DE3640189C1

DE3640189C1 - Device for determining the time interval between repetitive events and signals triggered by these events

Info

Publication number: DE3640189C1
Application number: DE3640189A
Authority: DE
Inventors: Christian Diehl
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1986-11-25
Filing date: 1986-11-25
Publication date: 1987-09-24

Abstract

A device for determining the time interval between repetitive events and signals triggered by these events with an essentially constant time interval is described, which signals are converted by a signal pickup into electrical signals which are not significant in comparison with the signal noise. The device according to the invention is characterised by the fact that the output signal of the signal pickup is applied to one input terminal of an analog adding circuit, the other input terminal of which is connected to the output terminal of a CCD element and the output terminal of which is connected to the input terminal of the CCD element, that a synchronisation unit displaces the cell content of the CCD element at a fixed clock rate in such a manner that a correlation exists between the respective triggering event and the phase of displacement of the cell contents, and that the output signal of the CCD element is present at an evaluating unit which, when a particular threshold value of the accumulated signals stored in the CCD element is reached, determines the position of the maximum value of the signals stored in the individual cells for determining the time interval. This provides a device for determining the time interval between repetitive events and signals triggered by these events at an essentially constant time interval, in which, in comparison with the signal noise, ... Original abstract incomplete.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Er mittlung des zeitlichen Abstandes zwischen sich wiederho lenden Ereignissen und von diesen Ereignissen ausgelösten Signalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for He averaging the time interval between themselves events and triggered by these events Signals according to the preamble of claim 1.

Bei einer Reihe von Meßaufgaben stellt sich allgemein folgendes Problem: Durch sich wiederholende Ereignisse werden Signale ausgelöst, deren zeitlicher Abstand von den auslösenden Ereignissen in etwa konstant ist. Bestimmt werden soll eben dieser zeitliche Abstand.For a number of measurement tasks, general questions arise following problem: Through repetitive events signals are triggered whose time interval from the triggering events is approximately constant. Certainly this time interval should be.

Diese Meßaufgabe stellt sich beispielsweise bei einer Entfernungsmeßvorrichtung, bei der die Entfernung bzw. der Abstand aus der Laufzeit von Lichtimpulsen bestimmt wird, die ein Lichtsender aussendet und ein Objekt, dessen Abstand gemessen werden soll, auf einen Lichtempfänger reflektiert.This measurement task arises, for example, with a Distance measuring device in which the distance or the Distance is determined from the transit time of light pulses which a light transmitter emits and an object whose Distance to be measured on a light receiver reflected.

Häufig tritt jedoch das Problem auf, daß sich das ausgelö ste Signal nicht signifikant vom Signalrauschen abhebt. Bei einer Entfernungsmeßvorrichtung kann dies beispiels weise auftreten, wenn die zu messende Entfernung im Ver gleich zur Lichtleistung sehr groß ist oder der Lichtim puls durch Wetterbedingungen (Nebel etc.) stark abge schwächt wird.Often, however, the problem arises that this is triggered does not significantly differentiate the signal from the signal noise. In the case of a distance measuring device, for example occur wisely if the distance to be measured in ver equal to the light output is very large or the light im pulse strongly affected by weather conditions (fog etc.) is weakening.

Es ist bekannt, von sich wiederholenden Ereignissen ausge löste Ausgangssignale des Signalaufnehmers, die sich vom Rauschen nicht signifikant abheben, dadurch "sichtbar zu machen", daß man ein sogenanntes "Boxcar-Averaging" durch führt. Bekannte Einrichtungen, die nach dem Boxcar-Avera ging-Prinzip arbeiten digital; dies bedeutet, daß die Signale des Signalaufnehmers digitalisiert werden müssen. Beispielsweise im Falle der Impuls/Laufzeit-Entfernungs messung bedingt dies nach dem Stand der Technik einen sehr schnellen Analog/Digital-Wandler. Schnelle Analog/Digital- Wandler sind jedoch sehr teuer und vom Aufwand her nur in großen Radaranlagen zu vertreten.It is known to start from repetitive events triggered output signals of the signal pickup, which differ from Do not raise noise significantly, thereby "visibly make "that so-called" boxcar averaging " leads. Known establishments based on the Boxcar-Avera went principle work digitally; this means that the Signals of the signal pickup must be digitized. For example in the case of pulse / transit time distance According to the state of the art, this requires a very large measurement fast analog / digital converter. Fast analog / digital However, converters are very expensive and costly only in to represent large radar systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ermittlung des zeitlichen Abstandes zwischen sich wiederholenden Ereignissen und von diesen Ereignissen ausgelösten Signalen gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 anzugeben, bei der auch im Vergleich zum Signal rauschen nicht signifikante Ausgangssignale des Aufneh mers, die in sehr kurzen Zeitabständen zu den auslösenden Ereignissen auftreten, mit geringem Aufwand ermittelt werden können.The invention has for its object a device to determine the time interval between them repetitive events and from those events triggered signals according to the preamble of the patent to specify claim 1, also in comparison to the signal no significant output signals of the recording mers that occur in very short time intervals to the triggering Events occur, determined with little effort can be.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is with their Developments characterized in the claims.

Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, auf eine Digitalisierung der Signale zu verzichten und stattdessen einen "phasenrichtigen" Empfang der Signale unter Verwen dung von analogen Bauelementen vorzunehmen. Hierzu wird eine Analog/Addierschaltung verwendet, an deren einem Eingangsanschluß das Ausgangssignal des Signalaufnehmers anliegt, und deren anderer Eingangsanschluß mit dem Aus gangssignal eines CCD-Elements verbunden ist, in dem die mit Zeitabständen, die klein zur zu messenden Zeit sind, auftretenden addierten Signale gespeichert sind. Durch die erfindungsgemäß verwendete Synchronisiereinheit erfolgt eine "phasenrichtige" Addition des addierten Signals zu den durch die vorhergehenden Ereignisse akkumulierten Signalen. Da sich die im Rauschen liegenden Signale kohä rent addieren, das Rauschen jedoch nur statistisch, wird das immer an gleicher Stelle im CCD-Element eingespeicher te Nutzsignal nach einer Reihe von Ereignissen, die Signa le auslösen, groß im Vergleich zu dem statistisch addier ten Rauschen und kann zur Bestimmung des Zeitabstands verwendet werden.The invention is based on the basic idea of a Refrain from digitizing the signals and instead a "in-phase" reception of the signals using analog components. This will an analog / adder circuit used on one of them Input connector the output signal of the signal pickup is present, and their other input connection with the off output signal of a CCD element is connected, in which the with time intervals that are small to the time to be measured, occurring added signals are stored. Through the Synchronization unit used according to the invention takes place an "in-phase" addition of the added signal the accumulated by the previous events Signals. Since the signals lying in the noise are coherent add rent, but the noise is only statistical which is always stored in the same place in the CCD element te useful signal after a series of events, the Signa le trigger, large compared to the statistically add th noise and can be used to determine the time interval be used.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further developments of the invention are in the subclaims specified.

Durch den im Anspruch 2 beanspruchten Oszillator wird in einfacher Weise eine "Zeitbasis" zur Verfügung gestellt, die klein gegen den zu ermittelnden zeitlichen Abstand gewählt werden kann und damit eine genaue Messung erlaubt.By the oscillator claimed in claim 2 is in simply provided a "time base" the small against the time interval to be determined can be selected and thus allows an accurate measurement.

Die im Anspruch 3 gekennzeichnete Weiterbildung hat den Vorteil, daß - sofern der Zeitpunkt der Signale auslösen den Ereignisse wählbar ist - auf jegliche Start/Stop- Vorgänge verzichtet und damit ein stabiles Arbeiten der erfindungsgemäßen Einrichtung erreicht werden kann.The training characterized in claim 3 has the Advantage that - if the time of the signals trigger the events can be selected - on any start / stop Processes dispensed with and thus a stable work of the device according to the invention can be achieved.

Sofern der Zeitpunkt, zu dem ein ein Signal auslösendes Ereignis ausgelöst wird, nicht frei wählbar ist, kann gemäß der im Anspruch 4 beanspruchten Ausbildung verfahren werden.If the time at which a signal is triggered Event is triggered, can not be freely selected proceed according to the training claimed in claim 4 will.

Durch die in den Ansprüchen 5 bis 7 gekennzeichnete Aus bildung ist sichergestellt, daß der zeitliche Abstand bereits nach einer "möglichst geringen" Zahl von Durchläu fen oder anders ausgedrückt von Signalen auslösenden Ereig nissen, bestimmt werden kann. From the characterized in claims 5 to 7 Education ensures that the time interval after a "as small as possible" number of passes or, in other words, signal-triggering events nissen, can be determined.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann selbstverständlich zur Lösung der verschiedensten Meßprobleme verwendet werden. Eine mögliche Anwendung ist im Anspruch 8 gekenn zeichnet.The device according to the invention can of course used to solve a wide variety of measurement problems will. A possible application is known in claim 8 draws.

