NO147969B

NO147969B - PROCEDURE FOR TREATING TWO DETECTOR OUTPUT SIGNALS FOR TARGETING STATEMENTS AND SIGNAL TREATMENT DEVICE FOR EXECUTING THE PROCEDURE

Info

Publication number: NO147969B
Application number: NO770426A
Authority: NO
Inventors: William Curry Underwood
Original assignee: Martin Marietta Corp
Priority date: 1977-02-09
Filing date: 1977-02-09
Publication date: 1983-04-05
Also published as: NO147969C; NO770426L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte til behandling av to detektorutgangssignaler for målrettings-angivelse i forhold til en siktelinje, som er knyttet til et felles føleplan på en slik måte at de frembringer et normalisert utgangssignal som står i et bestemt forhold til de to detektorsignaler, der de to detektorutgangssig- . naler føres i adskilte signalkanaler, hver inneholdende en logaritmisk forsterker for å frembringe signaler som representerer logaritmene for detektorutgangssignalene. The present invention relates to a method for processing two detector output signals for targeting indication in relation to a line of sight, which are linked to a common sensing plane in such a way that they produce a normalized output signal which is in a specific relationship to the two detector signals, where the two detector output sig- . nals are fed into separate signal channels, each containing a logarithmic amplifier to produce signals representing the logarithms of the detector outputs.

Videre angår oppfinnelsen en signalbehandlingsanordning til behandling av to detektorutgangssignaler som er knyttet til et felles føleplan etter fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Furthermore, the invention relates to a signal processing device for processing two detector output signals which are linked to a common sensing plane according to the method according to the invention.

Ved drift av en lasersøker har man to typer signal-nivåvariasjoner. En av disse er variasjonen av gjennomsnit-lig inngangssignalnivå med rekkevidden og den annen er en forandring i det øyeblikkelige signalnivå på grunn av blinking, gjenstander i forgrunnen etc. When operating a laser range finder, there are two types of signal level variations. One of these is the variation of the average input signal level with the range and the other is a change in the instantaneous signal level due to blinking, objects in the foreground etc.

Signalbehandlere for lasersøkere slik de anvendes for proporsjonal målsøkning benytter lineær signalforsterkning av en type som begrenser det totale øyeblikkelig dynamiske område til omtrent 20 db eller - 10 db rundt den gjennomsnitlige pulsamplitude. Blinking av den reflekterte laserenergi fra et mål frembrakt av en flyvende gjenstand eller en illu-minatorsiktebevegelse kan imidlertid bringe amplitudevaria-sjonene fra puls til puls til å overstige 20 db. Den resulterende metning eller bortfall av pulser vil redusere data-hastigheten og forringe styringens nøyaktighet. Dessuten kan det opptre skygger i terrenget, noe som kan være årsak til at det oppstår falske pulser og det kan hindre en stor del av energien i å nå frem til målet. Signal processors for laser seekers as used for proportional targeting use linear signal amplification of a type that limits the total instantaneous dynamic range to approximately 20 db or -10 db around the average pulse amplitude. Blinking of the reflected laser energy from a target produced by a flying object or an illuminator aiming movement can, however, cause the amplitude variations from pulse to pulse to exceed 20 db. The resulting saturation or loss of pulses will reduce the data rate and degrade control accuracy. In addition, shadows can appear in the terrain, which can cause false pulses to occur and can prevent a large part of the energy from reaching the target.

Under feltprøver med laserbelyste taktiske mål av-leste man i mange tilfelle en variasjon fra puls til puls på 2 5 db på grunn av blinking og terrengmaskering. Under disse forhold vil det øyeblikkelige dynamiske område på 20 db for en vanlig proporsjonal behandlingsanordning føre til at puls går tapt med dermed følgende forringelse av nøyaktig-heten. Ved vanlig behandlingsutstyr er det dessuten mulig å få en rekke retursignaler, f.eks. fra busker og andre gjenstander i forgrunnen, noe som i signalbehandlere med begrenset dynamisk område vil ha den virkning at signalbehandleren følger de falske retursignaler. Man vil se at hvis en falsk puls når frem tidligere enn den sanne puls og har høy amplitude og den falske puls er halvparten av det øyeblikkelige dynamiske område større enn den sanne puls, kan systemet låse seg på det falske mål. Hvis denne type situasjoner skal unngås må signalbehandleren ha et bredt øyeblikkelig dynamisk område. During field tests with laser-illuminated tactical targets, a variation from pulse to pulse of 2 5 db was read in many cases due to flashing and terrain masking. Under these conditions, the instantaneous dynamic range of 20 db for a conventional proportional processing device will cause the pulse to be lost with the consequent deterioration of accuracy. With normal treatment equipment, it is also possible to get a number of return signals, e.g. from bushes and other objects in the foreground, which in signal processors with limited dynamic range will have the effect that the signal processor follows the false return signals. It will be seen that if a false pulse arrives earlier than the true pulse and has a high amplitude and the false pulse is half of the instantaneous dynamic range greater than the true pulse, the system can lock onto the false target. If this type of situation is to be avoided, the signal processor must have a wide instantaneous dynamic range.

Tidligere kjente anordninger som til en viss grad er beslektet med foreliggende oppfinnelse er beskrevet i US patent 3.657.547, 3.619.618 samt 3.064.252 og britisk patent nr. 1.029.791. De tidligere kjente anordninger har imidlertid ikke som formål å omforme signaler slik at de får lenger varighet for sammenlikning og sampling. Previously known devices which are to some extent related to the present invention are described in US patent 3,657,547, 3,619,618 and 3,064,252 and British patent no. 1,029,791. However, the previously known devices do not have the purpose of transforming signals so that they have a longer duration for comparison and sampling.

