DE2806926A1 - Optoelektrische nachweis- und ortungsvorrichtung - Google Patents

Description

PlF^Τί^: Βίί ^ ^LEWl NSKY ₁₇ Februar 1978

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REINER PRIETSCH 10.143- V/Hg

Thomson-CSP, Bl. Haussmann 173, P-75OO8 Paris (Frankreich) Optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung

Priorität: Frankreich, 18. Februar 1977, Nr. 77 047^7

Die Erfindung betrifft eine optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung zur winkelmäßigen Ortung eines leuchtenden Objektes.

Die Erfindung findet eine Anwendung insbesondere auf dem Gebiet der optoelektrischen Nachweistechnik und bei der Verfolgung eines leuchtenden Objektes oder Zieles, das Licht aussendet oder das aus der Entfernung beleuchtet wird; sie findet gleichermaßen Anwendung bei einem automatischen Führungsgerät, wie z.B. bei einer Selbstlenkeinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines Systems zum Nachweis und zur winkelmäßigen Ortung eines Zieles in einem Beobachtungsfeld, das in der Lage ist, Signale zu erzeugen, die für die Winkelablage zwischen der Visierachse des Systems und der Richtung des Zieles charakteristisch sind. Das Ziel besteht im allgemeinen aus einem bevreglichen Objekt, wie etwa einem Flugzeug, einem Geschoß, einer Rakete oder dergleichen. Das von dem Ziel in Richtung des Nachweissystems ausgesandte odejr reflektierte Licht, stellt einen optischen Kontakt entweder im Infraroten, im sichtbaren Bereich oder im Ultraviolettbereich dar. Das optische Empfangsbeobachtungsfeld bestimmt in der Fokalebene einen Nachweisbereich, der auf die pütische Achse oder Visierachse zentriert ist. So entspricht jedem strahlenden Objekt, das im öffnungswinkel der Visierachse liegt, ein Bild auf der Nachweisfläche, dessen cartesische Koordinaten der Höhen-

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und Seitenablage des Zieles entsprechen.

Bei bekannten Systemen besteht die Nachweiseinrichtung aus einem optischen Empfänger, der an einen fotoelektrischen Detektor gekoppelt ist, um die von dem Beobachtungsfeld kommende Strahlung zu fokussieren und nachzuweisen. Das Beobachtungsfeld besitzt einen bestimmten öffnungswinkel und die optische Achse des Nachweisgerätes liegt in der Mitte des Beobachtungsfeldes. Die empfangene Strahlung besteht aus deren Nutzstrahlung, die von der Quelle kommt, wenn diese sich im Beobachtungsfeld aufhält und aus einer Störstrahlung, die von äußeren Störquellen kommt und entweder direkt oder durch Reflexion in die Nachweisvorrichtung gelangt. Die nachzuweisende Quelle nimmt im allgemeinen im Beobachtungsfeld wegen ihrer geringen Größe und wegen ihrer Entfernung zum Detektor eine sehr klein scheinende Fläche ein. Darüberhinaus ist die Strahlung, die von der Quelle in die Nachweiseinrichtung gelangt, gering gegenüber der Störstrahlung aus dem gesamten Beobachtungsraum. Bei Tagbetrieb besteht die Störstrahlungim allgemeinen aus dem Sonnenlicht, das sehr intensiv sein kann.

So kommt für eine vorgegebene Beobachtungsrichtung die Strahlung des Störlichtes aus dem gesamten Raumwinkel, der für die optische Beobachtung interessant ist. Die Störstrahlung erzeugt nach ihrem Nachweis ein Störsignal, d.h. ein erhebliches Rauschen, während das Nutzsignal von einer sehr schwachen Strahlungsquelle kommt und darüberhinaus nur einen sehr kleinen Raumwinkel umfaßt.

Die Nutzstrahlung ist im allgemeinen bekannt, insbesondere ist ihre räumliche und spektrale Verteilung bekannt, d.h. daß sie sich im allgemeinen in einem V/ellenlängenbereich befindet, der für die Auswertung vorgesehen ist und daß andererseits das Bild des fraglichen Nutzobjektes, das mit Hilfe eines Eingangsobjektives des Empfängers auf die fotoempfindliche Fläche des Detektors abgebildet wird, bestimmte charakteristische Abmessungen aufweist. Die spektralen und räumlichen Verteilungen der Stör-

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Strahlungsquellen unterscheiden sich im allgemeinen sehr von denen des Nutzobjektes.

Der Erhalt eines über dem Rauschen liegenden Nutzsignales ermöglicht die direkte Detektion. Ein solches Nutzsignal wird jedoch nur bei sehr leuchtstarken Quellen, die insbesondere dann sehr leuchtstark sein müssen, wenn sie weit entfernt sind, erhal ten.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, sind bestimmte Techniken bekannt geworden, die es gestatten, das Signal/Rausch-Verhältnis zu vergrößern. An diese soll im folgenden kurz erinnert werden.

