B werden in dem Summierverstärker 26 summiert und demJogärithmischen Verstärker 30 zugeführt. Der Ausgangsimpuls des logarithmischen Verstärkers, welcher den Logarithmus des Summensignales (A+B) darstellt, wird dann in der Abtast- und Halteschaltung 34 um die Dauer einer Impulspause verlängert. In gleicher Weise werden die Signale von den Quadranten C + B in den Vorverstärkern 22 und 24 verstärkt, im Summierverstärker 28 kombiniert und dann dem logarithmischen Verstärker 32 zugeführt. Der Ausgang des logarithmischen Verstärkers, welcher den Logarithmus des Summensignales (C + D) darstellt, wird dann/^on der Abtast- und Halteschaltung 36 um die Dauer einer Impulspause gedehnt.

Die Differenz der Ausgänge der Abtast- und Halteschaltungen wird dann demDifferenzverstärker 40 zugeführt und über den Begrenzer 42 weitergegeben, welcher dann an seinem Ausgang 44 den Steuerbefehl für den Auf- und Ab-Kanal abgibt. Während sich die Rakete oder der Flugkörper einem Ziel annähert, steigt der durchschnitt-liche Signalpegel an den Ausgängen der Abtast- und Halteschaltungen 34 und 36 an; wenn er einen Punkt 30 dB oberhalb der Shwelle erreicht, koppeln die vorgespannten Dioden im Oderglied 46 ein Signal zur automatischen Verstärkungsregelung 48, das auf die Vorverstärker 18 bis 24 derart rückgekoppelt wird, daß der größere Ausgang der Abtast- und Halteschaltungei auf einer konstanten Amplitude gehalten wird. Es ist daher äußerst

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wichtig, daß der Ausgang der Abtast- und Halteschaltungen konstant in der Mitte des logarithmischen Bereiches der logarithmischen Verstärker trotz Bereichsschließung gehalten wird.

Das Signal kann sich deshalb auf einer Impuls-Zu-Impuls-Basis gegenüber dem durchschnittlichen Wert um einen Faktor von +. 30 dB ändern, wenn die Schwelle der automatischen Verstärkungsregelung einmal erreicht ist, ohne daß dabei Signale verlorengehen. Dies ermöglicht es, daß der Sucher durch Verwendung einer Letztimpulslogik genaue Führungsinformation liefert selbst bei Szintillation, welche große Signalschwankungen von Impuls zu Impuls erzeugt, und selbst bei Geländemaskierung, welche falsche Rücksignale erzeugt, die bis zu 30 dB größer als die wahren Ziel-Rücksignale sein können.

Eine Letztimpulslogik erzeugt die Steuerinformation aus der letzten Signalenergie, welche die Schwellwertempfindlichkeit des Systems überschreitet. Jeder Impuls, welcher die Schwelle überschreitet, wird verarbeitet und in den Abtast- und Halteschaltungen gespeichert. Ein nachfolgender Impuls entlädt die in der Abtast- und Haltschaltung gespeicherte Information des vorherigen Impulses und erzeugt daher einen Steuerbefehl lediglich aus dem letzten Impuls.

Dem erfindungsgemäßen Verarbeitungsverfahren ist auch die Verwirklichung der Steuerbefehle eigen, so daß die Steuerbefehlspannung, welche dem Winkel zwischen der optischen Achse und der Zielpeilung proportional ist, über einen Signalbereich von +_ 30 dB beiderseits des mittleren Wertes konstant bleibt.

Die dieser Verwirklichung eigene Normalisxerungsmethode wird dadurch erzielt, daß der Quotient der Logarithmen des Auf- und des Ab-Kanales gebildet wird, was eine Steuerbefehlspannung erzeugt, deren Steigung vom Signalpegel unabhängig ist. Nail den Lehren der Erfindung wird die Anzahl der Teile, die für die Normalisierung notwendig sind, deut lieh gegenüber der Anzahl herabgesetzt, die für eine normale Normalisxerungsmethode notwendig ist, bei welcher es notwendig war, A + B

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zu bilden, C + D zu subtrahieren und dann durch die Summe A + B + C + D zu teilen.

