ITAP20110005A1

ITAP20110005A1 - DYNAMIC THRESHOLD FOR SINGLE IMPULSE RENGEFINDERS

Info

Publication number: ITAP20110005A1
Application number: IT000005A
Authority: IT
Inventors: Gaetano Marco Di; Andrea Pizzarulli; Gianluca Sorabella
Original assignee: G E M Elettronica S R L
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-01

Description

Soglia dinamica per rangefinder a singolo impulso -Descrizione Dynamic threshold for single pulse rangefinder - Description

1. Motivazioni e finalità della tecnica 1. Motivations and aims of the technique

Sempre maggiore interesse rivestono i sistemi in grado di misurare con precisione la distanza tra il sistema di misura ed un oggetto lontano. In ambito militare, inoltre, può essere necessario non essere visti dalla controparte o che questa non si accorga di essere oggetto della misura da parte di un sistema di puntamento elettro-ottico, in modo che non possa adottare eventuali contromisure. Systems capable of accurately measuring the distance between the measuring system and a distant object are of increasing interest. In the military field, moreover, it may be necessary not to be seen by the counterpart or that the latter does not realize that it is the object of the measure by an electro-optical aiming system, so that it cannot take any countermeasures.

Una larga diffusione stanno avendo i rangefinder {telemetri), sistemi che misurano oggetti a grandi distanze utilizzando la tecnica del tempo di volo: misurano il tempo intercorso tra l’emissione di un impulso elettromagnetico (solitamente una radiazione infrarossa) o impulso acustico e l'istante di ritorno della radiazione diffusa dal target e calcolano la distanza conseguente. Nel seguito si fa riferimento soltanto ad impulsi elettromagnetici tenendo a mente che la stessa invenzione è applicabile a sistemi utilizzanti onde acustiche come il caso degli ultrasuoni. A wide spread are having rangefinders (rangefinders), systems that measure objects at great distances using the time-of-flight technique: they measure the time elapsed between the emission of an electromagnetic pulse (usually infrared radiation) or acoustic pulse and the instant of return of the radiation diffused by the target and calculate the consequent distance. In the following reference is made only to electromagnetic pulses bearing in mind that the same invention is applicable to systems using acoustic waves such as the case of ultrasounds.

Per evitare che il target si “accorga” della misurazione in atto è importante poter riuscire ad effettuare il calcolo per mezzo dell’emissione di un solo impulso: in questo scenario si paria di rangefinder “single-shot”. To prevent the target from "noticing" the measurement in progress, it is important to be able to perform the calculation by means of the emission of a single pulse: in this scenario we are talking about a "single-shot" rangefinder.

Effetti che disturbano la misura possono causare un rumore elettronico che può essere interpretato dal sistema come il ritorno della radiazione retrodiffusa da un target, con il risultato di produrre in uscita la misura di un bersaglio che in realtà non è presente. Effects that disturb the measurement can cause an electronic noise that can be interpreted by the system as the return of the backscattered radiation from a target, with the result of producing at the output the measurement of a target that is not actually present.

Per owiare a questo problema interviene la tecnologia proposta che consente, in un modo semplice da implementare, di evitare i falsi bersagli senza gravare eccessivamente sulla sensibilità del sistema, ovvero suila sua capacità di effettuare misurazioni di bersagli lontani. To avoid this problem, the proposed technology intervenes which allows, in a simple way to implement, to avoid false targets without excessively burdening the sensitivity of the system, that is, its ability to perform measurements of distant targets.

Un sistema di rivelazione a soglia produce un impulso elettrico in uscita quando il segnale ricevuto dal sensore, opportunamente condizionato, supera un certo valore di tensione; tale valore di tensione viene scelto in modo da essere superiore al rumore ma non troppo da rendere il rangefinder cieco a qualsiasi ritorno retrodìtfuso da bersagli reali. A threshold detection system produces an electrical output pulse when the signal received by the sensor, suitably conditioned, exceeds a certain voltage value; this voltage value is chosen in such a way as to be higher than the noise but not too much to make the rangefinder blind to any backdetected feedback from real targets.

2. Stato dell’arte 2. State of the art

Un rangefinder è un apparato elettronico che misura la distanza da un target calcolando il tempo di volo che intercorre dall'invio di un impulso (tipicamente prodotto da un laser) alla ricezione della radiazione diffusa dal bersaglio oggetto di misura. A rangefinder is an electronic device that measures the distance from a target by calculating the flight time that elapses from sending a pulse (typically produced by a laser) to receiving the radiation diffused by the target being measured.