Eine Lösungsmöglichkeit besteht darin, eine optische Filterung vorzusehen und nur eine bestimmte Bandbreite, die mit der nachzuweisenden Quelle übereinstimmt, auszufiltern, sofern das Spektrum der Quelle bekannt ist. In diesen Geräten entspricht die Nutzstrahlung vorzugsweise einem sehr schmalen Frequenzband, wodurch ein großer Teil der Störstrahlung durch optische Filterung entfernt werden kann. Eine weitere Lösungsmöglichkeit, die auch zusammen mit der vorerwähnten angewandt werden kann, besteht darin, ein · räumliches Abtasten mit Hilfe einer bewegliche^ Maske vorzusehen, die aus auf einem undurchsichtigen Untergrund angeordneten durchsichtigen Schlitzen besteht, die sich quer j zur optischen Achse des Nachweisgerätes bewegen und durch tfnter-) brechung des Lichtstrahles eine zeitliche Modulation des Signales erzeugen.

Für die letztgenannten Systeme bestehen mehrere Ausführungsformen, bei denen das Nachweisgerät im allgemeinen eine Mehrzahl von Detektorelementen aufweist. Dadurch, daß ein Streifengitter von zu einer ersten cartesischen Meßachse parallelen Detektorelementen verwendet wird und das Signal durch Vorüberziehen der zu diesem Linearnetz orthogonalen und parallel zur zweiten cartesischen Meßachse verlaufenden Schlitzen moduliert wird, welche Schlitze die einfallende Strahlung unterbrechen, erhält man durcι die Ordnungszahl des angesprochenen Detektorelementes die Infor-

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mation über den ersten Winkelparameter der Ablage und durch die zeitliche Position des nachgewiesenen Signales die Information über den zweiten Winkelparameter.

Nach einer bekannten weiteren Ausführungsform bestehen die Schlitze aus einer optischen kodierten Spur und die Verarbeitung der nachgewiesenen Signale erfolgt durch Autokorrelation; dadurch, daß mehrere parallele unterschiedlich kodierte Spuren ver wendet werden, erhält man eine räumliche Auswahl und anstelle eines aus mehreren Detektorelementen zusammengesetzten Detektors kann ein einziges lichtempfindliches Element verwendet werden. Eine derartige Ausführungsform ist aus der französischen Patentschrift 2 116 724 bekannt. Die Kodes werden zur Modulation vor dem Detektor und zur Multiplikation in einem anderen Bereich einer Vidiconröhre oder einer analogen Vorrichtung verwendet, auf deren Target sich die Integration vollzieht. Die Videosignale, die durch zeilenweises Abtasten des Targets erhalten werden, werden danach mit einem Schwellwert verglichen, um das Zielnutzsignal zu detektieren, das einer Autokorrelationsspitze entspricht. Das auf diese Weise gewonnene Nutzsignal wird an Verarbeitungsschaltungen übertragen, die so gestaltet sind, daß sie beispielsweise die Ablagedaten sichtbar machen oder zahlenmäßig erfassen oder die Visierachse auf das Ziel ausrichten.

Durch die Verwendung der kodierten Spuren sowohl zur Modulation als auch zur optischen Korrelation kann der Empfänger vereinfacht werden. Es muß jedoch ein Vidicon verwendet werden, was für verschiedene Anwendungsbereiche, wie z.B. bei einer automatischen Zieleinrichtung, wo große technische Anforderungen an die Kompaktheit und an das niedere Gewicht gestellt werden, nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung zu schaffen, die frei von den vorerwähnten Nachteilen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen besehrieben. Die Erfindung wird im folgenden anhand der in den Figuren

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[ schemata.Seh dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

I Es zeigt:

ί Fig. 1 Eine optoelektrische Nachweis- und Ortungs- ^: Vorrichtung gemäß der Erfindung_s

_: Fig. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung gemäß Fig.3 : zur Darstellung der optischen Modulations-

! spurenj

Fig. 3 verschiedene Signalformen des detektierten Signales in Abhängigkeit der Kontrastfunktion des Zieles,

Fig. 4 verschiedene Signalformen bei dem eingesetzten Abtastverfahren,

Fig. 5 ein Kodierschema der optischen Spuren, bei einer Ausführungsform mit mehreren Kodes,

Fig. 6 ein Kodierschema der optischen Spuren bei

einer anderen Ausführungsform, bei der nur j ein einziger Kode verwendet wird, !

Fig. 7 ein Detail der Spurenkodierung gemäß der ben vorzugten Ausführungsform nach Fig. 6, ]

Fig. 8 ein Blockschaltbild der Verarbeitungsschal-! tungen für die Ausführungsform mit nur einen}

einzigen Kode gemäß den Fig. 6 und 7_S ^!

Fig. 9 ein Blockschaltbild der Verarbeitungsschaltung bei der Ausführungsform, die gemäß : Fig. 5 mehrere Kodes verwendet,

; Fig. 10 eine automatische Zielvorrichtung mit einer : Ortungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Das Nachweis- und Ortungsgerät gemäß Fig. 1 besitzt optische Empfangs- und Fokussierungsmittel 1 für die einfallende Strahlung, die aus dem Beobachtungsfeld kommt, Modulationsmittel 2 für die fokussierte Strahlung, durch die diese moduliert wird, intern quer zur optischen Achse Z ein Gitter von η optischen parallelen Spuren Pl bis Pn vorbeigezogen wird, einen Fotode-

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tektor für die modulierte Strahlung, der aus einem einzigen Detektorelement 3 besteht, Verstärkerschaltungen 4, die dem Fotodetektor zugeordnet sind und Verarbeitungsmittel 11 für die detektierten Signale SD, die nach der Autokorrelationsmethode arbeiten.