I henhold til oppfinnelsen er man kommet fram til en signalbehandlingsanordning med et øyeblikkelig dynamisk område på - 30 db, noe som gir signaler av slik varighet at systemet blir i stand til å skille sanne målekko fra falske. Mens tidligere kjente signalbehandlere av den proporsjonale type hadde begrenset kapasitet, muliggjør foreliggende oppfinnelse et øyeblikkelig dynamisk område på 60 db eller mer i et proporsjonalt system, og nøyaktig målsøkeinformasjon fåes med variasjoner fra puls til puls på så meget som - 30 db fra det gjennomsnitlige signalnivå. Det øyeblikkelige dynamiske område ved oppfinnelsen er i en stor utstrekning bestemt av den dynamiske områdekapasitet for en logaritmisk forsterker som er benyttet i forsterkningsdelen i hver kanal i den anordning det gjelder. Imidlertid behøver selv en logaritmisk forsterker ikke ha tilstrekkelig dynamisk område til å kunne følge signalvariasjoner på grunn av blinking når disse variasjoner overlagres med variasjoner på grunn av at avstanden blir mindre. According to the invention, a signal processing device has been arrived at with an instantaneous dynamic range of - 30 db, which gives signals of such duration that the system is able to distinguish true target echoes from false ones. While previously known signal processors of the proportional type had limited capacity, the present invention enables an instantaneous dynamic range of 60 db or more in a proportional system, and accurate targeting information is obtained with pulse-to-pulse variations of as much as -30 db from the average signal level . The instantaneous dynamic range of the invention is to a large extent determined by the dynamic range capacity of a logarithmic amplifier which is used in the amplification section in each channel of the device in question. However, even a logarithmic amplifier does not need to have sufficient dynamic range to be able to follow signal variations due to flashing when these variations are superimposed with variations due to the distance becoming smaller.

I henhold til dette anvendes det ved oppfinnelsen en AGC-anordning som setter forsterkerdelen i stand til å arbeide rundt midten av dens lineære område, noe som gjør det mulig for en logaritmisk forsterker på 60 db å håndtere en puls-til-puls-variasjon svarende til kvadratroten av 1000, Accordingly, the invention employs an AGC device which enables the amplifier section to operate around the center of its linear range, which enables a 60 db logarithmic amplifier to handle a pulse-to-pulse variation corresponding to to the square root of 1000,

dvs. omtrent 31,6:1. i.e. about 31.6:1.

Man skal merke seg at normaliseringen som tidligere It should be noted that the normalization as before

er oppnådd ved anvendelse av ytterligere kretser og kompo-nenter i henhold til oppfinnelsen, er oppnådd ved å ta kvotienten av logaritmen i opp- og nedkanalene som frembringer styrekommandospenninger, hvis steilhet er uavhengig av signalnivået. is obtained by using additional circuits and components according to the invention, is obtained by taking the quotient of the logarithm in the up and down channels which produce control command voltages, the steepness of which is independent of the signal level.

Som det nu skulle fremgå har man her oppnådd den fremtredende fordel ved et meget bredt dynamisk område ved anvendelse av logaritmiske forsterkere samtidig med at kretser,komponenter og omkostninger er redusert ved at normaliseringen av styresignalet ligger i den signalbehandling som benyttes i henhold til oppfinnelsen, slik at man unngår de egne normaliseringskretser man tidligere måtte ha. En ytterligere reduksjon i omkostningene skyldes det faktum at til-passede forsterkningsgrader eller målsøking i videoforsterk-erne er nødvendig mellom bare to kanaler i stedet for at det er nødvendig å ha tilpasning mellom fire kanaler slik tilfellet er i eksisterende proporsjonale signalbehandlere. As will now appear, the prominent advantage of a very wide dynamic range has been achieved here by using logarithmic amplifiers, while circuits, components and costs have been reduced by the fact that the normalization of the control signal lies in the signal processing used according to the invention, as that you avoid your own normalization circuits that you previously had to have. A further reduction in costs is due to the fact that matching gain levels or targeting in the video amplifiers is required between only two channels instead of having matching between four channels as is the case in existing proportional signal processors.

Det brede dynamiske område i henhold til oppfinnelsen sammen med en siste pulslogikk, setter signalbehandleren i henhold til oppfinnelsen i stand til å følge et sant mål selv om det sanne mål ligger 30 db lavere enn en tidligere falsk puls. The wide dynamic range according to the invention together with a last pulse logic enables the signal processor according to the invention to follow a true target even if the true target is 30 db lower than a previous false pulse.

En hensikt med foreliggende oppfinnelse er derfor å komme frem til en signalbehandler med et meget bredt dynamisk område. One purpose of the present invention is therefore to arrive at a signal processor with a very wide dynamic range.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til Another purpose of the invention is to arrive at

en signalbehandler for anvendelse sammen med laserillumina-torer og liknende for proporsjonal målfølging der man har et øyeblikkelig dynamisk område på 60 db eller mer. a signal processor for use with laser illuminators and the like for proportional target tracking where you have an instantaneous dynamic range of 60 db or more.

Videre er det en hensikt med oppfinnelsen å komme frem til en signalbehandler med et øket dynamisk område som oppnås med mindre kompliserte kretser enn tidligere. Furthermore, it is a purpose of the invention to arrive at a signal processor with an increased dynamic range which is achieved with less complicated circuits than previously.

Nok en hensikt med oppfinnelsen er å komme frem til Another purpose of the invention is to arrive at

en signalbehandler som er mindre komplisert og derfor billi-gere, noe som er muliggjort ved at normaliseringen av styresignalet er mulig og ligger i den signalbehandlingsteknikk som er benyttet. a signal processor that is less complicated and therefore cheaper, which is made possible by the fact that the normalization of the control signal is possible and lies in the signal processing technique used.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjen-gitte trekk og vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 viser et noe forenklet blokkdiagram over signalbehandleren knyttet til en mer eller mindre konvensjonell kvadrantdetektor, The invention is characterized by the features set out in the claims and will be described in more detail below with reference to the drawings in which: Fig. 1 shows a somewhat simplified block diagram of the signal processor linked to a more or less conventional quadrant detector,

fig. 2 viser i grafisk form den styrekommandospenning som frembringes i henhold til oppfinnelsen, som en funksjon av målets bevegelse om det optiske systems siktelinje, og fig. 2 shows in graphic form the control command voltage produced according to the invention, as a function of the target's movement about the line of sight of the optical system, and

fig. 3 viser grafisk forholdet mellom det mottatte måleenerginivå og prøve- og holdeutgangsnivået slik at dette styres av AGC-systernet. fig. 3 graphically shows the relationship between the received measurement energy level and the test and hold output level so that this is controlled by the AGC system.