Il sistema deve essere quindi costituito: da un sottosistema emettitore (108) che invia l'impulso elettromagnetico; da un sottosistema di ricezione (110) che, tramite un sensore (tipicamente un fotodiodo) ed un'opportuna elettronica di amplificazione, rileva fa radiazione diffusa dal bersaglio; da un'elettronica di controllo e di calcolo del TOF (Time Of Flight). Secondo la ben nota range equation, più il bersaglio si trova lontano più tempo occorre per riceverlo e più piccolo è il segnale ricevuto. In altre parole, segnali retrodiffusi da bersagli lontani necessitano di maggiore amplificazione. The system must therefore consist of: an emitter subsystem (108) which sends the electromagnetic pulse; by a receiving subsystem (110) which, by means of a sensor (typically a photodiode) and a suitable amplification electronics, detects the radiation diffused by the target; by a TOF (Time Of Flight) control and calculation electronics. According to the well-known range equation, the farther away the target is, the longer it takes to receive it and the smaller the signal received. In other words, backscattered signals from distant targets need more amplification.

Un sistema rangefinder, quindi, generalmente adotta sistemi per aumentare la sensibilità del sottosistema di ricezione al passare del tempo, ovvero della distanza misurata. A rangefinder system, therefore, generally adopts systems to increase the sensitivity of the receiving subsystem over time, ie the measured distance.

Le soluzioni finora adottate sono: The solutions adopted so far are:

- un'amplificazione a guadagno fisso ed una soglia variabile di comparazione del segnale ricevuto [4] - a fixed gain amplification and a variable threshold for comparison of the received signal [4]

- un'amplificazione variabile ed una soglia fissa [5] - a variable amplification and a fixed threshold [5]

- riduzione del rumore o adattamento della soglia sulla base di successivi passi di misura tramite invii multipli di impulsi [3] [6] [7] - noise reduction or threshold adaptation on the basis of successive measurement steps by means of multiple pulses [3] [6] [7]

- un campionamento digitale del segnale ricevuto e un processamento numerico {media di - a digital sampling of the received signal and a numerical processing {average of

più misurazioni, correlazioni, ecc...) per ridurre il rumore presente ne! segnale, con more measurements, correlations, etc ...) to reduce the noise present in the! signal, with

conseguente aumento del rapporto segnaie/rumore e della sensibilità [7] consequent increase of the signal / noise ratio and of the sensitivity [7]

- un adattamento analogico della soglia di comparazione effettuando una rivelazione di picco - an analog adaptation of the comparison threshold by carrying out a peak detection

del rumore, [f ] [2] noise, [f] [2]

Se si vuole utilizzare però un rangefinder “single-shot", ovvero in grado di effettuare la However, if you want to use a “single-shot” rangefinder, that is capable of performing the

misurazione sulla base di un unico impulso laser inviato, alcune delle strategie di aumento measurement based on a single laser pulse sent, some of the augmentation strategies

della sensibilità sopra menzionate non sono applicabili. of the sensitivity mentioned above are not applicable.

Bibliografia Bibliography

[1 ] Yi-Ren Lai, Pie-You Chien “Method and apparatus for reducing thè noise in thè receiver of a laser range finder”, US Patent 5946081, 1999. [1] Yi-Ren Lai, Pie-You Chien “Method and apparatus for reducing the noise in the receiver of a laser range finder”, US Patent 5946081, 1999.

[2] lan D.Crawford, “Laser Rangefinder receiver", US Patent 6650404, 2003. [2] lan D. Crawford, “Laser Rangefinder receiver”, US Patent 6650404, 2003.

[3] Keith E. Barr, ‘Method for improving thè received signal to noise ratio of a laser rangefinder", US Patent 7184130, 2007. [3] Keith E. Barr, 'Method for improving the received signal to noise ratio of a laser rangefinder ", US Patent 7184130, 2007.

[4] John LaBelle, “Rangefinder with reduced noise receiver", US Patent 7508497, 2009. [4] John LaBelle, “Rangefinder with reduced noise receiver”, US Patent 7508497, 2009.

[5] Shimon Aburmad, Ehud Chishìnski, Thomas Langer, “Rangefinder”, US Patent Application 2006/0170903, 2006. [5] Shimon Aburmad, Ehud Chishinski, Thomas Langer, “Rangefinder”, US Patent Application 2006/0170903, 2006.

