CH280538A - Anordnung zur Richtungs- und Entfernungsbestimmung bei Nacht oder unsichtigem Wetter mit Infrarotstrahlen nach der Reflexionsmethode. - Google Patents

Description

  



  Anordnung zur Richtungs und Entfernungsbestimmung bei Nacht oder unsichtigem Wetter mit Infrarotstrahlen nach der Reflexionsmethode.



   Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur   Richtungs-und      Entfernungsbestimmung    von bei Nacht oder   unsichtigem    Wetter unsichtbaren Objekten nach der   Reflexions-    methode, bei der von einem Infrarotstrahler impulsweise ausgesandte, vertikal und horizontal scharf gebündelte Infrarotstrahlen nach Reflexion an dem fernen Objekt am Messort wieder empfangen und dort sichtbar angezeigt werden.



   Es sind bereits Anordnungen zur visuellen Beobachtung von fernen Objekten bei Nacht oder bei   unsichtigem    Wetter bekannt, bei denen von einem kontinuierlich strahlenden Scheinwerfer mit Infrarotfilter für das   menseliliche    Auge unsichtbare   Infrarotstrah-    len ausgesandt und nach Reflexion an einem fernen Objekt einem in unmittelbarer Nähe des Infrarotstrahlers angeordnetem Bildwandler zugeführt werden. Diese Bildwandler formt das auf seiner Photokathode mittels einer   Abbildungsoptik    entworfene Infrarotbild in ein sichtbares Fluoreszenzbild um, so dass auf dem Fluoreszenzschirm des Bildwandlers ein mehr oder weniger kontrastreiches Abbild des fernen Objektes erscheint.



  Die hierbei ablaufenden physikalischen Vorgänge werden als bekannt vorausgesetzt und sollen daher nicht weiter erörtert werden.



  Diese bereits bekannten Anordnungen gestatten lediglich eine visuelle Beobachtung der bei Nacht oder bei unsichtigem Wetter für das Auge unsichtbaren Objekte, jedoch ist mit Hilfe dieser bekannten Anordnungen eine   Entfernungsmessung nicht möglich.   



   Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, zur Durchführung einer   Entfernungsmessung    bei Nacht oder   unsichtigem    Wetter von einem   Beobaehtungs-oder    Messort in einem durch eine gegebene   Steuerwechselspannung    festge  legten    Rhythmus intermittierende Infrarotstrahlungen auszusenden, die nach Reflexion an dem fernen Objekt zu einem am Messort angeordneten infrarotempfindl. ichen Bildwandler gelangen.

   Wird nun dieser Bildwandler in irgendeiner an   sieh    bekannten Weise durch die gleiehe   Steuerwechselspannung    be  einflusst,    mit der die Tastung des Infrarotstrahlers gesteuert wird, so ist es mit Hilfe eines zwisehen der   Steuerwechselspannung    für den Strahler und der   Steuerwechselspan-    nung für den   Bildwandler    eingeschalteten   Phasenschiebers      möglieh,    die Entfernung des angestrahlten fernen Objektes zu bestimmen, z. B. durch Bestimmung des Phasenwinkels zwischen diesen beiden Steuerspannungen, bei dem das auf dem Bildschirm des Bildwandlers erscheinende Bild des fernen Objektes seine maximale Helligkeit bzw. Sichtbarkeit aufweist.



   Diese bereits vorgeschlagenen   Anordnun-    gen zur   Entfernungsmessung    mittels inter  mittierender Infrarotstrahlung    weisen jedoch einen grossen Nachteil auf, da erst bei phasen gerechter Einstellung des   Phasenschiebers    ein   siehtbares Bild erscheint    und somit die allgemeine Übersicht fehlt. Es kann somit der Fall eintreten, dass z.   B.    in der Fahrtrichtung oder in einem Winkel zu ihr ein Hindernis etwa ein   entgegenfahrendes    oder   querab    liegendes Sehiff vorhanden ist, dessen Existenz jedoch nicht wahrgenommen wird, weil zufällig der Phasenschieber eine Stellung hat, die nicht der Entfernung zwischen dem eigenen Fahrzeug und dem angestrahlten Objekt entspricht.

