DE3310055A1 - Laser range finder - Google Patents

Laser range finder

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DE3310055A1 DE19833310055 DE3310055A DE3310055A1 DE 3310055 A1 DE3310055 A1 DE 3310055A1 DE 19833310055 DE19833310055 DE 19833310055 DE 3310055 A DE3310055 A DE 3310055A DE 3310055 A1 DE3310055 A1 DE 3310055A1
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    • F42C13/02—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by intensity of light or similar radiation
    • F42C13/023—Proximity fuzes; Fuzes for remote detonation operated by intensity of light or similar radiation using active distance measurement

Abstract

The received signal (3') of the laser range finder operating with a transmitter unit (1) and a first receiver unit (2) in accordance with the pulse transit time principle is sampled by a needle pulse (5) derived from the transmitter pulse, in such a manner that a first low-frequency image (10) is produced. The nonlinearity of the phase modulation of the needle pulse, which is disturbing in the case of very accurate measurements over long distances, is eliminated by the fact that the oscillations of a high-frequency crystal oscillator (8) are supplied to a second receiver unit (2') in which they are sampled by the same needle pulse (5) and are also converted in adequate manner into a low-frequency image (10'). A counter (12) then counts the number of low-frequency zero crossings of the oscillator from the start of the low-frequency event, eliminating all errors. <IMAGE>

Description

zum Start des Zähivorganges erhält sowie mit dem von der ersten Empfängereinheit (2) kommenden und in dem ersten NF-Verstärker (7) verstärkten NF-Empfangssignal gestoppt wird. at the start of the counting process as well as with that of the first receiving unit (2) incoming and in the first LF amplifier (7) amplified LF received signal is stopped.

3. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß als Oszillator (8) ein frequenzkonstanter Quarzoszillator verwendet wird.3. Laser rangefinder according to claim 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the oscillator (8) is a frequency-constant crystal oscillator is used.

Darüberhinaus wird es möglich, durch gezielte Oberweilenbildung im NF-Bereich etwa das 5- oder 10-fache dieser Oszillatorfrequenz herauszufiltern, so daß di2 Meßgenauigkeit eines solchen Systems mühelos auch noch bis in den Bereich von einigen iTilli-Metern oder gar-8ruchteilen davon möglich wird.In addition, it is possible through targeted Oberweilenbildung in the Filter out the low frequency range about 5 or 10 times this oscillator frequency, so that di2 measurement accuracy of such a system effortlessly even into the range of a few iTilli meters or even parts thereof is possible.

Eine Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand der Unteransprüche.A further development of the invention is the subject of the subclaims.

Im folgenden wird an Hand einer Zeichnung ein AusführingsbeisDie' der Erfindung näher erläutert, wobei die in den einzelnen Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszeichen aufweisen. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Laserentfernungsmessers, Fig. 2 das elektronische Schaltbild des den Nadel impuls betreffenden Teils des Laserentfernungsmessers gemäß Fig. 1 und Fig. 3 ein die Nichtlinearität zwischen Empfangssignal und abtastendem Nadelimpuls verdeutlichendes Impulsdiagramm.In the following, a drawing is used to illustrate an implementation example the invention explained in more detail, the corresponding in the individual figures Parts have the same reference numerals. 1 shows a block diagram of the laser rangefinder according to the invention, FIG. 2 shows the electronic circuit diagram of the the part of the laser rangefinder according to FIG. 1 and relating to the needle pulse 3 shows the non-linearity between the received signal and the scanning needle pulse Illustrative pulse diagram.

