DK144439B - Fremgangsmaade og apparat til bestemmelse af reflektorers position ved hjaelp af vifteformede straaler - Google Patents

Description

1 1U439

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til bestemmelse af reflektorers position ved hjælp af vifteformede stråler, og et apparat til brug ved udøvelse af nævnte fremgangsmåde og af den i krav l’s henholdsvis krav 7's indledning angivne art.

Det er kendt at bestemme positionen af et strålingsreflekterende legeme ved hjælp af to vifteformede stråler, såsom laserstråler, der afsøger en fast vinkel, der har strålesenderen beliggende i et toppunkt.

På grund af den vifteformede divergens af hver stråle i retning bort fra senderen har hver stråle i tværsnit rektangulær form. I de fleste af de kendte systemer af denne art er det sædvanligt, at hver stråle har den længste akse i dette rektangel stående vinkelret på den anden stråles længdeakse, og at strålen bevæges vinkelret på længdeaksen. Sædvanligvis bevæges strålerne skiftevis i respektive afsøgningscykler. På grundlag af hver stråles vinkelstilling i det øjeblik, en reflektion fra et legeme modtages ved senderen, kan to af de tre koordinater, som bestemmer legemets position i det afsøgte rum bestemmes. Det er også umiddelbart muligt at bestemme afstanden mellem strålesenderen og et reflekterende legeme ved at måle tidsforløbet mellem udsendelse af en stråle og modtagelse af den reflekterende stråle. Tidsintervallet er naturligvis en simpel funktion af den afstand, man vil måle.

Hidtil har disse teoretiske muligheder for at bestemme positionen af et reflekterende legeme ved hjælp af et par vifteformede afsøgningsstråler kun kunnet realiseres tilfredsstillende under den forudsætning, at der.ikke var mere end ét sådant legeme i det rum, strålerne afsøger. Så snart der er to eller flere sådanne legemer i rummet, bliver bestemmelsen flertydig. Herfor har der ikke hidtil været nogen fuldstændig tilfredsstillende løsning.

Problemet med flertydighed nævnes i US patentskrift nr. 2.514.617 og nr. 3.O56.I29. Problemet kan let forstås ved betragtning af fig. 1, hvor vifteformede strålers x og y tværsnit er vist. De to stråler afsøger skiftevis et rum 1, idet strålen x afsøger i vandret og strålen y i lodret retning.

Hvis reflekterende legemer er tilstede i rummet på positionerne 144439 z A og B, vil en reflektion blive detekteret, når x-strålen er i stillingen xl og igen, når den er i stillingen x2. Tilsvarende vil reflektion af y-strålen blive detekteret, når denne er i stillingerne yl og y2. Disse modtagne reflektioner svarer til fire mulige positioner A,B,C og D, hvor reflekterende legemer kunne være tilstede i rummet, og på grundlag af den modtagne information er det lige så sandsynligt, at legemerne findes i positionerne C og D som i positionerne A og B.

Generelt består en sådan flertydighed,hver gang antallet af reflektorer i et rum, der afsøges af vifteformede stråler, er lig med eller større end antallet af stråler. Flertydighedsproblemet kan altså løses ved anvendelse af et tilstrækkeligt stort antal indbyrdes uafhængige stråler, men det er indlysende, at det, når adskillige reflektorer kan forventes at forekomme, er vanskeligt at frembringe et tilstrækkeligt antal stråler, der alle er orienteret forskelligt, og at synkronisere deres afsøgninger samt bearbejde de måleresultater, der opnås med disse stråler.

De to ovennævnte USA patentskrifter anviser afstandsafgrænsning, hvor reflektioner kun accepteres fra mål,som har en forudbestemt afstand fra målestationen eller ligger i et forudbestemt afstandsinterval fra denne. Afstandsafgrænsning kan formindske antallet af legemer, der skal identificeres, men er værdiløs, når to reflekterende legemer har samme afstand til målestationen og giver anledning til det nævnte flertydighedsproblem. US patent nr. 2.514.617 angår en metode til løsning af flertydigheden, men indehaveren af patentet angiver i beskrivelsen til US patent nr. 3.056.129, at metoden kræver udførelse af et antal tidskrævende operationer, hvorfor den er utilfredsstillende ved anvendelse, hvor hastigheden har betydning. I sidstnævnte patentbeskrivelse anvises et system, som kræver mere kompliceret og dyrt apparatur, og som ganske vist er hurtigere, men dog stadig forholdsvis langsomt arbejdende, fordi det kræver udførelse af adskillige beregningsoperationer for at give information om aktuelle reflektorpositioner. Der er også grund til at antage, at sidstnævnte system kan give flertydige resultater i visse situationer.

3 U4A39

Det er for fagmanden indlysende, at der findes anvendelser, hvor det er nødvendigt, at vifteformede afsøgningsstråler kan udnyttes til fuldstændig måling af reflekterende legemers position uden flertydig identifikation af de enkelte legemer, når flere legemer forekommer i det rum, som afsøges af strålerne, også når to eller flere legemer i rummet har samme afstand til målestationen. Som eksempler på sådanne anvendelser kan nævnes systemer til overvågning og styring af luftfartøjer, der kører på en lufthavns rullebaner, måling af luft- eller vindstrømme ved følgning af balloner eller flydelegemer, som bevæges med strømmene, og kontinuerlig bestemmelse af positionen af både under kapsejlads.