Die Modulationsvorrichtung wird anhand der Fig. 2 erläutert. Sie besteht aus einer Mehrzahl von η optischen Spuren Pl, P2... Pn, die in der Fokalebene eines optischen Eingangsobjektives angeordnet sind und die in einer ersten Meßrichtunrr, nänlich der Y-Richtung nebeneinander parallel aufgereiht sind und die parallel zu einer zweiten Meßrichtunfr, nämlich der X-Richtung sind, die orthogonal zur ersten Richtung ist. Die Ebene, die durch die cartesischen Koordinaten O1X und O1Y gebildet wird, ist senkrecht zur optischen Achse Z. Die Spuren werden entlang der Ebene in X-Richtung, vorzugsweise mit korsbanter Geschwindigkeit V, verschoben. Siejbestehen aus transparenten Bereichen, die durch undurchsichtige Bereiche getrennt sind, wodurch die Bits "1" und "0" einer Binärfolge dargestellt werden. Diese Binärfolgen werden im voraus so bestimmt, daß sie sich in dem betrachteten rechtwinkligen Bereich 01 A B D der dem Beobachtungsfeld entspricht, hinreichend unterscheiden. Der Bereich 01 A B D, dem der optische Nachweisbereich des Elementes entspricht, wird auf diese Weise durch die Spuren in η Bänder unterteilt. Durch Identifizierung der Kodefolge, die der Modulation des Signales entspricht, wird die räumliche Auflösung in Y-Richtung hergestellt, während die Auflösung in X-Richtung durch die zeitliche Phase des Signales in Bezug auf eine Referenzzeit, die der Abszisse Null entspricht, gewonnen wird. Für das Ziel, dessen Bild sich bei C befindet, hängen die Koordinaten XC und YC von der Winkelablage des Zieles ab. Die Koordinaten XC und YC sind repräsentativ für die -Seitenablage XC-XO und für die Höhenablage YC-YO. Die Konstanten XO und YO stellen die Koordinaten der optischen Achse Z gegenüber den Punkt 01 dar, der als Koordinatenursprung der Meßachsen X und Y gewählt ist. Diese Wahl ist so getroffen, daß die Koordinaten XC und YC für jeden Punkt C im Beobachtungsfeld 01 A B D positiv sind.

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! Die Modulationsvorrichtung besteht aus einem kodierten Träger, i der die Form einer sich drehenden Scheibe oder Trommel auf-I weist, wie dies in Fig. 5 zuerkennen ist. Der Träger 5 wird mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durch eine Antriebsvorrichtung 6 angetrieben. Mit Hilfe von zusätzlichen optischen Spuren 7 können Synchronisationssignale gewonnen werden, die ein Taktsignal HR mit der Taktfolge des Kodes und ein Taktsignal H mit der Taktfolge der Bits umfassen. Eine Schal- · tung 8 nimmt die detektierten, von den Synchronisationsspuren 7 ; erzeugten Signale auf und liefert nach einer Impulsformung und i einer evtl. Frequenzdivision oder -multiplikation Impulse HR und H, sowie evtl. weitere zusätzliche Synchronisationssignale.

; Die Mittel zur Verarbeitung der detektierten Signale sind gemäß ¹ derErfindung sämtlich elektronischer Art und umfassen in Serie ein Filter 10, eine Autokorrelationseinheit 11, eine Schwellwertvergleichsschaltung 12 und eine Ablagemeßschaltung 13·

', Das Filter 10 ist ein Bandpaßfilter. Sein Durchlaßband ist an

: das Frequenzband des Nutzsignales des Zieles angepaßt, das die

\ Taktfrequenzen FHR und FH aufweist. Die Videofrequenzfilterung

j gestattet tieffrequente Komponenten auszusondern, insbesondere

I kann die. Gleichkomponente, die auf den Störungsuntergrund zu-

[ rückzuführen ist, unterdrückt werden.

j Die Ortungsvorrichtungen für leuchtende Ziele weisen im allgemeinen ein schmales Beobachtungsfeld auf und werden häufig dazu verwendet, ein Flugobjekt am Himmel anzuvisieren. Die parasitäre Umgebungsstrahlung ist im wesentlichen gleichmäßig und wirkt

ί sich durch ein Gleichniveau SF für das detektierte Signal aus.

i Dieses Signal ist in der Fig. 3-a dargestellt. Es ist das de- ; tektierte Signal SD dargestellt, das bei Abwesenheit eines Zie-

; les im Beobachtungsfeld vorliegt. Die Anwesenheit eines Zieles

1 erzeugt eine Diskontinuität, die zu einem positiven Nutzsignal ; (Fig. 3-b) führt, wenn der Kontrast positiv ist, d.h. wenn das Ziel stärker leuchtet als der Untergrund, und zu einem negafci- ; ven Nutzsignal führt (Fig. 3-c) im entgegengesetzten Fall. Bei I - 8 -

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diesen Vorrichtungen entspricht der Maximaldurchmesser des Bildfleckes im wesentlichen der Bitbreite gemäß der Verschiebung in X-Richtung. Hieraus folgt, daß die Änderung des Signales SU der binären Kodierfolge der entsprechenden optischen Spur Pj entspricht. Das Bandpaßfilter 10 eliminiert die unerwünschte Gleichkomponente SF des detektierten Signales SD. Das Ausgangssignal des Filters wird so hauptsächlich durch das Nutzsignal SU und Rauschreste des Detektors 3 und der -Schaltungen 4 gebildet. In Wirklichkeit ist jedoch die Leuchtstärke des Untergrundes nicht streng uniform -» jedoch bleiben in der Praxis die Fluktuationen des Untergrundsignales, die in dem betrachteten Filterband berücksichtigt werden müssen, gering und bleiben unterhalb dem Pegel des Nutzsignals.

