NO136431B - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrorer et system for overforing

av posisjonsinformasjon til legemer innen en romvinkel som defineres av to i forhold til hverandre vinkelrette, vifteformede retningsstråleknipper, hvilke vekselvis utsendes og periodisk avsoker et elevasjons- repsektive et asimutplan omfattende en optisk sender som utsender stråleknippene, en anordning som tjener til avsbking av romvinkelen, et kodeorgan som er koblet til avsokingsanordningen og påvirker stråleknippene, ved hjelp av hvilket kodeorgan stråleknippene kodes med en funksjon av dis-ses varierende oyeblikkelige posisjoner i romvinkelen slik at det ved avsokingen oppnås et koordinatsystem, i hvilket posi-sjonen av hvert punkt som avsokes av de to stråleknippene, angis entydig, samt på hvert legeme en for optisk stråling folsom

mottaker med en dekoder og en beregningsanordning for ut fra strålingen å beregne legemets posisjon.

Systemer av det ovennevnte slag er kjent f.eks. gjennom de amerikanske patentskriftene 3 159 837 og 3 398 918 samt gjennom svensk patent nr. 350 339. I dette gjennomgås også en del av de onskemål og problemer som henger sammen med lignende informasjonsoverforingssystemer. Hos et posisjonsinformasjonsoverforingssystem er det de folgende egenskaper som, uten noen innbyrdes rangordning, er vesentlige for systemets anvendbarhet og funksjonsevne: Systemet skal ha god opplosning, være ufolsomt overfor forstyrrelser og feilaktigheter i overforingen samt ha en med hensyn til tilgjengelig effekt optimal rekkevidde.

Med god opplosning menes at posisjonsinformasjonen som overfores i forbindelse med avsbkingen, skal med hensyn til avsokings-hastigheten være så detaljert at styringen av legemene i romvinkelen kan skje med den ndyaktighet som er nodvendig for den anvendelse det gjelder. Man onsker altså billedlig uttrykt et koordinatsystem med så små enhetsruter som mulig. Tydeligvis står dette onskemål, ved kjente systemer, i et visst motset-ningsforhold til hurtig avsbking ettersom disse systemer bygger enten på pulskoder med mange pulser for hver posisjonsinforma-sjoh, eller på referanseretningsstråleknippene.

At et overføringssystem er ufolsomt for forstyrrelser, er ve-sentlig med hensyn til bl.a. at forekommende bakgrunnsstråling moduleres ved legemenes bevegelse, hvilket innebærer en for-styrrelse av informasjonen i systemets retningsstråleknippe. Ved f.eks. robotutskytninger moduleres den bakgrunnsstråling som når mottakeren på roboten, kraftig av robotflammen, robotrbk, luftturbulens samt av solstråler som siler gjennom grener, busker o.l. og når mottakeren. I kjente systemer anvendes FM- og pulsbreddemodulering, men det kan lett påvises at, med hensyn til en robots bevegelseshastighet og mottakerens utstrekning, er forstyrrelsesmodulasjonen kraftig i de frekvensområder som er blitt foreslått for FM- og pulsbreddemodulering. Posi-sjonsinf ormas jonsoverf bringen bor derfor utnytte-MHz-området. For å oppnå optimal rekkevidde bor systemets retningsstråleknipper være smale slik at hele den effekt som er tilgjengelig fra senderen, samles i en strålelob med hoy intensitet. Med hensyn til folsomhetskarakteristikken hos kjente mottakere som er folsomme for laserstråling, f.eks. Si-detektorer, er det ufordelaktig ut fra et rekkeviddesynspunkt å disponere en lasersenders tilgjengelige middeleffekt ved hjelp av utsending av flere relativt lange pulser atskilt av korte pulsavstander. Dessuten er jo, ifolge det ovenstående, innvirkningen av forstyrrelser som folge av bakgrunnsstråling stor ved slik overforing.

Et formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et posisjonsinformasjonsoverforingssystem av det i ingressen angitte slag,som har de ovennevnte bnskede egenskaper. Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et. informa-sjonssystem som med et minimum av laserpulser er i stand til,

med hoy opplosning, å definere en posisjon i rommet og å overfore ikke posisjonsbundet informasjon mellom posisjonsinforma-sjonsoverforingen. Dette tilveiebringes ved at oppfinnelsen har de i vedlagte patentkrav angitte kjennetegn.