En anvendelse, der særligt skal omtales her, er måling af målpositiongr i et system til simuleret kampskydning. Et sådant system kendes fra beskrivelsen til US patent nr. 3.832.791, hvor en stråle med stor spredningsvinkel udsendes fra våbenpositionen, således at et mål, mod hvilket våbnet rettes, kan reflektere stråling tilbage til våbenpositionen, uanset våbenelevation og retning af dette til kompensation for målbevægelse. En første udsendelse af strålen ved den simulerede affyring anvendes til opnåelse af afstandjsmåling til målet, og en anden udsendelse efter et interval, som svarer til den beregnede flyvetid for projektilet frem til målet, moduleres med information om ammunitionstype og -virkning i relation til målet, således at træfvirkningen kan beregnes på målet. På grund af strålens divergens er det nødvendigt at anvende en speciel og forholdsvis dyr detektor, som kan skelne mellem reflektioner fra målreflektorer, som befinder sig i samme afstand og forholdsvis tæt på hinanden, og der kan ikke med strålen udsendes information alene ti], en detektor placeret sammen med en given reflektor.

Der er derfor mange taktiske situationer, hvor nøjagtige træfresultater ikke kan opnås. Som et yderligere resultat af strålens divergens og den deraf følgende strålingsdiffusion har systemet forholdsvis ringe rækkevidde for en given strålingsenergi og et dårligt signal-baggrundsstøjforhold.

Den foreliggende opfindelse angår et målesystem, hvor stråling benyttes til nøjagtig bestemmelse af et reflekterende 4 U4439 måls position, hvilket system er bedre egnet end hidtil kendte til brug ved simuleret kampskydning.

Anvendelse af systemet til simuleret skydning kræver løsning af visse andre problemer, som er omhandlet i ansøgningerne nr. 846/79 og 847/79. Ansøgning nr. 846/79 angår en fremgangsmåde og et apparat til selektiv afgivelse af information, der er overlejret vifteformede afsøgningsstråler, således at information, der er beregnet for et bestemt af flere legemer i det afsøgte rum, afgives til netop dette legeme.

Den anden ansøgning nr. 847/79 har en noget nærmere relation til den foreliggende, idet den angår et system, hvor periodisk afsøgende, vifteformede stråler benyttes til at bestemme målposition fra og efter den simulerede affyring af et våben og samtidig til kontinuerligt at beregne positionen af et imaginært projektil i dettes bane. Baneberegningen simulerer den bane, en valgt projektiltype ville få, hvis den blev affyret fra det pågældende våben med dettes løb orienteret som i affyringsøjeblikket. I det øjeblik den beregnede position af det imaginære projektil viser, at dettes afstand fra våbnet er lig med afstanden til målet, eller når det imaginære projektil når en forudbestemt højde i forhold til målhøjden, kan beregningerne stoppes, og resultatet kan ved våbnet eller målestationen beregnes på basis af sammenhængen mellem ' pro j ektilpo s i tionen og målpositionen i det pågældende øjeblik.

I et sådant system omfatter hvert mål en reflektor, af hvilken indfaldende stråling fra våbenppeitipnen reflekteres tilbage til denne. Strålingen er pulserende, således at den reflekterede stråling kan benyttes til at måle afstanden fra våbnet til reflektoren, og dennes azimuth og elevation i forhold til våbenpositionen måles ved registrering af den momentane vinkelstilling af hver stråle under afsøgningen til det tidspunkt, hvor strålingen fra reflektoren detekteres ved våbenposttionen.

Det er indlysende, at nøjagtig og realistisk anvendelse af et sådant system forudsætter, at der, når reflektioner modtages i løbet af en stråleafsøgning fra to eller flere målreflektorer, som har samme afstand til våbnet, ikke rea- U4439 5 geres på falske målpositioner, der skyldes det tidligere nævnte flertydighedsproblem. Men systemet skal være i stand til at skelne imellem nærliggende reflektorer. Dette krav må stilles, fordi der i mange taktiske situationer, eksempelvis kampvognsmanøvrer, forekommer to eller flere målreflektorer i nærheden af hinanden og i det væsentlige i samme afstand fra det våben, hvormed de skal beskydes. Afstandsafgrænsning vil naturligvis ikke være tilstrækkelig i en sådan situation. Formålet med den foreliggende opfindelse er at anvise en fremgangsmåde og et apparat til entydig bestemmelse af enhver af flere reflektorers position i forhold til en målestation ved hjælp af vifteformede stråler, der udsendes fra stationen, som er beliggende i strålernes toppunkt, også selv om antallet af reflektorer i det afsøgte rum er lig med eller overstiger antallet af anvendte stråler.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav l's kendetegnende del anviste fremgangsmåde og ved det i krav 7’s kendetegnende del anviste apparat.

Opfindelsen skal i det følgende beskrives nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser et snit gennem et rum, der afsøges med to vifteformede stråler, fig. 2 i perspektiv en simuleret taktisk situation, hvor fremgangsmåden ifølge opfindelsen benyttes til positionsbestemmelse, fig. 3 i perspektiv et mållegeme med en reflektor og et reflektoren omgivende område, hvori andre reflektorer ikke må forekomme, fig. 4 et blokdiagram for et apparat ifølge opfindelsen, fig. 5 et snit svarende til det i fig. 1 viste, men egnet til samvirke med den i fig. 3 viste reflektor, fig. 6 et snit vinkelret på udbredelsesretningen gennem to afsøgningsstråler, fig. 7 et snit gennem et rum, der afsøges med de i fig. 6 viste stråler, fig. 8 skematisk et snit gennem et rum med flere reflektorer, der er anbragt nær hinanden og afsøges med de i fig. 7 viste stråler, 6 UU 39 fig. 9 et til fig. 6 svarende snit gennem tre afsøgningsstråler, fig.10 skematisk et snit gennem et rum, der afsøges med de i fig. 9 viste stråler, fig.ll et snit vinkelret på udbredelsesretningen gennem fire afsøgningsstråler, fig.12 et snit gennem et rum med fire mulige reflektor-positioner og tre afsøgningsstråler, og fig.13 et snit gennem et vinkelrum med de to i fig. 12 viste afsøgningsstråler i yderstillinger.

