DK151411B - Anlaeg til overfoering af informationer til legemer i en rumvinkel - Google Patents

Description

151411

Den foreliggende opfindelse angår et anlæg til overføring af information til legemer i en rumvinkel og af den i krav l's indledning angivne art.

Sådanne anlæg kendes eksempelvis fra beskrivelserne 5 til US patenterne nr. 3.159.837 og nr. 3.398.918 samt til SE patentansøgning nr. 7650/67 og SE fremlæggelsesskrift nr. 350.339. I disse beskrivelser omtales også en del af de ønsker og problemer, som forekommer i forbindelse med sådanne informationsoverføringsanlæg.

10 For et positionsinformationsoverføringsanlæg er det følgende egenskaber, som, uden nogen indbyrdes rangordning, er væsentlige for anlæggets anvendelighed og funktionsduelighed: Anlægget skal have en god opløsningsevne, være ufølsomt for forstyrrelser og fejl i overføringen, samt 15 have en i forhold til den tilgængelige effekt optimal ræk kevidde .

Ved god opløsningsevne forstås, at den positionsinformation, som overføres i forbindelse med afsøgningen, med hensyn til afsøgningshastigheden skal være så detalje-20 ret, at styring af legemerne i rumvinklen kan ske med den nøjagtighed, som den pågældende anvendelse kræver. Man ønsker altså billedlig talt et koordinatsystem med så små enhedsruder som muligt. Naturligvis står dette ønske ved kendte anlæg i et vist modsætningsforhold til ønsket 25 om hurtig afsøgning, fordi disse anlæg bygger enten på impulskoder med mange impulser for hver positionsinformation eller på referenceledestrålebundter.

At et overføringsanlæg er ufølsomt for støj eller forstyrrelser er væsentligt af hensyn bl.a. til, at fo-30 rekommende baggrundsstråling moduleres ved legemernes be vægelse, hvilket indebærer en forstyrrelse af informationer i anlæggets ledestrålebundt. Ved eksempelvis robotskydninger moduleres den baggrundsstråling, som når modtageren på robotten, kraftigt af robotflammen, robotrøg, 35 luftturbulens samt af solstråler, der trænger mellem grene, gennem buskads og lignende slørende genstande og når modtageren. I kendte anlæg benyttes frekvens- og im-pulsbreddemodulering, men det kan let vises, at støjmo- 2 151411 dulationen med hensyn til en robots bevægelseshastighed og modtagerens udstrækning er kraftig i de frekvensområder, der er .fastlagt for sådan modulering. Positionsinformationsoverføringen bør derfor udnytte MHz-området.

5 Til opnåelse af optimal rækkevidde bør anlæggets ledestrålebundter være smalle, så at hele den fra senderen udstrålede effekt samles i en stråle med stor intensitet. Af hensyn til følsomhedskarakteristikken for kendte laserstrålefølsomme modtagere, eksempelvis siliciumdetek-10 torer, er det, for så vidt angår rækkevidden, ufordelagtigt at disponere en lasersenders tilgængelige middeleffekt ved udsendelse af flere forholdsvis lange impulser med korte afstande. Desuden er jo ifølge det ovennævnte indvirkningen af forstyrrelser som følge af baggrundsstøj 15 stor ved en sådan overføring.

Formålet med opfindelsen er at anvise et positionsinformationsoverføringsanlæg, som har de nævnte, ønskede egenskaber, og som med et minimum af laserimpulser formår med høj opløsningsevne at definere en stilling i rummet 20 og mellem positionsinformationsoverføringer at overføre anden af positionen uafhængig information.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved den i krav l's kendetegnende del anviste udformning.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i 25 forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser et blokdiagram for en optisk sender for anlægget ifølge opfindelsen, fig. 2 et blokdiagram for en tilsvarende modtager, fig. 3 en rumvinkel, som skiftevis afsøges af to 30 vinkelret på hinanden stående, vifteformede ledestrålebundter, fig. 4 ledestrålebundternes afsøgningsbevægelse og udsendelse som funktion af tiden, fig. 5 et skema med eksempler på opbygning af binære 35 ord, og fig. 6 et binært ord omformet til en tidsperiode mellem to på hinanden følgende lysimpulser.