Ytterligere fordeler og formål med oppfinnelsen fremgår av den fblgende beskrivelse og vedlagte tegning, på hvilken

fig. 1 og 2 i blokkdiagramform viser oppbygningen av en optisk sender respektive mottaker av det slag som anvendes i et posi-sjonsinf ormasjonsoverforingssystem ifolge oppfinnelsen,

fig. 3 viser en romvinkel som vekselvis avsokes av to i forhold til hverandre vinkelrette, vifteformede retningsstråleknipper.

fig. 4 viser retningstråleknippenes avsokingsbevegelse og utseende som funksjon av tiden,

fig. 5 viser et eksempel på oppbygningen av binære ord, og

fig. 6 viser hvordan et binært ord er blitt omformet til en tidsperiode mellom to på hverandre fblgende lyspulser.

I fig. 1 er 1 en av et drivtrinn 2 matet lasersender som er innréttet til,via en avboyningsanordning 3 og en i figuren ikke vist, avbildende optikk, å vekselvis og periodisk sende ut to i forhold til hverandre vinkelrette, vifteformede retning-stråleknipper, hvilke er vist skjematisk i fig. 3 og der be-tegnes med 4 resp . 5. Retningstråleknippene utgår i senderen 1 fra to parallelle laserstråletrembringende organ, f.eks., diodelasere, hvis lysemitterende overflate naturligvis har stor rektangelverdi. Alternativt kan man anvende et eneste laserstråletrembringende organ og et periodisk arbeidende, vinkeldreiende prisme. Den avbildende optikken har til oppgave å avbilde diodelasernes lysemitterende overflate på en slik måte at et stråleknippe med stor rektangelverdi oppnås. Under påvirkning av en drivanordning 6 som er operativt forbundet med avboyningsanordningen 3, er denne innrettet til å avboye retningstråleknippene slik at disse vekselvis avsbker et asimutplan respektive et elevasjonsplan innen en romvinkel 7 i fig. 3. Avboyningsanordningen kan f.eks. bestå av to i forhold til hverandre motroterende, optiske kiler, såkalte diasporametre.

Ved avsbking av asimutplanet beveger retnihgstråleknippet 4 seg i x-retning. Retningstråleknippet 5 beveger seg under avsbkingen av elevasjonsplanet i y-retningen. I den nevnte romvinkel 7

skal legemene til hvilke posisjonsinformasjonen skal overfores, befinne seg for at overforingen skal være mulig. Avsbkingen i x- respektive y-retningen er fortrinnsvis sinusformet med 90° innbyrdes faseforskyvning slik som vist i fig. 4. Her markeres ved hjelp av tykke, heltrukne linjer 8, 9 under hvilke veksel-vise intervall avsbkingen av asimut- respektive elevasjonsplanet skjer.

For å kunne overfore posisjonsinformasjon slik som nevnt inn-ledningsvis, er det til avboyningsanordningen koblet en posi-sjonsavfbler 10 som har til oppgave å avs oke på avboyningsanordningen retningstråleknippenes 4, 5 momentane posisjoner i romvinkelen og ifolge oppfinnelsen frembringe til posisjonene svarende, binære ord hvis oppbygning f.eks. fremgår av fig. 5.

Et slikt binært ord er bygget qpp av et forutbestemt antall binære tegn, såkalte biter, hvilke antar verdien 0 eller 1.

I det foreliggende eksempel har hvert ord ni biter Ag AQ,

av hvilke de seks forste bitene Ag A^i figuren merket X, inneholder informasjonens tallverdi. Av de resterende tre bitene A2....AQ utgjor A2 en tegnbit, mens A1 og AQ danner en adressedel. Ved hjelp av denne angis om informasjonen utgjor posisjonsinformasjons i elevasjons- eller asimutplanet eller om informasjonen som overfores, er ovrig informasjon. Hva som menes med dette, vil bli,beskrevet i det etterfølgende.

Posisjonsavfolerens utgang er koblet til en kodevelger 11,

til hvilken også et organ 12 for innmatning av ovrig informasjon er koblet. Kodevelgeren 11 har til oppgave å bestemme hvorvidt posisjonsinformasjon eller ovrig informasjon skal overfores.