Fig. 2 anskueliggør øvelsesskydning med et våben 5 på en kampvogn 2 mod et af flere mållegemer 10,10’, 10".

Retning og affyring af våbnet 5 udføres i alle henseender som ved virkelig skydning med et projektil, men til øvelsesskydningen er våbnet 5 forsynet med måleudstyr, som omfatter (fig. 4) en strålesender 3, fortrinsvis en’ laser., en stråledetektor 4 og et styrekredsløb 6, som samordner strålesenderen 3 og detektoren 4 med våbnets 5 affyringsmekanisme. Hvert af mållegemerne 10,10',10" er forsynet med mindst en reflektor 13 i form af en såkaldt hjørnereflektor eller retroreflektor, hvor stråling, der rammer reflektoren, kastes tilbage i en retning, der er direkte modsat indfaldsretningen. Af hensyn til overskueligheden viser fig.

4 de to strålebaner som noget divergerende - i virkeligheden er de altså sammenfaldende. Ved simuleret affyring af våbnet 5 udsender strålesenderen 3 en stråle mod mållegemerne 10,10', 10", og den reflekterede stråle opfanges på våbenplaceringen 2 af detektoren 4 og udnyttes til bestemmelse af målpositionen, dvs. afstand, azimuth og elevation i forhold til våbenplaceringen. Da disse målinger altid foretages i forhold til en reflektor og ikke i forhold til mållegemet, vil udtrykkene mål og reflektor her blive anvendt i flæng.

Hvorledes målingen foretages ved hjælp af stråling fra senderen 3 til angivelse af resultatet af den simulerede skudafgivelse er beskrevet i den tidligere nævnte ansøgning nr. 847/79. Det er imidlertid uden videre indlysende, at sande og nøjagtige resultater forudsætter, at målingerne er entydige, og at de ikke skyldes falske reflektorpositioner, som 7 144439 kunne forekomme i hidtil kendte systemer på grund af flere reflektorers tilstedeværelse i målområdet.

Det skal bemærkes, at det viste skydeanlæg alene skal anskueliggøre en af de mange mulige anvendelser af fremgangsmåden og apparatet ifølge den foreliggende opfindelse, og at våbenplaceringen, der er anskueliggjort ved kampvognen 2, repræsenterer enhver målestation, hvorfra enhver position af enhver af flere reflektorer kan bestemmes entydigt ved brug af stråling i overensstemmelse med opfindelsen.

Strålingen fra senderen 3 tildannes som vifteformede stråler 7',7" på kendt måde. I fig. 1 er vist to sådanne stråler, men strålingen kan naturligvis tildannes som tre eller flere stråler. I tværsnit 8’ og 8", dvs. snit vinkelret på strålingens udbredelsesretning, har hver stråle rektangulær form med en længere side og en vinkelret herpå stående kortere side. Hver stråle divergerer altså i udbredelsesretningen i den længere sides retning, men har lille divergens i den kortere sides retning.

Hver af strålernes længere sideretning danner en vinkel med den længere sideretning i enhver anden stråle. Selv om det ikke er væsentligt, er det sædvanligvis hensigtsmæssigt, at strålerne har indbyrdes symmetrisk forhold, således at to strålers længere sideretning danner samme vinkel til hver sin side af lodret, medens den længere sideretning i en eventuel tredje stråle er enten lodret eller vandret afhængigt af afsøgningsretningen.

Ved hjælp af en afbøjningsmekanisme 11, der er tilordnet senderen 3 og detektoren 4 svinges hver stråle i en sektor vinkelret på sin længere side, således at strålerne afsøger et fast vinkelrum, der har målestationen 2 i toppunktet. Den eller de genstande, hvis position skal fastlægges ved hjælp af strålerne, er naturligvis placeret i dette faste vinkelrum, i den foreliggende sammenhæng i et målområde.

Afbøjningsmekanismen 11 kan omfatte prismer, som bevæges i forhold til hinanden og er placeret i en optisk bane, der er fælles for senderen 3 og detektoren 4. Afbøjningsmekanismen 11, senderen 3 og detektoren 4 kan være sammenbygget i en enhed, der kan monteres på våbnets 5 løb.

U4439 8

Strålerne kan svinges samtidigt eller skiftevis, og hver stråle kan svinges frem og tilbage eller altid i samme retning, men under alle omstændigheder foretrækkes et fast gentaget afsøgningsmønster med en forudbestemt varighed.

Ved afstandsmåling benyttes pulserende stråling. Impulsdannelsen kan ske ved en modulation, hvor information overlejres strålen og udsendes til alle legemer eller til et af disse legemer. Når en stråleimpuls udsendes, afgiver senderen 3 et signal til et regnekredsløb 12. Senere , når en reflektion af den udsendte impuls opfanges af detektoren 4, omsættes denne af detektoren til et elektrisk signal, der påtrykkes regnekredsløbet 12. Afstanden mellem målestationen 2 og målet beregnes herved på basis af den tid, der er forløbet fra en impuls udsendes,til dens reflektion modtages. Regnekredsløbets 12 udgangssignal ledes til et passende udlæsningsudstyr 14. Styrekredsløbet 6, som er forbundet til våbnets affyringsmekanisme, styrer udsendelsen af stråleimpulser fra lasersenderen 3, og afbøjningsmekanismen 11 overvåger tilførslen af signaler til regnekredsløbet 12.

