DE3834036A1 - DISTANCE MEASURING DEVICE - Google Patents

DISTANCE MEASURING DEVICE

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DE3834036A1
DE3834036A1 DE19883834036 DE3834036A DE3834036A1 DE 3834036 A1 DE3834036 A1 DE 3834036A1 DE 19883834036 DE19883834036 DE 19883834036 DE 3834036 A DE3834036 A DE 3834036A DE 3834036 A1 DE3834036 A1 DE 3834036A1
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measuring device
detectors
rays
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DE19883834036
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Cyril Smith
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BAE Systems Electronics Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S11/00—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation
    • G01S11/12—Systems for determining distance or velocity not using reflection or reradiation using electromagnetic waves other than radio waves

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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Abstract

A passive rangefinder for use against tanks (20) and like targets and requiring no intervention or action by the operator comprises in one embodiment an infra-red detector assembly (1, 2, 3) producing, in effect, beams (1', 2', 3') within which each detector element is responsive. The beams are arranged so that a target (20) crossing the beams intercepts them at relative time intervals depending on the range. In a variation, two pairs of beams (13, 14 and 15, 16) are produced from detectors (11 and 12) at different ranges, giving different target angular velocities at the two detectors (11 and 12). Again the time intervals give a range indication. The rear beams (15, 16) of this scheme can be folded, by reflection, to present the two detectors at the same location (Fig. 5). In a further variation (Fig. 7) an array of detector elements presents a close array of beams and a full image of the target. Two such arrays at effectively different ranges give different image sizes from which the range is calculated. <IMAGE>

Description

Es besteht Bedarf nach einem passiven Abstands­ meßgerät, das sich zur Verwendung bei versteckten, heimlichen Schlachtfeldoperationen eignet.There is a need for a passive distance measuring device that is suitable for use in hidden, secret battlefield operations.

Das her­ kömmliche optische Abstandsmeßgerät macht es er­ forderlich, daß ein Ziel von zwei Orten aus, die durch eine Basislinie voneinander getrennt sind, betrachtet wird, wobei der Abstand dann aus dem Winkel zwischen den beiden Sichtlinien, nachdem sie durch eine Bedienungsperson eingestellt worden sind, bestimmt wird. Unterwasserperiskope beobachten von einem einzigen Ort aus und finden den Abstand da­ durch heraus, daß sie die Breite des Ziels bei zwei verschiedenen Vergrößerungen vergleichen; auch hierbei sind Einstellungen durch eine Bedienungsperson er­ forderlich.That ago It makes conventional optical distance measuring device required that a destination be from two locations that separated by a baseline, is considered, the distance then from the Angle between the two lines of sight after them have been set by an operator, is determined. Watch underwater periscopes from from a single place and find the distance there by figuring out the width of the target at two compare different magnifications; here too are settings by an operator conducive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abstandsmeßgerät zu schaffen, das den Abstand automatisch ohne Eingriff durch eine Bedienungsperson ausrechnet.The invention is based on the object to create a distance meter that measures the distance automatically without operator intervention calculates.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Abstands­ meßgerät mit mehreren Strahlungsdetektoren, mit zu den Detektoren gehörigen Fokussiereinrichtungen, um für jeden Detektor einen Strahl zu bilden, innerhalb dessen der entsprechende Detektor auf eine Zielquelle an­ spricht, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, jedoch mindestens drei Strahlen vorgesehen sind, daß Einrich­ tungen vorhanden sind, die auf eine abstandsabhängige Eigenschaft eines Zielbildes ansprechen und die durch verschiedene Kombinationen der Detektoren gegeben sind, und zwar dann, wenn ein Ziel durch die zugehörigen Strahlen hindurchgeht, und dadurch eine Zielabstands­ anzeige bilden. Die abstandsabhängige Eigenschaft kann die Winkelgeschwindigkeit des Ziels, das die Strahlen durchquert, sein.According to the present invention is a distance measuring device with several radiation detectors, with too focusing devices belonging to the detectors in order for each detector to form a beam within which the corresponding detector to a target source speaks, characterized in that several, however at least three beams are provided that Einrich are available that are based on a distance Address property of a target image and the through different combinations of the detectors are given, namely when a goal by the associated Rays pass through, and thereby a target distance form ad. The distance-dependent property can the angular velocity of the target that the rays  traverses.

Es können drei Strahlen mit asymmetrischen Winkel­ abständen vorgesehen sein und ferner Vorrichtungen, die die aufeinanderfolgenden Unterbrechungen der drei Strahlen zeitlich festhalten. Zwei der drei Strahlen können parallel verlaufen, um eine abstandsunabhängige Geschwindigkeitsbezugsanzeige zu erhalten.There can be three rays with asymmetrical angles distances are provided and also devices that the successive breaks of the three Record rays in time. Two of the three rays can run parallel to a distance-independent Obtain speed reference display.

Die Detektoren, die zu den drei Strahlen gehören, können im Gesichtsfeld einer einzigen Linse vorgesehen sein, wobei der Abstand zwischen den parallelen Strah­ len durch Prismen gebildet ist, die sich in dem Pfad eines der parallelen Strahlen befinden. Die Prismen sind vorzugsweise Fünfflächenprismen, die eine 90°- Pfadablenkung vorsehen.The detectors belonging to the three beams can be provided in the field of view of a single lens be the distance between the parallel beams len is formed by prisms that are in the path one of the parallel rays. The prisms are preferably five-surface prisms that have a 90 ° Provide path deflection.

Es können jeweils zwei divergierende Strahlen, die Zieldurchgangszeiten zwischen den Strahlen feststellen, so angeordnet sein, daß sie jeweils von zwei Orten divergieren, wobei sich diese Orte in unterschiedli­ chen Entfernungen zum Ziel befinden.There can be two divergent rays each Determine the target transit times between the beams, be arranged so that they are each from two places diverge, these places differing in distances to the destination.