[6] Jeremy G. Dunne, “Automatic noise threshold determining Circuit and method for a laser range finder”, US Patent 5612779, 1997. [6] Jeremy G. Dunne, “Automatic noise threshold determining Circuit and method for a laser range finder”, US Patent 5612779, 1997.

[7] Seok-Hwan Lee, Jae-Young Lee, KiChoul Nam, Kyung-Mok Kang, Geun-Sik Yoo, “Laser rangefinder and method thereof", US Patent Application 2007/0255525, 2007. [7] Seok-Hwan Lee, Jae-Young Lee, KiChoul Nam, Kyung-Mok Kang, Geun-Sik Yoo, “Laser rangefinder and method thereof”, US Patent Application 2007/0255525, 2007.

3. Limitazioni e svantaggi delle soluzioni esistenti 3. Limitations and disadvantages of existing solutions

Le limitazioni principali delle soluzioni finora proposte sono le seguenti: The main limitations of the solutions proposed so far are the following:

1) nel caso di un'amplificazione e/o di una soglia tempo-varianti, se il sistema non tiene conto dell'effettivo rumore presente in ingresso al comparatore, si rischia di non operare a minima probabilità di falso allarme; 1) in the case of an amplification and / or a time-varying threshold, if the system does not take into account the actual noise present at the input to the comparator, there is a risk of not operating at the minimum probability of a false alarm;

2) nel caso di metodi che si basano sull'emissione di più impulsi, con o senza processamento digitale del segnale di ritorno, si perde la possibilità di funzionamento “single-shot o si ammettono prestazioni più restrittive (probabilità di falso allarme maggiore, minore portata, etc,); 2) in the case of methods based on the emission of several pulses, with or without digital processing of the return signal, the possibility of "single-shot operation" is lost or more restrictive performances are admitted (higher probability of false alarm, lower scope, etc,);

3) nel caso di rivelazione di picco del rumore sì rischia dì non tenere in considerazione spike di tensione molto veloci e di perturbare il segnale di ritorno andando a prelevare parte di esso dalla catena di ricezione. 3) in the case of peak noise detection there is the risk of not taking into account very fast voltage spikes and of perturbing the return signal by taking part of it from the reception chain.

4. Descrizione della soluzione proposta 4. Description of the proposed solution

Oggetto della presente invenzione è un sistema di adattamento dinamico delia soglia di comparazione per rangefinder impulsato “single-shof che adotta un sistema di amplificazione variabile al variare dei tempo di misura. The subject of the present invention is a system for dynamic adaptation of the comparison threshold for single-shof pulsed rangefinder which adopts a variable amplification system as the measurement time varies.

li rangefinder in oggetto ha una potenza elettromagnetica trasmessa sufficiente a garantire la possibilità di riuscita della misura con un singolo impulso. La sensibilità del ricevitore, la minima e massima amplificazione sono dimensionate in modo da poter rilevare la radiazione diffusa da! bersaglio. The rangefinder in question has a transmitted electromagnetic power sufficient to guarantee the possibility of successful measurement with a single pulse. The sensitivity of the receiver, the minimum and maximum amplification are sized so as to be able to detect the radiation scattered by! target.

Un problema da dover affrontare è quello dì avere una buona sensibilità di ricezione senza confondere il rumore per un bersaglio che in realtà non esiste; oggetto della presente invenzione è la descrizione di un metodo per minimizzare la probabilità di rilevare falsi bersagli mantenendo alta la sensibilità. A problem to be faced is that of having a good reception sensitivity without confusing the noise for a target that does not actually exist; the object of the present invention is the description of a method for minimizing the probability of detecting false targets while maintaining high sensitivity.

Il metodo è applicabile a rangefinder single-shot perché prevede di calcolare la soglia ottimale prima dell'invio dell'impulso e senza doversi basare su precedenti misurazioni. The method is applicable to single-shot range finders because it involves calculating the optimal threshold before sending the pulse and without having to rely on previous measurements.

Lo stesso metodo è applicabile, tra due emissioni consecutive, in sistemi rangefinder multiimpulso, nel caso in cui si abbia una bassa frequenza di ripetizione o per lo meno in grado di permettere il calcolo della soglia ottimale prima delia successiva emissione. The same method is applicable, between two consecutive emissions, in multi-pulse rangefinder systems, in the case in which there is a low repetition frequency or at least able to allow the calculation of the optimal threshold before the next emission.

La Fig.1 mostra il sistema rangefinder {100} in esame. Fig.1 shows the rangefinder system {100} under examination.