På fig. 1 er det vist en typisk utførelse av signalbehandleren 10 som her er knyttet til en detektor 12. Detektoren står i en slik stilling at lys fra f.eks. et laser-belyst mål 14 blir gjengitt i detektoren som er en avfokusert flekk ved hjelp av et passende optisk system som her er representert av en linse 16. Detektoren 12 kan være en fire-kvadrant PIN-diode der man har kvadrantene identifisert som A, B, C og D sett i urviserretningen. Som det vil fremgå In fig. 1 shows a typical embodiment of the signal processor 10 which is here connected to a detector 12. The detector is in such a position that light from e.g. a laser-illuminated target 14 is rendered in the detector which is a defocused spot by means of a suitable optical system represented here by a lens 16. The detector 12 may be a four-quadrant PIN diode where one has the quadrants identified as A, B, C and D viewed clockwise. As will be seen

kan signalbehandleren benyttes som en del av et søkerhode, f.eks. en rakett, men oppfinnelsen er ikke begrenset til slik anvendelse. Som et eksempel kan detektoren være knyttet til anvendelse med et ikke-optisk system, f.eks. en RF ret-ningssøker, der de innkommende signaler detekteres av fire retningsbestemte antenner. Således kan en utførelses form for oppfinnelsen benytte enten en detektor av kvadranttypen som vist, eller kan benytte fire sammenkoplede, men adskilte detektorer. can the signal processor be used as part of a search head, e.g. a rocket, but the invention is not limited to such an application. As an example, the detector may be associated for use with a non-optical system, e.g. an RF direction finder, where the incoming signals are detected by four directional antennas. Thus, an embodiment of the invention can use either a detector of the quadrant type as shown, or can use four connected but separate detectors.

Signalbehandleren vil bli forklart knyttet til et par kanaler som hører til samme føleplan, f.eks. kanalene som har til oppgave å bestemme opp- og nedkommandoer. Kanalene som er vist på fig. 1 avgir et setningsstyresignal som er proporsjonalt med den vertikale forskyvning av den avfokuserte flekk fra sentrum av detektoren, og i henhold til den lære som er grunnlaget for oppfinnelsen er stigningsvinkelfeilen lik Log(A+B) minus Log(C+D). Det skal imidlertid påpekes at signalbehandleren for den ortogonalt tilknyttede kanal er stort sett identisk bortsett naturligvis fra at slingririgsfeil er lik Log(A+D) minus Log(B+C). Signalbehandleren for venstre-og høyrekanalene behøver derfor ikke behandles separat i denne beskrivelse. The signal processor will be explained linked to a pair of channels belonging to the same sensing plane, e.g. the channels tasked with determining up and down commands. The channels shown in fig. 1 emits a setting control signal which is proportional to the vertical displacement of the defocused spot from the center of the detector, and according to the teaching which is the basis of the invention, the pitch angle error is equal to Log(A+B) minus Log(C+D). However, it should be pointed out that the signal processor for the orthogonally connected channel is largely identical, except of course that jitter error is equal to Log(A+D) minus Log(B+C). The signal processor for the left and right channels therefore does not need to be treated separately in this description.

Man vil se på fig. 1 at utgangssignalene fra kvadrantene A,B,C og D tilføres ved hver sin for-forsterker 18, 20, 22 og 24 som hver har en båndbredde på 25 megacykler. I hver for-forsterker vinnes en diodedempekrets som muliggjør regulering av forsterkningen. Signalbehandlingsområdet for hver for-forsterker er 60 db med den automatiske forsterkningsregu-lering (AGC) for diodedemperne utført på en måte som skal be-skrives i det følgende og som gir en ytterligere 90 db for-sterkningsregulering. One will look at fig. 1 that the output signals from the quadrants A, B, C and D are supplied by each of their pre-amplifiers 18, 20, 22 and 24, each of which has a bandwidth of 25 megacycles. In each pre-amplifier, a diode damping circuit is obtained which enables regulation of the gain. The signal processing range of each pre-amplifier is 60 db with the automatic gain control (AGC) for the diode attenuators carried out in a manner to be described below which provides a further 90 db of gain control.

Fig. 1 viser videre at utgangene fra for-forsterkerne Fig. 1 further shows that the outputs from the pre-amplifiers

18 og 20 summeres i en lineær summerende forsterker 26 hvis båndbredde er 35 megacykler og hvis forsterkningsgrad er 1. 18 and 20 are summed in a linear summing amplifier 26 whose bandwidth is 35 megacycles and whose gain is 1.

På samme måte blir utgangene fra for-forsterkerne 22 og 24 summert i en lineær summerende forsterker 28 hvis karakteri-tika er identisk med de man finner ved den summerende forsterker 26. In the same way, the outputs from the pre-amplifiers 22 and 24 are summed in a linear summing amplifier 28 whose characteristics are identical to those found in the summing amplifier 26.

Utgangene fra de summerende forsterkere 26 og 28 blir tilført logaritmiske forsterkere 30 og 32 hvis forsterkningsgrader f.eks. kan være logaritmiske over et dynamisk område på 60 db. Anvendelsen av logaritmiske forsterkere er av den største betydning i signalbehandleren ved at den funksjon de gir kretsen i stor utstrekning muliggjør den brede dynamiske områdekapasitet i anordningen, men de logaritmiske forsterkere i seg selv er ikke noen del av oppfinnelsen og kan f.eks. være utført som integrerte kretser som leveres blant annet fra Texas Instruments og andre. Således muliggjør anvendelse av forsterkeranordninger som har logaritmiske forsterkere, forsterkningener innenfor et bredt område av signalnivåer. The outputs from the summing amplifiers 26 and 28 are fed to logarithmic amplifiers 30 and 32 whose gain levels e.g. can be logarithmic over a dynamic range of 60 db. The use of logarithmic amplifiers is of the greatest importance in the signal processor in that the function they provide to the circuit to a large extent enables the wide dynamic range capacity in the device, but the logarithmic amplifiers themselves are not part of the invention and can e.g. be made as integrated circuits supplied by Texas Instruments and others, among others. Thus, the use of amplifier devices having logarithmic amplifiers enables gains within a wide range of signal levels.

