DE2806926C3 - Optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung für leuchtende Objekte oder Ziele nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung findet eine Anwendung insbesondere auf dem Gebiet der optoelektrischen Nachweistechnik und bei der Verfolgung eines leuchtenden Objektes oder Zieles, das Licht aussendet oder das aus der Entfernung beleuchtet wird; sie findet gleichermaßen Anwendung bei einem automatischen Führungsgerät, wie z. B. bei einer Selbstlenkeinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Systems zum Nachweis und zur winkelmäßigen Ortung eines Zieles in einem Beobachtungsfeld, das in der Lage ist. Signale Zu erzeugen, die für die Winkelablage zwischen der Visierachse des Systems und der Richtung des Zieles charakteristisch sind. Das Ziel besteht im allgemeinen aus einem beweglichen Objekt, wie etwa einem Flugzeug, einem Geschoß, einer Rakete oder dergleichen. Das von dem Ziel in Richtung de:i Nachweissysiems ausgesandte oder reflektierte Licht, stellt einen optischen Kontakt entweder im Infraroten, im sichtbare-i Bereich oder im Ultraviolettbereich dar. Das optische Empfangsbeobachtungsfeld bestimmt in der Fokalebene einen Nachweisbereich, der auf die optische Achse oder Visierachse zentriert ist. So entspricht jeoem strahlenden Objekt, das im Öffnungswinkel der Visierachse liegt, ein Bild auf der Nachweisfläche, dessen cartesische Koordinaten der Höhen- und Seitenablage des Zieles entsprechen.

Bei bekannten Systemen besteht die Nachweiseinrichtung aus einem optischen Empfänger, der an einen fotoelektrischen Detektor gekoppelt ist, um die von dem Beobachtungsfeld kommende Strahlung zu fokus sieren und nachzuweisen. Das Beobachtungsfeld besitzt einen bestimmten öffnungswinkel und die optische Achse des Nachweisgerätes liegt in der Mitte deü Beobachtungsfeldes. Die empfangene Strahlung besteht aus deren Nutzstrahlung, die von der Quelle kommt, wenn diese sich im Beobachtungsfeld aufhält und ausi einer Störstrahlung, die von äußeren Störquellert kommt und entweder direk« oder durch Reflexion in die Nachweisvorrichtung gelangt. Die nachzuweisende Quelle nimmt im allgemeinen im Beobachtungsfeld wegen ihrer geringen Größe und wegen ihrer Entfernung zum Detektor eine sehr klein scheinende Fläche ein. Darüber hinaus ist die Strahlung, die von der Quelle in die Nachweiseinrichtung gelangt, gering gegenüber der Störstrahlung aus dem gesamten Beobachtungsraum. Bei Tagbetrieb besteht die Störstrahlung im allgemeinen aus dem Sonnenlicht, das sehr intensiv sein kann.

So kommt für eine vorgegebene Beobachtungsrichtung die Strahlung des Störlichtes aus dem gesamten Raumwinkel, der für die optische Beobachtung interessant ist. Die Störstrahlung erzeugt nach ihrem Nachweis ein Störsignal, d. h. ein erhebliches Rauschen, während das Nutzsignal von einer sehr schwachen Strahlungsquelle kommt und darüber hinaus nur einen sehr kleinen Raumwinkel umfaßt.

Die Nutzstrahlung ist im allgemeinen bekannt, insbesondere ist ihre räumliche und spektrale Verteilung bekannt, d. h. daß sie sich im allp ■ ,leinen in einem Weüenlängenbereich befindet, der für die Auswertung vorgesehen ist und daß andererseits das Bild des fraglichen Nutzobjektes, das mit Hilfe eines Eingangsobjektives des Empfängers auf die fotoempfinaiiche Fläche r*es Detektors abgebildet wird, bestimmte charakteristische Abmessungen aufweist. Die spektralen und räumlichen Verteilungen der Störstrahlungsquellen unterscheiden sich im allgemeinen sehr von denen des Nutzobjektes.

Der Erhalt eines über dem Rauschen liegenden NutzF.ignals ermöglicht die direkte Detektion. Ein solches Nutzsignal wird jedoch nur bei sehr leuchtstarken Quellen, die insbesondere dann sehr leuchtstark sein müssen, wenn sie weit entfernt sind, erhalten.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, sind bestimmte Techniken bekanntgeworden, die es gestatten, das Signal/Rausch-Verhältnis zu vergrößern. An diese soll im folgenden kurz erinnert werden.

Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, eine optische Filterung vorzusehen und nur eine bestimmte Bandbreite, d^:. mit der nachzuweisenden Quelle übereinstimmt, auszufiltern. sofern das Spektrum der Quelle bekannt ist. In diesen Geräten entspricht die Nutzstrahlung vorzugsweise einem sehr schmalen Frequenzband, wodurch ein großer Teil der Störstrahlung durch optische Filterung entfernt werden kann. Eine weitere Lösungsmöglichkeit, die auch zusammen mit der vorerwähnten angewandt werden kann, besteht darin, ein räumliches Abtasten mit Hilfe einer beweglichen MaSKe vorzusehen, die aus auf einem undurchsichtigen Untergrund angeordneten durchsichtigen Schlitzen besteht, die sich quer zur optischen Achse des Nachwfisgerätes bewegen und durch Unterbrechung des Lichtstrahles eine zeitliche Modulation des Signals erzeugen.