Die Autokorrelationseinheit 11 besitzt einen Speicher 15 mit einem Eingang für sequenzielle Eingangssignale und parallele Ausgänge. Im Speicher 15 wird das gefilterte Signal SU Bit für Bit während einer Dauer, die mindestens einer Periodendauer 1/FHR des zu korrelierenden Kodes entspricht, gespeichert. Der Speicher besteht aus einem Schieberegister, das durch das Signal H mit der Bittaktfolge FH synchronisiert wird. Um die digitale Verarbeitung durchführen zu können, muß das Signal SU durch Quantifizierung der Amplitude in digitale Form gebracht werden, bevor es in den Speicher eingelesen wird. Die hierzu erforderlichen Wandlerschaltungen sind nicht dargestellt. Da diese Lösung sehr komplex sein kann, wird eine analoge Verarbeitung vorgezogen, bei der ein Schieberegister 15 von der Art einer Analogverzögerungsleitung verwendet wird. Ein solcher Speicher kann mit Lddungsübertragungsschaltungen realisiert sein, die gemäß der englischen Bezeichnung "Charged Coupled Device", auch CCD-Schaltungen genannt werden.

Nach einer Funktinsdauer, die der Periode 1/FHR des zu korrelier enden Kodes entspricht, ist der Kode vollständig in das Register 15 eingeschrieben, wobei die Phase von der Abszisse XC des Zieles abhängt und alle möglichen Phtsenzustände der Kodeabfolge einnehmen kann. Der Referenzphasenzustand entspricht

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der Abszisse Null, d.h. dem Kodeanfang bei O1Y (Fig. 2). Wach einer Abfolge einer Anzahl von Bits, die der Abszisse XC entspricht, nimmt der bei 15 gespeicherte Kode den Referenzzustand ein. Ton diesem Umstand wird Gebrauch gemacht, um die Autokorrelation in der folgenden Art und Weise durchzuführen: Die Parallelausgänge des Schieberegisters 15 sind mit Summiermitteln verbunden, die aus einem Operations-Summationsverstärker 16 besteher der einen Positiv- und einen Negativeingang besitzt. Für die Speicherinhalte derjenigen Schieberegisterstufen, die mit dem Positiveingang verbunden sind, wird eine Multiplikation mit (+1) durchgeführt. Die restlichen Schieberegisterstufen sind mit dem Negativeingang verbunden; ihr Registerinhalt wird folglieh mit (-1) multipliziert. Die Polarität (+) oder (-) entspricht den Bitzuständen des gespeicherten Referenzkodes, Betrachtet man beispielsweise einen einfachen Pseudozufallskode mit sieben Bits, von denen drei positiv und vier negativ sind, unter der Annahme, daß der Referenzzustand durch die Folge - + --- + + gegeben ist, so muß das Register 15 sieben Stufen aufweisen, um diesen Kode zu speichern und die Stufenaüsgänge Nr. 2, 6 und 7 sind mit dem Positiveingang des Addierers 16 und die Stufenausgänge Nr. I₃ 3, ^ und 5 mit dem Negativeingang verbunden. Es ist leicht ersichtlich, daß für die anderen sechs Phasenzustände der Ausgang des Verstärkers den Korrelationswert -1 liefert und daß die Korrelationsspitze mit dem Wert +7 für den Koinzidenzfall der Phasen geliefert wird, entsprechend den bekannten Eigenschaften der Autokorrelation von Pseudozufalls- oder äquivalenten Koden. Die vorerwähnten Werte -1 und +7 werden digital betrachtet, in der Tat ist jedoch das Ausgangssignal an Analogwerte gebunden, die in dem Speicher 15 gespeichert sind. In jedem Fall unterscheidet sich die Autokorrelationsspitze wesentlich von den anderen Korrelationswerten, weswegen die Spitze durch einen Schwellwertvergleich, der in der nachgeschalteten Schaltung 12 vorgenommen wird, leicht nachgewiesen werden kann. Der Schwellwertvergleich erfolgt in Bezug auf eine positive Schwelle +YS und in Bezug auf eine negative Schwelle -YS.. Es muß in Betracht gezogen werden, daß für den Fall eines negativen Kontrastes entsprechend der Fig. 3-c die Bitwerte in-

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vertiert sind. In dem vorerwähnten Beispiel ist folglich der
zu korrelierende Kode +-+++-- für den Referenzzustand und
mit der entsprechenden Verdrahtung wird die Korrelationsspitze
-7> während die anderen Korrelationswerte den Wert +1 annehmen, j Der Vergleich mit einer negativen Schwelle -VS ermöglicht folg- j lieh den Nachweis eines Zieles mit negativem Kontrast. ■

Die Ablagemeßschaltung 13 führt eine Zählung durch, um die Ko- ; ordinaten XC und YC des nachgewiesenen Zieles zu bestimmen · und Seiten-/sowie Höhenablagesignale/zur weiteren Verarbeitung j zu liefern. i