Informasjonen har nå altså formen av et binært ord, dvs. en serie binære ett-tall og nuller, som også kan betraktes som et binærtall,og for ifolge oppfinnelsen å omforme det binære ordet til en tidsperiode mellom to på hverandre folgende lyspulser, mates dette via en kretsblokk 13 for modifisering av informasjonen som skal overfores til en forutinnstillbar teller 14. Denne er også forbundet med en oscillator 15, som er innrettet til å frembringe pulser med en konstant frekvens og med en detektor 16 som har til oppgave å frembringe et signal når tellerens 14 stilling blir null og som i sin tur er koblet til drivtrinnet 2 for lasersenderen 1.

Telleren, som altså er blitt forutinnstilt med bi nærtallet og en konstant del,nedtelles av pulsene fra oscillatoren 15, og ved at pulsfrekvensen er konstant, vil det gå en tid tilsvarende det binære ordet innen telleren 14 er blitt nedtelt til null. Detektoren 16 har til oppgave å påvirke, ved hjelp av null-signalet, drivtrinnet 2 slik at lasersenderen 1 sender ut en laserpuls når tellerens stilling er null. Samtidig påfores telleren neste binærtall, og forlbpet gjentas. Ved hjelp av kretsblokken 13 kan informasjonen modifiseres slik som det vil bli beskrevet senere.

Ved den pulsvise nedtellingen av telleren 14 er tidsforskjellen mellom to tidsperioder alltid en multipel av tidsforskjellen mellom to inntil liggende tidsperioder, som i sin tur er bundet til oscillatorens 15 pulsfrekvens. I fig. 6 betegner T en vilkårlig tidsperiode som ligger mellom T mi. n og T mak, s . T mi.n vil si en korteste tidsperiode som skriver seg fra maksimalt tillatt pulsfrekvens hos senderens 1 laserstråletrembringende organ, T^^g betegner den tidsperiode som maksimalt må benyttes med hensyn til ^ mi_ n og antallet ulike binære ord. Med f .eks.

ni binære biter kan 512 ulike ord dannes, hvilket innebærer at man fra Tmin til Tma]cs trenger samme antall trinn. At tidsperiodene ikke endres kontinuerlig,men trinnvis, er en fordel ved mottakningen idet forstyrrelsespulser lett kan sorteres bort.

Rekonstruksjon av tidsperiodene og gjenvinnelse av tilsvarende binære ord fremgår av fig. 2. I denne figur er 17 en detektor som er folsom for laserstråling, hvilken detektor via en klippe-krets 18 med styrekrets 19 for styring av dennes klippenivå

og en forsinkelseskrets 20 er koblet til en tellers 21 forut-innstillingsinngang. Klippekretsen 18 har til oppgave å

slippe gjennom kun de sterkeste pulssignalene ved hver avsoking. En oscillator 22 hvis pulsfrekvens er en heltallsmultipel av oscillatorens 15 frekvens, er koblet til tellerens 21 teller-inngang. Til telleren er det også koblet en hukommelse 23 som inneholder et til T mm . svarende binært tall,'samt fire hukom-meiser 24, 25, 26 og 27 for lagring av posisjonsinformasjon i x- respektive y-retningen samt av ovrig informasjon i x-respektive y-retningen, hvilke aktiveres av en til klippekret-sens 18 utgang koblet velger 28 og til hvilke tellerens 21 stilling kopieres slik det skal beskrives nedenfor.

Når en laserpuls faller på detektoren 17, frembringer denne

av laserpulsens forkant et pulssignal som via klippekretsen 18 og forsinkelseskretsen 20 når tellerens 21 forutinnstillings-inngang og loser ut den tidligere, nevnte forutinnstillingen fra hukommelsen 23 samt åpner telleren for telling av pulser fra oscillatoren 22. Når neste laserpuls detekteres, frembringes på nytt et pulssignal som via klippekretsen 18 når dels forsinkelseskretsen 20 og dels velgeren 28. Av pulssignalet påvirkes velgeren til å aktivere en av hukommelsene 24 - 27. Hvilken av nevnte hukommelser som skal aktiveres, bestemmes av tellerens 21 stilling, som jo tilsvarer den utsendte tidsperioden, dvs. i.telleren finnes den utsendte posi-sjonsinf ormasjonen i form av en adressedel og en tallverdi. Adressedelen angir således til hvilken av hukommelsene 24 - 27 som innholdet i telleren 21 skal kopieres. Under påvirkning av forsinkelseskretsen 20 forsinkes pulssignalet så mye at nevnte kopiering rekker å bli utfort. Når pulssignalet når telleren, skjer forutinnstillingen ifolge det foregående,

og forlopet gjentas.