Für die letztgenannten Systeme bestehen mehrere Ausführungsformen, bei denen das Nachweisgerät im allgemeinen eine Mehrzahl von Detektorelementen aufweist. Dadurch, .jaß ein Streifengitter von zu einer ersten cartesischen Meßachse parallelen Detektorelementen verwendet wird und das Signal durch Vorüberziehen der zu diesem Linearnetz orthogonalen und parallel zur zweiten cartesischen Meßachse verlaufenden Schlitzen moduliert wird, welche Schlitze die einfallende Strahlung 'unterbrechen, erhält man durch die Ordnungszahl des angesprochenen Detektorelementes die Information über den ersten Winkelparame-

ter der Ablage und durch die zeitliche Position des nachgewiesenen Signals die Information über den zweiten Winkelparameten

Nach einer bekannten weiteren Ausführungsform bestehen die Schlitze aus einer optischen kodierten Spur und die Verarbeitung der nachgewiesenen Signale erfolgt durch Autokorrelation; dadurch, daß mehrere parallele unterschiedlich kodierte Spuren verwendet werden, erhält man eine räumliche Auswahl und anstelle aines aus mehreren Detektorelementen zusammengesetzten Detektors kann ein einziges lichtempfindliches Element verwendet werden. Eine derartige Ausführungsform ist aus der französischen Patentschrift 21 16 724 bekannt. Die Kodes werden zur Modulation vor dem Detektor und zur Multiplikation in einem anderen Bereich einer Vidiconröhre oder einer analogen Vorrichtung verwendet, auf deren Target sich die Integration vollzieht. Die Videosignale, die durch zeilenweises Abtasten des Targets erhalten werden, werden danach mit einem Schwellwert verglichen, um das Zielnutzsignal zu detektieren, das einer Autokorrejationsspitze entspricht. Das auf diese Weise gewonnene Nutzsignal wird an Verarbeitungsschaltungen übertragen, die so gestaltet sind, daß sie beispielsweise die Ablagedaten sichtbar machen oder zahlenmäßig erfassen oder die Visierachse auf das Ziel ausrichten.

Durch die Verwendung der kodierten Spuren sowohl zur Modulation als auch zur optischen Korrelation kann der Empfänger vereinfacht werden. Es muß jedoch ein Vidicon verwendet werden, was für verschiedene Anwendungsbereiche, wie z. B. bei einer automatischen Zieleinrichtung, wo große technische Anforderungen an die Kompaktheit und an das niedere Gewicht gestellt werden, nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung zu schaffen, die frei von den vorerwähnten Nachteilen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen beschrieben. Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

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vorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1. zur Darstellung der optischen Modulationsspuren,

F i g. 3 verschiedene Signalformen des detaktierten Signals in Abhängigkeit der Kontrastfunktion des Zieles.

F i g. 4 verschiedene Signalformen bei dem eingesetzten Abtastverfahren,

F i g. 5 ein Kodierschema der optischen Spuren, bei einer Ausführungsform mit mehreren Kodes,

F i g. 6 ein Kodierschema der optischen Spuren bei einer anderen Ausführungsform, bei der nur ein einziger Kode verwendet wird,

Fig.7 ein Detail der Spurenkodierung gemäß der bevorzugten Ausführungsform nach F i g. 6,

F i g. 8 ein Blockschaltbild der Verarbeitungsschaltungen für die Ausführungsform mit nur einem einzigen Kode gemäß den F i g. 6 und 7,

Fig.9 ein Blockschaltbild der Verarbeitungsschaltung bei der AusführungEform, die gemäß Fig.5 mehrere Kodes verwendet,

Fig. 10 eine automatische Zielvorrichtung mit einer Ortungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Das Nachweis- und Ortungsgerät gemäß F i g. 1 besitzt optische Empfangs- und Fokussierungsmittel 1 für die einfallende Strahlung, die aus dem Beobachtungsfeld kommt, Modulationsmittel 2 für die fokussierte Strahlung, durch die diese moduliert wird, indem quer zur optischen Achse Z ein Gitter von η optischen parallelen Spuren Pi bis Pn vorbeigezogen wird, einen Fotodetektor für die modulierte Strahlung, der aus einem einzigen Delektorelement 3 besteht, Verstärkerschaltungen 4, die dem Fotodetektor zugeordnet sind Und Verarbeitungsmittel 11 für die detektierten Signale

ίο 6*0, die nach der Äutokorrelationsmethode arbeiten.

Die Modulationsvorrichtung Wird anhand der Fig. 2 erläutert. Sie besteht aus einer Mehrzahl von π optischen Spuren Pi, P2 ... Pn, die in der Fokalebene eines optischen Eingangsobjektives 1 angeordnet sind und die in einer ersten Meßrichtung, nämlich der K-Richlung nebeneinander parallel aufgereiht sind und die parallel zu einer zweiten Meßrichtung, nämlich der Af-Richtung sind, die orthogonal zur ersten Richtung ist. Die fcbene, die durch die cartesischen Koordinaten.