Durch den erfindungsgemäß realisierten phasenrichtigen Empfang der an dem Objekt reflektierten Signale kommt man bei einer bestimmten Meßentfernung mit wesentlich kleine rer Sendeleistung als bei den bekannten Puls-Laser-Entfer nungsmessern aus, so daß unter Umständen keine Maßnahmen zur Augensicherheit des Lasers getroffen werden müssen. Andererseits können bei Verwendung eines Lasers mit großer Leistung große Entfernungen auch bei ungünstigen Meßbedin gungen wie Nebel etc. gemessen werden.Due to the correct phase implementation according to the invention One receives reception of the signals reflected on the object at a certain measuring distance with much smaller rer transmission power than with the known pulse laser remover voltage meter, so that under certain circumstances no measures must be taken for eye safety of the laser. On the other hand, when using a laser with large Performance over long distances even with unfavorable measuring conditions conditions such as fog etc. can be measured.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs beispiels unter Bezugnahme auf die einzige Figur der Zeichnung näher beschrieben, in der ein Blockschaltbild dargestellt ist.The invention is based on an embodiment for example with reference to the single figure of the Drawing described in more detail in the block diagram is shown.

Die Zeichnung zeigt einen mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung versehenen Puls-Laser-Entfernungsmesser. Dieser weist in an sich bekannter Weise einen Lichtsender, beispielsweise eine Laserdiode 1 auf, die über eine nur schematisch dargestellte Optik 2 einen Lichtstrahl auf ein nicht dargestelltes Objekt aussendet, dessen Abstand bestimmt werden soll. Das von diesem Objekt reflektierte Licht wird mittels einer ebenfalls nur schematisch darge stellten Optik 3 auf einen Lichtempfänger 4 abgebildet. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen einem Lichtimpuls und dem von diesem ausgelösten Ausgangssignal des Lichtempfän gers 4 kann in an sich bekannter Weise der Abstand des Objekts berechnet werden.The drawing shows a pulse laser rangefinder provided with a device according to the invention. This has, in a manner known per se, a light transmitter, for example a laser diode 1 , which emits a light beam onto an object, not shown, via an optics 2 which is only shown schematically, the distance of which is to be determined. The light reflected by this object is imaged on a light receiver 4 by means of optics 3 , which is also only shown schematically. The distance of the object can be calculated in a manner known per se from the time interval between a light pulse and the output signal of the light receiver 4 triggered by this.

Wie bereits ausgeführt, tritt bei derartigen Puls-Laser- Entfernungsmessern häufig das Problem auf, daß das empfan gene Signal im Vergleich zum Signalrauschen nicht signifi kant ist. Um auch den zeitlichen Abstand zwischen dem dieses Signal auslösenden Lichtimpuls und dem Signal bestimmen zu können, wird das Signal durch die im folgen den beschriebene erfindungsgemäße Ausbildung phasenrichtig empfangen:As already stated, with such pulse laser Rangefinders often face the problem that this is received gene signal compared to signal noise not signifi is edged. To also the time interval between the this signal triggering light pulse and the signal To be able to determine the signal will follow through in the the described inventive training in phase receive:

Hierzu ist der Ausgangsanschluß des Lichtempfängers mit dem einen Eingangsanschluß eines Analog-Addierers 5 ver bunden, dessen Ausgangsanschluß mit dem Eingangsanschluß eines CCD-Elements 6 verbunden ist. Der Ausgangsanschluß des CCD-Elements 6 ist sowohl mit einem Schwellwert- Schalter 7 als auch mit dem anderen Eingangsanschluß des Analog-Addierers 5 verbunden. Ferner sind ein Oszillator 8 und ein Zähler 9 vorgesehen. Der Ausgangsanschluß des Oszillators, der mit einer Frequenz schwingt, deren Perio denzeit wesentlich kleiner als die zu messenden Zeitab stände ist, ist sowohl mit dem Trigger-Eingangsanschluß des CCD-Elements 6 als auch mit dem Eingangsanschluß des Zählers 9 verbunden. Der Ausgangsanschluß des Zählers 9 ist mit einem Trigger-Eingangsanschluß des Senders 1 derart verbunden, daß bei einem bestimmten Zählerabstand des Zählers 9 ein Lichtimpuls ausgelöst wird.For this purpose, the output terminal of the light receiver is connected to the one input terminal of an analog adder 5 , the output terminal of which is connected to the input terminal of a CCD element 6 . The output terminal of the CCD element 6 is connected both to a threshold switch 7 and to the other input terminal of the analog adder 5 . Furthermore, an oscillator 8 and a counter 9 are provided. The output terminal of the oscillator, which oscillates at a frequency whose period is substantially smaller than the time to be measured, is connected to both the trigger input terminal of the CCD element 6 and to the input terminal of the counter 9 . The output terminal of the counter 9 is connected to a trigger input terminal of the transmitter 1 in such a way that a light pulse is triggered at a specific counter interval of the counter 9 .