   In diesem Falle wird somit kein Bild des Hindernisses erzeugt, so dass die Gefahr einer Kollision besteht.



   Dieser den bereits bekannten   Anordnun-    gen zur Entfernungsmessung mittels Infrarotstrahlung anhaftende Nachteil wird gemäss der Erfindung dadurch beseitigt, dass zur Sichtbarmachung der nach Reflexion am fernen Objekt im Messort wieder empfangenen Impulse ein Braunsches Rohr dient, dessen negativ vorgespannter Lichtsteuerelektrode die von einer   infrarotempfindlichen    Sperr  schiehtzelle    empfangenen Impulse über einen Breitbandverstärker zugeführt werden, während mittels einer Spulenanordnung der   Elek-    tronenstrahl des Braunschen Rohres im gleichen Rhythmus mit der   Tastfrequenz    des abgehenden Infrarotimpulses radial ausgelenkt wird.



     Zweckmä#ig    wird als impulsweise   strah-    lende   Infrarotlichtquelle    eine   Gasentladungs-    lampe, z. B. eine   Queeksilberhochdrucklampe,    verwendet, welche durch äusserst kurzzeitige Steuerimpulse von hoher Spannung kurzzeitig hoehgetastet, das heisst kurzzeitig stark überlastet wird. Bei diesen Gasentladungslampen lässt sich ohne Gefahr für die Lebensdauer eine kurzzeitige, sehr hohe Überlastung durchführen, die das Mehrfache der Normalbela  stung    sein kann, ohne dass die als Integral 1 über diese einzelnen   Belastungsstosse    zu den   kende Gesamtbelastung unzulässig hoch wird.   



  Die Impulsfrequenz, das heisst die Anzahl der in einer Sekunde aufeinanderfolgenden Impulse, kann etwa einige hundert Hertz und die Dauer eines jeden Impulses etwa   10-6    bis   10-7    Sekunden betragen. Die Kurvenform dieser kurzzeitigen Steuerimpulse ist zweckmässig rechteckig, um eine genau definierte Impulsdauer zu erzielen.



   Diese kurzzeitigen, möglichst   reehteckigen    Steuerimpulse von hoher Spannung werden zweckmässig aus einer sinusförmigen Wechselspannung abgeleitet, die von einem für Sender und   Empfänger gemeinsamen Wechsel-      stromerzeuger    an sich beliebiger, jedoch konstanter Frequenz erzeugt wird.

   Diese Steuer   wechselspannung kann einem Impulserzeuger    zugeführt werden, wo sie durch Übersteuerung einer   Elektronenröhre    mit nachfolgender Dif  ferentiation und Verstärkung    oder durch Entladung eines Kondensators über eine Fun  kenstrecke    in rechteekige, kurzzeitige   Steuer-    impulse von hoher Spannung umgeformt wird, deren Folgefrequenz gleich der Frequenz der sinusförmigen Steuerweehselspannung ist.



   Im folgenden ist an Hand der Zeichnung eine der mögliehen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes näher erläutert. Es bedeuten :
Fig.   1    ein   Sehaltsehema    der Anordnung,
Fig. 2 die Ansicht des   Leuchtschirmes    des   Braunschen    Rohres mit einer ringförmigen   Winkelskala lmd    einer drehbaren Entfer  nungsskala,   
Fig. 3 eine weitere Ansicht des   Leucht-    sehirmes des   Braunsehen    Rohres mit der gleichzeitigen Anzeige von mehreren rüekstrahlenden Objekten.