Utgangen fra de logaritmiske forsterkere 30 og 32 er koplet til prøve- og holdekretser 34 og 36, der kortvarige pulser, f.eks. pulser på 15 nanosekunder fra en laser, kan strekkes ut slik at de holder en konstant verdi mellom på hverandre følgende pulser. Prøve- og holdekretsene er for-trinnsvis kjente anordninger av en tostrekningstype som tjener til å strekke pulsene fra nanosekundområdet til millisekund-området i henhold til vanlig praksis. The output from the logarithmic amplifiers 30 and 32 is connected to test and hold circuits 34 and 36, where short pulses, e.g. pulses of 15 nanoseconds from a laser can be stretched out so that they hold a constant value between successive pulses. The test and holding circuits are preferably known devices of a two-line type which serve to extend the pulses from the nanosecond range to the millisecond range in accordance with common practice.

Styrekommandoer frembringes ved å ta forskjellen mellom de to prøve- og holdeutganger, noe som gjøres ved å kople prøve- og holdeanordningene 34 og 36 til en differanse-forsterker 40 hvis utgang er lineær over et vinkelområde av detektoren 12 svarende til to tredjedeler av radius for den avfokuserte flekk. Utgangen fra differanseforsterkeren føres til en begrenser 4 2 for å avgi en styrekommando med konstant amplitude ved utgangen 44, ut over to tredjedels radius-puhktet. Fig. 2 viser fastlåsing av signalet i et passende område for å gi styrekommandoen en konstant amplitude ut over det lineære område. Control commands are produced by taking the difference between the two sample and hold outputs, which is done by connecting the sample and hold devices 34 and 36 to a difference amplifier 40 whose output is linear over an angular range of the detector 12 corresponding to two-thirds of the radius of the defocused spot. The output from the differential amplifier is fed to a limiter 4 2 to issue a control command with constant amplitude at the output 44, out over the two-thirds radius point. Fig. 2 shows locking of the signal in a suitable range to give the control command a constant amplitude beyond the linear range.

Utgangene fra prøve- og holdekretsene 34 og 36 påtrykkes også en ELLER-port 46 og deretter på en AGC-krets 48 for å frembringe en AGC-spenning. En forspenning for tilbake-holdelse påtrykkes ELLER-porten slik at det gjennomsnitlige signalnivå stiger 30 db over terskelverdien (halvparten av det logaritmiske område) for forsterkerne før frembringelse av eventuell AGC-spenning). Etterat AGC-terskelverdien er nådd, mates AGC-utgangsspenningen fra kretsen 48 tilbake til de fire for-forsterkere 18, 20, 22 og 24 som vist på fig. 1, for å holde utgangen fra prøve- og holdekretsen på en konstant verdi. Denne AGC er effektiv over et ytterligere dynamisk område på 90 db. The outputs from the test and hold circuits 34 and 36 are also applied to an OR gate 46 and then to an AGC circuit 48 to produce an AGC voltage. A holding bias is applied to the OR gate so that the average signal level rises 30 db above the threshold value (half the logarithmic range) of the amplifiers before generating any AGC voltage). After the AGC threshold is reached, the AGC output voltage from circuit 48 is fed back to the four pre-amplifiers 18, 20, 22 and 24 as shown in FIG. 1, to keep the output of the test and hold circuit at a constant value. This AGC is effective over an additional dynamic range of 90 db.

AGC-anordningen tjener til å holde den gjennomsnitlige signalstyrke i midten av den logaritmiske forsterkers dynamiske område ved hensiktsmessig endring av forsterknings-graden i for-forsterkerne. Denne endring i forsterkningen kan oppnås f.eks. ved anvendelse av en diodedempekrets som tidligere nevnt. Hvis f.eks. det er behov for et øyeblikkelig dynamisk område på 60 db, vil en terskelverdi på 30 db bli anvendt i AGC-kretsen. Noe AGC-regulering vil ikke bli utført gjennom ELLER-porten 46 før den sterkere av de to kanaler overskrider verdien 30 db over terskelverdien. Denne AGC vil så bli påtrykket de lineære forsterkere for å holde den gjennomsnitlige pulsamplitude på midtpunktet for det dynamiske område på 60 db for den logiske forsterker. Puls-til-puls-variasjoner på - 30 db kan derfor opptre uten å påvirke nøy-aktigheten i det proporsjonale målfølgesignal. The AGC device serves to keep the average signal strength in the middle of the logarithmic amplifier's dynamic range by appropriately changing the degree of amplification in the pre-amplifiers. This change in gain can be achieved e.g. by using a diode damping circuit as previously mentioned. If e.g. an instantaneous dynamic range of 60 db is required, a threshold value of 30 db will be applied in the AGC circuit. No AGC regulation will be performed through the OR gate 46 until the stronger of the two channels exceeds the value 30 db above the threshold value. This AGC will then be applied to the linear amplifiers to keep the average pulse amplitude at the midpoint of the dynamic range of 60 db for the logic amplifier. Pulse-to-pulse variations of -30 db can therefore occur without affecting the accuracy of the proportional target tracking signal.

Det øyeblikkelige dynamiske område ved anordningen i henhold til oppfinnelsen bestemmes av forholdet mellom hoved-lobeenergien og sidelobeenergien for måleilluminatoren. Med nuværende illuminatorer av lasertypen kan et øyeblikkelig dynamisk område på mer enn - 30 db godt resultere i at signalbehandleren følger falske mål som skapes av sidelobeenergien. Et AGC-system er derfor i høyeste grad ønskelig sammen med det dynamiske område for den logaritmiske forsterker for å dekke det totale dynamiske område på 120 db slom de fleste laser-drevne målsøkere krever. Imidlertid er et totalt område på The instantaneous dynamic range of the device according to the invention is determined by the ratio between the main lobe energy and the side lobe energy for the measuring illuminator. With current laser-type illuminators, an instantaneous dynamic range of more than -30 db may well result in the signal processor tracking false targets created by the sidelobe energy. An AGC system is therefore highly desirable together with the dynamic range of the logarithmic amplifier to cover the total dynamic range of 120 db that most laser-driven target seekers require. However, a total area of

120 db for den logaritmiske forsterker mulig med teknikkens stand slik den er idag, og hvis den ble benyttet ville man oppheve behovet for AGC-anordningen. 120 db for the logarithmic amplifier is possible with the state of the art as it is today, and if it was used, the need for the AGC device would be eliminated.