Die Detektoren können sich an dem vorderen der beiden Orte befinden, wobei dann von dem vorderen Ort zwei divergierende Strahlen direkt ausgehen und zwei weitere divergierende Strahlen ebenso von dem vorderen Ort divergieren, jedoch nach Reflexion von einem hinteren Ort auszugehen scheinen, der sich in einer größeren Entfernung zum Ziel befindet als der vordere Ort. Die jeweils beiden divergierenden Strahlen haben vorzugsweise gleiche Divergenzwinkel, und sie sind in einer horizontalen Ebene symmetrisch angeordnet.The detectors can be located on the front of the two locations are located, then from the front location two diverging rays go out directly and two further diverging rays also from the front Place diverge, but after reflection from one seem to be going out in the back distance to the target than the front one Place. The two have divergent rays preferably equal divergence angles, and they are in arranged symmetrically on a horizontal plane.

Die Strahlen der jeweils beiden Strahlen können von einem einzigen Detektor und entsprechenden Fokus­ siereinrichtungen vorgesehen sein, wobei das nachein­ anderfolgende Durchkreuzen der jeweils beiden Strahlen nacheinanderfolgende Ausgangssignale an dem einzigen Detektor ergibt. Andererseits können die jeweils beiden Strahlen durch entsprechende Detektoren und eine einzige Fokussiereinrichtung gebildet werden.The rays of the two rays can from a single detector and corresponding focus Siereinrichtung be provided, which in turn  successive crossing of the two beams successive output signals on the single Detector results. On the other hand, the two can Beams through appropriate detectors and a only focusing device can be formed.

Nach einer anderen Ausführungssform der Erfindung ist das abstandsabhängige Merkmal durch die Größe des Zielbilds gegeben. In diesem Fall kann eine erste Anordnung von Detektoren eine Anzahl von dicht neben­ einander liegenden Strahlen, die von einem vorderen von zwei Orten divergieren, abgeben, eine zweite An­ ordnung von Detektoren kann eine zweite Anzahl von dicht nebeneinander liegenden Strahlen abgeben, die von dem hinteren Ort der beiden Orte divergieren, und es können Vorrichtungen vorgesehen sein, um den Ab­ stand eines Ziels aus der relativen Größe der Ziel­ bilder auf der ersten und der zweiten Anordnung von Detektoren zu bestimmen.According to another embodiment of the invention is the distance dependent characteristic by the size of the Given target image. In this case, a first Arrangement of detectors a number of close to each other juxtaposed rays from a front diverge from two places, submit a second type order of detectors can be a second number of emit juxtaposed rays that diverge from the back location of the two locations, and devices can be provided to the Ab stood a goal from the relative size of the goal pictures on the first and second arrangement of To determine detectors.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin­ dung können Einrichtungen vorgesehen sein zur Abta­ stung der divergierenden Strahlen durch einen Zielort, wobei das Ziel die divergierenden Strahlen schneidet, um nacheinander Detektorausgangssignale zu bilden und damit eine Abstandsbestimmung vorzunehmen. In diesem Fall kann das Abstandsmeßgerät auf einem Peri­ skop angebracht sein, so daß es sich um eine Achse parallel zur Mittellinie der divergierenden Strahlen dreht, und es kann Periskopreflektoren enthalten, die die Strahlen in einer horizontalen Ebene abtasten.According to a further embodiment of the invention Means can be provided for scanning the divergent rays through a target location, where the target intersects the divergent rays, to sequentially form detector output signals and thus make a distance determination. In In this case, the distance measuring device can be on a Peri Skop be attached so that it is about an axis parallel to the center line of the diverging rays rotates and it can contain periscope reflectors, which scan the rays in a horizontal plane.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen: Embodiments of the invention are as follows described by way of example with reference to the drawings. Show:  

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Abstandsmeßgeräts mit drei Strahlen nach der Erfindung, Fig. 1 is a perspective view of a distance measuring three-beam according to the invention,

Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung nach Fig. 1 von oben, Fig. 2 is a view of the arrangement of FIG. 1 from above,

Fig. 3 eine Ansicht eines Abstandsmeß­ gerätes mit vier Strahlen von oben, Fig. 3 is a view of a distance measuring device with four beams from above,

Fig. 4 ein Diagramm, das die Abhängigkeit dar Größe der aufgenommenen Signale von der Zeit für die Detektoren in einer Anordnung mit vier Strahlen darstellt, Fig. 4 is a diagram that illustrates a function representing the magnitude of the signals recorded by the time for the detectors in an array with four beams,

Fig. 5 eine geometrische Darstellung einer Anordnung mit vier Strahlen, bei der gefaltete oder umgelenkte Strahlen verwendet werden, Fig one geometric representation of an arrangement with four beams are used in the folded, or deflected rays. 5,

Fig. 6 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 5, Fig. 6 is a side view of the arrangement of FIG. 5,

Fig. 7 die Bilder, die von zwei Detektoren aufgenommen werden, die sich in unterschiedlichen optischen Entfernungen von dem Ziel befinden, und Fig. 7 shows the images that are picked up by two detectors, which are located in different optical distances from the target, and

Fig. 8 eine Darstellung eines Abstandsmeß­ periskops, das vordere und hintere Strahlen verwendet. Fig. 8 is an illustration of a distance measuring periscope that uses front and rear rays.