La CPU (105) si occupa della gestione degli altri sottosistemi (106, 107, 108, 110) e comunica con l'esterno (109): riceve dall'esterno (109) il comando di effettuare la misurazione della distanza; imposta il valore della soglia (107) utilizzata dal comparatore (104) in modo da minimizzare t falsi allarmi; abilita l'emettitore (108) per l'invio dell'impulso; abilita il guadagno variabile (Time Variable Gain, TVG)(106); calcola il tempo intercorso tra il momento di emissione dell'impulso ed il momento di ricezione del segnale diffuso dal target, ovvero tra la ricezione del segnale di "start” proveniente da un sensore posto nel sottosistema emettitore (108) e la ricezione del segnale di “stop” in uscita dalla catena dì ricezione (110). The CPU (105) takes care of the management of the other subsystems (106, 107, 108, 110) and communicates with the outside (109): it receives from the outside (109) the command to measure the distance; sets the value of the threshold (107) used by the comparator (104) so as to minimize t false alarms; enables the emitter (108) to send the pulse; enables the variable gain (Time Variable Gain, TVG) (106); calculates the time elapsed between the moment of emission of the impulse and the moment of reception of the signal diffused by the target, or between the reception of the "start" signal from a sensor placed in the emitter subsystem (108) and the reception of the signal “Stop” coming out of the reception chain (110).

L'EMETTITORE (108) è costituito da: il driver del sistema di emissione dell'impulso al quale fornisce la corrente necessaria; l'emettitore (tipicamente un laser); un sensore (tipicamente un fotodiodo) che rileva ristante di emissione dell'impulso; un collegamento tra questo sensore e la CPU per abilitare l'inizio del conteggio del tempo di volo. The EMITTER (108) consists of: the driver of the impulse emission system to which it supplies the necessary current; the emitter (typically a laser); a sensor (typically a photodiode) which detects the emission stiffness of the pulse; a link between this sensor and the CPU to enable the start of the flight time count.

Il RICEVITORE (101) è costituito da un sensore (tipicamente un fotodiodo) con o senza un primo stadio elettronico di condizionamento del segnale: la presenza di questa circuitene elettronica e la sensibilità del sensore sono da scegliere in base alla portata massima che si desidera per il rangefinder. La tipologia di sensore varia a seconda della lunghezza d'onda utilizzata per l'impulso trasmesso. The RECEIVER (101) consists of a sensor (typically a photodiode) with or without an electronic signal conditioning first stage: the presence of this electronic circuit and the sensitivity of the sensor are to be chosen based on the maximum range desired for the rangefinder. The type of sensor varies according to the wavelength used for the transmitted pulse.

L'AMPLIFICATORE (102) è formato da uno o più stadi di amplificazione in grado di modificare il proprio guadagno in base ad un segnale di controllo proveniente dal sistema TVG (106) (Time Variable Gain). The AMPLIFIER (102) consists of one or more amplification stages capable of modifying its gain according to a control signal coming from the TVG system (106) (Time Variable Gain).

La banda passante dell'amplificatore, all'aumentare del guadagno, non deve diventare minore del contenuto in banda del segnale laser trasmesso, altrimenti ha l'effetto di attenuare e distoreere il segnale ricevuto, con conseguente perdita in sensibilità e precisione della misurazione. The amplifier passband, as the gain increases, must not become less than the band content of the transmitted laser signal, otherwise it has the effect of attenuating and distorting the received signal, with consequent loss of sensitivity and accuracy of the measurement.

Il sistema TVG (106) serve a fornire all'AMPLIFiCATORE a guadagno variabile (102) il segnale di controllo (tipicamente una tensione) che modifica l'amplificazione del segnale. L'andamento della potenza ricevuta da uno stesso bersaglio al variare della distanza può essere approssimato con un andamento esponenziale decrescente, così come la carica/scarica di un condensatore per mezzo di un semplice circuito RC; per questo motivo, la tensione ottenuta dalla carica/scarica di un condensatore può essere utilizzata per comandare il guadagno del segnale; i valori limite della carica/scarica possono essere impostati in modo analogico o in modo digitale tramite un DAC controllato dalla CPU (105). L'attivazione del TVG (106) viene comandata dalla CPU (105) quando è stato emesso l'impulso elettromagnetico; la CPU (105) disattiverà e riporterà nella sua condizione iniziale il TVG (106) alla ricezione dell’impulso retrodiffuso dal bersaglio oggetto della misura o al raggiungimento della condizione di un tempo limite oltre il quale non ha senso aspettarsi segnali di ritorno. The TVG system (106) is used to supply the variable gain AMPLIFIER (102) with the control signal (typically a voltage) which modifies the amplification of the signal. The trend of the power received by the same target as the distance varies can be approximated with a decreasing exponential trend, as well as the charge / discharge of a capacitor by means of a simple RC circuit; for this reason, the voltage obtained from the charge / discharge of a capacitor can be used to control the gain of the signal; the limit values of charge / discharge can be set analogically or digitally via a CPU controlled DAC (105). The activation of the TVG (106) is commanded by the CPU (105) when the electromagnetic pulse has been emitted; the CPU (105) will deactivate and return the TVG (106) to its initial condition upon receipt of the backscattered pulse from the target being measured or upon reaching the condition of a time limit beyond which it makes no sense to expect return signals.

