SE504941C2 - Förfarande och anordning för inriktning - Google Patents

Description

20 25 30 35 504 941 å vid ett distansmätinstrument, där alla reflektorer utom den eller de, som är anbringad(e) på ett mål, diskrimineras bort.

Detta syfte uppnås med ett förfarande med de i patentkravet 1 angivna särdragen. Ytterligare särdrag, vidareutvecklingar och en anordning för att utföra förfarandet anges i de övriga patentkraven.

För att diskriminera bort alla andra reflektorer än reflek- torn på målet utnyttjas en kombination av polariserande och styrbart polarisationsmodulerande anordningar placerade i den elektromagnetiska strålningens strålgång till och från in- strumentet. En av dessa anordningar placeras enligt uppfin- ningen vid varje målreflektor. Företrädesvis är åtminstone en polariserande och/eller styrbart polarisationsmoderande anordning placerad i den elektromagnetiska strålningens strålgång vid instrumentet. Den styrbart polarisationsmodule- rande anordningen är styrbar till att växelvis ändra strål- gångens polarisationsriktning. Kontroll av påträffade re- flektorer utförs genom att prova om den mottagna strålningen ändrar sig växelvis i samma takt som polarisationsändringen hos den styrt polarisationsmodulerande anordningen. Enbart mål accepteras, som ger olika signalstyrka i den nämnda takten för den mottagna strålningen.

Företrädesvis är den polarisationsmodulerande anordningen och/eller minst en av de polariserande anordningarna placerad vid målinriktnings- och målföljningsenheten antingen på dess ljusemitteringssida eller ljusmottagarsida. Varje mål instru- mentet påträffar vid sin sökning efter ett riktigt mål kon- trolleras beträffande reflektionsgraden för inkommande strål- ning, under det att polariseringen ändras växelvis med den polarisationsmodulerande anordningen, som t.ex. kan utgöras av en Pockels-cell, en enhet med styrbara flytande kristaller e.d. Den polarisationsmodulerande anordningen kan ingå i en kombinerad polariserande och polarisationsmodulerande anord- ning och då även ge en kontinuerlig ändring mellan olika polarisationsplan, och t.ex. utgöras av en kontinuerligt roterande polarisator eller en roterande enhet med växelvis 10 15 20 25 30 35 à 504 941 insatta polarisatorer med motsatta polarisation.

Om den polarisationsmodulerande anordningen är placerad vid målreflektorn måste elektronik för styrning och strömför- sörjning till denna finnas vid målreflektorn.

Det är uppenbart att uppfinningsidên inte är begränsad till användning vid utsättningsarbeten utan kan tillämpas för alla typer av system, där ett instrument med emitterad elektromag- netisk strålning skall söka efter och åtminstone tillfälligt låsa till en målreflektor eller till flera målreflektorer i sekvens. Exempel på sådana system är t.ex. självorienterande vagnar, flygutrustningar e.d. Målen kan vara fasta, och målföljning blir då onödig.

Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till de bifogade ritningarna, där fig. 1 visar en vy över instrumentets och målets placering vid en utsättningsoperation; fig. 2 schematiskt visar en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen med det optiska arrangemanget och en kvadraturdetektor samt en styr- och avkän- ningskrets, fig. 3 schematiskt visar en andra utföringsform av det op- tiska arrangemanget enligt uppfinningen, fig. 4 schematiskt visar en tredje utföringsform av det op- tiska arrangemanget enligt uppfinningen, fig. 5 schematiskt visar en fjärde utföringsform av det op- tiska arrangemanget enligt uppfinningen, och fig. 6 schematiskt visar en femte utföringsform av det op- tiska arrangemanget enligt uppfinningen.

I fig. 1 visas ett obemannat elektroniskt distansmätinstru- ment 1, som är försett med en styr- och beräkningsutrustning 2, här schematiskt ritad som en låda. Styr- och beräknings- utrustningen innehåller en styrdator, som styr instrumentets distansmätningsfunktion, styr mätning av dess vridning i både höjdled och horisontalled, samt utför beräkningar av mät- resultat i beroende av instrumentets inriktning. Detta inne- 10 15 20 25 30 35 504 941 4 bär att instrumentet mäter den lutande längden mot en reflek- tor 5 på en utsättningsstav 4 och vinkellägena i vertikal- och horisontalled, samt beräknar horisontell längd, höjd- skillnad och riktning i horisontalplanet till reflektorn.