Under bruk blir energi som reflekteres fra målet 14 mottatt gjennom det optiske system og gjengitt som bilde på detektorens 12 fire kvadranter. Signalet fra hver kvadrant for-sterkes på en lineær måte av de respektive for-forsterkere 18-24. Signalene fra A og B kvadrantene summeres i den summerende forsterker 26 og påtrykkes den logaritmiske forsterker 30, mens pulsutgangen fra den logaritmiske forsterker representerer logaritmen for signalet som er summen av (A+B), og dette signal svekkes for én mellompulsperiode i prøve- og holdekretsen 34. på samme måte blir signalene fra C og D kvadrantene forsterket i for-forsterkerne 22 og 24, og de blir satt sammen i den summerende forsterker 28 og påtrykket den logaritmiske forsterker 32. Utgangen fra den logaritmiske forsterker representerer logaritmen for signalet som er summen (C+D), og dette signal strekkes i prøve- og holdekretsen 36 During use, energy reflected from the target 14 is received through the optical system and reproduced as an image on the four quadrants of the detector 12. The signal from each quadrant is amplified in a linear manner by the respective pre-amplifiers 18-24. The signals from the A and B quadrants are summed in the summing amplifier 26 and applied to the logarithmic amplifier 30, while the pulse output from the logarithmic amplifier represents the logarithm of the signal which is the sum of (A+B), and this signal is weakened for one interpulse period in the test and the holding circuit 34. in the same way the signals from the C and D quadrants are amplified in the pre-amplifiers 22 and 24, and they are combined in the summing amplifier 28 and applied to the logarithmic amplifier 32. The output of the logarithmic amplifier represents the logarithm of the signal which is the sum (C+D), and this signal is stretched in the test and hold circuit 36

i en mellompulsperiode. in an interpulse period.

Forskjellen i prøve- og holdeutgangene blir så tilført differanseforsterkeren 40 som koples gjennom begrenseren 42 som deretter, ved 44, frembringer styrekommando for opp- eller nedkanalen. Når raketten nærmer seg målet, vil det gjennomsnitlige signalnivå for utgangen fra prøve- og holdekretsene 34 og 36 øke, og når det når et punkt db over terskelverdien, vil de forspente dioder i ELLER-porten 46 kople et signal til AGC 48 som vil bli tilbakekoplet til for-forsterkerne 18-24 på en slik måte at den største av prøve- og holdeutgangene blir liggende på den konstante amplitude. Av største viktig-het er det derfor at utgangen fra prøve- og holdekretsene holdes konstant ved midtpunktet av det logaritmiske område for de logaritmiske forsterkere på tross av at avstanden til målet minsker. The difference in the sample and hold outputs is then fed to the difference amplifier 40 which is connected through the limiter 42 which then, at 44, produces the control command for the up or down channel. As the missile approaches the target, the average signal level at the output of the sample and hold circuits 34 and 36 will increase, and when it reaches a point db above the threshold value, the biased diodes in the OR gate 46 will couple a signal to the AGC 48 which will be fed back to the pre-amplifiers 18-24 in such a way that the largest of the sample and hold outputs remains at the constant amplitude. It is therefore of the greatest importance that the output from the test and hold circuits is kept constant at the midpoint of the logarithmic range for the logarithmic amplifiers despite the fact that the distance to the target decreases.

Signalet kan derfor variere på en puls-til-pulsbasis med en faktor på - 30 db fra den gjennomsnitlige verdi etterat AGC-terskelverdien en gang er nådd,uten tap av signaler. Ved anvendelse av siste^pulslogikk setter dette målsøkeren i stand til å frembringe nøyaktig styreinformasjon etter nærvær av blinking som skaper store puls-til-pulssignalvaria-sjoner og til og med i nærvær av terrengmaskering eller skygger som frembringer falske tilbakevendende signaler som kan være så meget som 30 db sterkere enn retursignalet fra det samme mål. The signal can therefore vary on a pulse-to-pulse basis by a factor of -30 db from the average value after the AGC threshold is once reached, without loss of signal. Using last-pulse logic, this enables the seeker to produce accurate guidance information in the presence of flashing which creates large pulse-to-pulse signal variations and even in the presence of terrain masking or shadows which produce spurious return signals which can be very as 30 db stronger than the return signal from the same target.

Siste pulsiogikk frembringer styreinformasjoner fra The latest pulse logic produces control information from

den siste signalenergi som overskred terskelfølsomheten i systemet. Hver puls som overskrider terskelverdien blir be-handlet og lagret i prøve- og holdekretsene. En derpå følg-ende puls utlader den styreinformasjon som er lagret i prøve-og holdekretsen fra den foregående puls og frembringer derfor en styrekommando bare fra den siste puls. the last signal energy that exceeded the threshold sensitivity of the system. Every pulse that exceeds the threshold value is processed and stored in the test and hold circuits. A subsequent pulse discharges the control information stored in the test and hold circuit from the preceding pulse and therefore produces a control command only from the last pulse.

I prosessteknikken i henhold til oppfinnelsen behandles også styrekommandoene slik at styrekommandospenninger som er proporsjonal med vinkelen mellom den optiske akse og målets bevegelsesretning, holder seg konstant over et signalområde på - 30 db om den gjennomsnitlige verdi. In the process technique according to the invention, the control commands are also processed so that control command voltages, which are proportional to the angle between the optical axis and the direction of movement of the target, remain constant over a signal range of -30 db about the average value.

Normaliseringsteknikken som ligger i dette kommer man frem til ved å ta kvotienten av logaritmen for opp og nedkanalene som frembringer en styrekommandospenning hvis steilhet er uavhengig av signalnivået. Det skulle her klart fremgå at antall deler det er behov for for å oppnå normaliseringen er vesentlig redusert i forhold til det antall man må ha ved vanlige normaliseringsprosesser som gjorde det nød-vendig å ta A + B med subtrahering av C + D og deretter divisjon med summen avA+B+C+D. The normalization technique inherent in this is arrived at by taking the quotient of the logarithm of the up and down channels which produces a control command voltage whose steepness is independent of the signal level. It should be clear here that the number of parts that are needed to achieve the normalization is significantly reduced compared to the number that one must have in normal normalization processes which made it necessary to take A + B with subtraction of C + D and then division with the sum of A+B+C+D.

Signalbehandlingsteknikken i henhold til oppfinnelsen kan benyttes på andre anvendelsesområder, f.eks. i en mono-puls RF retningsmåler. I en RF retningsmåler byttes hver av kvadrantene i detektoren ut med en antenne og en RF detektor. Behandlingsprosedyren vil imidlertid ligge nær opptil det som her er vist og beskrevet. The signal processing technique according to the invention can be used in other areas of application, e.g. in a mono-pulse RF direction finder. In an RF direction finder, each of the quadrants in the detector is replaced by an antenna and an RF detector. However, the treatment procedure will be close to what is shown and described here.