OiX und OiY gebildet wird, ist senkrecht zur optischen Achse Z. Die Spuren werden entlang der Ebene in X-Richtung, vorzugsweise mit konstanter Geschwindigkeit V, verschoben. Sie bestehen aus transparenten Bereichen, die durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind, wodurch die Bits »1« und »0« einer Binärfolge dargestellt werden. Diese Binärfolgen werden im voraus so bestimmt, daß sie sich in dem betrachteten rechtwinkligen Bereich OiABD, der dem Beobachtungsfeld entspricht, hinreichend unterscheiden. Der Bereich OiABD, dem der optische Nachweisbereich des Elementes 3 entspricht, wird auf diese Weise durch die Spuren in η Bänder unierteilt. Durch Identifizierung der Kodefolge, die der Modulation des Signals entspricht, wird die räumliche Auflösung in V-Richtung hergestellt, während die Auflösung in X-Richtung durch die zeitliche Phase des Signals in bezug auf eine Referenzzeit, die der Abszisse Null entspricht, gewonnen wird. Für das Ziel, dessen Bild sich bei Cbefindet, hängen die Koordinaten XCund YC von der Winkelablage des Zieles ab. Die Koordinaten XC und YC sind repräsentativ für die Sciicnabla-e XC XO und für die Hohenabia^e YC-YO. Die Konstanten XO und YO stellen die Koordinaten der optischen Achse Z gegenüber dem Punkt 01 dar, der als Koordinatenursprung der Meßachsen X und Y gewählt ist. Diese Wahl ist so getroffen, daß die Koordinaten XC und YC für jeden Punkt Cim Beobachtungsfeld OiABD positiv sind.

Die Modulationsvorrichtung besteht aus einem kodierten Träger, der die Form einer sich drehenden Scheibe oder Trommel aufweist, wie dies in F i g. 5 zu erkennen ist Der Träger 5 wird mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durch eine Antriebsvorrichtung 6 angetrieben. Mit Hilfe von zusätzlichen optischen Spuren 7 können Synchronisationssignale gewonnen werden, die ein Taktsignal HR mit der Taktfolge des Kodes und ein Taktsignal H mit der Taktfolge der Bits umfassen. Eine Schaltung 8 nimmt die detektierten, von den Synchronisationsspuren 7 erzeugten Signale auf und liefert nach einer Impulsformung und einer evtl. Frequenzdivision oder -multiplikation Impulse HR und H, sowie evtl. weitere zusätzliche Synchronisationssignale.

Die Mittel zur Verarbeitung der detektierten Signale sind gemäß der Erfindung sämtlich elektronischer Art und umfassen in Serie ein Filter 10, eine Autokorrelationseinheit 11, eine Schwellwertvergleichsschaltung 12 und eine Ablagemeßschaltung 13.

Das Filter 10 ist ein Bandpaßfilter. Sein Durehiaßband ist an das Frequenzband des Nulzsignals des Zieles angepaßt, das die Taktfrequenzen FHR und FH aufweist. Die Vicieofrcquenzfilterung gestaltet, lieffrcqucrue Koniponenicn auszusondern, insbesondere kann die Gleichkömpohenle, die auf den Slörungsuhtefgfund •zurückzuführen ist, unterdrückt werden.

Dk Orlungsvorrichlungen für leuchtende Ziele weisen im allgemeinen ein schmales Bcöbaehlungsfeld "auf und werden häufig dazu verwendet, ein Flugobjekt am Himmel anzuvisieren. Die parasitäre Ümgebungsstrahlung ist im wesentlichen gleichmäßig und wirkt sich durch ein Gleichniveau 5Ffür das delektierte Signal aus. Dieses Signal ist in der Fig. Ja dargestellt. Es ist das detcklicrtc Signal SD dargestellt, das bei Abwesenheit eines Zieles im Beobachtungsfeld vorliegt. Die Anwesenheit eines Zieles erzeugt eine Diskontinuität, die zu einem positiven Nut/signal (Fig. 3b) führt, wenn der

Ι\τ/Ι!1ια31 y\i

als der Untergrund, und zu einem negativen Nutzsignal führt (Fig. 3c) im entgegengesetzten Fall. Bei diesen Vorrichtungen entspricht der Maximaldurchnicsser des Bildfleckes im wesentlichen der Bitbreile gemäß der Verschiebung in λ'-Richtung. Hieraus folgt, daß die Änderung des Signals .9f/dcr binaren Kodicrfolge der entsprechenden optischen Spur Pj entspricht. Das Bandpaßfilter 10 eliminiert die unerwünschte Gleichkomponente SF des detektiertcn Signals SD. Das Ausgangssignal des Filters wird so hauptsächlich durch das Nutzsignal .9i/und Rauschresie des Detektors 3 und der V-haltungen 4 gebildet. In Wirklichkeil ist jedoch die Leuchlslärke des Untergrundes nicht streng uniform, jedoch bleiben in der Praxis die Fluktuationen des Uniergrundsignals, die in dem betrachteten Filterband berücksichtigt werden müssen, gering und bleiben unterhalb dem Pegel des Nutzsignals.