3 151411 I fig. 1 er vist en lasersender 1, der fødes af et drivtrin 2 og, via en afbøjningsanordning 3 og en ikke vist optik, skiftevis og periodisk udsender to vinkelret på hinanden stående, vifteformede ledestrålebundter, der 5 i fig. 3 betegnes 4 og 5. Ledestrålebundterne udgår i senderen 1 fra to parallelle laserstrålefrembringende organer, eksempelvis diodelasere, hvis lysemitterende overflade har stor rektangelværdi. Alternativt kan man anvende et enkelt laserstrålefrembringende organ og et periodisk arbejdende, 10 vinkeldrejende prisme. Optikken har til opgave at afbilde diodelasernes lysemitterende flade på en sådan måde, at et strålebundt med stor rektangelværdi opnås. Påvirket af en drivanordning 6 er afbøjningsanordningen 3 indrettet til at afbøje ledestrålebundterne, så at disse skiftevis 15 afsøger et azimuthplan og et elevationsplan i en rumvinkel 7 (fig.3). Afbøjningsanordningen kan eksempelvis bestå af to indbyrdes modroterende optiske kiler, såkaldte diasporametre. Ved afsøgning af pejleplanet bevæges ledestrålebundtet 4 i x-aksens retning. Ledestrålebundtet 5 20 bevæges under afsøgning af elevationsplanet i y-aksens retning. De legemer, til hvilke positionsinformationen skal overføres, skal befinde sig i den nævnte rumvinkel 7, for at overføring skal være mulig. Afsøgningen i hver af de to retninger er foretrukket sinusformet med 90° 25 indbyrdes faseforskydning som vist i fig. 4. Her er med fed streg 8,9 markeret, i hvilke vekselvise intervaller afsøgning sker i azimuth- og elevationsplan.

For at kunne overføre positionsinformation som indledningsvis nævnt er til afbøjningsanordningen 3 koblet 30 en positionsføler 10, som har til opgave på afbøjningsanordningen at aftaste ledestrålebundternes 4,5 øjeblikkelige positioner i rumvinklen og ifølge opfindelsen at frembringe tilsvarende binære ord, hvis opbygning kan være som vist i fig.5. Her består hvert ord af ni bits 35 Ag.....Aq, af hvilke de seks første bit Ag.....Ag (i fig. 5 markeret med x) indeholder informationens numeriske værdi. Af de resterende tre bit udgør A2 en tegnbit, medens A. og A« er en adressedel. Adressedelen angiver, om 4 151411 informationen er positionsinformation i elevations- eller azimuthplanet eller anden information. Hvad der skal forstås ved begrebet anden information fremgår af det følgende.

5 Positionsfølerens 10 udgang er forbundet med en kode- vælger 11, til hvilken også et organ 12 for indlæsning af anden information er forbundet. Kodevælgeren har til opgave at bestemme, om positionsinformation eller anden information skal overføres.

10 Informationen har altså nu form af et binært ord, dvs. en følge af binære tegn 0 og 1, som også kan opfattes som et binærtal. Til omformning ifølge opfindelsen af det binære ord til en tidsperiode mellem to på hinanden følgende lysimpulser påtrykkes ordet, via et kredsløb 13 til 15 modificering af informationen, som skal overføres, en forudindstillelig tæller 14. Denne er også forbundet med en oscillator 15, der frembringer impulser med en konstant frekvens, og med en detektor 16, som har til opgave at frembringe et signal, når tællerens 14 indhold bliver nul.