Il FILTRO (103) serve ad eliminare parte del rumore dal segnale, soprattutto alle alte frequenze, prima che questo arrivi ai comparatore. The FILTER (103) serves to eliminate part of the noise from the signal, especially at high frequencies, before it reaches the comparator.

Il COMPARATORE (104) riceve il segnale e, se la tensione di questo supera la tensione della soglia, fornisce un impulso elettrico (TTL) alla CPU (105) che ferma il conteggio del tempo di volo. The COMPARATOR (104) receives the signal and, if its voltage exceeds the threshold voltage, it supplies an electrical impulse (TTL) to the CPU (105) which stops the flight time count.

Il sistema di gestione della SOGLIA (107) è l'oggeto della presente invenzione: l'utente decide dì effettuare la misurazione ed invia tramite il canale di comunicazione (109) il comando alla CPU (105); la CPU (105) imposta la soglia (107) di comparazione (104) in modo che sia al di sopra del rumore ovvero che, in assenza di emissione dell'impulso elettromagnetico, non ci sia nessun segnale di ritorno dalla catena di ricezione. The THRESHOLD management system (107) is the object of the present invention: the user decides to carry out the measurement and sends the command to the CPU (105) through the communication channel (109); the CPU (105) sets the comparison threshold (107) (104) so that it is above the noise or that, in the absence of emission of the electromagnetic pulse, there is no return signal from the reception chain.

La Fig.2 illustra i passi seguiti dalla CPU (105) per impostare il valore della tensione di soglia di comparazione nel caso del calcolo del riferimento otimale che rimarrà fisso per tutta la durata del tempo di volo dell'impulso emesso. 11 processo inizia (201): nel caso di rangefinder single-shot, quando la CPU (105) riceve dall'esterno (109) il comando di effettuare la misurazione della distanza oppure, se il sistema calcola il valore ottimale della soglia periodicamente, all'inizio di un nuovo periodo di questo calcolo; net caso di rangefinder multi-impulso, poco prima che venga emesso l'impulso successivo. Come prima cosa la CPU (105) imposta (202) il TVG (106) in modo da portare al massimo il valore di amplificazione dell'amplificatore a guadagno variabile (102). Fig.2 illustrates the steps followed by the CPU (105) to set the value of the comparison threshold voltage in the case of the calculation of the optimal reference which will remain fixed for the entire duration of the flight time of the emitted pulse. The process starts (201): in the case of single-shot rangefinder, when the CPU (105) receives from the outside (109) the command to perform the distance measurement or, if the system calculates the optimal threshold value periodically, at beginning of a new period of this calculation; In the case of a multi-pulse rangefinder, just before the next pulse is emitted. First, the CPU (105) sets (202) the TVG (106) so as to maximize the amplification value of the variable gain amplifier (102).

Per otenere ciò è possibile agire in diversi modi: in maniera analogica è possibile caricare un condensatore fino ad un livello dì tensione corrispondente al massimo guadagno del TVG (106) oppure in maniera digitale programmando un DAC. To achieve this it is possible to act in different ways: in an analog way it is possible to charge a capacitor up to a voltage level corresponding to the maximum gain of the TVG (106) or digitally by programming a DAC.

La CPU (105) imposta l'amplificazione al massimo valore utilizzato durante il processo di misurazione perché si mette nel caso peggiore: anche il rumore, infatti, viene conseguentemente amplificato. The CPU (105) sets the amplification to the maximum value used during the measurement process because it puts itself in the worst case: even the noise, in fact, is consequently amplified.