Når afbøjningsmekanismen 11 svinger strålerne under deres afsøgningsbevægelse, afgiver den signaler, som hele tiden svarer til den øjeblikkelige vinkelstilling af hver stråle.

Når en reflektion fra et mål opfanges af detektoren 4, lader styrekredsløbet 6 de da forekommende signaler fra afbøjningsmekanismen 11 passere til regnekredsløbet 12. Hvis reflekti-oner af hver stråle modtages fra en reflektor under en fuldstændig afsøgningsperiode, vil regnekredsløbet 12 altså modtage informationer,på basis af hvilke det kan beregne azimuth og elevation for målet såvel som dets afstand. Positionen af målet i forhold til målestationen er således fuldstændig fastlagt.

Ved den foreliggende opfindelse er det hidtil forekommende flertydighedsproblem ved måling af azimuth og elevation for et reflekterende mål undgået ved en passende sammenhørig-hed mellem to strålers længere siders orientering og ved tildeling af en hensigtsmæssig afsøgningsretning for hver af disse to stråler i relation til den forventelige fordeling af mål eller reflektorer i det faste vinkelrum, der afsøges af 9 144439 strålerne.Af særlig betydning er relationen mellem ethvert par af naboreflektorer, som har i det væsentlige samme afstand til målestationen. Reflektorer, hvis afstand til målestationen er væsentlig forskellige, frembyder intet reelt problem, fordi det er muligt at skelne mellem dem ved afstandsafgrænsning eller - måling.

Det første trin ved etablering af strålearrangementet er derfor at bestemme den retning, i hvilken der er størst sandsynlighed for en maksimal projiceret afstand mellem naboreflektorer, som har samme afstand til målestationen, og denne retning med mulig maksimal adskillelse benævnes herefter separationsretningen. Antages at kampvognene 10,10',10" i fig. 2 har samme afstand fra målestationen 2, kan der være maksimal afstand mellem dem i vandret eller i det væsentlige vandret retning, fordi de befinder sig på jordoverfladen. I dette tilfælde sættes derfor separationsretningen lig med vandret. Flyvemaskiner på en rullebane, der føres mod et kontroltårn med en målestation højt over rullebanen,vil have maksimal adskillelse i en separationsretning, der kan sættes lig med lodret.

I hvert tilfælde vil den projicerede afstand mellem reflektorer i retningen vinkelret på separationsretningen variere mellem nul og en mere eller mindre letbestemmelig maksimalværdi. Lodret adskillelse mellem reflektorerne 13 og 13’ på kampvognene 10 og 10» i fig. 2 er i det væsentlige nul, og maksimal lodret adskillelse ville blive opnået mellem reflektorerne 13 og 13", hvis kampvognen 10" med reflektoren 13" befandt sig på bakketoppen bag den viste position.

Mår separationsretningen er fastlagt, vil det sædvanligvis vise sig, at der mellem naboreflektorer med samme afstand fra målestationen findes en bestemmelig minimumsprojiceret afstand i seperationsretningen. For så vidt angår kampvognene 10,10» og 10" i fig. 2, der hver har en reflektor monteret midtvejs mellem for- og bagsiden, er den mindste mulige projicerede afstand mellem reflektorerne i den vandrette sep-ara-tionsretning naturligvis hovedsagelig lig med længden af en kampvogn, når det antages, at kampvognene altid vender siden mod målestationen 2. Kan kampvognene være drejet mere eller 144439 10 mindre mod eller bort fra målestationen, vil en kampvogns bredde være den mindste reflektorafstand, når reflektorerne er monteret midt mellem kampvognens sider.

Idet der stadig kun tages hensyn til reflektorer, som har samme afstand til målestationen, etableres orienteringen af mindst to afsøgningsstråler på basis af den minimale sandsynlige projicerede afstand mellem naboreflektorer i separationsretningen og den maksimale projicerede afstand mellem sådanne reflektorer i tværretningen. Fig. 12 anskueliggør disse sammenhænge for to tilfælde, der kan forekomme under samme abitrært valgte betingelser, men til forskellige tidspunkter. Reflektorerne E og E' antages at have samme afstand til målestationen og er vist som værende så tæt som muligt på hinanden i separationsretningen S, der her er vandret, og så langt fra hinanden som muligt i tværretningen, her altså i lodret retning. Den minimale projicerede afstand mellem den i separationsretningen S er således L, medens den maksimale projicerede afstand mellem den i tværretningen er M. Alternativt kunne to reflektorer under samme betingelser, men ikke på samme tid som reflektorerne E og E' forekommer, indtage positionerne F og F'.

Ifølge den foreliggende opfindelse skal mindst to afsøgningsstråler 7’ og 7" have deres længere sideretning således orienteret, at de danner sådanne vinkler cc og β med separationsretningen S, at tangens til vinklerne er større end forholdet mellem den minimale projicerede afstand L i separationsretningen og den maksimale projicerede afstand M i tværretningen. De nævnte vinkler skal være tilstrækkeligt store, til at ingen af disse to stråler kan ramme mere end en reflektor samtidig i de værst tænkelige tilfælde E og E' henholdsvis F og F', der er vist i fig. 12.

Hvis der anvendes mere end to afsøgningsstråler, kan de øvrige stråler orienteres på anden måde. Der skal imidlertid altid være mindst to stråler, der er orienteret,som netop forklaret. Disse to stråler benævnes i det følgende referencestrålerne .