Das erfindungsgemäße SignalverarbeiHmgsverfahren kann auch für andere Anwendungen eingesezt werden, z.B. für einen MonoimpuIs-HF-Richtungsfinder. Bei einem HF-Richtungsfinder ist jeder Quadrant des Detektors durch eine Antenne und einen HF-Detektor ersetzt. Die Verarbeitung gleicht sehr weitgehend der oben beschriebenen.

Der proportionale Steuerbefehl, der durch die erfindungsgemäße Signalverarbeitung erhalten wird, ist in Fig. 2 gezeigt. Dieses Steuerbefehlsignal, welches über einen Bereich von +_ 2 ° um die Visierachse proportional ist, wurde von einem System erzeugt, welches einen defokussierten 3°-Radius-Punkt verwendete. Die Größe des defokussierten Punktes kann geändert werden, um den gewünschten linearen Bereich zu erhalten. Die ausgezogene Kurve ist der Steuerbefehl, der am Ausgang des Differenzverstärkers 40 erzeugt wird, wenn das Ziel so positioniert ist, daß der defokussierte Punkt auf dem Detekto über einen Bereich von +, 3° um die Visierachse bewegt wird. Fig. 2 zeigt, daß die Steuerbefehlspannung mit dem Winkel über einen Bereich linear ist, welcher ungeSir zwei Drittel der Größe des defolussierten Punktes bzw. +.2° ist. Der Steuerbefehl ist daher auf den linearen Bereich mittels des Begrenzers 42 begrenzt, welcher den Ausgang des Differenzverstärkers 40 auf + 5 V jenseits des + 2°-Winkels und auf - 5 V jenseits des - 2°-Winkels begrenzt, wie dies durch die gestrich elte Kurve in Fig. 2 dargestellt ist.

Als weiterer Vorteil resultiert aus der Konfiguration, welche den erfindungsgemäßen Signalverarbeitungsverfahren eigen ist, daß das Steuerbefehlsignal normalisiert ist, d.h., daß die Steigung der Steuerbefehlspannung gegenüber der Abweichwinkelachse unabhängig von dec Zielsignalstärke über den gesamten Dynamikbereich des logarith mischen Verstärkers ist. Wenn sich das Ziel aus der Visierachse um einen bestimmten Betrag entfernt, z.B. um 1 °, ist das Verhältnis der Zielsignalleistungen, die in den Kanälen A + B und C + D erzeugt werden, konstant und unabhängig vom Zielsignalpegel. Die Differenz der Logarithmen der beiden ein konstantes Verhältnis besitzenden Impulse (die Differenz der Ausgänge der logarithmischen Verstärker 30

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und 32, gemessen durch den Differenzverstärker 40) ist eine konstante Spannung, die unabhängig von dem absoluten Wert der Signalimpulse ist. Die Steigung des resultierenden Steuerbefehls 44, der am Ausgang des Begrenzers 42 erzeugt wird, ist daher unabhängig vom Zielsignalpegel, und es wird ein normalisiertes Steuerbefehlsignal erhalten,-bei deutlicher Vereinfachung der Schaltungen gegenüber der üblichen Normalisierungsmethode.