Die Schaltungen 17 und 18 der Korrelationseinheit 11 sind für
den Fall vorgesehen, daß sich der zu korrelierende Kode ändert.
Die Schaltung 17 ist ein Mehrfachumschalter, mit dem die Ausgänge des Registers wahlweise mit dem Negativ- oder mit dem Positiveingang des Verstärkers 16 verbunden werden können. Die Ar- ^; beitsweise wird in der späteren Beschreibung für zwei Ausfüh- ^; rungsformen mit und ohne Änderung des Kodes beschrieben. Das i Nutzsignal SU besitzt nicht die ideale Konfiguration mit zwei ', Binärniveaus (Fig. ^i-b), sondern es ist durch parasitäre Rest- j signale (Fig. 4-c) verändert. Um die Amplitude des Signales SU . korrekt zu bestimmen und dieses in das CCD-Register 15 einzu- j schreiben, wird das Signal in einer Schaltung 20, die zwischen j das Bandpaßfilter 10 und die Korrelatxonsexnhext 11 geschaltet
ist, abgetastet. Durch die Abtastung in der Schaltung 20 kann
die Änderung des Nutzsignales festgestellt und das Sip-nal/Rausehi Verhältnis des Empfängers verbessert werden. Die Fig. 4-d bis
4-f zeigen das Prinzip der Abtastung. Ausgehend von'dem Bittaktsignal H (Fig. h-a) wird ein Signal Hl mit p-fach größerer Frequenz (Fig. 4-d) erzeugt, wobei die Zahl ρ der Zahl der Abtastwerte pro Bit entspricht. Das Signal HE (Pip·, h-e) gelangt an
den Abtaster 20; es ist nach dem ersten Signal äbgeleitet und
setzt sich aus sehr kurzen Impulsen zusammen, die in Relation
zur Bandbreite der CCD-Schaltung bestimmt sind. Die Anzahl der . untersuchten Signale wird aufdiese Weise mit ρ multipliziert , und das Register 15 muß p-mal mehr Stufen enthalten. Von den |

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Ausgängen sind jeweils p-Ausgänge zusammengefaßt und mit dem Positiv- oder Negativeingang des Addierers verbunden. In dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel ist p=3 und es ist ein Ziel mit positivem Kontrast angenommen. Die Anschlußpolarxtäten des Addierers sind bei 4-g angedeutet. Der Phasenzustand in Fig.4-b ist der Referenzzustand für den betrachteten Kode.

Die für die Spuren verwendbaren Kodes sind insbesondere orthogonale oder biorthogonale Kodes, BCH-Kodes, die ein ausgeprägtes Korrelationsmaximum aufweisen. Zyklische und Pseudozufalls-Binärfunktionen, die häufig als Pseudozufallskodes oder PN-Kodes (Pseudo-Noise) bezeichnet werden, besitzen folgende drei Formen:

N = 2^k - 1 (K ganze Zahl),

N s lye - 1 (k Primzahl) »und

N = k (k+2)(k und k+2 Primzahlen).

Es werden zwei Ausführungsformen betrachtet. Die eine verwendet eine Mehrzahl von η Kodes Cl bis Cn, die in Fig. 5 dargestellt sind. Nach der anderen Ausführung8form wird ein einziger Kode Cl verwendet, der in η Teile oder Sequenzen unterteilt ist, wie dies in Fig. 6 zu erkennen ist. Bei der ersten Ausführungsform kommt auf eine Spur Pj ein Kode Cj, wobei der Kode Cj nacheinander längs der Spur Pj wiederholt ist^ und die Kode⁸ Cl bis Cn sind unterschiedlich und weisen dieselbe optische Länge auf, die der X-Abmessung des wirksamen Feldes Ol A B D entspricht. Die Fenster der Spur HR weisen folglich einen gegenseitigen Abstand auf, der der gemeinsamen Kodelänge entspricht.

Gemäß der zweiten Ausführungsform wird ein einziger Kode Cl für jede der Spuren verwendet. Von einer Spur zur nächsten ist der Kode um eine solche Länge verschoben, die der X-Abmessung des wirksamen Feldes 01 1 B D entspricht. Auf diese Weiee iet der Kode der aus η Sequenzen CIl, C12... CIj,... CIn gebildet wird, stets vollständig im Bereich 01 AiB D vorhanden. Dies kann leicht anhand Son Fig. 7 verifiziert werden, wo η Spuren und eine Sequenzlänge in X-Richtung betrachtet werden, die m aufeinanderfolgenden Bits entsprechen. _ ₁₉ „

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Die vorgenannte Verteilung erlaubt das wirksame Feld in eine Matrix von η Zeilen und m Spalten zu unterteilen. Das Feld enthält auf diese Weise η mal m.Punkte, die voneinander durch die nachgeschaltete Autokorrelationsverarbeitung unterschieden werden können. Wird eine Anzahl von Spalten m gewählt, die gleich der Zahl η der Zeilen ist und wird ein quadratisches wirksames Feld gewählt, so ist die Meßgenauigkeit in X- und Y-Richtung die gleiche.

