DE2830308A1

DE2830308A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur exakten ermittlung des einfallswinkels einer optischen impulsstrahlung

Info

Publication number: DE2830308A1
Application number: DE19782830308
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr Ing Fibisch
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1978-07-10
Publication date: 1980-01-24

Description

"Verfahren und Schaltungsanordnung zur exakten Ermittlung des Einfalls-
winkels einer optischen Impulsstrahlung" Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur exakten Ermittlung des Einfallswinkels einer optischen Impulsstrahlung gegenüber einer ortsfesten oder beweglichen Bezugslinie, insbesondere gegenüber einer Mittellinie oder dergleichen eines gepanzerten Fahrzeugs, unter Verwendung von mindestens vier die Impulsstrahlung erfassenden Detektoren, die jeweils um 90t versetzt in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, und einer von den Detektoren beaufschlagen Anzeigeeinrichtung.
Aus einem Informationsblatt der Firma Simrad AS Oslo/Norwegen ist ein Lasermelder bekannt geworden, der auch in einer Kurzinformation in der Zeitschrift "Soldat und Technik" 9/1977, Seite 508 linke Spalte unten, beschrieben ist. Dieser Laser-Melder weist vier Detektoren auf, die um 900 versetzt in einer horizontalen Ebene angeordnet sind. Außerdem ist ein fünfter Detektor mit vertikaler optischer Achse vorgesehen. Das Gerät hat einen Aufnahmebereich von 360 Grad seitlich. und von oben. Zur Erfassung von auf ein Fahrzeug auftreffenden Strahlen von Laser-Entfernungsmessern und Laser-Zielbeleuchtungseinrichtungen kann es z. B. auf dem Fahrzeug montiert werden. Hierbei wird das getrennt anzuordnende Anzeigegerät, das mit acht Leuchtpfeilen die seitliche Richtung der auftreffenden Laserstrahlen mit einem jeweiligen Sektor von 45 Grad und mit einem mittleren Leuchtpunkt die von oben kommenden Laserstrahlen anzeigt, zweckmäßigerweise im Inneren des Fahrzeugs angeordnet. Mit diesem Gerät ist es somit möglich, die eingangs genannten Strahlen zu erkennen und die Richtung dieser Strahlen grob anzuzeigen. Nachteiligerweise ist mit diesem Gerät eine exakte Winkelbestimmung der einfallenden Strahlen nicht möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur exakten Winkelbestimmung einer einfallenden Strahlung und eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, so daß eine Warnung aller im Gefahrenbereich der einfallenden Strahlung befindlichen Objekte erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 beanspruchten Verfahrensschritte gelöst.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.
Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 4 beansprucht. Ausgestaltungen dieser Schaltungsanordnung sind in den Unteransprüchen 5 bis 10 beschrieben.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Figur 1 eine Draufsicht auf ein Laserwarngerät im Schnitt, Figur 2 eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung einer exakten Winkelangabe einer einfallenden Strahlung und Figur 3 eine mechanische Ausführungsform des in Figur 1 dargestellten Laserwarngerätes.
In Figur 1 weisen die Außenwandungen eines viereckigen Laserwarngerätes jeweils ein Fenster F auf, in dem eine Streuscheibe 2 und ein Filterglas 3 aufeinanderliegend angeordnet sind.
Diese Fenster können rechteckig ausgeführt sein, wie dies z. B. aus Figur 3 ersichtlich ist. Im Innern des Laserwarngerätes 1 ist ein viereckiger Grundkörper 4 vorgesehen, dessen Seitenwände parallel zu den Fenstern verlaufen und der über diagonale Stege 5 an der Geräteaußenwandung mechanisch befestigt ist. In der Mitte jeder Seitenwand des Grundkörpers 4 ist jeweils ein Detektor (C1 - C4) angeordnet, die zur Erfassung der unter einem Winkel ; zur Mittelachse des Laserwarngerätes 1 auftreffenden Laserstrahlung dienen.