Nel caso in cui sìa possibile effetuare un range-gating sul target, ovvero sia possìbile preventivamente limitare il campo di misura ad una finestra temporale (ad un intervallo di distanza) ristreta rispetto alla massima possibile, il guadagno può essere impostato non al massimo assoluto ma a! massimo ottenibile in quel lasso di tempo. Questo permette di ottenere amplificazioni minori anche del rumore, con conseguente possibilità di avere valori di tensioni di soglia di comparazione più bassi rispetto al caso peggiore, migliorando la sensibilità. In the event that it is possible to carry out a range-gating on the target, or it is possible in advance to limit the measurement range to a time window (at a distance interval) that is restricted compared to the maximum possible, the gain can be set not to the absolute maximum but to! maximum obtainable in that time frame. This allows to obtain even lower amplifications of the noise, with the consequent possibility of having lower threshold voltage values compared to the worst case, improving the sensitivity.

Un'altra strategia è quella di dividere il tempo totale di misura in più finestre temporali all'interno di ognuna delle quali utilizzare il valore di soglia ottimale: la CPU (105) imposta per ogni intervallo, tramite il TVG (106), il guadagno dell'amplificatore (102) al valore massimo che raggiungerebbe in quella finestra temporale e calcola la soglia ottimale per ognuna di esse. Another strategy is to divide the total measurement time into several time windows within each of which to use the optimal threshold value: the CPU (105) sets for each interval, through the TVG (106), the gain of the amplifier (102) to the maximum value it would reach in that time window and calculates the optimal threshold for each of them.

Le tensioni di soglia calcolate verranno memorizzate dalla CPU (105) in una tabella e verranno utilizzate per produrre una soglia variabile a gradini su tutto l'intervallo di misurazione: in questo caso, il processo in figura 2 va ripetuto per ogni intervallo temporale in cui si è suddivisa la misurazione. The calculated threshold voltages will be stored by the CPU (105) in a table and will be used to produce a variable step threshold over the entire measurement interval: in this case, the process in figure 2 must be repeated for each time interval in which the measurement has been split.

Tornando al caso di un singolo valore di riferimento fissato per tutto l'intervallo di misurazione, una volta raggiunta la massima amplificazione, la CPU (105) imposta la soglia di comparazione al suo valore minimo (203) ed aspetta un tempo T (204) alla fine del quale (o, in alternativa, all'interno del quale) valuta se il comparatore produce uscite oppure no (205): nel caso in cui il comparatore abbia rilevato falsi bersagli, vuol dire che la soglia di comparazione è al di sotto del livello di rumore; nel caso in cui il comparatore non produca uscite, vuol dire che la soglia di comparazione è sopra la soglia di rumore e quindi è utilizzabile per la misurazione del tempo di volo dell'impulso emesso. Returning to the case of a single reference value fixed for the entire measurement interval, once the maximum amplification is reached, the CPU (105) sets the comparison threshold to its minimum value (203) and waits for a time T (204) at the end of which (or, alternatively, within which) it evaluates whether the comparator produces outputs or not (205): if the comparator has detected false targets, it means that the comparison threshold is below the noise level; if the comparator does not produce outputs, it means that the comparison threshold is above the noise threshold and therefore can be used for measuring the time of flight of the emitted pulse.

Nel primo caso, la CPU (105) controlla che non sia stato raggiunto il massimo valore di soglia (206); se è possibile aumentarla ancora, aggiorna questo valore (207) e dopo un tempo T (204) ricontrolla l'uscita del comparatore (205). In the first case, the CPU (105) checks that the maximum threshold value (206) has not been reached; if it is possible to increase it again, it updates this value (207) and after a time T (204) it rechecks the output of the comparator (205).

Nel caso sia stato raggiunto il valore massimo, la CPU (105) invia all’utente un'informazione che segnala l'impossibilità di effettuare la misurazione per via dei troppo rumore presente nella catena di ricezione del segnale. In questo caso non verrà emesso l'impulso per il calcolo della distanza. If the maximum value has been reached, the CPU (105) sends the user information that signals the impossibility of carrying out the measurement due to too much noise in the signal reception chain. In this case, the pulse for distance calculation will not be issued.

Nei caso si sia trovato un valore di soglia per il quale il comparatore non produce uscite spurie, la CPU {105} memorizza questo valore di soglia (209) e lo utilizzerà per la misurazione della distanza. In questo caso verrà abilitata l'emissione dell'impulso. If a threshold value has been found for which the comparator does not produce spurious outputs, the CPU {105} stores this threshold value (209) and will use it for distance measurement. In this case the pulse emission will be enabled.