Nach den Fig. 1 und 2 sind drei Infrarot-Detektor­ elemente 1, 2, 3, kurz Detektoren genannt, in der Brennebene einer Linse 7 angeordnet, wobei jeder Detektor ein getrenntes Gesichtsfeld 1′, 2′ bzw. 3′ aufweist, das durch die räumliche Projektion des jeweiligen Detektorelements mit Hilfe eines optischen Systems gebildet ist und jeweils als "Strahl" darge­ stellt ist. Die Strahlen 1′ und 2′, die zu den Detek­ toren 1 bzw. 2 gehören, divergieren mit einem bekann­ ten Azimutwinkel R. Der Strahl 3′ verläuft parallel, jedoch in einem Abstand von dem Strahl 2′ des Detek­ tors 2. Die Winkeldivergenz der drei Strahlen ist somit asymmetrisch. Zwei Fünfflächenprismen 9, 10 führen die Strahlung des dritten Strahls 3′ auf einem stufenförmigen Weg, so daß der dritte Detektor 3 dicht bei den anderen Detektoren angeordnet sein kann. In der dargestellten Anordnung ist der dritte Detektor 3 auf der gleichen vertikalen Linie wie der zweite Detektor 2 angeordnet, und eine Ausrichtung des ent­ sprechenden Strahls in eine horizontale Ebene wird durch Neigung eines der Fünfflächenprismen erreicht, wobei er jedoch von derselben Linse 7 aufgenommen wird, wodurch die Lage des Detektors 3 willkürlich ist und somit in zweckmäßiger Weise gewählt werden kann.According to FIGS. 1 and 2, three infrared detector are elements 1, 2, 3, named detectors arranged in the focal plane of a lens 7, each detector a separate field of 1 ', 2' and 3 'having the through the spatial projection of the respective detector element is formed with the aid of an optical system and is represented in each case as a “beam”. The beams 1 'and 2 ', which belong to the detectors 1 and 2 , diverge with a known azimuth angle R. The beam 3 'runs parallel, but at a distance from the beam 2 ' of the detector 2 . The angular divergence of the three beams is therefore asymmetrical. Two five-surface prisms 9 , 10 lead the radiation of the third beam 3 'in a step-shaped way, so that the third detector 3 can be arranged close to the other detectors. In the arrangement shown, the third detector 3 is arranged on the same vertical line as the second detector 2 , and alignment of the corresponding beam in a horizontal plane is achieved by tilting one of the five-surface prisms, but being taken up by the same lens 7 , whereby the position of the detector 3 is arbitrary and can therefore be selected in an expedient manner.

Wenn sich ein Ziel, beispielsweise ein Panzer 20 durch irgendeinen der Strahlen bewegt, dann wird durch die von ihm abgegebene infrarote Strahlung ein Signal an dem zugehörigen Detektor gebildet. Da das Ziel keine punktförmige Strahlungsquelle ist und der "Strahl" keine vertikale Linie ist, hat das Signal eine beträchtliche Dauer, und es wächst zu einem oder mehreren Maxima an und nimmt dann wieder ab. Es wird daher, wenn durch das Signal ein Schwellwert über­ schritten wird, ein Taktsignal abgeleitet. Wenn sich das Ziel durch alle Strahlen bewegt, dann bilden die Detektoren alle im wesentlichen das gleiche Signal, jedoch zu verschiedenen Zeiten. Gemäß Fig. 2 ist der zu messende Abstand R gleich der Entfernung des Ziels von der Panzerabwehr-Raketenabschußbasis 8 längs der Schußlinie. Die Schußlinie muß im wesentlichen in der gleichen Richtung wie die Sichtlinien der Detektoren verlaufen und vorzugsweise sehr dicht bei diesen liegen.If a target, for example a tank 20, moves through any of the rays, then a signal is formed at the associated detector by the infrared radiation emitted by it. Since the target is not a point source of radiation and the "beam" is not a vertical line, the signal has a considerable duration and it increases to one or more maxima and then decreases again. A clock signal is therefore derived when the signal exceeds a threshold value. When the target moves through all of the beams, the detectors all form essentially the same signal, but at different times. According to Fig. 2 to be measured distance R equal to the distance of the target from the anti-tank missile launcher base 8 along the line of fire is. The line of fire must run essentially in the same direction as the lines of sight of the detectors and preferably be very close to them.

Der zweite und der dritte Strahl 2′ und 3′ sind durch eine bekannte Entfernung x in einer Richtung senkrecht zum Abstand R voneinander getrennt. Die Geschwindigkeit des Ziels in dieser Richtung, d.h. die Tangentialgeschwindigkeit, ist durch die folgende Formel gegeben:The second and third beams 2 'and 3 ' are separated by a known distance x in a direction perpendicular to the distance R. The speed of the target in this direction, ie the tangential speed, is given by the following formula:

wobei Tx die Zeit zwischen der Feststellung des Ziels in dem dritten und dem zweiten Strahl 3′ bzw. 2′ ist.where T x is the time between the detection of the target in the third and second beams 3 'and 2 '.

Die Winkelgeschwindigkeit ist gegeben durchThe angular velocity is given by

wobei TR die Zeit zwischen der Feststellung des Ziels in dem zweiten und dem ersten Strahl 2′ bzw. 1′ ist.where T R is the time between the detection of the target in the second and the first beam 2 'and 1 '.

Der Abstand R kann dann aus der folgenden Gleichung berechnet werden:The distance R can then be from the following Equation can be calculated:

Diese Gleichung (1) macht die Annahme, daß das Ziel die unter einem Winkel stehenden Gesichtsfelder 1′ und 2′ in der gleichen Entfernung von den Detektoren 1 und 2 kreuzt, wobei dies natürlich nur der Fall ist, wenn sich der Panzer rechtwinklig zu der Winkelhal­ bierenden des Winkels R bewegt. Für ein Ziel, das sich unter irgendeinem Winkel zu den Strahlen bewegt, läßt es sich nachweisen, daß der Abstand R längs des Strahls 1′ genau gegeben ist durch:This equation ( 1 ) makes the assumption that the target crosses the angled fields of view 1 'and 2 ' at the same distance from the detectors 1 and 2 , which of course is only the case when the tank is perpendicular to the Winkelhal-moving the angle R moves. For a target moving at any angle to the rays, it can be shown that the distance R along the ray 1 'is given exactly by:

Die Feststellung der Werte Tx, TR und R wird von einem Prozessor 4 getroffen, der die Ausgangssignale der Detektoren erhält. Die Bereichsinformation wird dann einer Raketenabschußsteuerung 5 zugeführt. Ganz ein­ deutig hängt das System davon ab, daß sich das Ziel auf einer Linie und mit einer Geschwindigkeit durch die drei Gesichtsfelder und durch die Schußlinie bewegt. Aus diesem Grund sollte die Entfernung zwischen der Schuß­ linie und dem ersten durchquerten Gesichtsfeld nicht groß sein, wie es hier in diesem Fall durch den "parallelen" Strahl 3′ oder bei entgegengesetzter Ziel­ richtung durch den geneigten Strahl 1′ gegeben ist.The determination of the values T x , T R and R is made by a processor 4 , which receives the output signals of the detectors. The area information is then fed to a missile launch control 5 . The system clearly depends on the target moving in a line and at a speed through the three fields of view and through the firing line. For this reason, the distance between the line of fire and the first field of view traversed should not be large, as is the case here in this case by the "parallel" beam 3 'or in the opposite direction by the inclined beam 1 '.