20 Detektoren 16 er også koblet til lasersenderens 1 drivtrin 2.

Tælleren 14, som altså er forudindstillet med binærtallet og en konstant del, nedtælles af impulserne fra oscillatoren 15, og fordi impulsfrekvensen er konstant, 25 vil der medgå en til det binære ord svarende tid, til tælleren 14 er nulstillet. Detektoren 16 vil da med nulsignalet påvirke drivtrinet 2, så at lasersenderen 1 udsender en laserimpuls. Samtidig påtrykkes tælleren næste binærtal, og forløbet gentages. Ved hjælp af kredsløbet 30 13 kan informationen modificeres som nærmere omtalt i det følgende.

Ved nedtællingen af impulserne er tidsforskellen mellem to tidsperioder altid et multiplum af tidsforskellen mellem to naboperioder, som igen er bundet til oscil-35 latorens 15 impulsfrekvens. I fig.6 betegner T en passende tidsperiode, som ligger mellem T . og T . T . er en mindste tidsperiode afledt af den maksimalt tilladte im- 5 151411 pulsfrekvens hos senderens 1 laserstrålefrembringende organ. betegner den tidsperiode, som maksimalt kan benyttes under hensyn til T .j og antallet af forskellige binære ord. Med eksempelvis ni. bit kan der dannes 512 for-5 skellige ord, hvilket indebærer, at man fra T . til T behøver samme antal trin. At tidsperioderne ikke ændres kontinuerligt, men trinvist, er en fordel ved modtagelsen, hvor man lettere kan frasortere støjimpulser.

Tidsperioderne rekonstrueres, og de tilsvarende bi-10 nære ord genskabes i den i fig.2 viste modtager. Denne omfatter en for laserstrålingen følsom detektor 17, som, via et klippekredsløb 18, med styrekredsløb 19 til regulering af klippeniveauet og et forsinkelseskredsløb 20, er forbundet med en forudindstillingsindgang på en tæl-15 ler 21. Klippekredsløbet 18 har til opgave ved hver afsøgning kun at lade de stærkeste impulssignaler passere.

En oscillator 22, hvis impulsfrekvens er et heltalsmultiplum af oscillatorens 15 frekvens, er tilsluttet tællerens 21 tælleindgang.Til tælleren er også sluttet et 20 lager 23, som indeholder et til T svarende binært tal samt fire lagre 24,25,26 og 27 for positionsinformation i x- og y-aksens retning og for anden information i disse to retninger, hvilke lagre aktiveres af en til klippekredsløbets 18 udgang forbunden vælger 28, til hvilke 25 tællerens 21 værdi kopieres som beskrevet i det følgende.

Når en laserimpuls rammer detektoren 17, frembringer denne af laserimpulsens forflanke et impulssignal, som via klippekredsløbet 18 og forsinkelseskredsløbet 20 når tællerens 21 forudindstillingsindgang. Herved udløses 30 den tidligere nævnte værdi i lageret 23, og tælleren åbnes for tælling af impulser fra oscillatoren 22. Når næste laserimpuls detekteres, frembringes igen et impulssignal. Af impulssignalet påvirkes tælleren 21 til at aktivere et af lagrene 24-27. Hvilket af lagrene der skal 35 aktiveres, bestemmes af tællerens 21 indhold, som jo nu svarer til den udsendte tidsperiode. Det vil sige, at tælleren indeholder den udsendte positionsinformation eller anden information i form af en adressedel og en 151411 e numerisk værdi. Mressedelen angiver, til hvilket af lagrene 2 4*»27 tællerindholdet skal kopieres. Af kredsløbet 20 forsinkes impulssignalerne så meget, at kopieringen kan foretages. Når impulssignaler når tælleren, sker forudindstil-5 ling i henhold til det foregående, og forløbet gentages.