Den proporsjonale styrekommando som frembringes ved denne signalbehandlingsteknikk er vist på fig. 2. Styrekommandosignalet som er lineært over et område på - 2° om siktelinjen ble frembrakt av et system som benyttet en avfokusert flekk med radius på 3°. Størrelsen av den avfokuserte flekk kan varieres slik at man får det ønskede lineære område. Den heltrukne kurve er den styrekommando som frembringes ved utgangen fra differeanseforsterkeren 40 når målet står slik at det beveger den avfokuserte flekk på detektoren over et område på - 3° om siktelinjen. Fig. 2 viser at styrekommando-spenningen er lineær med en vinkel over et område som er omtrent 2/3 av størrelsen på den avfokuserte flekk eller med andre ord, - 2°. Styrekommandoen er derfor begrenset til det lineære område ved hjelp av begrenseren 4 2 som begrenser differanseforsterkerens utgang 40 til + 5 volt ut over vinkelen på + 2° og til -5 volt ut over vinkelen på -2°, som vist med den stiplede kurve på fig. 2. The proportional control command produced by this signal processing technique is shown in fig. 2. The control command signal which is linear over a range of -2° about the line of sight was produced by a system using a defocused spot with a radius of 3°. The size of the defocused spot can be varied so that the desired linear area is obtained. The solid curve is the control command that is generated at the output of the difference amplifier 40 when the target is positioned so that it moves the defocused spot on the detector over an area of - 3° about the line of sight. Fig. 2 shows that the control command voltage is linear with an angle over an area which is approximately 2/3 of the size of the defocused spot or in other words, - 2°. The control command is therefore limited to the linear range by means of the limiter 4 2 which limits the output of the differential amplifier 40 to + 5 volts beyond the angle of + 2° and to -5 volts beyond the angle of - 2°, as shown by the dashed curve of fig. 2.

En ytterligere fordel som skyldes oppbyggingen a<y >denne signalbehandlingsteknikk er at styrekommandosignalet blir normalisert, det vil si at steilheten av styrekommando-spenningen i forhold til vinkelen og siktelinjen er uavhengig av målets signalstyrke over hele det dynamiske område for den logaritmiske forsterker. Hvis målet beveges fra siktelinjen med en eller annen verdi, f.eks. 1°, vil forholdet mellom målsignalenergiene som frembringes i A + B og C + D kanalene være konstant og uavhengig av målsignalnivået. Forskjellen i logaritmene for de to pulser som har konstant forhold (forskjellen mellom utgangene fra de logaritmiske forsterkere 30 og 32 målt i differanseforsterkeren 40) er en konstant spenning som er uavhengig av den absolutte verdi av signalpulsene. Steilheten for den resulterende styrekommando 4 4 som fremkommer ved utgangen fra begrenseren 42 er derfor uavhengig av målsignalnivået og et normalisert styrekommandosignal fåes med en vesentlig forenkling i kretsens oppbygning sammenliknet med vanlig normaliserings-teknikk. A further advantage resulting from the construction of this signal processing technique is that the steering command signal is normalized, that is to say that the steepness of the steering command voltage in relation to the angle and the line of sight is independent of the target's signal strength over the entire dynamic range of the logarithmic amplifier. If the target is moved from the line of sight by some value, e.g. 1°, the ratio between the target signal energies produced in the A + B and C + D channels will be constant and independent of the target signal level. The difference in the logarithms of the two pulses which have a constant ratio (the difference between the outputs of the logarithmic amplifiers 30 and 32 measured in the difference amplifier 40) is a constant voltage which is independent of the absolute value of the signal pulses. The steepness of the resulting control command 4 4 which appears at the output of the limiter 42 is therefore independent of the target signal level and a normalized control command signal is obtained with a significant simplification in the structure of the circuit compared to normal normalization techniques.

Den primære fordel ved signalbehandlingsteknikken i henhold til oppfinnelsen er den forbedrede nøyaktighet i styringen som skyldes et bredt øyeblikkelig dynamisk område i et proporsjonalt målsøkesystem. Store puls-til-puls-signalvariasjoner opptrer i både RF og optiske søkesystemer på grunn av blinking og terrengmaskering slik tilfellet er når man har et bevegelig mål belyst med en laser som står på bakken eller er luftbåret. Variasjoner opptrer også i puls-til-pulsutgangen fra tidligere kjente lasere. Målsignatur-målinger etter mål som er belyst med taktiske lasere viser variasjoner som nærmere seg - 30 db. Det begrensede dynamiske område for den forrige generasjons proporsjonale laser-søkere, vanligvis - 10 db, vil føre til redusert styrenøy-aktighet ved nedsatt datahastighet (individuelle pulser som faller under terskelnivået) eller mettede pulser (individuelle pulser som overskrider det lineære område ). The primary advantage of the signal processing technique according to the invention is the improved accuracy in control due to a wide instantaneous dynamic range in a proportional homing system. Large pulse-to-pulse signal variations occur in both RF and optical search systems due to flashing and terrain masking, as is the case when one has a moving target illuminated by a ground or airborne laser. Variations also appear in the pulse-to-pulse output of previously known lasers. Target signature measurements for targets illuminated with tactical lasers show variations approaching - 30 db. The limited dynamic range of the previous generation proportional laser seekers, usually - 10 db, will lead to reduced styrene accuracy at reduced data rate (individual pulses falling below the threshold level) or saturated pulses (individual pulses exceeding the linear range).