Die Genauigkeit der Ausrichtung (d.h. die Paralle­ lität) des zweiten und des dritten Strahls 2′ und 3′ ist (bei dieser Ausführungsform) für eine genaue Bestimmung der Entfernung wesentlich, ebenso wie die Verwendung von Fünfflächenprismen, die eine 90°-Ablenkung unabhängig von ihrer Ausrichtung hervorrufen, vorgezogen wird. Wahlweise könnte der Detektor 3 durch eine getrennte Linse und einen Detektor ersetzt werden, der von den ersten beiden Detektoren 1, 2 beabstandet ist und sich an dem Ort des Prismas 10 befindet, so daß keine Prismen er­ forderlich sind, um die Richtung der Strahlung zu ändern. Das System ist dadurch vereinfacht, daß zwei Strahlen parallel verlaufen, jedoch ist dies nicht absolut not­ wendig. Wenn der Strahl 3′ gegenüber dem Strahl 1′ unter einem Winkel α (und nicht unter einem Winkel R) ver­ läuft, dann ist der Abstand in Richtung des Strahls 1′ gegeben durchThe accuracy of the alignment (ie the parallelity) of the second and third beams 2 'and 3 ' is (in this embodiment) essential for an accurate determination of the distance, as is the use of five-surface prisms which are independent of a 90 ° deflection their orientation, is preferred. Optionally, the detector 3 could be replaced by a separate lens and a detector which is spaced from the first two detectors 1 , 2 and is located at the location of the prism 10 so that no prisms are required to determine the direction of the radiation to change. The system is simplified in that two beams run in parallel, but this is not absolutely necessary. If the beam 3 'with respect to the beam 1 ' ver at an angle α (and not at an angle R), then the distance in the direction of the beam 1 'is given by

Bei großen Entfernungen mit stark voneinander beabstandeten Gesichtsfeldern kann das dreistrahlige System als ein Aktivsystem ausgebildet sein, das drei Laser verwendet, von denen jeder eine Strahlung auf ein entsprechendes Gesichtsfeld richtet und Reflexionen für einen einzigen Detektor bildet. Bei geringeren Entfernungen ist eine solche Anordnung weniger prak­ tisch, da es dann schwierig ist, dicht benachbart liegende oder sogar überlappende Signale voneinander zu unterscheiden.At large distances with strong from each other spaced visual fields can be the three-ray System be designed as an active system, the three Lasers are used, each of which emits radiation an appropriate field of vision and reflections for a single detector. With less Such an arrangement makes distances less practical table, because then it is difficult to be closely adjacent lying or even overlapping signals from each other to distinguish.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Zwei Detektoren 11, 12 sind hintereinander in einer Entfernung y voneinander ange­ ordnet, und sie weisen Linsen auf (nicht dargestellt), die "Strahlen" bilden, d.h. die Strahlung von zwei voneinander getrennten Gesichtsfeldern 13, 14 auf den vorderen Detektor 11 fokussieren und von zwei mehr entfernten voneinander getrennten Gesichtsfeldern 15, 16 auf den hinteren Detektor 12 fokussieren. Die winkelmäßige Trennung der jeweils beiden Strahlen 13, 14 und 15, 16 ist die gleiche, und sie ist durch den bekannten Winkel R gegeben. Jeweils zwei oder auch Paare von Strahlen sind symmetrisch in einer horizon­ talen Ebene angeordnet. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, ist die Winkelgeschwindigkeit des Ziels 20 gegeben durchAnother embodiment of the invention is shown in FIG. 3. Two detectors 11 , 12 are arranged one behind the other at a distance y, and they have lenses (not shown) which form “rays”, ie focus the radiation from two separate fields of view 13 , 14 on the front detector 11 and from focus two more distant visual fields 15 , 16 on the rear detector 12 . The angular separation of the two beams 13 , 14 and 15 , 16 is the same and is given by the known angle R. Two or even pairs of beams are arranged symmetrically in a horizontal plane. As in the previously described embodiment, the angular velocity of the target 20 is given by

wobei Vt die Geschwindigkeit tangential zu dem Abstand ist. Für den vorderen Detektor istwhere V t is the speed tangential to the distance. For the front detector is

und für den hinteren Detektor istand is for the rear detector

Der Abstand kann damit als Verhältnis der beiden Winkelgeschwindigkeiten bestimmt werden zuThe distance can thus be the ratio of the two Angular velocities are determined too

Das Problem, die Zeitverzögerung Tf und Tr mit genügender Genauigkeit zu messen, wird durch die Verwendung von Differenzmessungen, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, erleichtert.The problem of measuring the time delay T f and T r with sufficient accuracy is alleviated by using differential measurements as shown in FIG. 4.

δt1 ist die Zeitverzögerung zwischen dem Durch­ queren der Vorderflanke des hinteren Strahls 16 und der Vorderflanke des vorderen Strahls 14. δt2 ist die Zeit zwischen dem Durchqueren der Hinterflanke des vorderen Strahls 13 und der Hinterflanke des hinteren Strahls 15.δt 1 is the time delay between crossing the leading edge of the rear beam 16 and the leading edge of the front beam 14 . δt 2 is the time between crossing the trailing edge of the front beam 13 and the trailing edge of the rear beam 15 .