Die Autokorrelationseinheil 11 besit/i einen .Speicher 15 mit einem Eingang für sequentielle F.ingangssignale und parallele Ausgänge. Im Speicher 15 wird das gefilterte Signal SU Bit für Bit während einer Dauer, die mindestens einer Periodendauer 1/FHR des /u korrelierenden Kodes entspricht. eesDcicherl. Der Speicher besteht aus einem Schieberegister, das durch das Signal H mit der Bittaktfolge FH synchronisiert wird. Um die digilale Verarbeitung durchführen zu können, muß das Signal SU durch Quantifizierung der Amplitude in digitale Form gebracht werden, bevor es in den Speicher eingelesen wird. Die hierzu erforderlichen Wandlerschallungen sind nicht dargestellt. Da diese Lösung sehr komplex sein kann, wird eine analoge Verarbeitung vorgezogen, bei der ein Schieberegister 15 von der Art einer Analogverzögerungsleitung verwendet wird. Ein solcher Speicher kann mit Ladungsübertragungsschaltungen realisiert sein, die gemäß der englischen Bezeichnung »Charged Coupled Device«, auch CCD-Schaltungen genannt werden.

Nach einer Funktionsdauer, die der Periode 1/FHR des zu kontierenden Kodes entspricht, ist der Kode vollständig in das Register 15 eingeschrieben, wobei die Phase von der Abszisse XC des Zieles abhängt und alle möglichen Phasenzustände der Kodeabfolge einnehmen kann. Der Referenzphasenzustand entspricht der Abszisse Null, d. h. dem Kodeanfang bei 01 Y[F i g. 2). Nach einer Abfolge einer Anzahl von Bits, die der A.bszisse XC entspricht, nimmt der bei 15 gespeicherte Kode den Referenzzustand ein. Von diesem Umstand wird Gebrauch gemacht, um die Autokorrelation in der folgenden Art und Weise durchzuführen: Die Parallelausgänge des Schieberegisters 15 sind mit Siimmicrmitteln verbunden, die aus einem Operations-Summationsvcnstärker 16 bestehen, der einen Positiv- und einen Ncgaliveingang besitzt. Für die Spcicherinhalte defjenigen Schicberegisferstufcn, die mit dem Positiveingang verbunden sind, wird eine Multiplikation mit (+1) durchgeführt. Die restlichen Schicbcrcgisterstufcn sind mit dem Negalivcingang verbunden; ihr Rcgistcrinhalt wird folglich mit (—1) multipliziert. Die Polarität ( + ) oder (-) entspricht den Bilzuständen des gespeicherten Refercnzködes. Betrachtet man beispielsweise einen einfachen Pseudozufallskode mil sieben Bits, von denen drei posiiiv und vier negativ, sind, unter der Annahme, daß der Referenzzustand durch die Folge

- + + + gegeben ist. so muß das Register 15

sieben Stufen aufweisen, um diesen Kode zu speichern und die Stufenausgänge Nr. 2, 6 und 7 sind mit dem Positiveingang des Addierers 16 und die Stufcnaufgän-

M-. I 3 λ ..~Λ C _;* -l~~. M _nt,.._n;«»„_nn ..„„!.,, !„„

gt 1*1. I, J, T UIIU J ΙΙΙΓΙ ULIII f ^LgUir* LtIIgIIfIg TLIUUlIUL[I.

Es ist leicht ersichtlich, daß für die anderen sechs Phasenzustände der Ausgang des Verstärkers den Korrelalionswerl - I liefert und daß die Korrclaiionsspitze mit dem Wert + 7 für den Koinzidenzfall der Phasen gelieferi wird, entsprechend den bekannten Eigenschaften der Autokorrelation von Pscudo/ufnlls- oder äquivalenten Kodcn. Die vorcrwähnien Werte - I und + 7 werden digital betrachtet, in der Tat ist jedoch das Atisgangssignal an Analogwerte gebunden, die in dem Speicher 15 gespeichert sind. In jedem Fall unterscheidet sich die Autokorrclationsspitzc wesentlich von den anderen Korrelalionswerlen. weswegen die Spitze durch einen Schwellwertverglcich. der in der nachgeschalteten Schaltung 12 vorgenommen wird, leicht nachgewiesen werden kann. Der Schwelhvertveigleich erfolgt in bezug auf eine positive Schwelle + KS" und in bezug auf eine negative Schwelle - VS. Ks muß in Betracht gezogen werden, daß für den Fall eines negativen Kontrastes entsprechend der Fig. 3c die Bitwerte invertiert sind. In dem vorerwähnten Beispiel

•to ist folglich der zu korrelierende Kode + —V + +

für den Referenzzustand und mit der entsprechenden Verdrahtung wird die Korrelationssoitze -7. während die anderen Korrelationswerte den Wert + 1 annehmen. Der Vergleich mit einer negativen Schwelle - VS ermöglicht folglich den Nachweis eines Zieles mit negativem Kontrast.

Die Ablagemeßschaliung 13 führt eine Zählung durch, um die Koordinaten XC und YC des nachgewiesenen Zieles zu bestimmen und Seiten- AC sowie llöhenabla gesignalCidSzur weiteren Verarbeitung zu liefern.