Hver af de to referencestråler skal naturligvis afsøge et fast vinkelområde i en retning eller retninger, der er i 11 1MA39 det væsentlige vinkelret på strålens længere sideretning, men ifølge opfindelsen skal afsøgningsretningen vælges således, at hver stråle under afsøgningen bevæges mellem skæring i et udgangspunkt 0(fig. 13) på den ene side af vinkelområdet og skæring i et andet punkt P, der ligger på den modsatte side af vinkelområdet i en afstand i separationsretningen S fra udgangspunktet 0. Under disse forudsætninger er det ligegyldigt, om strålerne svinges fra udgangspunktet 0 til det andet punkt P i modsat retning eller frem og tilbage. Udgangspunktet kan ligge i begge sider af vinkelområdet, når blot det andet punkt 0 ligger i den modsatte side og er adskilt fra udgangspunktet i separationsretningen.

Med referencestrålerne orienteret og bevæget som forklaret i det foregående tillægges voksende værdier for vinkelstillingen af hver stråle med voksende afstand fra skæringen med udgangspunktet 0.

Det skal nu antages, at de to i fig. 2 viste mållegemer 10 og 10" befinder sig i et afsøgningsområde med to stråler x’ og y’, som vist i fig. 5. De to strålers længere sideretning danner vinkler på 45° med vandret og står vinkelret på hinanden. Yt-strålen afsøger skråt nedad vinkelret på sin længere sideretning, medens x1-strålen afsøger skråt opad, li-geldes vinkelret på sin længere sideretning. De to stråler bevæges således mellem et skæringspunkt 0 i rummets venstre hjørne og et andet skæringspunkt i rummets højre hjørne. Det forudsættes, at strålerne x’ og y* er orienteret og bevæges i overensstemmelse med ovennævnte principper, og at målreflektorerne er adskilt en minimum mulig vandret afstand og en maksimum mulig lodret afstand.

Under strålernes afsøgning modtages reflektioner af x’-strålen, når denne befinder sig i de med x’-^og x*2 angivne positioner, og reflektioner af yf-strålen modtages i dennes positioner y'^ og y^. Ser man bort fra opfindelsens principper, angiver disse værdier, der svarer til fire stråleskæringspunkter, fire mulige positioner af reflektorer, nøjagtigt som ved den situation der er anskueliggjort i fig. 1.

Det er imidlertid på grund af, at strålernes orientering og afsøgningsretning har en kendt relation til reflektorpositio- 144439 12 nerne, muligt at fastlægge de sande reflektorpositioner i den i fig. 5 viste situation ved at undersøge de øjeblikkelige positioner af strålerne, hvor reflektioner modtages, og sammenligne dem for voksende værdier af x-og y-koordinater.

Da den første reflektion af xf-strålen blev detekteret for x = x^, er det indlysende, at der ikke findes en reflektor med χ<χ^, altså til venstre og under den i fig. 5 med skravering antydede x'-stråle. Ved et tilsvarende ræsonnement kan det fastslås, at der ikke findes en reflektor med y < Y-^ altså over og til venstre for den med punkteret streg i positionen y-^ antydede yf-stråle. Da en reflektion er modtaget med strålerne i disse positioner, kan den reflektor, der frembringer disse, tænkes at ligge et eller andet sted langs y’-strålen i dennes y’^-position og et eller andet sted langs x'-strålen i dennes x*-^-position, men det er erkendt, at der ikke findes en reflektor til venstre for x'^ - henholdsvis y’^-positionen, og ingen af strålerne skal bevæges mod højre, for at en reflektion kan modtages for begge stråler. Det er derfor entydigt bestemt, at der findes en reflektor i positionen x'j, y'i* Ydermere kan der ikke findes en anden reflektor langs x'-strålen i dennes x’-^-position eller langs y’-strålen i dennes y'^-position, fordi to reflektorer da ville have mindre indbyrdes afstand end den minimalt mulige afstand i den vandrette separationsretning. Heraf følger, at skæringspunkterne x'2, y'^ og χ*χ og y»2 er tomme, og positionen af det reflekterende mål 10 er entydigt fastlagt. På lignende måde kan positionen af målet 10,r entydigt bestemmes ved koordinaterne x»2, y’2·

Generelt kan altså positionen af reflektorer med samme afstand til målestationen bestemmes entydigt på en meget simpel måde baseret på ovennævnte tildeling af mål for strålernes vinkelstilling. Under afsøgningen med hver referencestråle lagres,, hver gang en reflektion detekteres, en værdi svarende til den øjeblikkelige vinkelstilling af strålen. Ved afslutningen af en afsøgningsperiode kan positionerne af mål, fra hvilke reflektioner er modtaget bestemmes entydigt ved at sammenholde de lagrede værdier for hver af strålerne i den 13 UU39 rækkefølge, der gives af værdiernes voksende størrelse, altså voksende afstand fra udgangsstillingen.

I den i fig. 5 viste situation lagres for x*-strålen værdierne x'-^ og y*2 og for y*-strålen værdierne y’j og .y*Sammenholdes disse værdier parvis efter voksende størrelse, opnås reflektorpositionerne x'-j^y’-^ °S x'2»y'2*

Det nødvendige apparatur omfatter et logisk kredsløb med et lager. Dette lager har adskilte lagerceller, hvori x- og y-koordinater svarende til efter hinanden modtagne re-flektioner for hver referencesstråle lagres og atter udlæses i forudbestemt størrelsesrækkefølge for hver referencestråle.

Det skal bemærkes, at det ikke af hensyn til den nævnte samordning af koordinatpar er nødvendigt, at hver referencestråle starter afsøgningen i samme side af afsøgningsrummet som udgangspunktet 0, eller at alle referencestråler under en afsøgningsperiode bevæges i samme retning. Det er tilstrækkeligt, at de størrelsesværdier, der tildeles strålernes vinkelstilling regnes for et vilkårlig valgt udgangspunkt i den ene side af afsøgningsrummet. Benyttes stråler udover referencestrålerne, kan disse andre strålers orientering og retning vælges efter ønske. Det er nødvendigt, at der findes et fast vinkelrum, som afsøges af begge referencestråler, således at et mål i rummet, som giver anledning til reflekti-on af den ene referencestråle, også med sikkerhed giver en reflektion af den anden referencestråle, men dette medfører ikke, at referencestrålerne behøver at have samme tværsnit. Referencestrålernes tværsnit kan eksempelvis have forskellig længde, og det er ikke nødvendigt, at de står vinkelret på hinanden eller på deres respektive afsøgningsretning.