Die obige Gleichung (2) kann umgeschrieben werden alsEquation ( 2 ) above can be rewritten as

In Fig. 4 ist der Zeitverlauf der Signale, die von den verschiedenen Strahlen 16, 14, 13 und 15 herrühren, dargestellt, wobei die Signale mit den mit Strich ver­ sehenen Bezugszeichen der Bezugszeichen der zugehörigen Strahlen versehen sind. Der Zeitpunkt der Zeitsteuerung ist durch den Punkt bestimmt, zu dem die Signalamplitude über einen Schwellwert To anwächst. In Fig. 4, the time course of the signals resulting from the different beams 16 , 14 , 13 and 15 is shown, the signals are provided with the ver ver dashed lines with the reference numerals of the associated beams. The point in time of the time control is determined by the point at which the signal amplitude increases above a threshold value T o .

Aus Fig. 4 ergibt sichFrom Fig. 4 results

Tr-Tf=δt1+Δt2,T r -T f = δt 1 + Δt 2 ,

und deshalb ergibt sich aus der obigen Gleichung für R:and therefore from the above equation for R:

Es ist nicht wesentlich, daß die Ziellinien der beiden Detektoren genau in einer Linie liegen (wenn sie auch immer parallel verlaufen sollten), da eine Zu­ nahme von δt1 mit einer Abnahme von δt2 verbunden ist und somit eine Fehlausrichtung die Entfernungsbe­ rechnung nicht beeinflußt. Gleichung (3) ist immer gültig, wobei δt ins Negative geht, wenn eine Zielrich­ tungsverschiebung zu einer Kreuzung der Strahlen führt. Wichtiger ist die vertikale Strahlverschiebung, da im Idealfall die Kurvenverläufe, die von jedem Detektor empfangen werden, identisch sind. Dies ist jedoch nicht der Fall, wenn die Strahlung von verschiedenen Teilen des Ziels aufgenommen wird. Aus diesem Grund ist ein weites vertikales Gesichtsfeld für jeden Detektor vorzuziehen.It is not essential that the target lines of the two detectors lie exactly in one line (even if they should always run in parallel), since an increase in δt 1 is associated with a decrease in δt 2 and thus misalignment does not affect the distance calculation . Equation ( 3 ) is always valid, with δt going negative if a shift in the direction of target leads to an intersection of the rays. The vertical beam shift is more important because, ideally, the curves that are received by each detector are identical. However, this is not the case if the radiation is picked up by different parts of the target. For this reason, a wide vertical field of view is preferable for each detector.

Man kann zeigen, daß Gleichung (3) exakt für irgendeinen Kreuzungswinkel ⌀ gilt, unter dem der Panzer die Strahlen kreuzt. Das Vier-Strahl-System kann auch dazu verwendet werden, den Kreuzungswinkel nach folgender Gleichung zu berechnen:It can be shown that equation ( 3 ) applies exactly to any crossing angle ⌀ at which the tank crosses the rays. The four-beam system can also be used to calculate the crossing angle using the following equation:

wobei ⌀ der Winkel zwischen der Bewegungslinie des Ziels 20 und einer Richtung senkrecht auf der Abstands­ richtung R ist, d.h. einer Verschiebung des Winkels der Panzerspur gegenüber der die in Fig. 3 dargestellt ist. where ⌀ is the angle between the line of movement of the target 20 and a direction perpendicular to the distance direction R, ie a shift in the angle of the tank track relative to that shown in FIG. 3.

Im allgemeinen ist der Abstand R beträchtlich größer als die Länge der Basislinie (Trennabstand y), so daß das Verhältnis Wf/Wr nahe bei Eins liegt. Je größer der Unterschied zwischen den Winkelgeschwindigkeiten ist, desto genauer kann die Abstandsbestimmung vorgenommen werden. Wenn der Unterschied nur gering ist, dann wird eine hohe Genauigkeit der Detektoren verlangt. Wenn jedoch der Unterschied vergrößert wird, dann heißt dies, daß die Länge der Basislinie y vergrößert wird. Dies läßt sich ohne den praktischen Nachteil von sehr weit voneinander beabstandeten Detektoren dadurch erreichen, daß der optische Weg der äußeren Strahlen abgelenkt bzw. gefaltet wird, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.In general, the distance R is considerably greater than the length of the baseline (separation distance y), so that the ratio W f / W r is close to one. The greater the difference between the angular velocities, the more precisely the distance can be determined. If the difference is small, then high detector accuracy is required. However, if the difference is increased, it means that the length of the baseline y is increased. This can be achieved without the practical disadvantage of very widely spaced detectors in that the optical path of the outer rays is deflected or folded, as shown in FIG. 5.

Ein einziger Detektor 21 ist an dem vorderen Ort angebracht, und der hintere Ort ist nur als ein virtuelles Bild vorhanden, indem man ebene Spiegel 24 und 25 verwendet. Die Strahlung der äußeren Gesichts­ felder 15, 16 wird somit zunächst am Spiegel 24 ge­ brochen und dann wiederum am Spiegel 25 zur Hinlenkung auf den Detektor 21. Fig. 6 zeigt die Anordnung von der Seite. Die äußeren Strahlen (von denen einer dar­ gestellt ist) werden nach unten gebrochen, während die inneren Strahlen (von denen ebenfalls einer dar­ gestellt ist) auf den Detektor 21 treffen, nachdem sie unter dem Spiegel 25 hindurchgewandert sind. Die wirksame Basislinie y′ ließe sich auch noch weiter über die tatsächlichen Abmessungen der Anordnung ver­ größern, indem man die Brechung mehrere Male wieder­ holen würde.A single detector 21 is attached to the front location and the rear location is only present as a virtual image using plane mirrors 24 and 25 . The radiation from the outer facial fields 15 , 16 is thus first broken at the mirror 24 and then again at the mirror 25 for directing the detector 21 . Fig. 6 shows the arrangement from the side. The outer rays (one of which is shown) are refracted downwards, while the inner rays (of which one is also shown) strike the detector 21 after they have passed under the mirror 25 . The effective baseline y 'could be enlarged even further beyond the actual dimensions of the arrangement by repeating the refraction several times.