Som nevnt, har oscillatoren 22 en pulsfrekvens som er en heltallsmultipel av oscillatorens 15 pulsfrekvens. Formålet med dette er dels å redusere tidsavstanden mellom innkommende laserpuls og det oyeblikk hvor telleren 21 begynner å telle, dels å redusere sannsynligheten for feil i mottakningen. Gjennom den hoyere frekvensen oppnås et ord med flere binære biter enn hos det utsendte,og ved å stryke de minst be-tydelige bitene, reduseres påvirkningen fra forstyrrelsespulser. Det er tydelig at pulsposisjoner som ligger utenfor de posisjoner som i tid defineres ved pulsene fra oscillatoren 15, etter detektering lett kan sorteres bort ved hjelp av en portmessig fremgangsmåte som styres av oscillatoren 22.

Ifolge et av oppfinnelsens kjennetegn skal retningsstråleknippets tykkelse og avfolingshastighet samt laserpulsenes gjentakelses-frekvens være således avpasset innbyrdes at hvert punkt innen-for romvinkelen treffes av minst to på hverandre fblgende laserpulser. Ved å avpasse ovennevnte storrelser slik at hvert punkt får minst to posisjonsinformasjoner, kan dessuten innvirkningen av atmosfæriske brytningsfenomener reduseres ved hjelp av digital middelverdidannelse av den mottatte informasjonen.

Den i hukommelsene 24 og 25 lagrede posisjonsinformasjonen utnyttes av en på tegningen ikke vist beregningsanordning som har til oppgave, ut fra posisjonsinformasjonen og med hensyn til legemets onskede bane i det koordinatsystem som frembringes ved kombinasjonen av posisjonsinformasjonsoverforing og avsbking av romvinkelen, å beregne styresignaler for legemets styresystem.

Tidligere er uttrykkene "ovrig informasjon" og "modifisering av posisjonsinformasjon" blitt nevnt. Med "ovrig informasjon" menes informasjon som ikke har noen direkte forbindelse med retning st rål eknippets momentane posisjons i romvinkelen under avfolingen. Ved robottilpasning kan slik ovrig informasjon f.eks. være signaler for armering eller sonerorsusikring, hvilket gjor det mulig å fjernstyre slike manovrer, hvorved man får en ytters lav risiko for detonasjoner som kan skade egen tropp. Et eksempel på annen ovrig informasjon som er av spesiell interesse ved robottilpasninger, er såkalte stbttesignaler,

dvs. slike signaler som anvendes for å kompensere en robots ettersleping ved store vinkelhastigheter respektive vinkel-aksellerasjoner hos robotens fartretning som folge av målets bevegelse. I et system ifolge den foreliggende oppfinnelse kan, i motsetning til det som er tilfellet ved kjente systemer, en slik kompensering utfores rent elektronisk.

Posisjonsinformasjonsoverforingssystemet ifolge den foreliggende oppfinnelse kan naturligvis anvendes som et landingssystem for fly, hvor overforingen av ovrig informasjon kan utnyttes for automatiske kontrollfunksjoner av forskjellige slag. Ved hjelp av adressedelen kan man lett skille mellom posisjons-inf ormasjon og ovrig informasjon-og omvendt la en viss type av ovrig informasjon være gyldig kun i forbindelse med en viss posisjonsinformasjon.

En annen anvendelse for et posisjonsinformasjonsoverforingssystem ifolge oppfinnelsen er ved anordninger for ovelses-skyting med laserpulser. Ved overforingen av posisjonsinformasjonen beregnes et måls posisjon i forhold til en referanse-linje, f.eks. forlengelsen av et våpens siktelinje. Som ovrig informasjon overfores våpenets aktuelle skyteelement, og ved hjelp av en kalkulator i målet kan denne ut fra den overforte informasjonen beregne om ildgivning i et visst oyeblikk vil innebære treff i målet.