Ein Ausführungsbeispiel für die Verarbeitungsschaltungen des Nutzsignales SU ist in Fig. 8 für den Fall eines einzigen und in Fig. 9 für den Fall von mehreren Kodes dargestellt. Die bevorzugte Ausführungsform ist diejenige, die einen einzigen Kode verwendet, da sie den Vorteil einer vereinfachten Realisierung aufweist. Um die Darstellung zu vereinfachen, ist die Signalabtastung nicht mit in Betracht gezogen; zur Durchführung der Abtastung genügt es, das Taktsignal H durch das Taktsignal Hl zu ersetzen und ρ Ausgänge von ρ aufeinanderfolgenden Registerstufen des Registers 15, die einem Bit entsprechen, zusammenzufassen.

Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 8 ist ein Netz von Widerständen 21 zwischen die Ausgänge des Registers und den Addierer 16 geschaltet. Dieses Netz stellt eine Bewertungs- oder Anpas sungssehaltung für die Verschiedenen Registerstufen des CCD-Registers 15 dar. Die Summierung erfolgt simultan für die Gesamtheit der Bits des Kodes; wenn die Koinzidenz mit dem Referenzkode eintritt, wächst dasAusgangssignal des Addierers 16 an und wird betragsmäßig größer als der positive oder negative vorbestimmte Schwellenwert. Die Schwellwertvergleichsschaltung 12 ist von digitaler Art und liefert iodann einen Impuls, der die beiden Zähler 22 und 23 stoppt. Diese beiden Zähler werden perio disch durch das Winkelreferenzsignal HR auf Null gestellt. Der Zähler 22 zählt nun die Bits mit der Taktfolge des Signals H (bei Abtastung werden die Abtastwerte gezählt). Seine Kapazi tät ist gleich der Zahl m der Bits einer Zeile CIj. Jedesmal wenn der Zählwert m erreicht ist, sendet der Zähler 21 einen

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Impuls zum Zähler 23 und nimmt die Zählung erneut auf. Die Kapazität des Zählers 23 ist gleich der Zahl η der Zeilen. Bei Eintritt der Koinzidenz geben die Parallelausgänge des Zählers 22 die Abszisse XC und die Ausgänge des Zählers 23 die Ordinate YC an. Diese Binärwerte gelangen an einen Digital/Analog-Wandler 24, der Auswertesignale für die Seiten- und Höhenablage Δ.G und Δ S liefert. Die nachfolgenden Auswerteschaltungen 25 werden in Abhängigkeit der vorgesehenen Verwendung gewählt und können aus Nachstellschaltkreisen für die X- und Y-Position oder aus einem Anzeigegerät bestehen. Wird ein Rechner eingesetzt, so werden die Ausgangssignale der Zähler direkt weiter verwendet. Für verschiedene Anwendungsbereiche ist es vorteilhaft, eine Sicherheitsphase einzuschalten, bevor beispielsweise eine automatische Verfolgung aufgenommen wird. Durch den Block 27 j ist eine Sicherheitsschaltung symbolisiert, durch die das Aus-J gangssignal des Vergleichers freigegeben wird. Die Freigabe kann beispielsweise nach einer gewissen Anzahl von Schwellenüber schreitungen mit der Taktfolge HR erfolgen. Hieraus folgt ein Schutz gegen Parasitärsignale, die Fehlalarme auslösen können und folglich eine erhöhte Zuverlässigkeit des Gerätes. Die Sicherheit sschaltung liefert-;ein Freigabesignal, beispielsweise ein Steuersignal für die Torschaltungen 27, die den Zählern 22 und 23 nachgeschaltet sind. Die Sicherheitsschaltungen 26 und 27 und die Auswerteschaltung 25 können auf mannigfaltige Weise nach bekannten Techniken ausgeführt sein.

In der Ausführungsform nach der Fig. 9 besteht die Multiplex-Schaltung 17 aus Torschaltungen 30, die den Ausgängen des Schieberegisters nachgeschaltet sind, um den in Betracht gezogenen Schieberegisterausgang wahlweise mit dem Positiv- oder dem Negativeingang des Addierers 16 zu verbinden, je nachdem, welcher Kode vorliegt. Bei der Verwendung von mehreren Kodes ist es • erforderlich, während jeder Bitperiode 1/FH durch entsprechendes ^; Anschließen der η Registerstufen entsprechend den η Kodes Cl, C2... Cn die verschiedenen η Referenzphasen-zustände zu erzeugen Die Schaltung 18 (Fig. 1) besteht zu diesem Zweck aus einem programmierbaren Speicher 21₉aus einem Festwertlesespeicher

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(ROH) oder einem programmierbaren Lesespeicher (PROM) 31 mit Matrixstruktur und mit Dekodier- und Adressierschaltungen für die Zeilen und Spaltenadresse sowie aus zwei Zählern 32 und 33. Jeder der Referenzkodes, die den η Kodes Cj entsprechen, ist in dem Speicher 31 für m mal η Bits gespeichert. Die Zähler werden durch ein Taktsignal H2 von der η-fachen Frequenz des Bittaktsignals H (oder der Frequenz der Abtastung Hl) synchronisiert.