Et overraskende og meget vigtigt resultat af, at referencestrålerne orienteres og bevæges i overensstemmelse med opfindelsen, er, at det er muligt for naboreflektorer med samme afstand fra målestationen at befinde sig i væsentlig mindre indbyrdes afstand i separationsretningen end den minimumsafstand, for hvilken referencestrålerne er orienteret, forudsat at disse reflektorer er placeret på en bestemt måde. Hvis dette er tilfældet, kan entydig måling af hver reflektor opnås, selv om to eller flere reflektorer er monteret ganske 144439 14 tæt ved hinanden på samme side af et og samme objekt.

Betingelsen er, at hver reflektor 13 skal være den eneste reflektor i et isolationsområde 17, der er vist i fig. 3, og bestemmes af referencestrålernes orientering og separationsretning.

I strålernes udbredelsesretning har isolationsområdet 17 en dybde b, som er mindst lig med måleudstyrets opløsningsevne, dvs. mindst lig med den mindste afstandsforskel, der kan erkendes, således at enhver reflektor, der er måleligt nærmere målestationen eller måleligt længere fra den end reflektoren 13 befinder sig uden for reflektorens 13 isolationsområde. Isolationsområdet 17 afgrænses altså blandt andet af to kugleflader med centrum i målestationen og en indbyrdes afstand b, der er mindst lig med systemets opløsningsevne for afstandsmåling.

Isolationsområdets afgrænsninger er endvidere bestemt under den antagelse, at de to referencestråler under deres afsøgningsbevægelse samtidig rammer reflektoren 13, altså at de skærer hinanden i denne, og isolationsområdet udgøres af den del af rummet mellem de to nævnte kugleflader, som optages af de to referencestråler og de dele af rummet, som ligger mellem strålerne i separationsområdet. Isolationsområdet bliver således, som vist i fig. 3, nærmest timeglas-formet med indsnøringen i reflektoren 13.

Det har ingen betydning, at isolationsområdet for en reflektor kan indeholde andre overflader eller elementer, som i og for sig er reflekterende. Det væsentlige er, at den reflektor, til hvilken isolationsområdet hører, er den eneste, der kan frembringe en reflektion af stråler, som kan detek-teres ved målestationen. Naboreflektorens isolationsområder kan i øvrigt overlappe hinanden.

De to reflektorer 10 og 10" i fig. 5 kan positionsbestemmes entydigt, også selv om deres indbyrdes afstand er væsentlig mindre end den minimumsafstand i separationsretningen, dvs. vandret, for hvilken referencestrålerne er orienteret, hvis blot de er arrangeret i passende isolationsområder, som netop omtalt. Selv om den i fig. 5 viste situation har medført, at fire skæringspunkter, altså fire antageligt mulige positi 15 144439 oner, skal undersøges, kan det forudsættes, at reflektorerne 10 og 10" er placeret i isolationsområder, der er tilpasset strålernes orienteringer og afsøgningsretninger. To af de fire positioner må således være tomme. Positionen x'2, y’^ er umulig, fordi en reflektor i ethvert af de andre tre punkter ville ligge inden for isolationsområdet om xf2 °S y’^· &er således skulle være den eneste reflektor i afsøgningsrummet.

Det er imidlertid kendt, at den i rummet findes mindst to reflektorer. På tilsvarende måde kan det udledes, at der ikke kan forekomme en reflektor i positionen x’·^, y'2·

Da der er en sammenhæng mellem på den ene side stråleorientering og afsøgningsretning og på den anden side isolationsområdernes konfiguration, kan begge dele anvendes som udgangspunkt ved udformningen af målesystemet ifølge opfindelsen.

Hvis fordelingen af målreflektorer kun kan overskues i en sådan grad, at det er muligt at fastlægge retninger for mulig maksimal og minimum adskillelse og den mulige værst tænkelige afstand i disse retninger, kan denne information, som tidligere beskrevet, benyttes til at fastlægge orientering og afsøgningsretning for referencestrålerne. Det skal bemærkes, at hvis den værst tænkelige fordeling af reflektorer, for hvilken strålearrangementet etableres, i realiteten er den værst mulige fordeling, man overhovedet kan komme ud for, da vil hver reflektor altid være indeholdt i sit eget uforstyrrede isolationsområde.

Er målreflektorernes fordeling nærmere fastlæggelig, således at et timeglasformet isolationsområde 17 kan defineres og opretholdes for hver reflektor blandt par af naboreflektorer, der har samme afstand til målestationen, hvilke områder har samme form, kan referencestrålerne orienteres efter disse isolationsområder. Især skal placeringen af referencestrålernes længere sideretning være sådan, at disse to stråler, hvis de skar hinanden i målet 13, begge ligger i det tilhørende isolationsområde 17. Foretrukket er referencestrålerne, som vist i fig. 2, orienteret sådan, at deres længere sideretning 8’ og 8" er parallelle med isolationsområdets 17 diagonale grænser. Referencestrålernes afsøgningsretning væl 16 144439 ges således, at de to stråler vil ramme reflektoren ved bevægelse fra det ene til det andet af de tilladte områder uden for isolationsområdet.