Styrutrustningen innehåller även mottagare för mottagning av styrsignaler från en operatör 3 vid utsättningsstaven 4.

Dessutom finns en företrädesvis separat målsöknings- och målföljningsenhet 12-15 på instrumentet kopplad till styr- och beräkningsutrustningen 2.

Staven 4 har således en reflektoranordning 5 med minst en reflektor, mot vilken instrumentets mätstråle 6 skall vara inriktad vid mätning, samt en styrenhet 7 manövrerbar av operatören för att översända manöversignaler, t.ex. radiosig- naler, optiska signaler e.d, till instrumentets styrutrust- ning 2 för att markera, när mätning skall ske. Även inrikt- ningsstrålen från enheten 12-15 inriktas mot reflektoranord- ningen 5. Om så önskas kan operatören genom fjärrstyrning grovinrikta instrumentet mot målet innan målsöknings- och målföljningsenheten aktiveras. Det senare kan, om instrumen- tet är inriktat med stor avvikelse mot målet, ge en snabbare inriktning, än om instrumentet självt skall söka efter målet över ett brett område.

Det bör observeras att användningen av inriktningsanordningen enligt uppfinningen för ett distansmätinstrument enbart är angiven såsom exemplifiering och att andra användningsområden även är tänkbara.

Olika system för att utföra målsökning och målföljning finns US 5,313,409; US 4,030832. uppfinningen endast avser kontroll av, att instrumentet söker efter ett ämnat mål för att sedan eventuellt låsa mot detta och diskriminerar eventuellt förekommande falska mål, be- redan kända, se t.ex. Eftersom skrivs enbart dessa funktioner.

I den i fig. 2 visade utföringsformen av uppfinningen, vilken är den föredragna, är en första polariserande anordning 13, i fortsättningen kallad polarisator, och en polarisationsmodu- 10 15 20 25 30 35 5 504 941 lerande anordning 14, i fortsättningen kallad modulator, placerad vid instrumentets utsändningssida. Anordningen 14 är styrbar att växelvis ändra stålgångens polarisationsriktning.

En andra polariserande anordning 10, i fortsättningen kallad polarisator, är placerad framför en vid målet (icke visat i sin helhet) placerad reflektor 11, företrädesvis ett kub- hörnsprisma, för att få emitterad strålning reflekterad rakt motsatt emissionsriktningen. Polarisatorerna är vridna så att de antingen ger samma polarisationsvridning eller polaritets- vridning 90° förskjutna i förhållande till varandra, och kan omfatta polaroider. Företrädesvis användes horisontal- eller vertikalpolarisering, men även cirkulärpolarisering höger/vänster är möjlig.

Prismat 11 kan vara ett av prismorna i enheten 5 eller vara separat och placerat på avpassat avstånd från enheten 5.

En källa 12 med elektromagnetisk strålning, t.ex. en laser eller lysdiod, i fortsättningen kallad ljuskälla, hos in- strumentet utsänder elektromagnetisk strålning. Den i strål- gången från ljuskällan 12 placerade polarisatorn 13 tar bort ett av ljusets polarisationsplan. Alternativt kan själva ljuskällan 12 avge polariserat ljus och då behövs inte pola- risatorn 13. Det från enheten 12, 13 emitterade ljusets polarisationsplan kan styras med modulatorn 14, så att det av polarisatorn 13 polariserade ljuset växelvis kan passera modulatorn oförändrat eller av modulatorn 14 bringas att vrida sitt polarisationsplan 90°.

Modulatorn 14 kan t.ex. innefatta styrbara flytande kristal- ler eller vara en roterande skiva med omväxlande polarisa- tionsplanvridande och öppna fält, eller fält med omväxlande polaritetsvridning. Polarisatorn 13 och modulatorn 14 kan även vara en och samma enhet, som är utförd med flytande kristaller styrbart ändringsbara mellan tillstånd med olika polarisationsegenskaper, eller en roterande skiva med alter- nerande fält, som växelvis ändrar det infallande ljusets polarisation, företrädesvis mellan polarisatorns polarisation och en polarisation vriden 90° däremot, eller utgöras av en 10 15 20 25 30 35 504 941 6 enda roterande polarisator, som kontinuerligt vrider det emitterade ljusets polarisation. Det bör observeras att även i de följande utföringsformerna polarisator och modulator hos en styrbar polarisatoranordning kan vara utförda på ovan be- skrivna sätt.