Som nævnt har oscillatoren 22 en impulsfrekvens, som er et heltalsmultiplum af oscillatorens 15 impulsfrekvens. Hensigten er dels at mindske tidsafstanden mellem en indkommende laserimpuls og det øjeblik, hvor tælleren 10 21 begynder at tælle, dels at mindske sandsynligheden for fejl i modtagelsen. Ved den højere frekvens opnås et ord bestående af flere bit end det udsendte, og ved i det modtagne ord at stryge de mindst signifikante bit, mindskes støjimpulsers indflydelse. Det er indlysende, 15 at impulspositioner, der ligger uden for de positioner, som i tiden defineres af impulsen fra oscillatoren 15 efter detektering let kan sorteres fra ved en af oscillatoren 22 styret proces.

Ifølge opfindelsen skal ledestrålebundtets tykkelse 20 og afsøgningshastighed samt laserimpulsernes repetitionsfrekvens være således indbyrdes afpasset, at ethvert punkt i rumvinklen 7 rammes af mindst to på hinanden følgende laserimpulser. Ved at afpasse de nævnte størrelser så at hvert punkt får mindst to stillingsfunktioner kan desuden 25 indvirkningen af atmosfæriske brydningsfænomener mindskes ved digital middelværdidannelse af den modtagne information.

Den i lagrene 24 og 25 lagrede positionsinformation benyttes i en ikke vist regneenhed til af positionsinfor-30 mationen og med hensyntagen til legemets ønskede bane i det koordinatsystem, som dannes ved kombination af positionsinformationsoverføring og afsøgning af rumvinklen at beregne styresignaler til legemets styresystem.

I det foregående er omtalt anden information og mo-35 dificering af positionsinformation. Ved anden information forstås information, som ikke har nogen direkte sammenhæng med ledestrålebundternes øjeblikkelige position i rumvinklen under afsøgningen. Ved fjernstyring af robotter kan 7 151411 sådan anden information eksempelvis være signaler for armering eller brandrørsafsikring, hvilket gør det muligt at fjernbetjene sådanne funktioner således, at risiko for detonationer, som kan skade eget personel, nedsættes væ-5 sentligt. Anden information kan også være eksempelvis støttesignaler, dvs. sådanne signaler, som benyttes til at kompensere en robots efterslæb ved store vinkelhastigheder eller vinkelaccelerationer for robottens lederretning som følge af målets bevægelse. I et et system som 10 her beskrevet kan altså i modsætning til, hvad der er muligt i kendte systemer, en sådan kompensering udføres rent elektronisk.

Positionsinformationsoverføringsanlægget ifølge opfindelsen kan naturligvis også benyttes som land:ingsanlæg 15 for flyvemaskiner, hvorved overføringen af anden information kan benyttes til automatiske kontrolfunktioner af forskellig art. Ved hjælp af adressedelen kan man let skelne mellem positionsinformation og anden information eller lade visse typer af anden information være gyldig 20 alene i forbindelse med en vist positionsinformation.

Et andet anvendelsesområde for det anviste anlæg er øvelsesskydning med laserimpulser. Ved overføringen af positionsinformationen henføres et måls position til en referencelinie, eksempelvis forlængelse af våbnets rette-25 linie. Som anden information overføres våbnets aktuelle skydeelementer og ved hjælp af en regneenhed i målet kan af den overførte information beregnes, om ildafgivelse i et vist øjeblik skulle indebære træfning af målet.

Ved modificering af positionsinformation forstås ek-30 sempelvis sådanne foranstaltninger, som indebærer en elektronisk flytning af middelpunktet for det ved afsøgningen frembragte koordinatsystem. En sådan flytning kan være ønsket, eksempelvis for at kompensere en indretningsfejl ved et gyrostabiliseret oprettesystem.