In Fig. 1 und 2 wird ein bestimmter Anteil 3' des von dem Sender 1 ausgestrahlten La sermpurse s 3, dessen Folgefrequenz bekannt ist, nach Reflexion an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ziel, von dem Empfänger 2 empfangen. Zu diesem Zweck wird in dem Bauteil 4 ein Nadelimpuls 5 - im Laborjargon auch als Samplingimpuls bezeichnet - erzeugt, der von dem Senderimpuls abgeleitet ist und die gleiche Folgefrequenz aufweist wie der Empfangsimpuls 3', jedoch gegenüber diesem durch den Modulator 6 phasenmoduliert ist. In Figs. 1 and 2, a certain portion 3 'of the transmitter 1 emitted La sermpurse s 3, whose repetition frequency is known, after reflection at a destination not shown in the drawing, received by the receiver 2. For this purpose, a needle pulse 5 - in laboratory jargon also as Sampling pulse referred to - generated, which is derived from the transmitter pulse and has the same repetition frequency as the received pulse 3 ', but compared to this is phase modulated by the modulator 6.

Hierdurch trifft der Nadel impuls 5 von Periode zu Periode mit einem anderen Momentanwert desSenderimpulses 3 bzw. dessen reflektiertem Anteil 3' zusammen. Man sagt auch,der Empfangsimpuls wird von dem Nadelimpuls abgetastet. As a result, the needle hits pulse 5 from period to period with one other instantaneous value of the transmitter pulse 3 or its reflected component 3 'together. It is also said that the received pulse is scanned by the needle pulse.

In der Folge gelangen Empfangsimpuls 3' und Nadel impuls 5 über die Diode 1-3 auf den Kondensator 14 (Fig. 2). Zwischen Diode und Kondensator zweigt der Verstärker 15 ab. Am Kondensator entsteht eine Sägezahnspannung, deren Spitzenamplitude der Summe beider Momentanwerte entspricht. Bei Vorhandensein des Signal im pulses entsteht auf diese Weise ein niederfrequentes, einem zeitlich gedehnten Original impuls entsprechendes Signal 10. Insoweit sind diese Ausführungen auch Gegenstand der älteren Patentanmeldung Akz. P 32 15 845.9. Eine in den Fig. 1 und 2 gestrichelt eingezeichnete Markierungslinie grenzt hierbei zeichnerisch das bisher Gesagte gegenüber der in der Folge beschrXebenen Erfindung ab.As a result, receive pulse 3 'and needle pulse 5 pass through Diode 1-3 on capacitor 14 (Fig. 2). Branches between the diode and the capacitor the amplifier 15 from. A sawtooth voltage is created on the capacitor, its peak amplitude corresponds to the sum of both instantaneous values. In the presence of the pulse signal This creates a low-frequency original that has been stretched over time impulse corresponding signal 10. In this respect, these statements are also the subject the older patent application Akz. P 32 15 845.9. One in FIGS. 1 and 2 in dashed lines The marking line drawn in here graphically borders on what has been said so far the invention described below.

Fig. 3 zeigt nun bei a) einen Impuls des am Ziel reflektierten Lasersignals 3', während bei b) mit A bis AV die durch die Phasenmodulation des-abtastenden Nadelimpulses 5 erzeugte variable Verzögerung gegenüber ersterem Impuls angedeutet ist. Diese variable Verzögerung erfordert für extrem genaue Entfernungsmessungen eine so hohe Linearität, wie sie in der Praxis nicht realisierbar ist. Um diese hohe Linearität überflüssig zu machen, wird nun vorgeschlagen, über das in den Fig. 1 und 2 unterhalb der gestrichelten Markierungslinie dargestellte zweite Empfangssystem die Signale des Quarzoszillators 8 zu empfangen, deren niederfrequentes Abbild 10 auf der Zeitachse genau die gleichen Linearitätsfehler enthält wie sie auf der Zeitachse des NF-Abbildes des Senderimpulses entstehen Voraussetzung hierbei ist, daß der Nadel impuls 5 für beide Systeme derselbe ist.Fig. 3 now shows at a) a pulse of the laser signal reflected at the target 3 ', while in b) with A to AV the phase modulation of the scanning needle pulse 5 generated variable delay compared to the first pulse is indicated. These variable delay requires such a high one for extremely accurate distance measurements Linearity that cannot be achieved in practice. To this high linearity To make superfluous, it is now proposed that in Figs. 1 and 2 below the second receiving system shown the dashed marking line the signals of the crystal oscillator 8 to receive its low-frequency image 10 on the time axis contains exactly the same linearity errors as they do on the time axis of the NF image The prerequisite for this is that the needle pulse 5 for both systems is the same.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, speist der Oszillator 8 die weitere Empfängereinheit 2', die von demselben Nadelimpuls 5 abgetastet wird Oszillatorschwingungen 9 und Nadel impuls 5 gelangen wieder über eine Diode, die Diode 13', auf einen Kondensator, der hier die Bezugszahl 14' trägt. Zwischen Diode und Kondensator zweigt der Verstärker 15' ab. An dem Kondensator entsteht auch hier ein NF-Abbild, in diesem Fall der hochfre- In Fig 1 wird sodann über den NF-Verstärker 7' das verstärkte Signal 10' gewonnen, welches dem Zähler 12 zugeführt wird.As can be seen in FIGS. 1 and 2, the oscillator 8 feeds the further receiver unit 2 ', which is scanned by the same needle pulse 5 oscillator oscillations 9 and needle impulse 5 reach a capacitor again via a diode, the diode 13 ', which here has the reference number 14 '. The amplifier branches between the diode and capacitor 15 'from. Here, too, an AF image is created on the capacitor, in this case the highly fre- In Fig. 1 is then the amplified via the LF amplifier 7 ' Signal 10 'obtained, which is fed to the counter 12.