I visse tilfælde er det hensigtsmæssigt, at strålerne bevæges i en fast indbyrdes relation, som den i fig. 7 viste. Afbøjningsmekanismen 11 kan da være forholdsvis enkel. Ved det i fig. 7 anskueliggjorte arrangement danner de to strålers 25 og 26 længere sideretning samme vinkel men med modsat fortegn med vandret, og de bevæges i vandret retning, som antydet ved pilene 27, begge i samme retning og med en fast indbyrdes afstand. Da begge stråler afsøger i vandret retning, er det indlysende, at det fælles afsøgningsområde, der er vist skraveret, kan være langstrakt i vandret retning, hvilket er særlig egnet ved mållegemer på en jord- eller havoverflade. Imidlertid vil der være områder 28 og 29, der kun afsøges af den ene af de to stråler . Et mål i et af disse områder vil derfor kun give anledning til én reflektion under en afsøgningsperiode , og bestemmelse af positionen er nok mulig men kompliceret. Som en forenkling er det derfor ønskværdigt, at det optiske system er forsynet med en skærm, foretrukket placeret i et internt billedplan, til afmaskning af områderne 26 og 29. Et mål vil da give anledning til ingen eller mindst to reflektioner.

Hvis strålerne foretager deres afsøgning successivt, kan detektoren x omfatte en enkelt kanal, eller når der findes en kanal for hver samtidigt virkende afsøgningsstråle.

Ved det i fig. 7 viste arrangement, hvor strålerne 25 og 26 arbejder samtidig, kan reflektioner af en stråle bli-.ve detekteret ved målestationen 2 af den detektorkanal, der er tilordnet den anden stråle. Til undgåelse af dette kan detektorkanalerne, som anskueliggjort i fig. 6, have vinduer 30 og 31, som i det væsentlige er tilpasset tværsnitsform og størrelse af de respektive stråler 25 henholdsvis 26, og som bevæges med den tilhørende stråle. Pig. 6 repræsenterer tværsnit gennem strålerne 25 og 26 og de tilhørende detektorvinduer 30 og 31 i en vis afstand foran målestationen.

De nævnte afsøgnings- eller detektorvinduer 30 og 31 medfører endvidere et bedre signal-støjforhold og dermed 17 U4439 større følsomhed og afstandsområde, end hvis detektoren 4 var forsynet med et enkelt modtageområde, der dækkede begge stråler eller hele det rum, der afsøges af strålerne.

Når rum 28 og 29, der afsøges af færre end alle de anvendte afsøgningsstråler, ikke afskærmes, kan entydig bestemmelse af reflektorpositionen ske ved logisk analyse. Fig. 8 anskueliggør en situation, hvor et antal reflektorer A-E er anbragt mere eller mindre vandret ved siden af hinanden,og figuren viser på hinanden følgende øjeblikkelige vinkelstillinger for strålerne 25 og 26 (fig. 6 og 7) på tidspunkter, hvor reflektioner af disse stråler fra de nævnte reflektorer opfanges af detektoren 4. Hvis en stråle i det område, der afsøges af begge stråler, rammer en reflektor i en position, hvor den kun har et skæringspunkt med den anden stråle, da angiver dette skæringspunkt et sandt mål, der er entydigt fastlagt, og positionen af de øvrige mål kan entydigt bestemmes logisk. Således er i fig. 8 strålen 25, når den rammer målet D,i en position, hvor den kun har et skæringspunkt med den anden stråle 26. Position D svarer altså til et sandt mål, og der kan ikke findes mål i de stråleskæringspunkter, der findes over og mellem C og D eller under og mellem D og E. Elimination af de umulige målpositioner, der defineres af de sidstnævnte skæringspunkter, gør det muligt entydigt at bestemme den virkelige position af målene C og E etc.

Hvis mål i afsøgningsområdet ligger så tæt, at det ikke kan forventes, at der findes et udgangspunkt (D) for de logiske overvejelser, og hvis det af en eller anden årsag er uønsket at afskærme områder, der kun afsøges af den ene stråle, kan det i fig. 9 viste arrangement med tre stråler anvendes. De tre strålers 34, 35 og 36 længere sideretning danner indbyrdes vinkler med hinanden, og strålerne bevæges i separationsretningen i forhold til et udgangspunkt. Et isolationsområde for hver reflektor (jf. fig. 2) defineres af ethvert strålepar under den antagelse, at de to stråler samtidig er i sådanne stillinger, at de rammer den pågældende reflektor. Isolationsområdet kan således defineres vinder henvisning til tværsnittene af de to yderste stråler 34 og 36, og området (fig. 3) vil have en sådan konfiguration, at tværsnittene af de to stråler ligger inden for sidefladerne 19’-19" 18 UU39 og 20’ - 20”. Alternativt kunne isolationsområdet defineres under hensyn til den midterste stråle ^5 og en af de to andre. Herved indsnævres isol^tionsområdet, idet vinklen mellem si~>-fladerne 19’-19" og 20' - 20” bliver mindre. Principielt kan en sådan begrænsning af isolationsområdets bredde være fordelagtig, fordi den letter identifikationen af "tomme” stråle-skæringspunkter, men begrænsningen medfører også den ulempe, at naboreflektorer må ligge tættere, således at de bliver vanskeligere at skelne.

Fig. 10 viser, hvorledes stråleskæringer svarende til virkelige reflektorer kan skelnes fra "tomme" eller "uægte" skæringspunkter, når man benytter tre stråler. Som vist i fig.