Das Funktionsprinzip des Laserwarngerätes beruht auf der Tatsache, daß die unter dem Winkel dC einfallende Strahlung von den bestrahlten Streugläsern 2 gestreut wird und durch die zugehörenden Filtergläser, die für Wellenlängen größer 680 n transparent sind, im dargestellten Beispiel auf die Detektoren C1 und C2 fällt. Für den Winkel ; = O fällt die einfallende Strahlung nur auf den Detektor C1. Für Winkel,die kleiner als 900 sind, erhält der Detektor C1 eine Strahlungsleistung, die proportional zu cos. 4 ist, während diese bei Detektor C2 proportional zu sin 4 ist.
Aus den ausgangsströmen en I1 bzw. I2 des Detektors C1 bzw. C2, die sich zu ergeben, erhält lan als Verhältnis Damit lassen sich unabhängig von der eingestrahlten Leistung Winkel zwischen Null und 900 zwischen Laserstrahlung und Laserwarngerät 1 bestimmen. Der geforderte Winkelbereich von 0 bis 3600 wird durch die vier Detektoren C1 - C4 erfaßt. Hierzu werden die von den einzelnen Detektoren erzeugten Signalströme laufend mit der in Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnungen kontrolliert, do daß aus den Amplituden für die einfallende Strahlung bei des in Figur 1 dargestellten Beispiel der Winkelα von 0 bis 900 aus den Signalströmen der Detektoren C1 und C2 nach der oben genannten Formel gebildet wird. Von 900 bis 1800 liefern die Detektoren C2 und C3, von 1800 bis 270° die Detektoren C3 und C4 und von 2700 bis 360° die Detektoren C4 und Ci die Signale für die Feinwinkelbestimmung.
Bei der in Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung sind den Detektoren-C1 bis C4 jeweils ein logarithmischer Verstärker 6 und ein Spitzenwertdetektor mit Speicher 7 nachgeschaltet.
Die Ausgänge der Spitzenwertdetektoren 7 sind jeweils mit einem von vier Eingängen eines ersten und eines zweiten Auswerteschalters 8 bzw. 9 elektrisch leitend verbunden. An die genannten Eingänge der Auswerteschalter 8 bzw. 9 sind zur ständigen Uberprüfung der Ausgangssignale der Spitzenwertdetektoren 7 und zur Auswahl der größten und zweitgrößten logarithmischen Spannung jeweils einer von vier Ausgängen eines Logikbauelementes 10 angeschlossen. Der Ausgang des Auswerteschalters 8 ist über einen regelbaren Verstärker ll, der zusammen mit einer Referenzspannungsquelle 12 und einem Operationsverstärker 13 zur Anhebung eines Eingangssignals auf den Referenzspannungswert dient, an den ersten Eingang einer Einrichtung zur Feinwinkelbestimmung 14 geführt. Der zweite Eingang der Feinwinkelbestimmungseinrichtung 14 steht über einen Regelverstärker 15 und eine Delogarithmierungseinrichtung 16 mit dem Ausgang des zweiten Auswerteschalters 9 in elektrisch leitender Verbindung. Der Einrichtung zur Feinwinkelbestimmung 14 ist eine Einrichtung zur Winkelanzeigensteuerung und -speicherung 17 nachgeschaltet, der von dem Logikbauelement 10 auch ein Auswahlsignal zur Grobwinkelbestimmung zugeführt wird undidie einer Anzeigeeinrichtung 18 vorgeschaltet ist. Eine von der Einrichtung 17 an das Logik-Bauelement 10 und an die Spitzenwertdetektoren 7 geführte elektrische Leitung zur Führung eines Rücksetzungssignals ist mit 19 bezeichnet.
Die Anzeigeeinrichtung 18 kann eine lineare Anzeige des ermittelten Einfallswinkels der Impulsstrahlung aufweisen. Im vorliegenden Beispiel sind eine Vielzahl, z. B. 72 Stück, von radial angeordneten Lumineszenzdioden 20 vorgesehen, durch die die Richtung der einfallenden Impulsstrahlung sichtbar gemacht wird. Weiterhin weist die Anzeigeeinrichtung 18 eine Signaleinrichtung DP auf, die bei Einfall einer Impulsstrahlung ein Signal abgibt.
Das Logikbauelement 10 weist vier weitere Eingänge auf, an denen jeweils ein Ausgang eines linearen Verstärkers 21 angeschlossen ist. Diese linearen Verstärker 21 sind jeweils einem Detektor D1 - D4 nachgeschaltet, die im IR-Bereich liegende Strahlungen erfassen.
Es handelt sich hierbei somit um eine Gleichlichtdetektion, zu deren Auswertung das Logikbauelement 10 über einen Zusatzausgang und elektrische Leitungen mit einer in der Anzeigeeinrichtung angeordneten Gleichlicht-Signaleinrichtung GL und mit der Delogarithmierungseinrichtung 16 zur Abschaltung derselben elektrisch leitend verbunden ist.