Prima di uscire dal processo (211) la CPU (105) riporta il valore del guadagno del TVG (106) al suo valore iniziale (210), ovvero quello che dovrà avere all'inizio del calcolo del tempo di volo. Before exiting the process (211) the CPU (105) returns the gain value of the TVG (106) to its initial value (210), that is to say the one it should have at the beginning of the flight time calculation.

Il periodo T di aggiornamento del valore di comparazione è dipendente dal numero N di passi discreti di variazione della tensione di soglia e dal tempo massimo Troax ammissibile tra la richiesta di misurazione e l'effettiva emissione dell'impulso da parte de! rangefinder: T = Tmax I N The period T for updating the comparison value is dependent on the number N of discrete steps of variation of the threshold voltage and on the maximum time Troax admissible between the measurement request and the actual emission of the pulse by the rangefinder: T = Tmax I N

L’emissione dell'impulso per la misura di distanza deve essere effettuata, dopo il calcolo dinamico della soglia, entro un tempo dipendente dalla velocità di cambiamento della scena inquadrata dal campo di vista del ricevitore: ad esempio, nel caso in cui il rangefinder sia montato su un supporto per il pan/tilt, questo tempo sarà dipendente dalla velocità di movimento altazimutale del sistema; un altro esempio è quello di un target in movimento, per cui questo tempo sarà dipendente dalla velocità di movimento dell'oggetto che si sia misurando. The emission of the impulse for the distance measurement must be carried out, after the dynamic calculation of the threshold, within a time dependent on the speed of change of the scene framed by the field of view of the receiver: for example, if the rangefinder is mounted on a pan / tilt support, this time will depend on the system's alt-azimuth movement speed; another example is that of a moving target, so this time will depend on the speed of movement of the object being measured.

Un'alternativa può essere quella di aggiornare periodicamente la soglia, indipendentemente dall’awenuta richiesta di una misura, così da minimizzare i tempi di attesa prima dell'invio dell'impulso: anche in questo caso il periodo dipenderà dalla velocità di cambiamento della scena. An alternative may be to periodically update the threshold, regardless of the request for a measurement, so as to minimize the waiting times before sending the impulse: also in this case the period will depend on the speed of change of the scene.

La variazione della tensione di soglia può essere effettuata per mezzo di un DAG, The variation of the threshold voltage can be carried out by means of a DAG,

(n Fig.3 in cui si vede come la tensione (301) di soglia (107) viene cambiata in maniera discreta finché non si abbia nessun falso impulso (302) in uscita dal comparatore (104). Un ulteriore metodo della variazione della soglia consiste nell'aumentarla in maniera continua o continua a tratti, come ad esempio caricando un condensatore a passi successivi. (n Fig. 3 in which we see how the threshold voltage (301) (107) is changed in a discrete manner until there is no false pulse (302) in output from the comparator (104). A further method of the variation of the threshold consists in increasing it continuously or continuously at intervals, as for example by charging a capacitor in successive steps.

La SOGLIA (107) viene inizialmente impostata al livello di tensione minimo ed il GUADAGNO VARIABILE (102) al valore massimo di amplificazione (caso peggiore) controllando se il comparatore fornisca impulsi in uscita, segno che la tensione di rumore è maggiore della tensione della soglia applicata. Trascorso un tempo T (o, alternativamente, non appena si riceve un falso bersaglio) la soglia viene quindi aumentata al secondo valore di tensione: nei caso in cui si abbiano ancora uscite dal comparatore si passa, al tempo 2T, al successivo livello di tensione e questo fino ai raggiungimento di una tensione di soglia maggiore della tensione di rumore, ovvero di nessuna uscita dal comparatore. Nel caso in cui si sia raggiunto il valore massimo dì tensione di soglia applicabile, la CPU (105) The THRESHOLD (107) is initially set to the minimum voltage level and the VARIABLE GAIN (102) to the maximum amplification value (worst case) by checking if the comparator supplies output pulses, a sign that the noise voltage is greater than the threshold voltage. applied. After a time T (or, alternatively, as soon as a false target is received) the threshold is then increased to the second voltage value: if there are still outputs from the comparator, time 2T is passed to the next voltage level and this until a threshold voltage greater than the noise voltage is reached, ie no output from the comparator. If the maximum applicable threshold voltage value has been reached, the CPU (105)

/ provvedere a fornire all’utente un allarme che segnala l'impossibilità di effettuare la misura. / provide the user with an alarm that signals the impossibility of carrying out the measurement.