   Wie aus Fig.   1    hervorgeht, gelangen die von dem Infrarotstrahler 8 ausgesandten In  frarotimpulse    naeh Reflexion an dem fernen Gegenstand 1 zu der in einer   Empfangsoptik,    insbesondere in dem Brennpunkt eines Hohlspiegels 15 angeordneten infrarotempfindlichen Sperrschichtzelle   4,    die den sogen. innern Photoeffekt ausnutzt und für Infrarotstrahlungen von grösserer Wellenlänge besonders empfindlich ist.

   Da diese längeren Infrarotwellen ein besonders grosses   Durehdrin-      gungsvermögen    bei Nebel und Dunst aufweisen, sind diese   Sperrsehiehtzellen    besonders für die Zweeke der   Riehttmgs-und    Entfer  nungsmessung    von fernen Gegenständen mittels Infrarotstrahlung nach der   Reflexions-    methode geeignet. Der Infrarotstrahler 8 wird durch den Impulsgeber 9 kurzzeitig in genau definierten Zeitabständen   hochgetastet.    Die Steuerung der Impulsfolgefrequenz erfolgt von dem eine sinusförmige Wechselspannung erzeugenden Generator 11 über einen Phasenschieber 10.



   Die von der Sperrschichtzelle. 4 empfangenen Impulse werden über den Breitbandverstärker 5 der Lichtsteuerelektrode 3 des Braunschen Rohres 2 zugeführt. Der Elektronenstrahl 7 dieses Braunschen Rohres ist durch eine angelegte negative Vorspannung dunkel gesteuert, so dass auf dem Bildschirm   14    des Rohres zunächst keine sichtbare   Leuchtspur    sich ergibt. Erst wenn ein von aussen über die Sperrsehichtzelle und den Breitbandverstärker   einlangender    positiver Impuls auf die   Lichtsteuerelektrode    3 trifft, wird für die Dauer dieses Impulses der   Elek-    tronenstrahl 7 hell gesteuert und hierdurch ein   Lenehtpunkt    auf dem Leuchtschirm   14    erzeugt.

   Von   dem gleichen Steuerwechselspan-      nungserzeuger    1 wird über den   Phasenschie-    ber 12 dem Zeitspannungsgenerator 13 die gleiche Wechselspannung wie dem Impulser  zeuger    9 zugeführt. Die vom Zeitspannungsgenerator 13 erzeugten sägezahnformigen Impulse gelangen zu der Ablenkspulenanordnung 6 des Braunschen Rohres 2.

   Durch diese Impulse wird der Elektronenstrahl 7 aus seiner Ruhelage 17 in   der mité    des Leuchtschirmes   14    radial abgelenkt in Richtung auf den Rand des   Leuchtschirmes.    Die   Auswande-    rungsgeschwindigkeit des Elektronenstrahles 7 ist hierbei zwar sehr rasch, aber konstant, während der   Rüeklauf    des Elektronenstrahles in seine Ruhestellung 17 sich in   einem Bruch-    teil der   Auswanderungszeit    vollzieht.

   Trifft nun ein Impuls während der   Auswanderungs-    zeit des Elektronenstrahles auf die Lichtsteuerelektrode 3, so wird sich ein Leuchtpunkt auf dem Leuchtschirm ergeben, dessen Lage in bezug auf seine Ruhelage   17    bedingt ist durch den Zeituntersehied zwischen dem   Steuerimpuls    für den Elektronenstrahl 7 und dem Eintreffen des vom Infrarotstrahler 8 ausgesandten Infrarotimpulses in der Emp  fangsanordnung.    Die von dem gleiehen reflektierenden Gegenstand eintreffenden Impulse werden wegen des zeitliehen Synchronismus zwisehen dem abgehenden Sendeimpuls und der   Zeitspannung    für die   Ablenkspulenan-    ordnung stets an der gleichen Stelle des Leuchtschirmes   14 einen Leuchtpunkt erzeu-    gen,

   dessen Nbstand vom Mittelpunkt 17 ein Mass für die Entfernung des angestrahlten Gegenstandes ist. Der abgehende Sendeimpuls erzeugt im Mittelpunkt 17 ebenfalls einen sichtbaren   Leuehtpunkt,    dessen genaue Lage durch an sich bekannte Mittel genau justiert werden kann.