Der wichtigste Vorteil der erfindungsgemäßen Signalverarbeitung liegt in der verbesserten Führungsgenauigkeit, die sich aus dem großen momentanen Dynamikbereich bei einem ProportLcnal-Nachführ- oder Verfolgungssystem ergibt. Große Signalschwankungen von Impuls zu Impuls treten sowohl bei HF- als auch bei optischen Suchsystemen auf, und zwar wegen der Szintillation und/oder der Geländemaskierung, wie es z.B. der Fall ist bei einem beweglichen Ziel, das von einem am Boden oder in der Luft befindlichen Laser beleuchtet wird. Auch treten aufgrund der gegenwärtigen Laser von Impuls zu Impuls Ausgangsschwankungen auf. Zielkennungsmessungen taktischer, von einem Laser beleuchteter Ziele haben Schwankungen bis zu 30 dB ergeben. Der begrenzte Dynamikbereich gegenwärtiger Proporttcnal-Lasersuchgeräte der üblicherweise bei + 10 dB liegt, führt zu einer verringerten Führungsgenauigkeit aufgrund einer reduzierten Datenmenge (einzelne Impulse fallen unter den Schwellwertpegel) oder aufgrund gesättigter Impulse (einzelne Impulse überschreiten den linearen Bereich).

Um den durch die erfindungsgemäße Signalverarbeitung möglichen Dynamikbereich von + 30 dB auszunutzen, muß ein automatisches Verstärkungsregelungssystem angewandt werden, welches die mittlere Signalamplitude auf der Mitte des momentanen Dynamikbereiches hält. Die Kennlinie der automatischen Verstärkungsregelung für die erfindungsgemäße Signalverarbeitung ist in Fig. 3 gezeigt. Der Ausgang der Abtast- und Halteschaltungen 34 und 36 steigt vom Schwellwert von 1 V auf 5,5 V bzw. um 30 dB über den Schwellwert an, wenn sich das Suchgerät einem Ziel nähert. Die Vorspannung des Odergliedes 46 wird bei einer Ausgangsspannung der Abtast- und Halteschaltung von 5,5 V überanritten; die automatische Verstärkungsregelung 48 erzeugt

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dann eine Verstärkungs-Regelspannung, welche zu den Dioden-Dämpfungsnetzwerken in den Vorverstärkern 18 bis 24 rückgekoppelt wird. Der größere der Ausgänge der Abtast- und Halteschaltungen, xn Fig. 3 durch eine horizontale Linie dargestellt, wird für einen weiteren Anstieg von 90 dB auf 5,5 V gehalten. Die momentane ImpulSamplitude, welche durch die geneigte Linie in Fig. 3 dargestellt ist, kann sich daherohne Genauigkeitsverlust um ±. 30 dB gegenüber dem mittleren Wert ändern, sobald die mittlere Signalstärke auf 30 dB über der Schwelle angestiegen ist. Zur Erläuterung ist die momentane Belastungslinie von + 30 dB bei dem Signalpegel von + 90 dB über den Schwellenpunkt in Fig. 3 gezeichnet. Diese momentane Arbeitslinie schreitet in Wirklichkeit von dem 30 dB über der Schwelle liegenden Punkt in Richtung höherer Signalpegel fort, wenn sich das Suchgerät dem Ziel annähert.

Ein momentaner Dynamikbereich von +_ 30 dB und ein gesamter Dynamikbereich von 120 dB sind lediglich als Beispiel verwendet. Der momentane Dynamikbereich und der Gesamtdynamikbereich können je nach Anwendungsanforderungen geändert werden.

Mit der Erfindung ist also" eine äußerst vorteilhafte logarithmische Proprotional-Verarbeitungsvorrichtung geschaffen, welche ideal für Lasersuchgeräte geeignet ist, da sie eine bedeutende Vergrößerung des Dynamikbereiches ergibt, und zwar mit einer Schaltungsanordnung, deren Kosten und Kompliziertheit gegenüber dem Bisherigen deutlich reduziert sind. Da die Signalausgänge die Logarithmen der Signaleingänge sind, ist die Steigung des Steuerbefehles unabhängig von der Eingangssignalamplitude, was eine Normalisation bedeutet. Außerdem wird für jede Leistungsvergrößerung um den Faktor 10 die gleiche Diffaenz bzw. der gleiche Unterschied der Ausgangsspannung erhalten.