Die Schaltungen 17 und 18 der Korrelationscinheit 11

sind für den Fall vorgesehen, daß sich der zu korrelierende Kode ändert. Die Schaltung 17 ist ein

- Mehrfachumschalter, mit dem die Ausgänge des Registers wahlweise mit dem Negativ- oder mit dem Positiveingang des Verstärkers 16 verbunden werden können. Die Arbeitsweise wird in der späteren Beschreibung für zwei Ausführungsformen mit und ohne Änderung des Kodes beschrieben. Das Nutzsignal SU besitzt nicht die ideale Konfiguration mit zwei Binärniveaus (Fig.4b), sondern es ist durch parasitäre Restsignale (Fig.4c) verändert. Um die Amplitude des Signals SU korrekt zu bestimmen und dieses in das CCD-Register 15 einzuschreiben, wird das Signal in einer Schaltung 20, die zwischen das Bandpaßfilter 10 und die Korrelationseinheit 11 geschaltet ist, abgetastet. Durch die Abtastung in der Schaltung 20 kann die Änderung des Nutzsignals festgestellt und das Signal/

Rausch-Verhältnis des Empfängers verbessert werden. Die Fig. 4d bis 4f zeigen das Prinzip der Abtastung. Ausgehend von dem Bittaktsigna! /-/(Fig.4a) wird ein Signal III mit p-fach größerer Frequenz (Fig.4d) erzeugt, wobei die Zahl ρ der Zahl der Abiastwerte pro Bit entspricht. Das Signal WE(Fig.4e) gelangt an den Abtaster 20; es ist nach dem ersten Signal abgeleitet und setzt sich aus sehr kurzen Impulsen zusammen, die in Relation /ur Bandbreite der CCD-Schaltung bestimmt sind. Die Anzahl der untersuchten Signale wird auf diese Weise mit ρ multipliziert und das Register 15 muß p-ma\ mehr Stufen enthüllen. Von den Ausgängen sind jeweils /»-Ausgange zusammengefaßt und mit dem Positiv- oder Negativeingang des Addierers verbunden. In dem in Fi g. 4 dargestellten Beispiel ist /j = 3 und es ist ein Ziel mit positivem Kontrast angenommen. Die Anschlußpo-Iaritiiten des Addierers sind bei F i g. 4g angedeutet. Der Phasen/ustand in Fig.4b ist der Referenzzustand für den betrachteten Kode.

i)ie für die Spuren verwendbaren Kodes sind insbesondere orthogonale oder biorthogonale Kodes. BCH-Kodes, die ein ausgeprägtes Korrelalionsmaximum aufweisen. Zyklische und Pscudo/ufalls-Binärfunktionen, die häufig als Pseudozufallskodes oder PN-Kodcs (Pseudo-Noise) bezeichnet werden, besitzen folgende drei Formen:

N = 2*■ - 1 (k ganze Zahl),

N = 4k - I (k Primzahl) und

N= k(k + 2)(kundk + 2 Primzahlen).

Es werden zwei Ausfiihrungsformen betrachtet. Die eine verwendet eine Mehrzahl von ;; Kodes Ci bis O;. die in Fig. 5 dargestellt sind. Nach der anderen Ausführungsform wird ein einziger Kode C 1 verwendet, der in η Teile oder Sequenzen unterteilt ist. wie dies in F i g. 6 zu erkennen ist. Bei der ersten Ausführungsform kommt auf eine Spur Pj ein Kode Cj, wobei der Kode Cj nacheinander längs der Spur Pj wiederholt ist. und die Kodes Ci bis Oi sind unterschiedlich und weisen dieselbe optische Länge auf. die der /V-Abmessung des wirksamen Feldes O I Λ B D entspricht. Die Fenster der Spur HR weisen folglich einen

ΛΚη-,.,,Ι ..,,Γ .1.,- .1«- »_n~»_n:_nr „.- I/„.I_nU_n^_n

entspricht.

Gemäß der zweiten Ausführungsform wird ein einziger Kode C1 für jede der Spuren verwendet. Von einer Spur zur nächsten ist der Kode um eine solche Länge verschoben, die der A'-Abmcssung des wirksamen Feldes O 1 Λ B D entspricht. Auf diese Weise isl der Kode der aus η Sequenzen CIl. C12... CM_-/... CMn gebildet wird, stets vollständig im Bereich OXABD vorhanden. Dies kann leicht anhand von F i g. 7 verifiziert werden, wo η Spuren und eine Sequenzlänge in X-Richtung betrachtet werden, die m aufeinanderfolgenden Bits entsprechen.

Die vorgenannte Verteilung erlaubt das wirksame Feld in eine Matrix von η Zeilen und m Spalten zu unterteilen. Das Feld enthält auf diese Weise η mal m Punkte, die voneinander durch die nachgeschalteie Autokorrelationsverarbeitung unterschieden werden können. Wird eine Anzahl von Spalten m gewählt, die gleich der Zahl η der Zeilen ist und wird ein quadratisches wirksames Feld gewählt, so ist die Meßgenauigkeit in λ"-und K-Richtung die gleiche.