   Zur   Absnellung    des Horizontes sind sowohl der Infrarotstrahler als auch die   Empfangs-    optik synchron schwenkbar auf einer   gemein-    samen Achse übereinander angeordnet, wobei   zweeks    Erzielung einer optimalen Wirkung die optischen Achsen des Sende-und des   Emp-      fangssystems    stets parallel gerichtet sind.

   Das Sende-und   Empfangssystem    ist mit der Ab  lenkspulenanordnung    des Braunschen Rohres in der Weise gekoppelt, dass bei einer Verdrehung oder Schwenkung des Sende-Empfangssystems um einen bestimmten Winkel  betrag auch die Ablenkspulenanordnung    um den gleiehen Winkelbetrag gegenüber dem Braunschen Rohr, bzw. gegenüber einer Winkelskala verdreht wird, so dass auch die Ebene, in der der Elekt. ronenstrahl seine hin-und   herpendelnde    Bewegung ausführt, um den gleichen Winkelbetrag gedreht wird.

   Je nach der Winkellage des angestrahlten fernen Gegenstandes wird dann der dem wieder   empfangenen Reflexionsimpuls    zugeordnete Leuehtpunkt auf dem   Bildsehirm    des Braunschen Rohres um den gleichen Winkelbetrag   gegeniiber    der Nullage gedreht erscheinen.



  Somit ist gleichzeitig auch die Richtung des fernen angestrahlten Objektes direkt ablesbar.



  Wird nun die Dreh-bzw.   Schwenkgeschwin-    digkeit des   Sende-Empfangssystems    und   gleich-    zeitig die   Nachleuchtdauer    des Leuchtschirmes entsprechend aufeinander abgestimmt, so erscheinen innerhalb des zu überwachenden Be  obaehtungssektorn gleichzeitig    mehrere   Leucht-    punkte, von denen jeder einem bestimmten fernen Objekt nach Richtung und Entfer  nung    zugeordnet ist.



   Wird nun dafür gesorgt, dass ein   Teilbetrag    g des   gerade abgehenden Infrarotsendeimpulses    z. B. durch die vorhandene Streustrahlung, zu der   infrarotempfindlichen    Sperrschichtzelle gelangt, so erscheint auch im Null-bzw.



     Ruhepunkt    des Elektronenstrahles ein Leuchtpunkt auf dem Bildschirm des Braunschen Rohres, so dass eine genaue Einregelung des Nullpunktes ermöglicht ist.



   Ist das angestrahlte Objekt in seiner Län  genausdehnung grosser    als die   Winkelbreite    bzw. Streumg des Sendestrahles, so wird bei einer raschen Drehung oder Schwenkung der   Sende-Empfangsanordnung    das angestrahlte Objekt auf dem Leuehtschirm des   Braunschen    Rohres durch eine Reihe von einzelnen dieht nebeneinander liegenden Leuchtpunkten, die zu einer einen entsprechenden Kreisbogen bildenden   Leuehtlinie    19 zusammenfliessen, markiert, sofern die Lä. ngenausdehnung des angestrahlten Objektes   senkreeht    zur Strahlrichtung des Infrarotstrahlers liegt.

   Bei einer Sehräglage des langgestreckten angestrahlten Objektes zur   Peilstrahlrichtung    erscheint dann auf dem Bildschirm des Braunschen Rohres eine entspreehend mehr oder weniger schräg liegende   Leuchtlinie    20 auf dem Leuchtschirm   (Fig.    3). Aus der Länge dieser Leuchtlinien kann ein sehr genauer Schluss auf die Längenausdehnung des angestrahlten Objektes gezogen werden.