När den mot prismat 11 utsända strålningens polarisation sammanfaller med polarisatorns 10 polarisation, kan elektro- magnetisk strålning passera från ljuskällan 12, reflekteras av prismat 11 och mottas av en detektor 15. När den mot prismat utsända strålningens polarisation är vriden 90° mot polarisatorns 10 polarisationsvridning, når praktiskt taget inget ljus till detektorn 15. Detektorn träffas således av strålning modulerad med samma frekvens som modulatorns 14 modulering, när ett avsett mål påträffas. Om inriktning har skett mot ett icke acceptabelt mål, träffas detektorn 15 av ungefär samma ljusstyrka oberoende av modulatorn 14 module- ring, och målet diskrimineras.

Uppfinningen bygger således på att den elektromagnetiska strålningen från och till instrumentet passerar genom en polarisator på ömse sidor om en polarisationsmodulator.

Såsom visas i fig. 3 kan motsvarande moduleringsfunktion uppnås, om en modulator 14' och en polarisator 13' (eller en kombinationsenhet med dessa enheters kombinerade funktion) .placeras framför detektorn 15 i stället för framför ljuskäl- lan 12. En polarisator 10 är placerad framför prismat 11. I detta fall är det utsända ljuset från ljuskällan 12 opolari- serat, vilket innebär att själva ljuskällan 12 måste vara opolariserad. Polarisatorerna 10 och 13' och modulatorn 14' kan i den i fig 3 visade utföringsformen ha samma egenskaper som dem, som beskrivits ovan i anslutning till fig. 2.

Såsom visas i fig. 4 kan motsvarande moduleringsfunktion också uppnås, om modulatorn 40 placeras vid prismat 11, så att polarisatorn framför prismat 11 ersättes med en modula- tor, som i ett sådant fall måste inverka kombinerat med samma polarisationsvridning på både den infallande och utgående 10 15 20 25 30 35 à 504 941 strålningen hos prismat, så att den samverkande moduleringen blir som om strålningen enbart modulerades en gång. En fast polarisator 41 är placerad framför ljuskällan 12, och en fast polarisator 42 med samma eller 90° polarisationsvridning som polarisatorn 41, företrädesvis samma, är placerad framför detektorn 15. Om polarisatorerna 41 och 42 har samma polari- sationsvridning kan de utgöras av en och samma komponent placerad t.ex. som en skiva framför instrumentet. Ljuskällan 12 är opolariserad. Det bör observeras att polarisatorn 41 kan utgöras av själva ljuskällan, om denna är en ljuskälla, som utsänder polariserat ljus. Då används enbart polarisatorn 42 som separat polarisator.

Modulatorn 40 kan i den i fig 4 visade utföringsformen ex- empelvis vara en roterande polaroid med sin rotationsaxel företrädesvis placerad vid sidan om prismat ll med polarisa- tor och utan polarisator eller polarisatorer med omväxlande polarisationsvridning, men det är även tänkbart att ha rota- tionsaxeln t.ex. löpande genom prismats centrum.

Såsom visas i fig. 5 kan motsvarande moduleringsfunktion också uppnås, om både en modulator 43 och en polarisator 44 placeras vid prismat ll med modulatorn 43 närmast prismat.

Polarisatorn 44 fungerar här som två polarisatorer, dvs för både den från instrumentet emitterade strålningen och den av prismat 11 reflekterade strålningen. I detta utförande bör modulatorn täcka hela prismat, eftersom den från instrumentet emitterade strålningen är divergerad, kommer att täcka hela främre ytan på prismat 11 och måste passera polarisatorn 44 före modulatorn. Ljuskällan 12 är opolariserad. Modulatorn 43 kan i den i fig 5 visade utföringsformen ha samma utformning som den, som beskrivits för fig. 4.