Es können natürlich auch jeweils zwei Strahlen von einem einzigen Detektor und getrennten Linsensystemen vorgesehen sein oder umgekehrt - so wie in Fig. 1. Of course, two beams from a single detector and separate lens systems can also be provided, or vice versa - as in FIG. 1.

Ein anderer Weg zur Bestimmung des Abstands be­ steht darin, den Verstärkungsfaktor zwischen dem Bild, das man direkt erhält und das sich aus dem vorderen Strahl ergibt, und dem Bild, das auf dem gebrochenen Weg empfangen wird, mißt. Dieses Verfahren erfordert eine Anordnung von Detektoren in der Brennebene, so daß ein zweidimensionales Bild gebildet wird und nicht nur einfach ein "Bild", das aus einem einzigen Punkt besteht. Fig. 7 zeigt eine Bildebene, in der zwei Anordnungen 35 und 37 von Detektorelementen 33 verwendet werden, wobei jedes Detektorelement einen entsprechenden "Strahl" in einer Anordnung von dicht nebeneinander angeordneten Strahlen bildet. Die Weg­ länge der direkten Strahlen (z.B. von 14) von der vorderen Stelle und der gebrochenen Strahlen (z.B. von 16) im wesentlichen von der hinteren Stelle, sind so unterschiedlich, daß die beiden Bilder unterschied­ liche Größen haben, wobei das Bild 30 des direkten Strahls größer ist als das Bild 31 des gebrochenen Strahls. Die beiden Bilder werden miteinander korre­ liert, um den Vergrößerungsfaktor und damit den Ab­ stand von dem Ziel zu bestimmen.Another way to determine the distance is to measure the gain factor between the image obtained directly from the front beam and the image received on the broken path. This method requires placement of detectors in the focal plane so that a two-dimensional image is formed, rather than simply an "image" consisting of a single point. FIG. 7 shows an image plane in which two arrangements 35 and 37 of detector elements 33 are used, each detector element forming a corresponding “beam” in an arrangement of beams arranged close to one another. The path length of the direct rays (eg from 14 ) from the front position and the refracted rays (eg from 16 ) essentially from the rear position are so different that the two images have different sizes, the image 30 of the direct Beam is larger than the image 31 of the broken beam. The two images are corrected together to determine the magnification factor and thus the distance from the target.

Wie man an Hand von Fig. 7 erkennt, sind die Detektorelemente 33, kurz Detektoren 33 genannt, vertikale Streifen, die von dem Zielbild 30, 31 "abgetastet" werden, wenn es sich mit einer Geschwin­ digkeit bewegt, die der Winkelgeschwindigkeit des Ziels entspricht. Zu jedem Zeitpunkt ist die Länge des Bildes bestimmt durch die Anzahl der erregten Detektoren, und diese Anzahl wird für zwei Bilder verglichen. Um Irrtümer zu vermeiden, ist eine Anord­ nung (35, 37) für jedes Bild vorgesehen, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, um Vorwärts- und Rückwärts­ strahlanordnungen vorzusehen, die in der Seitenansicht so wie in Fig. 6 aussehen. As can be seen from FIG. 7, the detector elements 33 , or detectors 33 for short, are vertical stripes which are "scanned" by the target image 30 , 31 when it is moving at a speed corresponding to the angular velocity of the target . At any given time, the length of the image is determined by the number of detectors energized, and this number is compared for two images. In order to avoid errors, an arrangement ( 35 , 37 ) is provided for each image, as shown in FIG. 7, in order to provide forward and backward beam arrangements which look like those in FIG. 6 in side view.

Bei dieser Bildvergleichsanordnung wird die tat­ sächliche Größe des Bildes dadurch gemessen, daß die Anzahl der aktivierten Detektoren festgestellt wird oder sie wird noch zuverlässiger dadurch festgestellt, daß die Identität des ersten und des letzten akti­ vierten Detektors festgestellt wird. Bei einer anderen Anordnung wird der Winkelgeschwindigkeitsunterschied, wie er von der Vorwärts- und Rückwärtsdetektoranord­ nung (wie in Fig. 7) gesehen wird, untersucht. Jede Anordnung enthält dann nur zwei vertikale Streifenele­ mente, die horizontal voneinander beabstandet sind, und in jeder Anordnung ist der zeitliche Ablauf zwischen ihren Erregungen umgekehrt proportional zu ihren Winkelgeschwindigkeiten. Der Abstand ist dann gegeben durch:In this image comparison arrangement, the actual size of the image is measured by determining the number of activated detectors or it is determined even more reliably by determining the identity of the first and the last fourth detector. In another arrangement, the angular velocity difference as seen by the forward and backward detector arrangement (as in Fig. 7) is examined. Each arrangement then contains only two vertical stripe elements that are horizontally spaced apart, and in each arrangement the timing between their excitations is inversely proportional to their angular velocities. The distance is then given by:

wobei y die effektive Verschiebung der Detektoranord­ nungen und Tr und Tf die gemessenen Zeitabläufe für die Rückwärts- und die Vorwärtsanordnungen sind. Es ist auch eine Anordnung mit Bildkorrelation für das Abstandsmeßgerät mit drei Strahlen nach Fig. 1 möglich. In diesem Fall ist eine Anordnung von Detektorelementen oder Detektoren in einer Brennebene genügend groß ausgebildet, daß Zielbilder von allen drei Strahlen gleichzeitig aufgenommen werden können. Die relativen Lagen und Abstände der Bilder und folglich der Abstand werden mit Hilfe von Bildkorrelationsverfahren be­ stimmt.where y is the effective displacement of the detector arrays and T r and T f are the measured timings for the backward and forward arrays. An arrangement with image correlation for the distance measuring device with three beams according to FIG. 1 is also possible. In this case, an arrangement of detector elements or detectors in a focal plane is sufficiently large that target images of all three beams can be taken simultaneously. The relative positions and distances of the images and consequently the distance are determined using image correlation methods.

