DE3933437A1 - Rueckstrahlortungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rückstrahlortungsanlage der im Oberbe­ griff des Hauptanspruches angegebenen Art.

Eine solche Anlage dient der Vermessung von Objekten nach Entfernung und Richtung in bezug auf die Sende-Empfangs-Antenne für Schwingungs­ energie, die grundsätzlich einen beliebigen Frequenzbereich im elek­ tromagnetischen Strahlungsspektrum aufweisen kann, also beispielsweise durch Wasserschallenergie (EP-OS 02 47 375), durch Hochfrequenz­ energie (EP-OS 01 87 397) oder durch Strahlungsenergie in oder neben dem optisch sichtbaren Spektralband (GB-PS 20 29 664) gegeben ist. Zur Entfernungsmessung aufgrund der Echolaufzeit kann die abgesandte Energie im Dauerstrich-Betrieb frequenzmoduliert (PCT-WO 83/02 830) sein, oder es werden impulsförmige Schwingungspakete ausgesandt und empfangen (EP-OS 01 87 397). Die richtungsabhängige Entfernungs­ messung kann beispielsweise dazu dienen, den Verlauf einer Reflek­ tions-Front relativ zur Sende-Empfangsantenne bzw. die Verteilung von im Ortungsgebiet angeordneten reflektierenden Objekten (US-PS 46 11 772; GB-PS 12 70 729) zu detektieren, oder ein einmal auf­ gefaßtes Zielobjekt anzusteuern und zu verfolgen (US-PS 30 64 924); wobei die Orientierung der Antennen-Charakteristik nicht mit der Bewegungsebene der Ortungsanlage oder des damit aufzufassenden reflek­ tierenden Objektes übereinstimmen muß. Die Anlage kann aber auch stationär angeordnet sein, um die Kontur von an ihr (beispielsweise auf einem Fließband) vorbeigeführten Objekten zu erfassen und nach Maßgabe der Front-Geometrie beispielsweise Handhabungsautomaten zur Entnahme und lagerichtigen Übergabe der Objekte anzusteuern; bzw. um eine Klassifikation eines sich an eine Abwehrmine oder ein sonstiges Raumüberwachungssystem annähernden Objektes (GB-OS 21 74 482) durchzu­ führen.

In sämtlichen Realisierungs- und Einsatzfällen einer solchen Rück­ strahlortungsanlage ist die Wiederholfrequenz der über die Antenne abgestrahlten Sendesignale der für die Ortungsaufgabe erforderlichen Winkelauflösung im größten Entfernungsbereich des Ortungsgebietes anzupassen, damit zum Beispiel ein in großer Entfernung erfaßtes Objekt hinreichend oft für die zur Konturenanalyse gewünschte Auf­ lösung abgetastet wird. Aufgrund der Strahlengeometrie wird ein Objekt in geringerem Abstand von der Antenne entsprechend häufiger abgetastet, und insbesondere auch häufiger, als für die erforderliche Auflösung notwendig wäre. Da die bei der Abtastung des Objektes anfallenden Ortungsinformationen (Entfernungsmeßwerte über dem Or­ tungswinkel) in einem Signalprozessor weiterverarbeitet werden, muß dieser desto häufiger Eingangsinformationen aufnehmen, je geringer die Entfernung zwischen der Antenne und dem rückstrahlenden Objekt ist. Die Arbeitsgeschwindigkeit eines Signalprozessors ist aber begrenzt und dessen Kapazität wird auch für andere signalverarbei­ tungstechnische Aufgaben (wie etwa Fourier- oder Korrelationsanaly­ sen) benötigt. Für solche anderen Aufgaben steht der Prozessor aber desto seltener zur Verfügung, je häufiger er Entfernungsinformationen übernehmen und verarbeiten muß, die (bei geringer Entfernung) dichter gestaffelt sind als für die angestrebte Objekt-Auflösung eigentlich erforderlich wäre.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Ortungsanlage gattungsgemäßer Art die durch gewonnene Entfernungsinformationen bedingte Beanspruchung des Signal­ prozessors zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß in der Signalverarbeitungsschaltung einer Rückstrahl-Ortungsan­ lage gattungsgemäßer Art die Maßnahmen gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 getroffen werden.