Die Ausgangssignale der Zähler werden in der Schaltung 31 dekodiert, um nacheinander die η Kodes Cl, C2... Cn zu adressie- j ren, so daß die Korrelation über das Netzwerk der Torschaltungen für jeden der η Kodes während der Dauer eines Bits (oder Abtast-

wertes) durchgeführt wird. Bei Erreichen der Koinzidenz werden die Zähler durch den Vergleicher 12 gestoppt. Die Ausgangssignale der Zähler werden - wie bereits beschrieben - weiterverarbeitet, j

Der Detektor 3 kann in der Nähe der Scheibe angeordnet sein, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Er kann auch in gewisser Entfernung angeordnet werden, wozu eine Abbildungsoptik 40, wie in Fig. 10 dargestellt, verwendet wird. In diesen Anwendungs- ^: beispiel werden die einfallenden Lichtstrahlen durch einen Planspiegel 41 mit zwei Freiheitsgeraden reflektiert. Die Bewegun- ; gen des Spiegels 41 in X- und Y-Richtung werden durch die Fehlerspannungssignale für die Höhenablage Δ.Ξ und die Seitenablage AG gesteuert. Diese Signale werden von den Empfänger 42 geliefert. Das Nachstellen kann mit Hilfe eines ilachstellkreisels 43 für den Fall erfolgen, daß das System auf einem fliegenden Objekt angeordnet ist. Das System kann beispielsweise auf einer Selbstlenkrakete angeordnet sein. Für den Empfang einer bestimmten Wellenlänge zur Auswertung ist die Vorrichtung mit einem optischen Filter 9 (Fig. 1) versehen. Wird dieses sehr nahe in ^: der Brennzone des Objektives 1 angeordnet, so kann es sehr klein! gestaltet werden. Der Kodierträger 5 kann aus Glas, Germanium j oder aus Saphir hergestellt sein, dessen Transparenz an das op~-j tische Auswerteband angepaßt ist, wodurch der Träger selbst die ;

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Rolle des optischen Filters übernimmt. Die optischen Spuren werden nach bekannten Techniken hergestellt: Fotogravur, Vakuumauf dampfung oder ähnliches. Entsprechend den zu verwertenden Wellenlängenbereichen kann der einzellige Detektor 3 aus einem Siliziummonokristall, aus einer Indiumantimonlegierung (für den sichtbaren Bereich und das nahe Infrarot) oder einer Tellur-, Zinn- und Bleilegierung (Infrarotbereich) bestehen.

Die optoelektrisch^ Nachweis- und Ortungsvorrichtung kann in den Fällen verwendet werden, in denen eine Winkelablagemessung eines Objektes, das sich möglicherweise auf einem sehr hellen, die Messung störenden Untergrund befindet, durchgeführt werden soll. Es können folgende Fälle genannt werden: Die Stabilisierung einer Visierlinie nach einem bestimmten Gesetfe^(Selbstlens kung),die Messung der Ablagewerte (Fernlenkung) und die Verfolgung von beweglichen Zielen (Lidar).

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Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE 98Π6926

   DIETRICH LEWINSKY "

   HEINZ-JOACHiMHUBER I₇. Februar 1978

   REINER PRIETSCH 10.143-V/Hg

   ! Thomson-CSF

   ' Patentansprüche:

   : · 1. /Optoelektrische Nachweis- und Ortungsvorrichtung für leuch-■;, tende Objekte oder Ziele mit optischen Empfangs- und Fokus-

   sierungsmitteln für die aus einem Beobachtungsfeld einfallen- ; de Strahlung, mit Mitteln zur Modulation der fokussierten Strahlung, wobei ein auf unterdurchsichtigem Untergrund angeordnetes Transparentgitter quer zur optischen Achse durch den Strahlengang geführt wird, welches Gitter aus einer Mehrzahl von η optischen, binär kodierten Spuren besteht, die in einer ersten Meßrichtung, der Y-Richtung, nebeneinander aufgereiht sind und parallel zu einer zweiten Meßrichtung, J der X-Richtung verlaufen, in welcher Richtung sie durch den ■ Strahlengang geführt werden, xtfobei η in Y-Richtung aufgereih-j te Raumbänder aufgelöst werden, mit einem Fotodetektor und J mit Mitteln zur Verarbeitung der Signale durch Korrelation ' und einem folgenden Schwellvrertvergleicher und einer Meß- = schaltung zur Ermittlung von cartesischen Ablagewerten des I Zielbildes relativ zu den genannten Richtungen, welche AbIa- \ gewerte repräsentativ für die Winkelablage des Zieles sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltungen ein Bandpaßfilter (10) enthalten, das das Nutzsignal durchläßt und Parasitärsignale j insbesondere die auf die Umgebungsstrahlung zurückzuführende Gleichkomponente sperrt, daß die Verarbeitungsschaltung eine Korrelationseinheit (11) aufweist, die aus einem Speicher (15) mit einem Eingang für ein sequenzielles Signal und parallelen Ausgängen_s von der j Art eines Schieberegisters, besteht, um das gefilterte Sig- ^: nal (SU) während einer Dauer _s die mindestens gleich der Dauer des zu korrelierenden Kodes ist, zu speichern, und daß ein Summiermittel (l6) vorgesehen ist, das die parallelen Ausgangssignale summiert, wobei die einen mit positivem und die

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   ORIGINAL INSPECTED

   anderen mit negativen Vorzeichen versehen werden, in Übereinstimmung mit dem Zustand, der durch den unter vorbestimmten Meßreferenzbedingungen für die Ablagesignale gespeicherten Kode gegeben ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiermittel aus einem Addierer (16) bestehen und daß der Korrelationseinheit (11) eine Schwellwertvergleichsschaltunn (12) nachgeschaltet ist, die das von den Addierer (16) kommende Korrelationsausgangssignal mit einer positiven und einer negativen Schwelle vergleicht, um ein Ziel mit positivem oder ein solches mit negativem Kontrast nachzuweisen.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (15) ein Schieberegister von der Art einer Analogverzögerungsleitunp; ist, das aus einer CCD-Schaltunpbesteht.