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Le sorgenti dì rumore possono essere: background (come ad esempio il sole nel caso in cui il sensore sia sensibile alla radiazione emessa da esso), elettronica. EML The noise sources can be: background (such as the sun if the sensor is sensitive to the radiation emitted by it), electronics. EML

i Quando viene individuata la soglia ottimale, la CPU (105) abilita l'emissione dell'impulso / elettromagnetico. N Questo metodo di impostazione della soglia non si basa su una precedente emissione di impulsi e per questo motivo rende possibile il “single shot". i When the optimal threshold is found, the CPU (105) enables the emission of the pulse / electromagnetic. N This method of setting the threshold is not based on a previous pulse emission and for this reason makes “single shot” possible.

5. Vantaggi delia soluzione proposta rispetto agli schemi tradizionali 5. Advantages of the proposed solution compared to traditional schemes

1) Possibilità di funzionamento single-shot, legato al fatto che l'individuazione della soglia di comparazione ottimale non si basa sull'invio multiplo dì impulsi. 1) Possibility of single-shot operation, linked to the fact that the identification of the optimal comparison threshold is not based on sending multiple pulses.

2) Capacità di adattare la soglia alle momentanee condizioni di rumore. 2) Ability to adapt the threshold to the momentary noise conditions.

3) Immunità dai falsi bersagli causati da spike di tensione isolati e molto veloci. 3) Immunity from false targets caused by isolated and very fast voltage spikes.

Claims

Dynamic Threshold for Single Pulse Rangefinder - Claims 1) A method for dynamically adapting the threshold (107) of the comparator (104) in order to drastically decrease the probability of false targets. case of "singleshot" or low repetition frequency operation, when a low probability of interception is required, using the return signal reception chain (110) of a rangefinder (100) when the emitter (108) is off and the receiver (101) and the reception chain (110) are affected only by the optical and electronic background noise thus allowing the threshold to be set appropriately above the current detection limit.

2) A method according to claim 1 based on detection with threshold comparison (104) where the threshold reference (107) is automatically changed by the digital control system CPU (105).

3) A method according to claims 1 and 2 where the CPU (105) is programmed to set, or keep updated periodically, the optimal threshold of the comparator in the absence of pulses emitted, enabling the detection of noise only on the reception chain of the signal (110), 4) A method according to claim 3 in which the threshold level (107) is optimized in order not to have false pulses, setting this value appropriately above the current noise avoiding false pulses in output from the comparator (104) and allowing the maximum possible level of sensitivity without suffering the limitations of a peak detection such as band distortion, signal filtering, etc. 5} A method in accordance with claims 1 to 4 in which the CPU (105) searches for the optimal threshold without picking up any signal from the reception chain (110) and therefore without reducing the retro-reflected signal from the target. 6) A method according to claims 1 to 5 in which the CPU (105) searches for the optimum threshold without taking part of the! signal received and therefore without introducing noise into the reception chain (110). 7) A method according to claim 1 in which the system uses an amplification (102) with variable gain (106): the CPU (105) searches for the optimal threshold value in the worst case, i.e. in the case of maximum amplification, setting the variable gain to the maximum value. 8) A method in accordance with claims 1 and 7 in the case of range-gating towards the target, in which the CPU (105) sets the gain of the Time Variable Gain (TVG) (106) to the maximum possible value in the selected time window , allowing for greater sensitivity than in the worst case. 9) Another method according to claims 1, 7 and 8 in which the total measurement time is divided into several time windows in which the CPU (105) sets discrete values for the gain (the maximum gain achieved for each time interval during the measurement process) of the amplifier (102) through the TVG (106) and calculates the optimal threshold value for each of them: the CPU (105) will store the calculated values in a table and will use them to implement a variable threshold during the entire measurement time 10) In accordance with claim 1, the optimal threshold must be sufficient to allow the detection of the return pulse once it has been emitted but in the event that the noise prevents the signal from being detected, i.e. when the maximum value that can be set for the threshold, the CPU (105) must send an alarm outgoing from the system (109). 11) in accordance with claim 1, the CPU (105) controls the emission of the pulse for the calculation of the flight time only when it has found the threshold for the comparator and to increase the detection efficiency it is appropriate that the measurement of the distance is carried out immediately after the calculation of the threshold in order to minimize the effects due to changes in conditions and the scenario.