Såsom visas i fig. 6 kan motsvarande moduleringsfunktion även uppnås, om både en modulator 45 och en polarisator 46 place- ras vid prismat 11 med polarisatorn 46 placerad närmast prismat. Polarisatorn 46 fungerar här som en enda polarisa- tor, som måste täcka hela prismat, eftersom ljuset måste passera polarisatorn före modulatorn. Modulatorn 45 kan täcka 10 15 20 25 30 35 504 941 1 é halva eller hela prismat. Om modulatorn täcker hela prismat, skall den bara vrida polariseringen 45° vid varje ljuspassage genom den (totalt 90°). För att ha en polarisator på ömse sidor om modulatorn är därför en polarisator 47 placerad vid ljuskällan 12, eller också kan själva ljuskällan 12 avge polariserad strålning.

Vi hänvisar åter till fig. 2. För alla de ovan angivna utför- ingsformerna gäller att den emitterade elektromagnetiska strålningen företrädesvis har relativt stor divergens, t.ex. rl grad. Den reflekteras av prismat 11 och fokuseras (fokuse- ringsorgan icke visat) på detektorn 15, som är utformad som en kvadraturdetektor, av åskådningsskäl visad i två projek- tioner under varandra i figuren.

Såsom framgår av den undre projektionen i fig. 2 innefattar detektorn 15 fyra detektorelement 21, 22, 23, 24, ligger i anslutning till varandra. Flera detektorelement är vilka naturligtvis tänkbara, t.ex. placerade ringformigt i kvart- cirkelsektorer utanför varandra för att få styrning av motta- gen strålning in mot detektorns mitt säkrare än dem en fyr- elements detektor. Styrprincipen blir dock inte annorlunda än den nedan beskrivna. Signalerna från detektorelementen för- stärks i var sin förstärkare 25, 26, 27 resp. 28.

Under sökförloppet för att hitta en målreflektor att låsa på utnyttjas en summasignal från detektorerna, dvs utgångarna från förstärkarna 25 - 28 matas till en adderare 29. Dess utgång är kopplad till ett bandpassfilter 30 med passbandet omkring modulatorns 14 omslagsfrekvens mellan olika polarisa- tioner. Utgången på bandpassfiltret 30 är kopplad till en styrenhet 31. I den i fig. 2 visade utföringsformen styr styrenheten 31 modulatorn 14 (eller en kombination av polari- satorn 13 och modulatorn 14). Om utföringsformen i fig. 3 används styrs i stället modulatorn 14'. I utföringsformen i fig. 4 styrs i stället modulatorn 40, i fig. 5 modulatorn 43 eller i fig. 6 modulatorn 46.

Så länge ingen signal erhålles från bandpassfiltret 30, ger styrenheten styrsignaler till instrumentets vertikal- och 10 15 20 25 30 35 á 504 941 horisontalmotor att vridas så, att instrumentets mätstråle riktas i enlighet med ett förbestämt sökmönster. Styrenheten 31 är lämpligen en dator eller ingår i instrumentets övriga datorutrustning och har sökmönstret inprogrammerat i datorns programvara.

När signal erhålles från bandpassfiltret 30, vilket innebär att ett avsett mål har påträffats, avbryter styrenheten 31 styrningen av motorerna enligt sökmönstret och aktiverar en normalt bruten genomkopplingskrets 32 i och för fininriktning mot den påträffade målreflektorn och senare eventuell servo- styrning för att hålla kvar instrumentet inriktat mot denna.

Genomkopplingskretsen 32 kopplar då igenom signalerna från förstärkarna 25 - 28 till en fininriktningkrets 33 visad inom en streckad fyrkant.

Instrumentet inriktas mot målet med hjälp av instrumentets servomotorer för vertikal- och horisontalinställning, till dess att lika mycket ljus träffar de enskilda detektorelemen- ten 21 - 24.

Signalerna från de båda övre detektorelementen 21 och 22 adderas med varandra i en adderare 34. Signalerna från de båda undre detektorelementen 24 och 23 adderas med varandra i en adderare 35. Adderarnas 34 och 35 signaler jämförs med varandra i en jämförare 36, vilken servostyr vertikalmotorn åt ena eller andra hållet i beroende av jämförarens 36 ut- signal och dess tecken, så att dess utsignal hålls nära noll.