   Da, wie ohne weiteres einzusehen ist, die Breite des Leuchtpunktes bzw. der   Leuehtlinie    auf dem Bildschirm   desBraunschenRohres    eine Funktion der Streuung bzw. der   Winkelbreite    des Infrarotstrahlers und der Impulsdauer des   Sendeimpulses    ist, kann durch   Einregu-    lierung der Streustrahlung und des Sendeimpulses auch die Messgenauigkeit der Anordnung entsprechend geregelt werden.



   Anstatt die Infrarotimpulse dauernd aus-. zusenden, kann es beispielsweise, um eine gegenseitige Störung mehrerer in einem gewissen Umkreis vorhandener Messanordnungen der vorliegenden Art zu vermeiden, von Vorteil sein, das Gerät so zu steuern, dass für eine Messung jeweilen nur eine geringe Anzahl von Impulsen, im Extremfall ein einzelner Impuls, zur Aussendung gelant, wobei dem Leuchtschirm des Braunschen Rohres eine der Dauer der kurzzeitig wirksamen Strahlung entspreehend angemessene Naehleuchtdauer zu erteilen ist, um ein stehendes Bild zu erhalten.



   In Fig. 2 ist die Vorderansicht des Bil. dschirmes 14 des   Braunschen    Rohres gezeigt.



  Konzentrisch zu dem Bildschirm ist eine ringförmige Skala 16 angeordnet, die in üblicher Weise in Winkelgrade von 0 bis 360  eingeteilt ist.   tuber    diese Skala wird synchron mit der Drehung der   Sende-Empfangsanordnung    und der Drehung der   Ablenkspulenanordnung    6 eine   Anzeigevorrichtung 21 gedreht,    die z. B.   aus transparentem Alaterial    hergestellt sein kann und gleichzeitig in   Entfernungs-    einheiten geeicht ist. Hiermit kann die Lage des Leuchtpunktes 18, welcher einem ange  strahlten    fernen Gegenstand zugeordnet ist, sofort in Winkelgraden und Entfernung gemäss dem gegebenen Massstab abgelesen werden.

   Damit ist dann   autel    die Lage des fernen Gegenstandes naeh Riehtung und Entfernung genau bestimmt.



   Erfolgt die Drehung oder Schwenkung der   Sende-Empfangsanordnung    mit grösserer Geschwindigkeit selbsttätig, so wird die   Anzeige-    vorrichtung   21    nicht mit der Drehung der   Sende-Empfangsanordnung bzw. der Ablenk-    spulenanordnung gekoppelt. Vielmehr ist dann diese   Anzeigevorrichtung 21 nach    Belieben von Hand verstellbar. Die Anordnung kann auch so getroffen werden,   da#    auf dem Bildschirm direkt eine   Winkelskala ange-    braeht ist, die zusätzlieh konzentrische Kreise aufweist, deren gegenseitiger Abstand als   Entfernungsma#sta b dient.   



     Lä#t    man die gesamte Anordnung mit konstanter Geschwindigkeit rotieren, so lässt sieh eine dauernde Überwachung des gesamten   lIorizontes durehführen.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH : Anordnung zur R. ichtunbs- und Entfer nmgsbestimnnung bei Nacht oder unsichtigem Wetter mit Infrarotstrahlen nach der Refle xionsmethode, bei der von einem Infrarotstrahler impulsweise ausgesandte, vertikal und horizontal scharf gebündelte Infrarotstrahlen nach Reflexion an einem fernen Objekt am Me#ort wieder empfangen und dort sichtbar angezeigt werden, dadurch gekennzeichnet, dalS zur Sichtbarmachung der nach Reflexion am fernen Objekt (l) im Messort wieder empfangenen Infrarotimpulse ein Braunsches Rohr (2) dient, dessen negativ vorgespannter Lichtsteuerelektrode (3)

   die von einer infra rotempfindliehen Sperrschichtzelle (4) emp fangenen Impulse über einen Breitbandver- stärker (5) zugeführt werden, während mittels einer Spulenanordnung (6) der Elektro- nenstrahl (7) des Braunschen Rohres im gleichen Rhythmus mit der Tastfrequenz des abgehenden Infrarotimpulses radial ausgelenkt wird.