Ein Ausführungsbeispiel für die Verarbeitungsschaltungen des Nutzsignals SU ist in F i g. 8 für den FaI! eines einzigen und in F i g. 9 für den Fall von mehreren Kodes dargestellt. Die bevorzugte Ausführungsform ist diejenige, die einen einzigen Kode verwendet, da sie den Vorteil einer vereinfachten Realisierung aufweist. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist die Signalabtastung nicht mit in Betracht gezogen; zur Durchführung der

<; Abtastung genügt es, das Taktsignal H durch das Taktsignal H1 zu ersetzen und ρ Ausgänge von ρ aufeinanderfolgenden Registersttifen des Registers 15.

die einem Bit entsprechen, zusammenzufassen.

Gemäß der Ausführungsform nach F i g. 8 ist ein Netz von Widerständen 21 zwischen die Ausgänge des Registers und den Addierer 16 geschaltet. Dieses Netz stellt eine Bewertung;- oder Anpassungsschaltung für die verschiedenen Registerstufen des CCD-Registers 15 dar. Die Summierung erfolgt simultan für die Gesamt·

j5 lieit der Bits des Kodes: wenn die Koinzidenz mit dem Referenzkode eintritt, wächst das Ausgangssignal des Addierers 16 an und wird betragsmäßig größer als der positive oder negative vorbestimmte Schwellenwert. Die Schwellwertvergleichsschaltung 12 ist von digitaler

2i) Art und liefert sodann einen impuls, der die beiden Zähler 22 und 23 stoppt. Diese beiden Zähler werden periodisch durch das Winkelreferenzsigmil HR auf Null gestellt. Der Zähler 22 zählt nun die Bits mit der Taktfolge des Signals // (bei Abtastung werden die Abtastwerte gezählt). Seine Kapazität ist gleich der Zahl /)) der Bits einer Zeile Cl/ Jedesmal wenn der Zählwert in erreicht ist, sendet der Zähler 21 einen Impuls /um Zähler 23 und nimmt die Zählung erneul auf. Die Kapazität des Zählers 23 isl gleich der Zahl /) der

jo Zeilen. Bei Eintritt der Koinzidenz geben die Parallelausgänge des Zählers 22 die Abs/issc XC und die Ausgänge des Zahlers 23 die Ordinate VC an. Diese Binärwerte gelangen an einen Digital/Analog-Wandler 24. der Auswertesignale für die Seiten- und Höhcnablage JC/ und AS liefert. Die nachfolgenden Auswerteschaltungcn 25 werden in Abhängigkeit der vorgesehenen Verwendung gewählt und können aus Nachstellschaltkreisen für die X- und V-Position oder aus einem Anzeigegerät bestehen. Wird ein Rechner eingeset/t, so

•to werden die Ausgangssignale der Zähler direkt weiter verwendet. Für verschiedene Anwendungsbereiche ist es vorteilhaft, eine Sicherheitsphase einzuschalten,

aufgenommen wird. Durch den Block 27 ist eine

•15 Sicherheitsschaltung symbolisiert, durch die das Ausgangssignal des Vergleichers freigegeben wird. Die Freigabe kann beispielsweise nach einer gewissen Anzahl von Schwellenüberschreitungen mit derTaktfolge HR erfolgen. Hieraus folgt ein Schutz gegen Parasitärsignale, die Fehlalarme auslösen können und folglich eine erhöhte Zuverlässigkeit des Gerätes. Die Sicherheitsschaltung liefert ein Freigabesignal, beispielsweise ein Steuersignal für die Torschaltungen 27, die den Zählern 22 und 23 nachgeschaltet sind. Die

Ti "Sicherheitsschaltungen 26 und 27 und die Auswerteschaltung 25 können auf mannigfaltige Weise nach bekannten Techniken ausgeführt sein.

In der Ausführungsform nach der Fig.9 besteht die Multiplex-Schaltung 17 aus Torschaltungen 30, die den Ausgängen des Schieberegisters nachgeschaltet sind, um den in Betracht gezogenen Schteberegisterausgang wahlweise mit dem Positiv- oder dem Negativeingang des Addierers 16 zu verbinden, je nachdem, welcher Kode vorliegt. Bei der Verwendung von mehreren Kodes ist es erforderlich, während jeder Bitperiode ί/FH durch entsprechendes Anschließen der η Registerslufen entsprechend den η Kodes Cl, C2... Cn die verschiedenen π Referenzphasenzustände zu erzeugen.

Die Schaltung 18 (Fig. 1) besieht zu diesem Zweck aus einem programmierbaren Speicher 21, aus einem Festwertlesespeicher (ROM) oder einem programmierbaren Lesespeicher (PROM) 31 mit Matrixstruktur und mit Dekodier- und Adressierschaltungen für die Zeilen und Spaltenadresse sowie aus zwei Zählern 32 und 33. Jeder der Referenzkodes, die den η Kodes Cj entsprechen, ist in dem Speicher 31 für w mal η Bits gespeichert. Die Zähler werden durch ein Taktsignal H2 von der /»-fachen Frequenz des Biltaktsignals H (oderder Frequenz der Abtastung H 1) synchronisiert.