Signalerna från de båda vänstra detektorelementen 21 och 24 adderas med varandra i en adderare 37. Signalerna från de båda högra detektorelementen 22 och 23 adderas med varandra i en adderare 38. Adderarnas 37 och 38 signaler jämförs med varandra i en jämförare 39, vilken servostyr horisontalmotorn åt ena eller andra hållet i beroende av jämförarens 39 ut- signal och dess tecken, så att dess utsignal hålls nära noll.

Denna servostyrning fortlöper så länge bandpassfiltret ger signal till styrenheten 31, eller styrenheten 31 styrs till 10 15 20 25 30 35 504 941 10 att igångsätta sökning efter annan målreflektor genom yttre styrning, t.ex. styrt av operatören 3.

Det bör observeras att de visade kretselementen är de väsent- liga för att förklara uppfinningens arbetssätt, och att ytterligare kretselement finns i ett reellt utförande för att åstadkomma signaler anpassade för att åstadkomma de beskrivna funktionerna. T.ex. kan genomkopplingskretsen innefatta omvandlingelement för att lämna likspänningssignaler till kretsen 33 mer lämpade för servostyrningen än växelspännings- signaler.

Det bör även observeras att den i fig. 2 visade kretsen enbart är en utföringsform, och att många andra kretsar är möjliga inom den ram för uppfinningen, som ges av de bifogade patentkraven. Exempelvis kan sökning efter reflektor i ett första skede ske utan styrning av modulatorn, dvs utan att utnyttja polariseringsförändringar. Därvid amplitudmoduleras företrädesvis den av ljuskällan 12 utsända ljussignalen, för att enbart reflex av utsänd strålning skall detekteras och ströljus i omgivningen diskrimineras bort.

Denna modulering görs således av själva ljuskällan och modu- leringen sker med en frekvens, som motsvarar bandpassfiltrets (30) frekvens. När signal erhålles från detektorn 15 provar man med olika polarisationsplan med ytterst långsam frekvens, t.ex. genom att omstyra modulatorn mellan olika polarisa- tionsplan, nästan statiskt antingen för hand eller via in- struktioner i ett dataprogram för styrning av instrumentet, och därigenom bestämmer, om målet är ett riktigt mål. Om ingen skillnad hos den mottagna signalen då detekteras, fort- sättes sökförloppet.

Det är alternativt möjligt att amplitudmodulera ljuskällan med en frekvens och vid detektering av en reflektor koppla in styrning av polarisationsmodulatorn med en helt annan frek- vens för att undersöka om denna reflektor är en målreflektor.

Bandpassenheten 30 kan i detta utförande innefatta antingen två parallella bandpassfilter med olika mittfrekvens eller 10 15 20 il 504 941 ett gemensamt filter med två bandpass. Därvid kan olika frekvenser för amplitudmoduleringen och polarisationsmodule- ringen utnyttjas. När, under enbart amplitudmodulering, signal med amplitudmoduleringsfrekvensen erhålles inkopplas styrningen av modulatorn 14 (eller 14', 40, 43, 46). Styren- heten 31 undersöker således om en varierande signal med polariseringsfrekvensen erhålles från filtret 30 och fort- sätter sökförloppet, om dylik signal ej erhålles.

Ovan har angivits att vid användning av förfarandet och anordningen enligt uppfinningen vid ett distansmätinstrument målsök- och målföljsystemet är skilt från mätsystemet. Mät- systemet, när det baseras på utsänd, reflekterad och mottagen modulerad strålning, måste ha en mycket fast och hög ampli- tudmodulerad signal på det emitterade ljuset, och även den mottagna modulerade mätsignalen måste vara helt stabil för att god upplösning skall kunna erhållas. I ett fall, där ytterst god upplösning inte är så viktig kan man tänka sig att kombinera mät-, målsöknings- och målföljningsarrangemang- et genom att utföra moduleringen av mätstrålen med polarisa- tionsväxlingar, vilka då måste utföras med en hög frekvens över t.ex. 100 kHz. Ljuskällan 12 avger då en konstant, dvs omodulerad strålning.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 504 941 12 Patentkrav