   UNTERANSPRÜCHE : 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Infrarotlicht- quelle (8) eine Gasentladungslampe verwendet ist, die durch kurzzeitige Steuerimpulse hochgetastet, das heisst für die Dauer eines jeden Steuerimpulses kurzzeitig stark überlastet wird.

   2. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem Steuergenerator (11) gelieferte, sinusförmige Weehseispannung in einem Impulserzeuger (9) in reehteekige, kurzzeitige Steuerimpulse umgeformt wird, deren Folgefrequenz gleich der Frequenz der Steuerwechselspannung des Steuergenerators (11) ist.

   3. Anordnung nach ZTnteransprueh 2, dadurch gekennzeichnet, daf die Umformung in rechteckige Steuerimpulse durch Übersteue- rung einer Elektronenrohre mit nachfolgen- der Differentiation und Verstärkung erfolgt.

   4. Anordnung nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeiehnet, dass die Umformung in rechteekige Steuerimpulse durch Entladung eines Kondensators über eine Funkenstrecke erfolgt.

   5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der Infra rotlichtquelle (8) als auch der Ablenkspulen- anordnung (6) des Braunschen Rohres (2) je ein von einem eine sinusförmige Steuerspannung liefernden Generator (11) gesteuerter Impulsgenerator (9, 13) zugeordnet ist.

   6. Anordnung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung zwischen dem Steuergenerator (11) und dem Impulserzeuger (9) für den Strahler (8) ein Phasenschieber (10) angeordnet ist.

   7. Anordnung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbin dungsleitung zwischen dem Steuergenerator (11) und dem Sägezahnimpulsgenerator (13) für die. Ablenkspulenanordnung (6) des Braunschen Rohres (2) ein Phasenschieber (12) angeordnet ist.

   8. Anordnung nach Patentansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass die impulsmässig getastete Infrarotlichtquelle (8) und die Empfangsoptik (4, 15) synchron schwenkbar übereinander mit parallel gerichteten optischen Achsen angeordnet sind.

   9. Anordnung nach Unteransprueh 5, dadurch gekennzeiehnet, dass die Ablenkspulen- anordnung (6) gegenüber dem Braunschen Rohr (2) synchron mit der Rotation des Strahlers (8) und der Empfangsoptik (4, 15) um den gleichen Winkelbetrag gedreht wird.

   10. Anordnung nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehung der Ablenkspulenanordnung (6) gegenüber dem Braunschen Rohr (2) an einer ringför- migen Skala (16) in der Weise ablesbar ist, dass aus der Winkellage des auf dem Leucht- schirm sichtbaren Leuchtpunktes (18), welcher dem nach Reflexion am fernen Objekt (1) im Messort wieder empfangenen Infrarotimpuls zugeordnet ist, die Richtung des angestrahlten fernen Objektes unmittelbar bestimmt werden kann.

   11. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Mass für die Entfernmg des angestrahlten fernen Objektes (1) vom Messort der Abstand des auf dem Bildschirm des Braunschen Rohres (2) erscheinenden, dem nach Reflexion wieder empfangenen Impuls zugeordneten Leueht- punktes (18) vom Ruhepwkt (17) des Elek- tronenstrahles dient.

   12. Gerät nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um das Gerät so zu steuern, dass für eine Messung jeweilen nur eine geringe Anzahl von Impulsen, im Extremfall ein einzelner Impuls, zur Aussendung gelant, wobei der Fluoreszenzschirm des Braunschen Rohres eine der Dauer der kurzzeitigen wirksamen Strahlmg entsprechend angemessene Nach leuchtdauer aufweist.