Nach dieser Lösung werden bei geringeren Entfernungen zwischen der Ortungsanlage und dem reflektierenden Objekt weniger individuelle Empfangssignale an den Signalprozessor zur Weiterverarbeitung durch­ geschaltet als tatsächlich von der Antenne aufgenommen werden, womit die an sich mit sich verringernder Entfernung steigende Winkelauflö­ sung etwa konstant gehalten und vor allem die Beanspruchung des Signalprozessors in guter Näherung entfernungsunabhängig wird. Dabei können von der mit sich verringernder Entfernung größeren Anzahl anfallender Empfangssignale entsprechend mehr ausgetastet, also weniger zum Signalprozessor durchgelassen werden; zweckmäßigerweise erfolgt aber eine solche Datenreduktion ohne Informationsverlust dadurch, daß über eine Anzahl winkelmäßig gegeneinander versetzt auftretender Empfangssignale jeweils ein Mittelwert gebildet wird, so daß nur die geringere Anzahl gleichartiger Mittelungen über jeweils mehrere Entfernungsmeßwerte an den Signalprozessor zu übergeben ist.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung der Darlegungen in der Zusammenfas­ sung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das wesentliche stark abstrahiert und nicht maß­ stabsgerecht skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt im vereinfachten einpoligen Blockschaltbild eine Rückstrahl-Ortungs­ anlage mit entfernungsabhängig reduzierter Ausgabe von Abstandsinfor­ mationen.

Eine Rückstrahlortungsanlage 11 weist im wesentlichen einen periodisch arbeitenden Sender 12, eine Sende- und Empfangsantenne 13 für Ab­ strahlung und Aufnahme von Ortungsenergie, eine Sende-Empfangs-Wei­ che 14, einen Empfänger 15 zur Verstärkung und Vorverarbeitung der Empfangssignale 16 und eine Entfernungs-Meßschaltung 17 auf. Letztere wird aus dem Sender 12 nach Maßgabe der Periodizität der Sendesignale 18 gesteuert, um über die Echolaufzeit der Sendesignale 18 (mittels einer Laufzeit- oder einer Frequenz-Auswertung) in der momentanen Ortungsrichtung 19 die Entfernung 20 zum reflektierenden Ziel-Objekt 21 zu bestimmen, die beispielsweise als Zahlenwert 20 (19) ausgegeben wird. Wenn das Objekt 21 sich relativ zur Rückstrahlor­ tungsanlage 11, also zu ihrer Antenne 13, mit einer tangentialen Bahnkomponente bewegt - weil das Objekt 21 beispielsweise auf einem Fließband (nicht gezeichnet) unter der Antenne 13 entlangbewegt wird; oder weil infolge einer Verschwenkbewegung der Antenne 13 die Ortungsrichtung 19 verändert wird -, dann liefert die Folge der Meßergebnisse über die Entfernung 20 (19) den Profil-Verlauf der der Antenne 13 zugewandten Objekt-Front 22 (wie in der Zeichnung symbolisch ausgangsseitig hinter der Meßschaltung 17 veranschau­ licht). Diese Meßwerte über die Entfernungen 20 (19) werden in ihrer periodischen Folge in einen Signalprozessor 23 übernommen, um dort weiterverarbeitet zu werden, insbesondere hinsichtlich einer näheren Analyse objektspezifischer Signalinhalte zur Zielidentifikation.

Die so aufbereitete Detektionsinformation 24 speist schließlich eine Entscheidungs- oder Steuerschaltung 25, beispielsweise zur Auslösung eines Zündsignales für die militärische Bekämpfung des Objektes 21 oder zum Betrieb eines Manipulators für die Handhabung des Objektes 21.

Problematisch hinsichtlich der Auslegung der Arbeitsgeschwindigkeit des Signalprozessors 23 ist, daß eine reflektierendes Objekt 21 in geringerer Entfernung 20 in sehr viel höherfrequenter Folge Em­ pfangssignale 16 liefert, als in größerer Entfernung 20′. Denn wenn die richtungsmäßige Auflösung (also die Anzahl der individuellen Ortungsrichtungen 19, mit denen das entferntere Objekt 21 in seiner Tangentialausdehnung gerade noch erfaßt wird) für eine bestimmte Anzahl von Reflektionen längs seiner Front 22 ausgelegt wird, dann ergibt sich aus der Strahlengeometrie (wie aus der Zeichnung ersicht­ lich), daß das in geringerer Entfernung 20 stehende gleiche Objekt 21 sehr viel öfter erfaßt wird als für die geometrische Auflösung der Front 22 eigentlich erforderlich. Bei geringerer Entfernung 20 wird der Signalprozessor 23 also viel öfter für die Aufnahme und Verarbeitung von Entfernungsinformationen 20 (19) beansprucht, und dementsprechend steht weniger Rechenzeit für die Verarbeitung sonstiger Signale 26 (beispielsweise für Fourier- oder Korrelations­ analysen) zur Verfügung.