1. Förfarande vid målsökning, där ett instrument utsänder en elektromagnetisk strålning och söker efter en målreflektor genom att detektera om mottagning sker av från målreflektorn tillbaka till instrumentet reflekterad, mottagen elektromag- netisk strålning, kännetecknat av att i den elektromagnetiska strålningens strålningsriktning följande förfaringssteg utförs efter varandra: a. polarisering av den elektromagnetiska strålningen; b. polarisationsmodulering av den elektromagnetiska strålningens polarisationsriktning genom växelvis ändring av den; b. polarisering av den elektromagnetiska strålningen; varvid minst ett av de under punkterna a) till c) nämnda förfaringsstegen utföres vid målreflektorn (11); och kontroll av påträffad reflektor utförs genom att prova om den mottagna strålningen ändrar sig växelvis i samma takt som moduleringen av polarisationsriktningen, samt enbart acceptera ett mål, som ger olika signalstyrka i den nämna takten för den mottag- na strålningen.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att sökning efter målreflektor först utföres utan polarisations- moduleringen med konventionella metoder, och först efter påträffad reflektor polarisationsmoduleringen igångsätts tillsammans med kontroll av om reflektorn utgör en målreflek- tor.

3. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att under sökning efter målreflektor polarisationsmoduleringen utförs med förbestämd modulationsfrekvens, varigenom reflek- terad signal med modulationsfrekvensen enbart erhålles från en målreflektor.

4. Målsökningsanordning för ett vridbart instrument innefat- tande en enhet (12), som utsänder en strålning, en detektor- enhet (15), som är anordnad att detektera mottagning av från en målreflektor (ll) tillbaka till instrumentet reflekterad, 10 15 20 25 30 35 n 504 941 mottagen strålning, kännetecknad av a. en polarisationsmodulerande anordning (14; 14'; 40; 43; 45) styrbar till att växelvis ändra strålningens polarisationsriktning insatt i strålningens strål- gånq: b. minst en polarisationsanordning (10, 13; 10, 13'; 41, 42; 44; 46, 47) med fast polarisering så place- rad(e) i strålningens strålgång, att strålningen löper genom polarisationsanordning både före och efter den polarisationsmodulerande anordningen; c. varvid minst en av ovan nämnda anordningar är place- rad vid reflektorn (11); d. . en styrenhet (31), som styr den polarisationsmodule- rande anordningen växelvis mellan olika motverkande polarisationer; e. en utvärderingskrets (25-31) kopplad till detekto- renheten (15) och anordnad att acceptera en målre- flektor, som ger olika reflektionsgrad för nämnda olika polarisationer.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att den polarisa- tionsmodulerande anordningen (14; 14'; 43; 45) ingår i odel- bar kombination med en av de polariserande anordningarna (l3;l3';44;45).

6. Anordning enligt något av kraven 4 - 5, kännetecknad av att den polarisationsmodulerande anordningen (14) är placerad vid instrumentet för att påverka den utsända strålningen från strålkällan, varvid en av de polariserande anordningarna (10) är placerad vid reflektorn (11).

7. Anordning enligt något av kraven 4 - 5, kännetecknad av att den polarisationsmodulerande anordningen (14') är place- rad vid instrumentet för att påverka den mottagna strålning- en, varvid en av de polariserande anordningarna (10) är placerad vid reflektorn (11).

8. Anordning enligt något av kraven 4 - 5, kännetecknad av att den polarisationsmodulerande anordningen (40;43;45) är 10 15 504 941 14 placerad vid målreflektorn (ll), och att den minst en polari- serande anordningen (41, 42; 44; 46, 47) är placerad antingen vid instrumentet eller vid reflektorn eller uppdelat mellan instrumentet och reflektorn.

9. Anordning enligt något av kraven 4 - 8, kännetecknad av en styrkrets (31), som utför moduleringen av den elektromag- netiska strålningen medelst styrning av den polarisationsmo- dulerande anordningen (14;14';40;43:45) för ompolarisering av den elektromagnetiska strålningen.

10. Anordning enligt något av kraven 4 - 9, kännetecknad av att en av polarisationsanordningarna omfattar själva ljuskäl- lan, som då är vald att vara en ljuskälla, som utsänder polariserat ljus.