Die obigen Ausführungsformen gehen von einer Bewegung des Ziels aus, um einen Abtasteffekt hervor­ zurufen, aber bei bestimmten Plattformen, z.B. Peri­ skopen oder bei feststehenden Zielen, läßt sich die Wir­ kung der Zielbewegung dadurch erreichen, daß die Detek­ toranordnung abgetastet wird und ihre Strahlen über das Ziel abgelenkt werden. Solch eine Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt, nach der ein Periskop, das sehr schematisch bei 39 dargestellt ist, an einem Tragkörper 41 angebracht ist und einen optischen Kopf 21 aufweist, der eine optische Anordnung enthält, die der nach den Fig. 5 und 6 vergleichbar ist. Zwei vordere Strahlen 13 und 14 werden durch Doppelfokus­ sierung auf einem einzigen Detektor gebildet, und entsprechend werden zwei hintere Strahlen 15 und 16 durch Doppelfokussierung auf einem weiteren einzigen Detektor gebildet. Die optische Anordnung wird dann um eine Achse parallel zu den Symmetrielinien der beiden Strahlpaare abgetastet. Die Anordnung mit zwei Linsen kann durch eine einzige Fokussieranordnung sowie zwei Detektoren für jedes Paar von Strahlen ersetzt werden.The above embodiments assume movement of the target to produce a scanning effect, but on certain platforms, such as periscopes or fixed targets, the effect of the target movement can be achieved by scanning the detector assembly and its beams the target be distracted. Such an arrangement is shown in FIG. 8, according to which a periscope, which is shown very schematically at 39 , is attached to a support body 41 and has an optical head 21 which contains an optical arrangement which corresponds to that of FIGS 6 is comparable. Two front beams 13 and 14 are formed by double focusing on a single detector, and accordingly two rear beams 15 and 16 are formed by double focusing on another single detector. The optical arrangement is then scanned about an axis parallel to the lines of symmetry of the two beam pairs. The two lens arrangement can be replaced by a single focusing arrangement and two detectors for each pair of beams.

Bei dieser Anordnung werden die hinteren Strahlen 15 und 16 zweimal von Reflektoren 25, 24, 45 und 44 gefaltet und zwar zusätzlich zu der Ablenkung durch die eigentlichen Periskopreflektoren 47 und 49.In this arrangement, the rear beams 15 and 16 are folded twice by reflectors 25 , 24 , 45 and 44 , in addition to the deflection by the actual periscope reflectors 47 and 49 .

Auch die Doppelstrahlanordnung (d.h. Anordnung mit zwei Vorwärtsstrahlen und zwei Rückwärtsstrahlen) könnte durch die Breitstrahl- und -detektoranordnung nach Fig. 7 ersetzt werden, die Bildverstärkung oder relative Winkelgeschwindigkeiten (des Ziels) benutzt. Im letzteren Fall würde natürlich die wahrgenommene Winkelgeschwindigkeit des Ziels sehr stark von der Azimutabtastung des Periskops abhängen, jedoch würde sie unterschiedlich erscheinen für den vorderen und den hinteren Strahl.The double beam arrangement (ie arrangement with two forward beams and two rear beams) could also be replaced by the broad beam and detector arrangement according to FIG. 7, which uses image amplification or relative angular velocities (of the target). In the latter case, of course, the perceived angular velocity of the target would depend very much on the azimuth scan of the periscope, but it would appear different for the anterior and posterior beams.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen verwenden infrarotempfindliche Detektoren, jedoch ist es offenbar, daß andere Strahlung, die entsprechend den Umständen sichtbar oder unsichtbar ist, verwendet werden kann, und es müssen dann die Detektoren entsprechend ausgewählt werden.Use the embodiments described above infrared sensitive detectors, however, it is evident that other radiation that according to the circumstances is visible or invisible, can be used, and the detectors must then be selected accordingly.

Claims (16)