Die Ausgangssignale der Zähler werden in der Schaltung 31 dekodiert, um nacheinander die η Kodes Cl, CT.... Cn zu adressieren, so daß die Korrelation über das Neizv/erk der Torschallungen für jeden der /) Kodes während der Dauer eines Bits (oder Äbtastwerles) durchgeführt wird. Bei Erreichen der Koinzidenz werden die Zähler durch den Vergleicher 12 gestoppt. Die Ausgangssignale der Zähler werden — wie bereits fceschrieben — weiierverafeeitei. fö

Der Detektor 3 kann in der Nähe der Scheibe angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Er kann auch in gewisser Entfernung angeordnet werden, wozu eine Abbildungsoptik 40, wie in Fig. 10 dargestellt, verwendet wird. In diesem Ansvendungsbeispiel werden die einfallenden Lichtstrahlen durch einen Planspiegel 41 mit zwei Freiheitsgeraden reflektiert. Die Bewegungen des Spiegels 41 in X- und Y-Richtung Werden durch die Fehlerspannungssignale für die Höhenablage AS und die Seiteniblage UG gesteuert, jo Diese Signale werden von dem Empfänger 42 geliefert.

Das Nachstellen kann mit Hilfe eines Nachstellkrciscls 43 für den Fall erfolgen, daß das System auf einem fliegenden Objekt angeordnet ist. Das System kann beispielsweise auf einer Sclbstlcnkrakcle angeordnet sein. Für den Empfang einer bestimmten Wellenlänge zur Auswertung ist die Vorrichtung mil einen, opiischcn Filier 9 (Fig. 1) versehen. Wird dieses sehr nahe in der Brennzone des Objektivs 1 angeordnet, so kaiin es sehr klein gestaltet werden. Der Kodierträger 5 kann aus Glas, Germanium oder aus Saphir hergestellt sein, dessen Transparen/ an das optische Auswerleband angepaßt ist, wodurch der Träger selbst die Rolle des optischen Filters übernimmt. Die optischen Spuren werden nach bekannten Techniken hergestellt: FotogYavur, Vaktiumaufdampfung oder ähnliches. Entsprechend den zu verwertenden Wcllcnlängcnbcreichen kann der einzellige Detektor 3 aus einem Siliziummonokristall, aus einer Indiumantimonlegierung (für den sichtbaren Bereich und das nahe Infrarot) oder einer Tellur-, Zinn- und Bleilegierung (Infraroibcreich) bestehen.

Die optoelcktrische Nachweis- und Ortungsvorrichlung kann in den Fällen verwendet werden, in denen Cine Winkelablagemessung eines Objektes, das sich möglicherweise auf einem sehr hellen, die Messung störenden Untergrund befindet, durchgeführt werden soll. Es können folgende Fälle genannt werden: Die Stabilisierung einer Visierlinie nach einem bestimmten Gesetz (Selbstlenkung), die Messung der Ablagewerte (Fernlenkung) und die Verfolgung von beweglichen Zielen (Lidar).

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung für leuchtende Objekte oder Ziele mit optischen Empfangs- und Fokussierungsmitteln für die aus einem Beobachtungsfeld einfallende Strahlung, mit Mitteln zur Modulation der fokussierten Strahlung, wobei ein auf undurchsichtigem Untergrund angeordnetes Transparentgitter quer zur optischen Achse durch den Strahlengang geführt wird, welches Gitter aus einer Mehrzahl von η optischen, binär kodierten Spuren besteht, die in einer ersten Meßrichtung, der K-Richtung, nebeneinander aufgereiht sind und parallel zu einer zweiten Meßrichtung, der ^-Richtung vorlaufen, in welcher Richtung sie durch den Strahlengang geführt werden, wobei η in K-Richtung aufgereihte Raumbänder aufgelöst werden, mit einem Fotodetektor und mit Mitteln zur Verarbeitung der Signale durch Korrei.ttion und einem folgenden Schwellwenvergleicher und einer Mcßschaltung zur Ermitt hing von cartesischen Ablagewerten des Zielbildes relativ zu den genannten Richtungen, welche Ablagewerte repräsentativ für die Winkelablage des Zieles sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungen ein Bandpaßfilter (10) enthalten, das das Nutzsignal durchläßt und Parasilärsignale, insbesondere die auf die Umgebungsstrahlung zurückzuführende Gleichkomponente. sperrt, daß die Verarbeitungsschaltung eine Korrelalionseinheit ('>') aufweist, die aus einem Speicher

(15) mit einem Eingang für ein sequentielles Signal und parallelen Ausgängen von der Art eines Schieberegisters, besteht, u'o da^c. gefilterte Signal (SU) während einer Dauer, die mindestens gleich der Dauer des zu korrelierenden Kodes ist. /u speichern, und daß ein Summiermittel (16) vorgesehen ist. das die parallelen Ausgangssignale summiert, wobei die einen mit positivem und die anderen mit negativen Vor/eichen versehen werden, in Übereinstimmung mit dem Zustand, der durch den unter vorbestimmten Meßreferenzbedingungen für die Ablagesignalc gespeicherten Kode gegeben ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Summiermittel aus einem Addierer