Med modifisering av posisjonsinformasjonen menes f.eks. slike

foretak som innebærer en elektronisk forflytning av middel-

punktet for det koordinatsystemet som er frembragt ved hjelp av avsbkingen. En slik forflytning kan være bnskelig f.eks.

for å kompensere en innretningsforstyrrelse ved et gyrostabilisert retningssystem„

Claims (8)

1. System for overforing av informasjon til legemer innen en romvinkel som defineres av to i forhold til hverandre vinkelrette, vifteformede stråleknipper som vekselvis utsendes og periodisk avsbker et elevasjons- respektive et asimutplan, og hvilke er modulert med hensyn til sine momentane posisjoner innen romvinkelen, karakterisert ved at for den informasjon som ved stråle-knippenes (4, 5) avsbkning av romvinkelen (7) overfores til et legeme som befinner seg i et av strålelobenes momentane posisjon og utstrekning definert delområde av romvinkelen (7), er moduleringen slik at informasjonen er entydig definert av en tidsavstand (T) mellom to på hverandre fblgende strålepulser, hvilken avstand får en verdi som tilhbrer en forutbestemt serie tillatte, innbyrdes trinnvis forskjellige verdier, og at stråleknippets (4, 5) tykkelse og avsbkingshastighet samt strålepulsenes gjen-takelsesfrekvens er slik avpasset innbyrdes at for hver posisjon av legemet innen romvinkelen (7) treffes denne av minst to konsekutive strålepulser fra samme stråleknippe ved hver avsbking0

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at av den forutbestemte serie av verdier reserveres to delmengder for strålelob-posisjonsangivelse ved avsbking i elevasjons- respektive asimutplanet.

3. System som angitt i krav 2, karakterisert ved at strålelobangivelsen modifiseres med en konstant eller foranderlig stbrrelse.

4. System som angitt i krav 2, karakterisert ved at av den forutbestemte serie av verdier reserveres en tredje delmengde for angivelse av en parameter som er gyldig for i det minste en del av romvinkelen (7), hvor samtidig verdiene av delmengden entydig angir for hvilken del av romvinkelen (7) parameteren gjelder.

5. System som angitt i krav 1, innbefattende en optisk sendar som sender ut stråleknippene, en anordning som tjener til avsbking av romvinkelen, et organ som er koblet til avsbkingsanordningen, og som påvirker moduleringen av stråleknippene, karakterisert ved at moduleringsorganet (10, 11, 13, 14, 15) innbefatter en oscillator (15) som er innrettet til å frembringe et signal med fast pulsgjentagelsesfrekvens, og et andre organ (13, 14) koblet til oscillatoren, hvilket organ er anordnet til å ta bort fra pulssignalene et antall konsekutive pulser, hvilket antall ved hjelp av en verdi i serien velges slik at det mellom gjenværende pulser oppstår tidsperioder som entydig tilsvarer informasjonen som skal overfores,,

6. System som angitt i krav 5, karakterisert ved at det andre organet (13, 14) innbefatter en binær-teller (14) som er forutinnstillbar ved hjelp av verdien ■fra serien, og som er innrettet til å tilveiebringe en puls ved forutinnstillingen og en puls når den ved hjelp av oscillatorsignalet er nedtellet til null.

7. System som angitt i krav 5, innbefattende en mottaker som er plassert på legemet, og som er fblsom for strålingen, hvor mottakeren har organ for demodulering av informasjonen i stråleknippene, karakterisert ved at mottakeren (17, 18, 19, 20) er innrettet til å detektere strålepulsenes forkanter og at utgående fra disse å tilveiebringe to pulser som markerer begynnelsen og slutten av den utsendte tidsavstand, og at demoduleringsorganet (21, 22, 23) innbefatter en oscillator (22) hvis pulsfrekvens er en heltallsmultipel av den fbrstnevnte oscillators (15) frekvens samt en binær-teller (21) som er innrettet til å telle antallet av oscil-latorpulser som faller mellom mottakerpulsene, hvilket antall svarer til den utsendte informasjon.

8. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at demoduleringsorganet (21, 22, 23) er innrettet til, når mottakeren (17, 18, 19, 20) treffes av mer enn to på hverandre folgende lyspulser fra samme stråleknippe ved en og samme avsbking, og når de verdier som svarer til pulsavstanden,tilhorer den forste eller andre delmengden å danne middelverdien av posisjonene som svarer til nevnte verdier»