10 ligger reflektorer a,b og c, der antages at have samme afstand til målestationen, langs en linie, der strækker sig i afsøgningsretningen for tre stråler, der er orienteret i hovedsagen som strålerne 3^,35 og 36 i fig. 9* Såvel over som under de stråleskæringspunkter, der svarer til reflektorerne a,b og c findes punkter, hvor alle tre stråler mødes og angiver tilsyneladende reflektorpositioner. Ilår man skal adskille sande reflektorpunkter fra tomme eller tilsyneladende, undersøges fordelingen af stråleskæringspunkter efter et sandt reflektorpunkt, hvor alle tre stråler skærer hinanden. Ved et ræsonnement svarende til det i forbindelse med fig.3 anførte kan det udledes, at punktet svarende til reflektoren a er et sådant skæringspunkt, altså at der må findes en reflektor i denne position. Det er herefter klart, at positionerne d og e angiver falske reflektorpcsitioner, da en reflektor i et af disse punkter ville befinde sig i reflektorens a isolationsområde. Heraf følger videre, at positionerne b og c entydigt er bestemt som sande reflektorpositioner.

I visse tilfælde kan det være fordelagtigt at anvende et strålesystem, som det i fig. 11 viste med fire stråler 37, hvis længere sideretning er således orienteret, at strålerne, hvis de skar hinanden i et vist punkt, dannede et symmetrisk stjernemønster. Alle stråler bevæges under afsøgning i samme retning, eksempelvis vandret. I dette tilfælde er den vandrette stråle meningsløs. Isolationsområdet for hver reflektor kan defineres ved hjælp af et udvalgt strålepar og 19 144439 kan altså udgøre et vinkelrum på 45° eller 90°. Fordelen ved det i fig. 11 viste strålearrangement er, at det tillader vilkårlig ønsket orientering og afsøgningsretning, således at det let kan konverteres fra en anvendelse til en anden, hvor forudsætningerne er forskellige.

Claims (7)

144439

1. Fremgangsmåde til entydig bestemmelse af reflektorers position i forhold til en målestation, der befinder sig i toppunktet af et fast vinkelrum, i hvilket reflektorerne er anbragt, og fra hvilken målestation stråling sendes ud i vinkelrummet, idet der anvendes reflektorer af den type, hvor indfaldende stråling kastes tilbage i en retning, der er direkte modsat indfaldsretningen, hvilke reflektorer for -deles således Γ vinkelrummet , at naboreflektorer med samme afstand til målestationen altid er adskilt mindst en minimal afstand i en på tværs af strålingsretningen forløbende separationsretning og højst en maksimal afstand vinkelret på separationsretningen, samt hvor'atråJingen udsendes som mindst to vifteformede stråler, der hver i tværsnit har en lang side og en kort side, og hvor den lange side af de mindst to strålers tværsnit orienteres således, at de danner en indbyrdes vinkel, kendetegnet ved, at strålingen udsendes således, at den lange side i tværsnittet danner vinkler med separationsretningen af en sådan størrelse, at tangens til vinklerne er større end forholdet mellem den nævnte maksimale afstand og den nævnte minimale afstand, og at hver af de to stråler under afsøgning af vinkelrummet bevæges fra skæring med et udgangspunkt i den ene side af vinkelrummet til skæring med et i den anden side af vinkelrummet beliggende punkt, der er adskilt i separationsretningen fra udgangspunktet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man tillægger værdier til hver stråles vinkelstilling i forhold til udgangspunktet, hvilke værdier vokser med strålens voksende afstand fra udgangspunktet.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, og hvor der i målestationen anvendes en detektor for den af en reflektor tilbage mod målestationen kastede stråling, kendetegnet ved, at man,hver gang en strålereflektion af en af de to stråler detekteres på målestationen, lagrer værdien af den pågældende vinkelstilling af strålen, og at man entydigt 144439 fastlægger positionen af hver reflektor, fra hvilke reflek-tioner blev modtaget under en afsøgningsperiode, ved at sammenholde lagrede værdier for den ene af de to stråler i størrelsesrækkefølge med lagrede værdier for den anden stråle taget i samme rækkefølge.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at"man lader de to strålers lange side danne samme vinkel, men med modsat fortegn med et plan, der strækker sig i separationsretningen og halverer det faste vinkelrums topvinkel.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man ved målestationen afskærmer de dele af det faste vinkelrum, som ikke afsøges af alle de anvendte stråler.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, og hvor reflektorerne bæres på jordoverfladen, kendetegnet ved, at man lader hver af de to strålers lange side danne en vinkel med vandret, og at man bevæger de to stråler i det væsentlige vandret.

7. Apparat til brug ved udøvelsen af den i krav 1 omhandlede fremgangsmådetil entydig bestemmelse af reflektorers position i forhold til en målestation, der befinder sig i toppunktet af et fast vinkelrum, i hvilket reflektorerne er anbragt, og fra hvilken målestation stråling sendes ud i vinkelrummet, idet hver reflektor er af den type, hvor indfaldende stråling kastes tilbage i en retning, der er direkte modsat indfaldsretningen, hvilke reflektorer er således fordelt i vinkelrummet, at naboreflektorer med samme afstand til målestationen altid er adskilt mindst en minimal afstand i en på tværs af strålingsretningen forløbende separationsretning og højst en maksimal afstand i en retning vinkelret på separationsretningen, hvilket apparat omfatter en strålesender til udaendelse af et antal vifteformede stråler, der hver i tværsnit har en langside og en kort side, hvilken sender er således udformet, at den kan bevæge hver stråle i det væsentlige vinkelret på den lange side hen over det faste vinkelrum, og hvor senderen er således indrettet, at det udsender mindst to af de nævnte stråler med deres tværsnit således orienteret, at de lange sider danner en indbyrdes vinkel, kendeteg-n e t ved, at senderen er indrettet til at kunne udsende strålingen således, at den lange side i tværsnittet danner