Mit der Erfindung wird also unabhängig von dem absoluten Signalpegel, der durch den defokussieren Punkt dargestellt ist, ein Steuerbefehl erhalten, dessen- Steigung (Volt über Abweichungsachsengrade) für eine bestimmte Winkelverlagerung des defokussierten Punktes aus der Mitte des Detektors konstant ist, wobei dies unabhäirjLg davon der Fall ist, ob der Eingang nahe der Schwelle oder am oberen Ende des Dynamikbereiches liegt, bei dem es sich natürlich um einen Wert handeln kann, der 1 000 000 mal größer ist.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann eine Signalverarbeitungsvorrichtung vorhanden sein, die einen großen momentanen Dynamikbereich hat und in Verbindung mit zwei Kanälen verwendbar ist, welche der gleichen Abtastebene zugeordnet sind. Sie umfaßt Detektormittel und mindestens ein Paar von Kanälen, welche Ausgänge von den Detektormitteln erhalten. Verstärkermittel einschließlich logarithmischer Verstärker sind in jedem der Kanäle wirkungsmäßig vorgesehen, welche angeordnet sind, um die entsprechenden Ausgänge der Detektormittel zu erhalten und um Verstärkung eines großen Bereiches von Signalpegeln zu funktionieren. Differenzverstärker-mittel sind vorgesehen zur Erzeugung eines Signales, dessen Polarität den Kanal angibt, welcher den größeren Ausgang hat, so daß geeignete Befehle erzeugt werden können.

Jeder einzelne oder zwei Paare von Kanälen können verwendet werden. Wenn zwei Paare verwendet werden, ist die Ebene eines Paares von Kanälen orthogonal zur Ebene des anderen Paares von Kanälen, wodurch es möglich wird, Steuerbefehle zu erzeugen, die zur Kontrolle der Bewegung eines Fahrzeuges, z.B. einer Rakete oder dergl., verwendet werden können.

Die Signalverarbeitungsvorrichtung kann automatische Verstärkungsregelungsmittel verwenden, welche so arbeiten, daß sie die Verstärkung der Verstärkermittel selektiv so ändern, daß die logarithmischen Verstärker jedes Kanales im wesentlichen inder Mitte ihrer Betriebscharakteristik arbeiten. Außerdem können in jedem Kanal Abtast- und Haltemittel angewandt werden, um impulsartige Signalausgänge in Signale längerer Dauer umzuwandeln und so genügend Zeit zurVerfügung zu stellen für den Vergleich der Ausgänge der Kanäle mittels der Differenzverstärkermittel. Es können Begrenzermittel zur Begrenzung des Ausgangs der Differenzverstärkermittel auf einen vorbestimmten Spannungspegel vorgesehen sein.

Ersichtlicherweise ist der Erfindung die Normalisierung eigen und liefert der Differenzverstärker einen Steuerbefehl mit einer Steigung, welche die Spannung gegenüber der Abweichung der Zielpeilung von der Visierachse darstellt, die unabhängig vom Eingangssignalpegel ist.