Claims (7)

151411

1. Anlæg til overføring af information til legemer i en rumvinkel (7), som defineres af to vinkelret på hinanden stående vifteformede ledestrålebundter (4,5), der fra en sender skiftevis udsendes og af en afbøjningsanordning 5 bringes til at afsøge et elevations- og et azimuthplan, og hvilke strålebundter af et til afbøjningsanordningen koblet moduleringsorgan moduleres i afhængighed af deres øjeblikkelige position i rumvinklen, således at der ved afbøjningen og moduleringen opstår et koordinatsystem, i hvilket positio-10 nen af ethvert af to stråler aftastet punkt er entydigt defineret, hvorhos hvert legeme er forsynet med en for strålingen følsom modtager med organer til demodulering af informationen i strålebundterne, kendetegnet ved, at moduleringsorganet (10,11,13,14,15) for forskellige in-15 formationer, der skal overføres, omfatter en kodevælger (11), som udvælger de tidsmæssige afstande mellem efter hinanden udsendte impulser efter en intervalrække, hvor hvert enkelt interval entydigt er tilordnet en bestemt information, der skal overføres, og hvor bestemte, intervaller 20 omfattende delmængder er reserveret for angivelse af strålebundternes momentane position ved aftastning af el:evations-og azimuthplanet, som er afstemt via afbøjningsanordningen (3) med strålebundternes tykkelse og afsøgningshastighed og via moduleringsorganet med strålebundternes repetitionsfrekvens 25 på en sådan måde, at legemet for enhver position i rumvinklen rammes af mindst to på hinanden følgende stråleimpulser fra samme strålebundt ved hver afsøgning, og at legemets modtager (21,22,23) er indrettet til at detektere intervallerne mellem stråleimpulsernes forflanker, således at den 30 af disse intervaller bestemmer de oprindelige informationer.

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at moduleringsorganet (13,14,16) er indrettet til at frembringe indbyrdes identiske tidsafstande for intervalrækkens intervaller, og at modtageren (21,22,23) er indrettet til 35 heltalligt i overensstemmelse med rækkens intervalafstande 151411 at opdele overskridelsestiden for en forudvalgt nedre grænseværdi i tilsvarende tidsskridt, således at den bestemmer de enkelte enkeltinformationer via antallet af optalte tidsskridt.

3. Anlæg ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at moduleringsorganet (13) er indrettet til at modificere positionsangivelserne med en konstant eller foranderlig værdi.

4. Anlæg ifølge krav 1-3, kendetegnet ved, 10 at moduleringsorganet omfatter en.kodevælger (11), som reserverer en egen del af intervalrækken til angivelse af en parameter, som har gyldighed i det mindste i en del af rumvinklen, således at det for alle i dette delområde .af- intervalrækken utvetydigt kan fastlægges, for hvilken del af 15 rumvinklen parameteren har gyldighed.

5. Anlæg ifølge krav 1-4, kendetegnet ved , at moduleringsorganet (10,11,13,14,15) omfatter en oscillator (15), der frembringer et signal med fast repetitionsfrekvens og et til oscillatoren tilsluttet andet organ 20 (13,14), som er indrettet til fra impulssignalet at fjerne et antal på hinanden følgende impulser, hvilket antal ved hjælp af en værdi i den forudbestemte serie vælges, således at der mellem de tilbageværende impulser fremkommer tidsperioder, som entydigt modsvarer den information, der skal 25 overføres, og at modtageren (21,22,23) omfatter en oscillator (22), hvis impulsfrekvens er en heltalsmultipel af den førstnævnte oscillators (15) frekvens, og en binærtæller (21), som er indrettet til at tælle antallet svarende til den udsendte information af de mellem modtagerimpulserne faldende oscilla- 30 torimpulser.

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at moduleringsorganerne omfatter en ved hjælp af den nævnte værdi forudindstillelig binærtæller (14), som er indrettet til at frembringe en impuls ved forudindstillingen og en im- 35 puls, når den af oscillatorsignalet er nedtalt til nul. 151411 ίο

7. Anlæg ifølge krav 5 eller 6, kendetegnet ved, at modtageren (21,22,23) er indrettet til, når den rammes af mere end to på hinanden følgende lysimpulser fra samme strålebundt ved en og samme afsøgning, og når de til impulsafstandene svarende værdier tilhører den første eller den anden delmængde, at danne middelværdien af de til nævnte værdier svarende positioner.