(16) bestehen und daß der Korrelationseinheil (11) eine Schwellwertvergleichsschaltung (12) nachge schaltet ist. die das von dem Addierer (16) kommende Korrelationsausgangssignal mit einer positiven und einer negativen Schwelle vergleicht, um ein Ziel mit positivem oder ein solches mit negativem Kontrast nachzuweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (15) ein Schieberegister von der An einer Analogverzögerungsleiturig ist. das aus einer CCD-Schaltung besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Anrprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastschaltung (20) zwischen das Filter (10) und die Korrelationseinheit (11) geschaltet ist. die das Signal mit einer Taktfrequenz abtastet, die ein Vielfaches der Bitfolgefrequenz ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Spuren (Pj) jeweils denselben Kode, jedoch von einer zur nächsten Spur verschoben, tragen, so daß die η nebeneinander aufgereihten Spuren, die dem Beob· achtungsfeld entsprechen, in ihrer Gesamtheit zu jeder Zeit den Kode in der Form von η Worten mit m Bits aufweisen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiermittel den Addierer (16) umfassen, der einen Positiv- und einen Negativeingang und Permanentanschlüsse zwischen den Parallelausgängen des Schieberegisters (15) und den Eingängen des Addierers (16) aufweist, wobei jede Stufe des Registers (15) mit einem der oeiden Eingänge des Addierers (16) verbunden ist, und zwar mit dem Positiveingang, wenn der Referenzzustand des Kodes einem' Bit »1« für die entsprechende Registerstufe entspricht und mit dem Negativeingang für den Fall eines Bits »0«.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung am Ausgang der Schwellwertvergleichsschaltungen (12) eine Ablagemeßschaltung (13) mit zwei logischen Zählern (22, 23) umfaßt, von denen der erste Zähler (22) eine Zählung bis pm mit der Taktfolge (H 2) der Abtastung (1/pFH) durchführt und den zweiten Zähler (23) bis zum Zählwert π vorantreibt, und daß die Schwellwertvergleichsschaltung (12) ein binäres Ausgangssignal liefert, das die Zähler (22,23) stoppt, deren Zählinhalte die Ablagewerte in digitaler Form darstellen.

8. Vorrichtung i.ach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Spuren (Pj) jeweils einen anderen Kode aufweisen, so daß die η nebeneinanderliegenden, dem Beobachtungsfeld entsprechenden Spuren (Pj) in jedem Moment den Kode in der Form von η Worten von je m Bits aufweist.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1. 2, 3, 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiermittel folgendes umfassen: Den Addierer (16). der einen Positiv- und einen Negativeingang aufweist, Verbindungsanschlüsse zwischen den Parallelausgängen des Schieberegisters (15) -ind d-, r Eingängen des Addierers (16), einen zwischen die Verbindungsanschlüsse geschalteten Mehrfachumschalier (17) zur Umschaltung der Verbindungsanschlüsse je nach verwendetem Kode und einen programmierbaren Speicher (18) zur Steuerung des Mehrfachumschalters (17) und d.i3 jede Stufe des Registers (15) mit einem der Eingänge des Addierers (16) über den Mehrfachumschalter (17) verbunden ist. und /war mit dem Positiveingang, wenn der Referenzzustand des betrachteten Kodes dem Bit »1« für die entsprechende Stufe des Registers (15) entspricht und mit dem Negativeingang für den Fall eines Bits «0«.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9. dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachumschalter (17) aus einem Netz von Torschaltungen (30) besteht, daß jede Stufe des Registers (15) an den Eingang einer Torschaltung (30) angeschlossen ist, welche zwei Ausgänge aufweist, die jeweih mit dem Positiv- und Negativeingang des Addierers (16) verbunden sind und daß der programmierbare Speicher (18) die Torschaltungen (30) steuert, so daß nacheinander die η Referenzzustände der η verschiedenen Kodes während einer Abtastperiode erzeugt werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei logische Zähler (32,33) aufweist, die zur Adressierung des Speichers (18) und zur Erzeugung der Ablagesignale verwendet wer-

den, wobei der erste Zähler (32) eine Zählung bis zum Zählwert pn mit der Taktfolge (H2) der Abtastung (1/pFH) durchführt und einen zweiten Zähler (33) bis zum Zählwert π vorantreibt, wobei die Schwellwertvergleichsschaltung (12) ein binäres s Ausgangssignal liefert, das die Zähler stoppt, deren Zählinhalte die Ablagekoordinaten in digitaler Form darstellen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch ^'kennzeichnet, daß die Spurengitter (Pj) auf einem Materialträger angeordnet sind, dessen Transparenz an das Auswertefrequenzband angepaßt ist, so daß er ein optisches Filter darstellt

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis

12 für eine Selbstlenkwaffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagesignale nach einer Digital/Analog-Umwandlung (D/A-Wandler 24) in einen Nachstellschaltkreis für die optische Empfangsachse gelangen, um eine Null-Ablage zu erreichen und daß der Nachstellschaltkreis einen Planspiegel (41) mit zwei Freiheitsgraden und einen Richtkreisel (43) umfaßt, die die Abiagesignale (ΔΟ, AS)erhalten und die X- und K-Ausrichtung des Spiegels (41) säuern.