Ferner sind ein Differenzierglied 10, ein weiterer Zähler 11, eine Anzeigeeinheit 12 sowie ein Schaltelement 13 vorgesehen. Der Eingangsanschluß des Differenzierglieds 10 ist mit dem Ausgangsanschluß des Schwellwert-Schalters 7 und der Ausgangsanschluß des Differenzierglieds mit dem Zähler 11 verbunden, dessen Ausgangsanschluß mit dem Anzeigeelement 12 verbunden ist.Furthermore, a differentiating element 10 , a further counter 11 , a display unit 12 and a switching element 13 are provided. The input terminal of the differentiating element 10 is connected to the output terminal of the threshold switch 7 and the output terminal of the differentiating element is connected to the counter 11 , the output terminal of which is connected to the display element 12 .

Die beschriebene erfindungsgemäße Einrichtung arbeitet wie folgt:The described inventive device works as follows:

Nach dem Einschalten ist der Signalpegel in den Zellen des CCD-Elements zunächst (nahezu) Null. Der Oszillator 8 schwingt mit einer eingeprägten Frequenz, die nicht nur den Zelleninhalt der Zellen des CCD-Elements 6 verschiebt, sondern auch den Zählerstand des Zählers 9 bei jedem Impuls erhöht. Bei Erreichen eines bestimten Zählerstan des triggert dieser den Lichtsender 1, so daß ein Laserim puls abgestrahlt wird. Dieser Laserimpuls wird nach einer Laufzeit zum Objekt, dessen Abstand gemessen werden soll, und zurück über die Empfangsoptik 3 vom Empfänger 4 emp fangen. Das vom Empfänger 4 empfangene Signal, das - wie vorausgesetzt - im Vergleich zu dem beispielsweise durch Umgebungsbeleuchtung, elektronische Effekte etc. hervorge rufenen Signalrauschen nicht signifikant ist, liegt an dem einen Eingangsanschluß des Analog-Addierers 5 an, der das Ausgangssignal zum Inhalt des jeweiligen CCD-Speicherele ments addiert. Da das CCD-Element 6 durch die Oszillator impulse "fortgeschaltet wird" ist nach einem "Durchlauf" das Rauschen mit dem Nutzimpuls vom Start des Oszillators über den Zeitpunkt, zu dem der Lichtblitz ausgesandt worden ist, bis zur Beendigung der Messung gespeichert.After switching on, the signal level in the cells of the CCD element is initially (almost) zero. The oscillator 8 oscillates at an impressed frequency which not only shifts the cell content of the cells of the CCD element 6 , but also increases the count of the counter 9 with each pulse. When a certain meter reading is reached, this triggers the light transmitter 1 , so that a laser pulse is emitted. This laser pulse is received after a transit time to the object whose distance is to be measured and back via the receiving optics 3 from the receiver 4 . The signal received by the receiver 4 , which - as assumed - is not significant in comparison to the signal noise caused, for example, by ambient lighting, electronic effects, etc., is present at the one input connection of the analog adder 5 , which has the output signal to the content of the respective CCD storage elements added. Since the CCD element 6 is "advanced" by the oscillator pulses, after a "pass" the noise with the useful pulse from the start of the oscillator to the point in time at which the light flash was emitted until the end of the measurement is stored.

Im Anschluß hieran wird der gesamte Vorgang beim nächsten entsprechenden Zählerstand des Zählers 9 wiederholt. Falls sich an der Objektentfernung nichts geändert hat, was bei einer schnellen Repititionsrate der Lichtimpulse gewähr leistet ist, so wird relativ zum Zählerstand im Empfänger der Empfangsimpuls zur selben Zeit auftreten. Dieser Empfangsimpuls wird wiederum an den Analog-Addierer ange legt und von diesem zum Inhalt derjenigen Speicherzelle des CCD-Elements addiert, das den Empfangsimpuls im Rau schen des vorigen Ablaufzyklus empfangen hat. Damit wird von Messung zu Messung der Empfangsimpuls linear addiert, während sich das Rauschen lediglich statistisch addiert und so hinter dem Nutzsignal zurücksteht.Following this, the entire process is repeated at the next corresponding counter reading of counter 9 . If nothing has changed in the object distance, which is guaranteed with a fast repetition rate of the light pulses, then the receive pulse will occur at the same time relative to the counter reading in the receiver. This receive pulse is in turn applied to the analog adder and added by this to the content of that memory cell of the CCD element which received the receive pulse in the noise of the previous cycle. This means that the received pulse is added linearly from measurement to measurement, while the noise is only added statistically and is thus lagging behind the useful signal.