For å kunne utnytte det - 30 db dynamiske område som behandlingsmetoden i henhold til oppfinnelsen byr på må et AGC-system benyttes for å holde den gjennomsnitlige signal-amplitude i midtpunktet for det øyeblikkelig dynamiske område. AGC-egenskapene ved signalbehandlingsmetoden i henhold til oppfinnelsen er vist på fig. 3. Utgangen fra prøve- og holdekretsene 34 og 36 stiger fra terskelverdien på 1 volt til 5,5 volt (+ 30 db over terskelverdien) når målsøkeren nærmer seg målet. Forspenningen for ELLER-kretsen 46 over-skrides ved en prøve- og holdeutgangsspenning på 5,5 volt, In order to be able to utilize the - 30 db dynamic range that the processing method according to the invention offers, an AGC system must be used to keep the average signal amplitude in the midpoint of the instantaneous dynamic range. The AGC characteristics of the signal processing method according to the invention are shown in fig. 3. The output of the test and hold circuits 34 and 36 rises from the threshold value of 1 volt to 5.5 volts (+ 30 db above the threshold value) as the seeker approaches the target. The bias voltage for the OR circuit 46 is exceeded at a test and hold output voltage of 5.5 volts,

og AGC-kretsen 48 frembringer en forsterkningsregulerende spenning som koples tilbake til diodedempekretsen i for-forsterkerne 18-24. Utgangene fra den største av prøve- og holdeutgangene representert av den horisontale linje på fig. and the AGC circuit 48 produces a gain control voltage which is fed back to the diode attenuation circuit in the pre-amplifiers 18-24. The outputs from the largest of the test and hold outputs represented by the horizontal line in fig.

3, holdes på 5,5 volt ved en ytterligere økning på 90 db. 3, is held at 5.5 volts at a further increase of 90 db.

Den øyeblikkelige pulsamplitude som er representert av den hellende linje på fig. 3, kan derfor variere med ± 30 db fra gjennomsnittsverdien uten tap av nøyaktighet straks den gjennomsnitlige signalstyrke har steget 30 db over terskelverdien. For illustrasjonens skyld er den øyeblikkelig be-lastningslinje på ± 30 db trukket ved ± 90 db signalnivået over terskelverdipunktet på fig. 3. Denne øyeblikkelig arbédlds-linje stiger i virkeligheten fra + 30 db over terskelverdipunktet mot de høyere signalnivåer når målsøkeren nærmer seg målet. The instantaneous pulse amplitude represented by the sloping line in fig. 3, can therefore vary by ± 30 db from the average value without loss of accuracy as soon as the average signal strength has risen 30 db above the threshold value. For the sake of illustration, the instantaneous load line of ± 30 db is drawn at the ± 90 db signal level above the threshold value point in fig. 3. This instantaneous power line actually rises from + 30 db above the threshold value point towards the higher signal levels as the seeker approaches the target.

Et øyeblikkelig dynamisk område på ± 30 db og et totalt dynamisk område på 120 db er her benyttet bare som illustra-sjon. Det øyeblikkelig dynamiske område og det totale dynamiske område kan varieres for tilpasning til de krav anvendelsen stiller. An instantaneous dynamic range of ± 30 db and a total dynamic range of 120 db are used here only as an illustration. The instantaneous dynamic range and the total dynamic range can be varied to adapt to the requirements of the application.

Det skulle her være klart at det er tilveiebrakt en meget fordelaktig logaritmisk proporsjonal signalbehandler som er godt egnet for anvendelse med laserstyrte målsøkere ved at den gir en markant økning i det dynamiske område, noe som er oppnådd med kretser og utstyr som koster mindre er og mindre kompliserte enn det som er tidligere kjent. På grunn av at signalutgangene er logaritmen for signalinngangene vil steilheten for styrekommandoen være uavhengig av inngangs-signalets amplitude og man får normalisering. Det skal videre påpekes at for hver faktor på 10 når det gjelder økning i energi, oppnås det samme økning A i utgangsspenningen. It should be clear here that a very advantageous logarithmic proportional signal processor has been provided which is well suited for use with laser-guided target seekers in that it provides a marked increase in the dynamic range, which has been achieved with circuits and equipment that cost less and less more complicated than previously known. Due to the fact that the signal outputs are the logarithm of the signal inputs, the steepness of the control command will be independent of the input signal's amplitude and normalization is obtained. It should also be pointed out that for every factor of 10 in terms of increase in energy, the same increase A in the output voltage is achieved.

Man ser således at anordningen frembringer, uavhengig av det absolutte signalnivå som representeres av den avfokuserte flekk, en styrekommando hvis steilhet (volt/grader fra siktelinjen ) er konstant for en gitt vinkelforskyvning av den avfokuserte flekk bort fra detektorens midtpunkt og dette holder stikk enten inngangen ligger nær terskelverdien eller ved den øvre enden av det dynamiske område, noe som kan være en verdi som er en million ganger større. One can thus see that the device produces, regardless of the absolute signal level represented by the defocused spot, a control command whose steepness (volts/degrees from the line of sight) is constant for a given angular displacement of the defocused spot away from the detector's center point and this holds true whether the input is close to the threshold value or at the upper end of the dynamic range, which can be a value a million times greater.

En foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen kan innbefatte en signalbehandler med et bredt øyeblikkelig dynamisk område og være egnet for anvendelse sammen med et par kanaler som hører til samme føleplan, omfattende detektor-anordninger og minst ett par kanaler som er beregnet på å motta utganger fra detektoranordningen. Forsterkeren innbefattende en logaritmisk forsterker finnes i hver av kanalene og er beregnet på å motta de respektive utganger fra detektor-anordningene og sørge for forsterkning av et bredt område for signalnivåer. Differanseforsterkere finnes til frembringelse av et signal hvis polaritet angir den kanal som har den høyeste utgang slik at passende kommando kan frembringes. A preferred embodiment of the invention may include a signal processor with a wide instantaneous dynamic range and be suitable for use together with a pair of channels belonging to the same sensing plane, comprising detector devices and at least one pair of channels intended to receive outputs from the detector device. The amplifier including a logarithmic amplifier is found in each of the channels and is designed to receive the respective outputs from the detector devices and provide amplification of a wide range of signal levels. Differential amplifiers exist to produce a signal whose polarity indicates the channel that has the highest output so that the appropriate command can be produced.

Det kan benyttes enten ett eller to par kanaler, og hvis to par anvendes er planet for 'det ene par kanaler i rett vinkel på planet for det annet par kanaler, slik at det blir mulig å frembringe styrekommando som kan benyttes til styring av bevegelsene av et fartøy, f.eks. en brakett eller liknende. Either one or two pairs of channels can be used, and if two pairs are used, the plane of one pair of channels is at right angles to the plane of the other pair of channels, so that it becomes possible to generate control commands that can be used to control the movements of a vessel, e.g. a bracket or similar.