Anhand der aus Figur 1 ersichtlichen Laserstrahlung wird die Funktionsweise der dargestellten Schaltungsanordnung näher erläutert. Die von den Detektoren C1 und C2 gelieferten Signalströme werden in eine logarithmisch proportionale Spannung umgewandelt. Da die Laserstrahlung immer nur als Pulsstrahlung auftritt, hird die maximal auftretende Spannung von einem Spitzcnwertdetektor 7 gemessen und gespeichert. Es wird ; Xmit zuerst der Detektorkanal ermittelt, der die höcllste Signalamplitude aufweist. Im vorliegenden Beispiel kommt diese vom Detektor C1. Anschließend wird kontrolliert, ob der Detektor C2 oder C4 die nächstkleinere Spannung liefert. nci dem gewählten Beispiel ist dies die Spannung, die vom Detektor C2 hervorgerufen wird, so daß der Winkel d nur im Winkelbereich von 0-45° liegen kann.
Damit ist die Feinwinkelbestimmung auf diesen Bereich beschränkt. Von dem Logikbauelement 10 wird nach dieser Auswahl die größte Signalspannung iibcr den Auswerteschalter 8 auf den Regelverstärker 11 gegeben, dessen Verstärkung mittels der Referenzspannungsquelle 12 und dem Operationsverstärker 13 so eingestellt ist, daß die Ausgangsamplitude gleich der Iteferenzspannung 111?ef wird. Die nächstkleinere Signalspannung, die vom Detektor C2 stammt, wird über den Auswerteschalter 9 zum Regelverstärker 15 geführt.
Das Ausgangssignal von Regelverstärker 15 wird delogarithmiert, und die Feinwinkelbestimmungseinrichtung 14 ermittelt aus URef Regelverstärker 15 den Winkels . Die Winkelanzeige erfolgt im Anzeigegerät 18 mit Hilfe von 72 im Kreis angeordnete Lumineszenzdioden 20.
Um ausreichend gesicherte Signal-Störspannungsabstände für die Winkelbestimmung für Pulssstrahlung zu erreichen, werden für jeden Kanal anstelle eines Detektors C1 bis C4 zwei Photodioden eingesetzt. Die bisher geschilderten Kanäle können nur Pulsstrahlung erkennen, mit dem Rücksetzungssignal werden die Speicher der Spitzenwertdetektoren 7 gelöscht, so daß sie für weitere Pulsstrahlung nach kurzer Zeit wieder empfindlich sind. Beim ersten eintreffenden Impuls wird nur die Winkelanzeige eingeschaltet; wird ein zweiter Impuls aus derselben Richtung gemessen, so liefert die Einrichtung zur Winkelanzeigensteuerung und -speicherung 17 das Leuchtsignal Dauerpuls DP.
Für IR-Strahlung, eine kurzzeitig nicht schwankende Strahlung, wird ein dritter Detektor D1 bis D4 mit zusätzlichem Filter in jedem Kanal eingesetzt, der für eine Strahlungsquelle mit 30 t 106 asb bei einer Bestrahlungstärke von 1 Lux am Laserwarngerät der Strahlungsanteil oberhalb 800nm noch eine Anzeige ermöglicht. Kurzzeitig schwankende Strahlungen werden durch die Schaltung unterdrückt, während der Mond o. ä. schwach leuchtende Strahlungsquellen als Gleichlichtquellen die einen Falschalarm auslösen können.
Die Grobwinkelbestimmung und die Feinwinkelbestimmung erfolgen für IR-Strahlung wie vorher bei der Pulsstrahlung, nur steuert las Logikbauelement 10 das Signal Gleichlicht GL an. Bei der Gleichlichtdetektion wird Delogarthmierung durch die Einrichtung 16 ausgeschaltet.
Die Detektoren mit Verstärkern, Spitzenwertdetektoren und Speicher sowie das Logikbauelement mit Auswerteschaltern und regelbaren Verstärkern werden im LASER-Warngerät untergebracht (Figur 3). Die elektrische Verbindung zum Anzeigegerät im Turm eines gepanzerten Fahrzeuges erfolgt über eine wasserdichte Vielfachsteckverbindung. Sämtliche Leitungen führen nur noch Cleichstromsignale, so daß keine ESIV-Probleme entstehen. Der untere Elevationswinkel kann durch die Defestigung auf dem Turm begrenzt werden.
Die obere Elevationsgrenze wird durch das vorgezogene Flachdach als Gehäusebestandteil gegeben, wobei das überstehende Dach noch einen Beschädigungs schutz für die optischen Fenster darstellt.
Die aufgezeigte Lösung ist auch fiir den 10µ - Laserbereich auszulegen bzw.
erweiterungsfähig durch Aufsetzen eines gleichartigen Gehäuses, das die E'ilter und Detektoren für den 10266 - Bereich sowie Logik und Auswertung enthält. Das Ergebnis der Auswertung wird an das obenbeschriebene LASER-Warngerät geliefert und vom Anzeigegerät dargestellt, wobei eine zusätzliche Lampe den llinweis auf eine 107 Strahlung gibt.
Leerseite