Ist das Nutzsignal im CCD-Element durch das analoge pha senrichtige (kohärente) Addieren groß genug geworden, so wird der Schwellwert-Schalter 7 angesprochen, so daß der Speicherinhalt des CCD-Elements an dem Differenzierglied 10 ansteht. Das Differenzierglied 10 liefert an seinem Ausgangsanschluß einen Impuls; dieser Impuls ist derjenige Impuls, der einem Puls-Laser-Entfernungsmesser entspricht, bei dem sich der Empfangsimpuls signifikant gegenüber dem Signalrauschen abhebt. Der Zeitverzug dieses Impulses wird über den Zähler 11, an dem ebenfalls die Oszillatorsignale anliegen, gemessen. Der Zählerstand wird mittels der Anzeigeeinheit 12 angezeigt und ist ein direktes Maß für die Objektentfernung.Has the useful signal in the CCD element by the analog pha sen correct (coherent) adding large enough, the threshold switch 7 is addressed so that the memory content of the CCD element is present at the differentiator 10 . The differentiator 10 delivers a pulse at its output terminal; this pulse is the pulse that corresponds to a pulse laser range finder in which the received pulse stands out significantly from the signal noise. The time delay of this pulse is measured via the counter 11 , to which the oscillator signals are also applied. The counter reading is displayed by means of the display unit 12 and is a direct measure of the object distance.

Das Schaltelement 13 erlaubt es, den Fall zu selektieren, daß mehrere Entfernungsimpulse gleichzeitig mit ähnlicher Relevanz vorhanden sind.The switching element 13 allows the case to be selected in which a plurality of distance pulses are present at the same time with similar relevance.

Vorstehend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedan kens beschrieben worden. Selbstverständlich sind die verschiedensten Modifikationen möglich.The invention is based on an exemplary embodiment game without limiting the general inventive concept kens. Of course they are various modifications possible.

Beispielsweise kann anstelle des Differenziergliedes auch ein mit dem Sender 1 vernetzter Korrelationsbaustein verwendet werden; die von diesem ermittelte Korrelations funktion bildet dann ein Maß für die Entfernung.For example, a correlation module networked with the transmitter 1 can also be used instead of the differentiator; the correlation function determined by this then forms a measure of the distance.

Auch kann das Sendesignal nicht nur ein Impulssignal sein; daneben kann auch ein "Pseudo-noise"-Signal oder ein anders kodiertes Signal verwendet werden.Also, the transmission signal cannot be just a pulse signal; In addition, a "pseudo-noise" signal or a differently coded signal can be used.

Claims

1. A device for determining the time interval between repetitive events and signals triggered by these events with an essentially constant time interval, which a signal transducer converts into electrical signals that are not significant compared to signal noise,
characterized in that the output signal of the signal transducer is applied to one input terminal of an analog adder whose other input terminal is connected to the output terminal of a CCD element and whose output terminal is connected to the input terminal of the CCD element,
that a synchronization unit shifts the cell content of the CCD element at a fixed clock rate such that there is an association between the respective triggering event and the phase of shifting the cell contents, and
that the output signal of the CCD element is present at its evaluation unit which, when a certain threshold value of the accumulated signals stored in the CCD element is reached, for determining the time interval, determines the position of the maximum value of the signals stored in the individual cells.

2. Device according to claim 1, characterized in that the synchronization unit a Has oscillator, the output terminal with the Sliding connection of the CCD element and the input connection of a counter is connected, which is reached when a certain event a signal triggering event nis triggers.

3. Device according to claim 2, characterized in that the second and the following events triggering a signal at counter readings can be triggered, which is about the number of cells of the Distinguish CCD elements.

4. Device according to claim 2, characterized in that in each work cycle in which an event triggering a signal is triggered only so many pulses from the oscillator to the CCD element and the Counters are created like the CCD element cells points.

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation unit a Counter, the counter input terminal of the pulses of the Oscillator counts, and has a pulse discriminator, which stops the counter when that is stored in a cell te signal exceeds a certain value.

6. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation unit a correction lationselement, which from the CCD element read signals with the pulses of the oscillator or correlated with the transmission signal.

7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the evaluation unit Decision circuit that recognizes if more as a signal associated with the triggering event occurs.

8. Distance measuring device with a light transmitter and a light receiver and a device that consists of the Duration of light pulses determines the distance characterized by a device according to one of the Claims 1 to 7, the light pulses from the light transmitter triggers and in which the signals of the light receiver to the Adding circuit are created.