Signalbehandleren kan ha automatisk forsterkningsregu-lering, og denne skal da sørge for selektiv forandring av forsterkningen i forsterkeren slik at den logaritmiske forsterker i hver kanal kan arbeide stort sett ved midtpunktet for forsterkerens arb^idskarakteristikk. Prøve- og holdeanordninger kan også benyttes i hver kanal for omdannelse av signalutganger av pulstypen til signaler med lenger varighet, og derved skaffe tilstrekkelig tid for sammenlikning av utgangene fra kanalen i differanseforsterkeren. Begrenser kan anordnes for å begrense utgangen fra differanseforsterkeren til et på forhånd valgt spenningsnivå. The signal processor can have automatic gain regulation, and this must then provide for selective change of the gain in the amplifier so that the logarithmic amplifier in each channel can work largely at the midpoint of the amplifier's operating characteristic. Sample and holding devices can also be used in each channel to convert signal outputs of the pulse type into signals of longer duration, thereby providing sufficient time for comparison of the outputs from the channel in the differential amplifier. Limiters can be provided to limit the output of the differential amplifier to a pre-selected voltage level.

Det skulle nu være klart at normalisering er en mulig-het som ligger i foreliggende oppfinnelse ved at differanseforsterkeren gir en styrekommando med en steilhet som representerer spenning/ målets avvikelse fra siktelinjen, som er uavhengig av inngangssignalnivået. It should now be clear that normalization is a possibility inherent in the present invention in that the differential amplifier gives a control command with a slope that represents voltage/the target's deviation from the line of sight, which is independent of the input signal level.

Claims

1. Method for processing two detector output signals for target direction indication in relation to a line of sight which is linked to a common sensing plane in such a way that they produce a normalized output signal which is in a specific relationship to the two detector signals, where the two detector output signals are carried in separate signal channels, each containing a logarithmic amplifier to produce signals representing the logarithms of the detector output signals, characterized by transforming the nanosecond duration signal outputs from each of the logarithmic amplifiers in sampling and holding devices into signals of at least sufficient duration to provide sufficient time for comparison of the resulting channel output signals, and comparison of the channel output signals in a differential amplifier to produce a controlling command output whose polarity is an indication of the channel that has the highest output signal level, and where the voltage is given by the target angle of the the line as a slope representing the volt-to-target angle which is independent of the input signal level to thereby produce normalization, as well as limiting the controlling command output in a limiting device to a pre-selected voltage level below a non-linear range for this output.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the detector output signals have a wide instantaneous dynamic range while each of the logarithmic amplifiers has a predetermined dynamic range, and in that control of the levels for the detector output signals occurs runs before the detector output signals pass to the logarithmic amplifiers to keep the levels of the detector output signals largely within the dynamic range - of the logarithmic amplifiers.

3. Method as stated in claim 1, characterized in that the sample and hold circuit is made ready and the output signals from the logarithmic amplifier are sampled and stored upon arrival of an input signal to the logarithmic amplifier when the input signal exceeds the threshold value for the amplifier, so that detector signal outputs that fall below the lowest threshold value is rejected, while the detector output signals above the lowest threshold value are held until a detector signal that exceeds the lowest threshold value is fed to the logarithmic amplifier.

4. Method as stated in claim 3, characterized in that the dynamic range of the logarithmic amplifiers is controlled in accordance with the signal level of the logarithmic amplifier's output signals, in order to modify the dynamic range of the logarithmic amplifiers including the lowest threshold value, upon the arrival of output signals from the logarithmic amplifiers when these signals exceed a predetermined value.

5. Signal processing device for processing two detector output signals which are linked to a common sensing plane according to the method specified in one or more of claims 1-4, characterized in that it comprises detection devices for sensing the target direction, at least a couple of channels which are connected to the detection device to receive the detector outputs associated with the common sensing plane, which outputs represent the position of the target, a logarithmic amplifier in each signal channel coupled to receive one of the detector outputs and to produce a signal associated with the logarithm for a wide range of levels for received detector output signals, sample and hold circuits in each signal for transforming signal outputs of the pulse type with a duration of nanoseconds into signals of at least sufficient duration to provide sufficient time for comparison of the signals in the two channels, difference-. amplifier devices connected to receive the outputs from them said channels and arranged to compare the outputs and produce a control command output whose polarity indicates the channel having the highest output signal level and which has a slope representing volts to target, independent of the detector output signal level, whereby normalization occurs, and limiting devices for limiting the output of the differential amplifier devices to a predetermined voltage level below a non-linear range of the output.

6. Signal processing device as specified in claim 5, where the detector device is an optical target detector of the quadrant type or a target detector with an antenna device for radio frequencies, characterized in that the signal processing device comprises a differential amplifier for receiving output signals from the signal channels and for producing a device output signal which has a slope which represents voltage as a function of the target angle and which is independent of the detector's output signal level.

7. Signal processing device as stated in claim 5 or 6, where the detector output signals are of the pulse type, characterized by sampling and holding devices in each signal channel for converting the output signal pulses into signals of longer duration, thereby creating sufficient time for the signal processing devices to process the output signals from the channels .

8. Signal processing device as stated in claim 7, where each of the logarithmic amplifiers has a predetermined instantaneous dynamic range that extends upwards from the lowest threshold level, characterized in that the sample and hold devices are prepared after receiving a signal which is fed to the logarithmic amplifier and which exceeds the amplifier's lowest threshold level.

9. Signal processing device as stated in claim 5 or 6, where each of the logarithmic amplifiers has a pre-determined instantaneous dynamic range, characterized by devices for controlling the levels of the detector output signals fed to the logarithmic amplifiers as a result of an output signal from a logarithmic amplifier exceeding a predetermined value, in order to maintain the detector output signals fed to the logarithmic amplifiers substantially within said dynamic range.

10. Signal processing device as specified in claim 5 or 6, where each of the logarithmic amplifiers has a predetermined instantaneous dynamic range, characterized by devices for amplifying each signal channel to control the dynamic range for the detector's output signals which are fed to the logarithmic amplifiers in dependence of the output signals from the logarithmic amplifiers.

11. Signal processing device as specified in claims 5, 6 or 7, characterized by signal amplifiers for amplifying the input signal to each logarithmic amplifier and automatic gain control for regulating the gain in the signal amplifier in accordance with the level of the output signals from the logarithmic amplifiers.