1. Abstandsmeßgerät mit mehreren Strahlungsdetektoren, mit zu den Detektoren gehörigen Fokussiereinrichtungen, um für jeden Detektor einen Strahl zu bilden, innerhalb dessen der entsprechende Detektor auf eine Zielquelle anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, jedoch mindestens drei Strahlen (1′, 2′ 3′) vorgesehen sind, daß Einrichtungen vorhanden sind, die auf eine abstandsabhängige Eigenschaft eines Zielbildes ansprechen und die durch verschiedene Kombinationen der Detektoren gegeben sind, und zwar dann, wenn ein Ziel (20) durch die zugehörigen Strahlen hindurchgeht, und dadurch eine Zielabstandsanzeige bilden.1. Distance measuring device with a plurality of radiation detectors, with focusing devices belonging to the detectors, in order to form a beam for each detector within which the corresponding detector responds to a target source, characterized in that several, but at least three beams ( 1 ', 2 ' 3 ') Are provided that devices are available which respond to a distance-dependent property of a target image and which are given by various combinations of the detectors, namely when a target ( 20 ) passes through the associated beams, and thereby form a target distance indicator. 2. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandsabhängige Eigenschaft der Winkelgeschwin­ digkeit das Ziel ist, wenn es sich durch die Strahlen (1′, 2′, 3′) hindurchbewegt.2. Distance measuring device according to claim 1, characterized in that the distance-dependent property of the Winkelgeschwin speed is the target when it moves through the rays ( 1 ', 2 ', 3 '). 3. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei Strahlen mit einem asymmetrischen Winkelabstand vorhanden sind, und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, die die zeitliche Folge des nacheinander erfolgenden Durchschneidens der drei Strahlen (1′, 2′, 3′) erfaßt.3. Distance measuring device according to claim 2, characterized in that three beams are present with an asymmetrical angular distance, and that a device is provided which detects the temporal sequence of the successive cutting of the three beams ( 1 ', 2 ', 3 '). 4. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei (2′, 3′) der drei Strahlen (1′, 2′, 3′) parallel zueinander verlaufen, so daß sie eine abstandsunabhängige Geschwindigkeitsbezugsanzeige ergeben. 4. Distance measuring device according to claim 3, characterized in that two ( 2 ', 3' ) of the three beams ( 1 ', 2 ', 3 ') run parallel to each other, so that they give a distance-independent speed reference display. 5. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (1, 2, 3), die zu den drei Strahlen (1′, 2′, 3′) gehören, in dem Gesichtsfeld einer einzigen Linse (7) angeordnet sind und daß der Abstand zwischen den parallelen Strahlen (2′, 3′) mit Hilfe von Prismen (9, 10) in dem Weg eines der parallelen Strahlen vor­ gesehen wird.5. Distance measuring device according to claim 4, characterized in that the detectors ( 1 , 2 , 3 ) belonging to the three beams ( 1 ', 2 ', 3 ') are arranged in the field of view of a single lens ( 7 ) and that the distance between the parallel beams ( 2 ', 3 ') is seen with the help of prisms ( 9 , 10 ) in the path of one of the parallel beams. 6. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (9, 10) fünfflächige Prismen sind, die eine 90°-Ablenkung ergeben.6. Distance measuring device according to claim 5, characterized in that the prisms ( 9 , 10 ) are five-surface prisms which result in a 90 ° deflection. 7. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei divergierende Strahlen, die Durchlauf­ zeiten zwischen den Strahlen ermöglichen, so angeordnet sind, daß sie von jeweils zwei Orten ausgehen, wobei sich diese Orte in unterschiedlichen Entfernungen vom Ziel befinden.7. Distance measuring device according to claim 2, characterized, that two diverging rays, the pass allow times between rays, so arranged are that they start from two places, where these places are at different distances from Target. 8. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Detektoren (21) an dem vorderen der beiden Orte befinden, daß von dem vorderen Ort die einen beiden divergierenden Strahlen direkt abgegeben werden und die anderen beiden divergierenden Strahlen ebenso an dem vorderen Ort abgegeben werden und nach Reflexion von einem hinteren Ort herzukommen scheinen, der sich in einer größeren Entfernung zum Ziel als der vordere Ort befindet. 8. Distance measuring device according to claim 7, characterized in that the detectors ( 21 ) are located at the front of the two locations, that from the front location the one two diverging beams are emitted directly and the other two diverging beams are also emitted at the front location and, after reflection, appear to come from a rear location that is further away from the target than the front location. 9. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils beiden divergierenden Strahlen gleiche Divergenzwinkel aufweisen und symmetrisch in einer Horizontalebene angeordnet sind.9. Distance measuring device according to claim 8, characterized, that the two diverging rays are the same Show divergence angles and symmetrical in one Horizontal plane are arranged. 10. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen der jeweils zwei Strahlen von einem einzigen Detektor und entsprechenden Fokussiereinrich­ tungen vorgesehen sind und daß ein aufeinanderfolgendes Durchschneiden der jeweils zwei Strahlen nacheinander­ folgend Ausgangssignale an dem einzigen Detektor hervor­ ruft.10. Distance measuring device according to claim 7, 8 or 9, characterized, that the rays of the two rays from one single detector and corresponding focusing device are provided and that a successive Cut through the two beams one after the other following output signals at the single detector calls. 11. Abstandsmeßgerät nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Strahlen von jeweils zwei Strahlen entspre­ chende Detektoren und eine einzige Fokussiervorrichtung gehören.11. Distance measuring device according to one of claims 7, 8 or 9, characterized, that correspond to the rays of two rays each Detectors and a single focusing device belong. 12. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandsabhängige Eigenschaft die Größe des Zielbildes ist.12. Distance measuring device according to claim 1, characterized, that the distance-dependent property is the size of the Target image is. 13. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Anordnung von Detektoren (33) eine Anzahl von eng voneinander beabstandeten Strahlen vorsieht, die von einem vorderen von zwei Orten divergieren, daß eine zweite Anordnung von Detektoren eine zweite Anzahl von dicht voneinander beabstandeten Strahlen vorsieht, die von dem hinteren von zwei Orten divergieren und daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um den Abstand des Ziels aus der relativen Größe des Zielbildes auf der ersten und der zweiten Anordnung (30, 31) zu bestimmen (Fig. 7). 13. Distance measuring device according to claim 12, characterized in that a first arrangement of detectors ( 33 ) provides a number of closely spaced beams which diverge from a front of two locations, that a second arrangement of detectors a second number of closely spaced apart Provides beams that diverge from the rear of two locations and that means are provided for determining the distance of the target from the relative size of the target image on the first and second arrays ( 30 , 31 ) ( Fig. 7). 14. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Anordnung der Detektoren an dem vorderen Ort vorgesehen sind und daß die zweite An­ zahl der Strahlen so reflektiert wird, daß sie von dem hinteren Ort divergieren (Fig. 5).14. Distance measuring device according to claim 13, characterized in that the first and the second arrangement of the detectors are provided at the front location and that the second number of rays is reflected so that they diverge from the rear location ( Fig. 5). 15. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorgesehen sind zur Abtastung der divergierenden Strahlen, wobei das Ziel die divergie­ renden Strahlen nacheinander schneidet, um an den Detektoren Ausgangssignale zu bilden und eine Abstands­ bestimmung vorzunehmen.15. Distance measuring device according to claim 8 or 9, characterized, that devices are provided for scanning the divergent rays, the target being the divergie cutting rays one after the other in order to Detectors to form output signals and a distance determination. 16. Abstandsmeßgerät nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Periskop angeordnet ist und um eine Achse parallel zu der Symmetrielinie der divergieren­ den Strahlen drehbar ist und daß es Periskopreflektoren enthält zur Abtastung der Strahlen in einer horizonta­ len Ebene (Fig. 8).16. Distance measuring device according to claim 15, characterized in that it is arranged in a periscope and is rotatable about an axis parallel to the line of symmetry of the divergent rays and that it contains periscope reflectors for scanning the rays in a horizontal plane ( Fig. 8) .
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