   4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abtastschaltung (20) zwischen das Filter (10) und die Korrelationseinheit (11) geschaltet ist, die das Signal mit einer Taktfrequenz abtastet, die einViel- ■ faches der Bitfolgefrequenz ist.

   5. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Spuren (Pj) jeweils denselben Kode, jedoch von einer zur nächsten Spur verschoben, tragen, so daß die η nebeneinander aufgereihten Spuren, die dem Beobachtungsfeld entsprechen, in ihrer Gesamtheit zu jeder Zeit den Kode in der Form von η Worten mit m Bits aufweisen.

   6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Summiermittel den Addierer (16) umfassen, der einen Positiv- und einen Negativeingang und Permanentanschlüsse zwischen den Parallelausgängen des Schieberegisters (15) und denEingängen des Addierers (16) aufweist, wobei jede Stufe des Registers (15) mit einem der beiden Eingänge des

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   j Addierers (16) verbunden ist, und zwar mit dem Positiveingang : wenn der Referenzzustand des Kodes einem Bit "1" für die entj sprechende Registerstufe entspricht und mit dem Negativeingan für den Fall eines Bits "0".

   i 7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsschaltung am Ausgang der Schwellwertvergleichs- ! schaltungen (12) eine Ablagemeßschaltung (13) mit zwei logi- ; sehen Zählern (22, 23) umfaßt, von denen der erste Zähler ' (22) eine Zählung bis pm mit der Taktfolge (H2) der Abtastung ; (1/pFH) durchführt und den zweiten Zähler (23) bis zum Zählwert η vorantreibt, und daß die Schwellwertvergleichsschaltung (12) ein binäres Ausgangssignal liefert, das die Zähler (22, 23) stoppt, deren Zählinhalte die Ablagewerte in digitaler Form darstellen.

   ; 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge- : kennzeichnet, daß die optischen Spuren (Pj) jeweils einen : anderen Kode aufweisen,so daß die η nebeneinanderliegenden, j dem Beobachtungsfeld entsprechenden Spuren (Pj) in jedem i Moment den Kode in der Form von η Worten von je m Bits auf-I weist.

   j 9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 8, dadurch , gekennzeichnet, daß die Summiermittel folgendes umfassen: ι Den Addierer (16), der einen Positiv- und einen Negativein-1 gang aufweist, Verbindnngsänschlüsse zwischen den Parallel-I ausgängen des Schieberegisters (15) und den Eingängen des i Addierers (16), einen zwischen die Verbindungsanschlüsse ge-I schalteten Mehrfachumschalter (17) zur Umschaltung der Verbindungsanschlüsse je nach verwendetem Kode und einen pro-I grammierbaren Speicher (18) zur Steuerung des Mehrfachum-' schalters (17) und daß jede Stufe des Registers (15) mit einefn i der Eingänge des Addierers (16) über den Mehrfachumschalter ^: (17) verbunden ist,und zwar mit dem Positiveingang, wenn der Referenzzustand des betrachteten Kodes dem Bit "1" für die entsprechende Stufe des Registers (15) entspricht und mit

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   dem Negativeingang für den Fall eines Bits "0".

   10. Vorrichtung nach Anspruch 9_S dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrfachumschalter (17) aus einem Netz von TDrschaltungen (30) besteht, daß jede Stufe des Registers (15) an den Eingang einer Torschaltung (30) angeschlossen ist, welche zwei Ausgänge aufweist, die jeweils mit dem Positiv- und Hegativeingang des Addierers (16) verbunden sind und daß der programmierbare Speicher (18) die Torschältungen (30) steuert so daß nacheinander die η Referenzzustände der η verschiedenen Kodes während einer Abtastperiode erzeugt werden.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei logische Zähler (32, 33) aufweist, die zur Adressierung des Speichers (18) und zur Erzeugung der Ablagesignale verwendet werden, wobei der erste Zähler (32) eine Zählung bis zum Zählwert pn mit der Taktfolge (H2) der Abtastung (1/pFH) durchführt und einen zweiten Zähler (33) bis zum Zählwert η vorantreibt, wobei die Schwellvrertvergleichsschaltung (12) ein binäres Ausgangssignal liefert, das die Zähler stoppt, deren Zählinhälte die Ablagekoordinaten in digitaler Form darstellen.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis IL, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurengitter (Pj) auf einem Materialträger angeordnet sind, dessen Transparenz an das Auswertefrequenzband angepaßt ist, so daß er ein optisches Filter darstellt.

   13. System mit einer optoelektrischen Nachweis- und Ortungsvorriehtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, £ür eine Selbstlenkwaffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablagesignale nach einer Digital/Analog-Umwandlung (D/A-Wandler 24) in einen Nachstellschaltkreis für die optische Empfangsachse gelangen, um eine Null-Ablage zu erreichen und daß der Nachstellschaltkreis einen Planspiegel (41) mit zwei Freiheitsgraden und einenRichtkreisel (43) umfaßt, die die Ablagesignale (£G , Δ S) erhalten und die X- und Y-Ausrichtung des Spiegels (41)

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