Patentansprüche

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Leerseite

Claims

Pa t e η t a n s ρ r ü c h e

1. Verfahren zur Verarbeitung von zwei Detektorausgangssignalen, die der gleichen Abtastebene zugeordnet sind, um ein normalisiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das den beiden Detektorausgangssignalen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet , daß man die Detektorausgangssignale separaten Signalkanälen zuführt, von denen jeder einen logarithmischen Verstärker enthält, um Kanalausgangssignale zu erzeugen, welche den Logarithmus der Detektorausgangssignale darstellen,und daß man die Kanalausgangssignale von den separaten Signalkanälen verarbeitet, um ein Verarbeitungsausgangssignal zu erzeugen, das mit der Signalpegeldifferenz zwischen den beiden Detektorausgangssignalen in Beziehung steht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-. net ,- daß die Detektorausgangssignale einen großen momentanen Dynamikbereich haben und jeder der logarithmischen Verstärker einen bestimmten Dynamikbereich hat, daß man die Pegel der Detektorausgangssignale, welche den logarithmischen Verstärkern zugeführt werden in Abhängigkeit von den Kanalausgangssignalen steuert, um die Detektorausgangssignale, welche den logarithmischen Verstärkern zugeführt werden , praktisch innerhalb des dynamischen Bereiches der logarithmischen Verstärker zu halten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kanalausgangssignale abtastet und speichert, und daß man die gespeicherten Ausgangssignale voneinander subtrahiert, um das Verarbeitungsausgangssingal zu erzeugen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e ic h η e t , daß die Detektorausgangssignale impulsartige Signale sind, daß man die impulsartigen Signale in Signale längerer Dauer umwandelt und daß man die Signale längerer Dauer subtrahiert, um ein Verarbeitungsausgangssignal zu erzeugen, das bezüglich dem Signalpegel und d=r Polarität in Beziehung zur Signalpegeldifferenz

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zwischen den beiden DeteKtorausqancrssianalen steht. ₁,-

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder logarithmische Verstärker einen vorbestimmten momentanen Dynamikbereich hat, welcher sich von einer unteren Schwell wertgrenze nach oben erstreckt und daß die Kanalausgangssignale von den separaten Signalkanälen in einer Abtast- und Halteschaltung abgetastet und gespeichert werden, daß die Abtast- und Halteschaltung entladen und die Ausgangssignale von einem logarithmischen Verstärker abgetastet und gespeichert werden, wenn ein Eingangssignal des logarithmischen Verstärkers auftritt, das die untere Schwellwertgrenze des logarithmischen Verstärkers überschreitet, so daß Detektorausgangssignale unterhalb der unteren Schwellwertgrenze zurückgewiesen und Detektorausgangssignale oberhalb der unteren Schwellwertgrenze aufbewahrt werden, bis ein Detektorausgangssignal dem logarithmischen Vers lärker zugeführt wird, welches die untere Schwellwertgrenze überschreitet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dynamikbereich der logarithmischen Verstärker nach Maßgabe des Pegels der Ausgangssignale der logarithmischen Verstärker steuert, um den Dynamikbereich der logarithmischen Verstärker zu modifizieren, einschließlich der unteren Schwellwertgrenze, wenn Ausgangssignale der logarithmischen Verstärker auftreten, welche einen vorbestimmten Wert überschreiten.

7. Vorrichtung zur Signalverarbeitung nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Verarbeitung von zwei Detektorausgangssignalen, welche von Detektoreinrichtungen geliefert werden und einer gemeinsamen Abtastebene zugeordnet sind, um ein normalisiertes Ausgangssignal zu erzeugen, das den zwei Detektorausgangssignalen zugeordnet ist, gekennzeichnet durch einen logarithmischen Verstärker in jedem Singalkanal, der jeweils für den Empfang eines DetektorausgangssignaTes angeschlossen ist und ein Signal erzeugt, das dem Logarithmus des empfangenen Detektorausgangssxgnales entspricht, und durch eine Vorrichtung zur Verarbeitung der Signale, die von den logarithmischen Verstärkern erzeugt werden, zur Erzeugung eines Verarbeitungsausgangssignales, das eine Polarität hat, welche den Signalkanal angibt, der den höheren Ausgangssignalpegel hat.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektoreinrichtung ein optischer Zieldetektor vom Quadrant-Typ ist, und daß die Verarbeitungseinrichtung durch einen Differenzverstärker gekennzeichnet ist, welcher die Ausgangssignale der beiden Signalkanäle erhält und das Verarbeitungsausgangssignal erzeugt, welches die Polarität hat, welche den Signalkanal angibt, welcher den größeren Ausgangssignalpegel erzeugt, und welches eine Steigung hat, die Volt über Zielpeilung unabhängig vom Detektorausgangssignalpegel angibt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die E&ektoreinrichtung ein Zieldektor bzw. Ortungsdetektor mit einer Radiofrequenz-Antennenanordnung ist, und daß die Verarbeitungseinrichtung durch einen Differenzverstärker gekennzeichnet ist, welcher die Ausgangssignale der beiden Signalkanäle erhält und das Verarbeitungsausgangssignal erzeugt, welches die Polarität hat, welche den Signalkanal angibt, welcher den größeren Ausgangssignalpegel erzeugt, und welches eine Steigung hat, die Volt über Zielpeilung unabhängig vom Detektorausgangssignalpegel angibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Detektorausgangssignale impulsartige Signale sind und daß in jedem Kanal eine Abtast- und Halteschaltung zur Umwandlung der impulsartigen Ausgangssignale in Signale längerer Dauer vorgesehen ist, um so ausreichend Zeit zur Verarbeitung der Ausgangssignale der Kanäle mittels der Verarbeitungseinrichtung zu schaffen.