Letzterer wird durch einen von dem Modulationsgenerator 11 gewonnenen Impuls bei jedem neuen Niederfrequenzvorgang gestartet und zählt die Nulldurchgänge des niederfrequenten Abbildes des HF-Quarzoszillators 8 bis zum Eintreffen des Stoppsignals, was aus dem Signal impuls der Empfängereinheit 2 herrührt. Hierbei entfallen alle Fehler, die bei der Phasen- bzw. Laufzeitmodulation des Nadelimpulses entstehen.The latter is obtained by one of the modulation generator 11 Pulse is started with each new low-frequency process and counts the zero crossings the low-frequency image of the HF crystal oscillator 8 until the stop signal arrives, what comes from the signal pulse of the receiver unit 2. All of them are omitted here Errors that arise in the phase or transit time modulation of the needle pulse.

Ein solcher Laserentfernungsmesser ist z.B. für einen Abstandssensor verwendbar. Er ist aber grundsätzlich für alle Verwendungszwecke, bei denen auf weite Entfernungen mit großer Genauigkeit gemessen werden soll, einsetzbar. Als weiteres Beispiel sei etwa das Brückenschlagen durch Pioniere erwähnt. LeerseiteSuch a laser rangefinder is e.g. for a distance sensor usable. But it is basically for all purposes where on long distances are to be measured with great accuracy, can be used. as Another example is the building of bridges by pioneers. Blank page

Claims (2)