Um diese unnötig hohe Beanspruchung des Signalprozessors 23 bei geringen Entfernungen 20 möglichst zu vermeiden, ist nun vorgesehen, in Abhängigkeit von der Entfernung 20 eine Datenreduktion durchzu­ führen, aus der eine annähernd konstante Auflösung unabhängig von der momentanen Entfernung 20 resultiert. Hierfür wird die Anzahl der aus der Entfernungs-Meßschaltung 17 auf den Signalprozessor 23 durchgeschalteten Eingabeinformationen 27 - gesteuert aus der Meß­ schaltung 17 - mit sich verringernder Entfernung 20 reduziert. Das läßt sich im Prinzip einfach dadurch realisieren, daß eine periodisch geschlossene Schaltstrecke 28 desto weniger Durchlaßintervalle auf­ weist, je geringer die Entfernung 20 (19) ist. Daraus resultiert, daß aus geringerer Entfernung 20 ebensoviele Empfangssignale 16 als Eingangsinformationen 17 in den Signalprozessor 23 übergeben werden, wie aus größerer Reflektor-Entfernung 20′ resultierende Empfangssignale 16. Der Signalprozessor 23 ist dann also unabhängig von der Momentanentfernung der auszuwertenden Objekt-Front 22 stets gleichförmig (und optimal hinsichtlich der Auflösungs-Anforderungen) ausgelastet.

Schaltungstechnisch besonders einfach ist diese Maßnahme realisier­ bar, wenn keine kontinuierliche Steuerung des Durchlaß-Tastverhält­ nisses der Schaltstrecke 28 in Abhängigkeit von der Entfernung 20-20′ vorgenommen wird; sondern wenn das Ortungsgebiet 29 diesbezüglich diskontinuierlich durch Definition vorgegebener Entfernungsbereiche 30 definiert wird. Dann kann über eine Schwellenauswertung 31 eine individuelle Ansteuerung einzelner hinsichtlich ihres Tastverhal­ tens vorgegebener Schaltstrecken 28 durchgeführt werden, und in den einzelnen Entfernungsbereichen 30 tritt nur eine geringe Schwan­ kung der Ortsauslösung der reflektierenden Objekt-Front 22 auf.

Allerdings stellt es einen Informationsverlust dar, mittels der Rückstrahlortungsanlage 11 aufgenommene Echo-Empfangssignale 16 von der interessierenden Objekt-Front 22 im Interesse konstanter Auflösung und damit im Interesse einer Entlastung des Signalpro­ zessors 23 zu unterdrücken. Gemäß einer Weiterbildung der erfindungs­ gemäßen Lösung ist deshalb vorgesehen, den einzelnen Schaltstrecken 28 und damit den einzelnen Entfernungsbereichen 30 Mittelwertbildner 32 nachzuschalten. Diese liefern eine Eingangsinformation 27 an den Signalprozessor 23, welcher einen Mittelwert aus desto mehr aufeinan­ derfolgenden Informationen über die Entfernung 20 (19) darstellt, je geringer die Entfernung 20 ist. Infolge dieser Mittelung über mehrere Entfernungs-Meßwerte 20 (19) wird also die gesamte in den Empfangssignalen 16 ohnehin vorhandene Information verwertet, ohne die Periodizität der Eingabeinformation 27 mit der Verringerung der Objekt-Entfernung wesentlich ansteigen zu lassen.

Claims (3)

1. Rückstrahlortungsanlage (11) zur Ermittlung der Entfernung (20) zu reflektierenden Objekten (21) mit tangentialer Bewegungskompo­ nente relativ zur Ortungsanlage (11), gekennzeichnet durch we­ nigstens eine Schaltstrecke (28) für entfernungsabhängiges Durch­ schalten der Anzahl von über einen Ortungswinkel (Ortungsrichtun­ gen 19) gewonnenen Entfernungswerten (20) .

2. Ortungsanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch unterschied­ lichen Entfernungsbereichen (30) zugeordnete Schaltstrecken (28).

3. Ortungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schaltstrecken (28) zugeordnete Mittelwertbildner (32) zur Aus­ gabe einer Entfernungsinformation (27), die aus desto mehr winkel­ mäßig einander benachbarten Entfernungswerten (20) gemittelt ist, je geringer die Objektentfernung (20) ist.