11.. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kanal eine Abtast- und Halteschaltung zur Abtastung und Speicherung der Ausgangssignale der logarithmischen Verstärker vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß jeder logarithmischer Verstärker einen vorbestimmten momentanen Dynamikbereich hat, welcher sich von einer unteren Schwel] wertgrenze nach oben erstreckt und daß die Verarbeitungsvorrichtung

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durch Entladung der Abtast- und Halteschaltung beim Auftreten eines Signales gekennzeichnet ist, welches dem togarithmisehen Verstärker zugeführt wird und die untere Schwellwertgrenze des logarithmischen Verstärkers überschreitet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß jeder logarithmische Verstärker einen vorbestimmten momentanen Dynamikbereich hat, und daß die Verarbeitungsvorrichtung durch eine Einrichtung zur Steuerung der Pegel der Detektorausgangssignale gekennzeichnet ist, welche den logarithmischen Verstärkern zugeführt werden, nach Maßgabe eines Ausgangssignales eines logarithmischen Verstärkers, welches einen vorbestimmten Wert überschreitet, um die Deteborausgangssignale, die den logarithmischen Verstärkern zugeführt werden, im wesentlichen innerhalb des dynamischen Bereiches zu halten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß jeder logarithmische Verstärker einen vorbestimmten momentanen Dynamikbereich hat und daß die Verarbeitungsvorrichtung durch Verstärker in jedem Signalkanal gekennzeichnet ist, um den Dynamikbereich der Detektorausgangssignale, welche den logarithmischen Verstärkern zugeführt werden, nach Maßgabe von Ausgangssignalen von den logarithmischen Verstärkern zu kontrollieren.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalverarbeitungsvorrichtung zur Zielverfolgung benutzt wird unter Verwendung eines Laserbeleuchters, der Hauptkeulenenergie und Nebenkeulenenergie hat, daß die Signalverarbeitungsvorrichtung ein Ziel verfolgen soll, welches von der Hauptkeulenenergie beleuchtet ist, und scheinbare Ziele unterdrücken soll, welche von der Nebenkeulenenergie erzeugt werden, und daß automatische Verstärkungsregelungseinrichtungen verwendet werden, um eine Signifikant-Letztimpulslogik zu bilden, indem die mittlere Zielsignalamplitude auf einem gewünschten Arbeitspunkt des momentanen Dynamikbereiches des logarithmischen Verstärkers gehalten

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wird, so daß die nicht signifikanten Pegelsignale, die von der Nebenkeulenenergie des Zielbeleuchters erzeugt werden und später als die wahren Ziel-Rücksignale auftreten können, unterdrückt werden, da sie unter die untere Grenze des momentanen Dynamikbereiches des logarithmischen Verstärkers fallen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der gewünschte Arbeitspunkt im wesentlichen der Mittelpunkt des momentanen Dynamikbereiches des logarithmischen Verstärkers ist.

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