Claims

P a t e n t a n s p r II c h e Verfahren zur exakten Ermittlung des Einfallswinkels einer optischen Impulsstrahlung gegenüber einer ortsfesten oder beweglichen Bezugslinie, insbesondere gegenüber einer Mittellinie oder dgl. eines gepanzerten Fahrzeuges, unter Verwendung von mindestens vier die Impulsstrahlung erfassenden Detektoren, die jeweils um 90° versetzt in einer horizontalen Ebene angeordnet sind, und einer von den Detektoren beaufschlagten Anzeigeeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Detektoren (C1 - C4) gelieferten Ausgangssignale ständig überprüft und in logarithmisch proportionale Spannungen umgewandelt werden, daß der Quadrant, in dem der Einfallswinkel zu der Impulsstrahlung liegt, durch die die Ausgangssignale liefernden Detektoren (c - 0 ) selbst be-1 4 stimmt wird, daß die logarithmische Spannung, die von dem größten von einem Detektor (C1) gelieferten Ausgangssignal proportional ist, in eine Referenzspannung vorgegebener Größe umgewandelt wird, daß eine logarithmische Spannung, die dem zweitgrößten Ausgangssignal eines dem ersten Detektor (C1) benachbarten Detektors (C2) proportional ist, auf einen Bruchteil der Referenzspannung angehoben und anschließend delogarithmiert wird, und daß der exakte Wert des Einfallswinkels (d ) der Impulsstrahlung aus dem Verhältnis von Referenzsignal zum delogarithmierten Signal ermittelt und in der Anzeigeeinrichtung (18) zur Anzeige gebracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur logarithmisch proportionale Spannungen weiterverarbeitet werden, deren Amplituden einen vorgegebenen Mindestwert überschreiten.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die auf einen Bruchteil der Referenzspannung angehobene logarithmische Spannung aus dem Verhältnis von logarithmischer Spannung zur maximalen Spannung des zugehörenden Detektors (C2) ergibt.
4. Schaltungsanordnung zur Durchfiihrung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Detektor (C1 - C4) ein logarithmischer Verstärker (6) und ein Spitzenwertdetektor mit Speicher (7) nachgeschaltet ist, daß der Ausgang jedes Spitzendetektors (7) jeweils mit einem von vier Eingängen eines ersten und eines zweiten Auswerteschalters (8 bzw. 9) elektrisch leitend verbunden ist, deren Eingänge zur ständigen Überprüfung der Ausgangssignale der Spitzendetektoren (7) und zur Auswahl der größten und zweitgrößten logarithmischen Spannung an jeweils einen von vier Ausgängen eines Logikbauelementes (10) angeschlossen sind, daß der Ausgang des ersten Auswerteschalters (8) über einen die Referenzspannung abgebenden Regelverstärker (11 bis 13) an einen Eingang einer Einrichtung zur Feinwinkelbestimmung (14) geführt ist, an dessen zweitem Eingang der Ausgang des zweiten Auswerteschalters (9) über einen Regelverstärker (15) und eine Delogarithmierungseinrichtung (16) angeschlossen ist, und daß der Einrichtung zur Feinwinkelabstimmung (14) eine Einrichtung zur Winkelanzeigenansteuerung und -speicherung (17) nachgeschaltet ist, der von dem Logikbauelement (10) auch ein Auswahlsignal zur Grobwinkelbestimmung geführt wird und die einer Anzeigeneinrichtung (18) vorgeschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine lineare Anzeige des ermittelten Einfallswinkels der Impulsstrahlung.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch radial angeordnete Lusineszenzdioden (20) zur Anzeige des ermittelten Einfallswinkels der Impulsstrahlung.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung (18) eine Signaleinrichtung (DP) aufweist, die bei Einfall einer I pulsstrahlung ein Signal abgibt.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß den Detektoren (C - C4) weitere Detektoren mit höherer oder niedrigerer 1 4 Empfindlichkeit parallelgeschaltet sind und daß diesen Detektoren jeweils ein logarithiischer Verstärker und ein Spitzenwertdetektor mit Speicher nachgeschaltet ist, deren Ausgänge an zusätzliche Eingänge der Auswerteschalter (8 bzw. 9) und an zusätzliche Ausgänge des Logikbauelementes (10) angeschlossen sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß neben den Detektoren (C1 - C4) weitere in IR-Bereich liegende Strahlungen erfassende Detektoren (D1 - D4) vorgesehen sind, deren Ausgänge über jeweils einen linearen Verstärker (21) an jeweils einen Zusatzeingang des Logikbauelementes (10) angeschlossen sind, und daß ein Zusatzausgang des Logikbauelementes (10) über elektrische Leitungen mit einer in der Anzeigeeinrichtung angeordneten Gleichlicht-Signaleinrichtung (GL) und mit der Delogarithmierungseinrichtung (16) zur Abschaltung derselben elektrisch leitend verbunden ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elektrische Leitung (19) für ein Rücksetzsignal, die von der Einrichtung zur Winkelanzeigensteuerung und -speicherung (17) an das Logikbauelement (10) und die Spitzenwertdetektoren mit Speicher (7) geführt ist.