Patentansprüche 1. Laserentfernungsmesser mit einer Sendereinheit und einer ersten Empfängereinheit, der nach dem lmpulslaufzeitverfahren arseitex und einen ersten NF-Verstärker fur das empfangene Signal auf weist, das durch einen vom Sendeimpuls abgeleiteten, definiert zeitverzögerten und modulierten Nadelimpuls abgetastet wird, so daß ein erstes niederfrequentes Abbild des Empfangsimpulses entsteht, das einer dem NF-Verstärker nachgeschalteten Triggerschaltung zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß a) auf die gewünschte Meßgenauigkeit abgestimmte hochfrequente Schwingungen (9) erzeugt werden, b) die hochfrequenten Schwingungen (9) mit dem Nadelimpuls (5) in ein zweites niederfrequentes Abbild (wo') umgesetzt werden und c) vom Start des Niederfrequenzvorganges die niederfrequenten Nulldurchgänge dieser in den niederfrequenten Bereich umgesetzten hochfrequenten Schwingungen (9) gezählt werden. Claims 1. Laser rangefinder with a transmitter unit and a first receiver unit which arseitex and a first LF amplifier for the received signal, which by a Defined time-delayed and modulated needle pulse derived from the transmission pulse is scanned, so that a first low-frequency image of the received pulse arises, which is fed to a trigger circuit connected downstream of the LF amplifier is, that a) the desired measurement accuracy matched high-frequency vibrations (9) are generated, b) the high-frequency Vibrations (9) with the needle pulse (5) in a second low-frequency image (where ') are implemented and c) from the start of the low-frequency process, the low-frequency ones Zero crossings of these high-frequency ones converted into the low-frequency range Vibrations (9) are counted. 2. Laserentfernungsmesser nach Anspruch l, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die hochfrequenten Schwingungen (9) von einem Oszillator (8) erzeugt, in einer ihm nachgeschalteten zweiten Empfängereinheit (2') von dem Nadelimpuls (5) abgetastet und dadurch das niederfrequente Abbild (10') erzeugt wird, und der Ausgang dieser zweiten Empfängereinheit Beschreibung Laserentfernungsmesser Die Erfindung bezieht sich auf den Laserentfernungsmesser nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 2. Laser rangefinder according to claim l, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the high-frequency oscillations (9) from an oscillator (8) generated in a downstream second receiver unit (2 ') of the The needle pulse (5) is scanned and the low-frequency image (10 ') is generated as a result and the output of this second receiver unit description Laser range finder The invention relates to the laser range finder according to the preamble of claim 1. Diese ansonsten durchaus brauchbare Art von Laserentfernungsmesser berücksichtigt jedoch nicht die Nichtlinearität der Phasenmodulation des vom Senderimpuls abgeleiteten und definiartzeitverzögert das Signal der Empfangsdiode abtastenden Nadelimpulses, was zu Schwierigkeiten führt, wenn man sehr genau - etwa mit Abweichungen < 1 % - messen will, da durch eine solche Nichtlinearität auch Fehler der Zeitachse des in den niederfrequenten Bereich umgesetzten Signal impulses auftreten.This otherwise perfectly usable type of laser rangefinder however does not take into account the non-linearity of the phase modulation of the transmitter pulse derived and defined time delayed scanning the signal of the receiving diode Needle pulse, which leads to difficulties if one is very precise - for example with deviations <1% - wants to measure, because such a non-linearity also causes errors in the time axis of the signal pulse converted into the low-frequency range. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Laserentfernungsmesser auch noch hinsichtlich seiner durch die Nichtlinearität der Phasenmodulation des Nadel impulses bewirkten vergleichsweise geringen Ungenauigkeiten zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.The invention is based on the object of the generic laser rangefinder also with regard to its due to the non-linearity of the phase modulation of the Needle pulse caused comparatively minor inaccuracies to be improved. According to the invention, this object is achieved by what is stated in the characterizing part of claim 1 Features solved. Auf diese Weise fallen alle Fehler, die bei der Phasen- bzw.In this way, all errors that occur in the phase or Laufzeitmodulation entstehen, weg. Außerdem braucht die erforderliche Zählung der Nulldurchgänge nicht mehr im Hochfrequenzbereich zu erfolgen; dadurch ergibt sich der für manche Verwendungszwecke bedeutsame Vorteil, daß auf weite Entfernungen extrem genau gemessen werden kann. Während die Grenzen der augenblicklich am Markt verfügbaren Zählbausteine bei etwa 500 MHz liegen, was etwa einer Entfernungsänderung (Meßgenauigkeit) von 30 cm entspricht, vermag der erfindungsgemäße Entfernungsmesser eine Quarz-@@@@@@@@@@@@@@@@@@ bis zu @@ @@ Ghz umzusetzen was einerRuntime modulation arise, away. Also needs the required Counting the zero crossings no longer takes place in the high-frequency range; through this there is the advantage, which is significant for some purposes, that over long distances can be measured extremely accurately. While the limits of the moment on the market available counting modules are around 500 MHz, which is about a change in distance (Measurement accuracy) of 30 cm, the range finder according to the invention can a quartz - @@@@@@@@@@@@@@@@@@ up to @@ @@ Ghz to implement what a
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US5291263A (en) * 1992-03-18 1994-03-01 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Laser range finder using a nonlinear crystal

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