DE3688553T2

DE3688553T2 - Gerät zum Feststellen eines Ziels.

Info

Publication number: DE3688553T2
Application number: DE19863688553
Authority: DE
Inventors: Edward L Laskowski
Original assignee: Namco Controls Corp
Current assignee: Namco Controls Corp
Priority date: 1985-12-16
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1994-01-20
Anticipated expiration: 2006-12-12
Also published as: EP0227999A1; DE3688553D1; EP0227999B1; JPS62145180A; JPH0810252B2

Description

Positions- oder Zielermittlungsvorrichtungen wurden bereits früher vorgeschlagen, beispielsweise in der US-A-4,225,226, welche die Verwendung eines Abtastlasers lehrt, der Rückstrahler oder Retro-Reflektoren abfragt, die mit festen Abständen zueinander längs einer Seite eines Feldes angeordnet sind. Ein Triangulationsverfahren wird zum Bestimmen sowohl von Reichweiten- als auch Azimut-Information verwendet. Die US-A- 4,929,415 lehrt den Einsatz einer Laserabtastung einer Photodetektor-Anordnung fester Breite, wobei ein Triangulationsverfahren zum Bestimmen der Reichweiten- oder Entfernungs-Information verwendet wird. Das US-A-4,239,388 lehrt die Verwendung eines Lasers und eines zugeordneten Detektors für reflektiertes Laserlicht zum Identifizieren eines Laserlicht reflektierenden Gegenstandes durch das Muster seines Reflektionsvermögens als einer Funktion der Zeit.
Das zuerst genannte Patent US-A-4,225,226 hat die Aufgabe, den Piloten eines Flugzeuges zur Ungeziefervernichtung über seine Position über einem zu bestäubenden Feld zu informieren, so daß gleich weit voneinander entfernte Durchgänge erzielt werden können. Es erfordert eine komplizierte Elektronik mit einem Mikroprozessor, um die Position für aufeinanderfolgende Flüge über das Feld einzurichten. Das an zweiter Stelle genannte Patent US-A-4,029,415 hat die Aufgabe, Land zu überwachen, es erfordert jedoch, daß eine Bedienungsperson den Stab bewegt, auf dem die Photodetektor-Anordnung fester Breite angebracht ist. Das an dritter Stelle genannte Patent US-A- 4,239 388 hat die Aufgabe, Gegenstände auf der Erde mit einem Flugzeug oder dergleichen, das darüberfliegt, zu ermitteln und einen Laserstrahl nach unten zu richten, der von der Erde oder dem Gegenstand reflektiert wird.
Die FR-A-2,495,797 lehrt die Verwendung eines Abtastlaserstrahles zum Abfragen eines Satzes aus drei Retro-Reflektoren. Die Winkelposition jedes Reflektors wird dann in einem Triangulations-Algorhithmus eingesetzt, der transzendente Gleichungen verwendet, um die Position des Lasers bezüglich der Reflektoren zu ermitteln, wobei implizit angenommen wird, daß die Reflektoren Punktquellen sind. Die FR-A-2,186,658 lehrt eine ähnliche Vorrichtung, die alternativ auch zwei Laser und zwei Reflektoren oder einen Laser und zwei Reflektoren und einen Kreiselkompaß zum Ansteuern oder Anfliegen verwendet. Alle diese Ausführungen erfordern die Berechnung transzendenter Gleichungen. In Patent Abstract of Japan, Band 8, Nr. 215 (P-305) [1652] vom 2. Oktober 1984 und der JP-A-59-99308 ist eine Anordnung zum Bestimmen der Entfernung zu einem Gegenstand, innerhalb einer bestimmten gegebenen Reichweite, beschrieben, bei dem die Zeit gemessen wird, die ein abgetasteter Laserstrahl braucht, um einen Lichtpunkt zwischen zwei anderen Blickrichtungen mit festem Winkel zu überstreichen. Die Berechnung der Entfernung erfordert die Berechnung transzendenter Funktionen. Die GB-A-2,143,355 lehrt die Verwendung eines abtastenden Laserstrahles, um zwei strich-codierte Retro-Reflektoren abzufragen. Die Position wird durch Triangulation unter Verwendung transzendenter Funktionen ermittelt. Es wird vorgeschlagen, den Strichcode von dem reflektierten Signal zu lesen, es werden jedoch keine Mittel angegeben, um dies auszuführen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles anzugeben, bei der ein rückstrahlendes Ziel mit einem Lichtstrahl abgetastet wird, um die Position des Zieles zu bestimmen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles gemäß Anspruch 1 gelöst.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1: Eine isometrische Darstellung einer Zielbestimmungseinrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer optischen Empfängerschaltung;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Impulsbreiten-spannungs-Umsetzungsschaltung;
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer kombinierten Reichweiten- und Azimut-Schaltung;
Fig. 5: eine perspektivische Darstellung einer Zielbestimmungseinrichtung nach der Erfindung, zum Bestimmen der Entfernung, des Azimut und einer binären Code-Identifikation;
Fig. 6: eine schematische Darstellung des Binärcode- Identifikationssystems;
Fig. 7: ein Diagramm des zurückgesendeten Impulses;
Fig. 8: Teil eines Schaltplans für die Binärcode-Identifikation,
Fig. 9: ein Schema eines Schieberegister-Speichers; und
Fig. 10: eine vergrößerte Darstellung des Schieberegister-Speichers.
Die Zeichnung zeigt eine Zielbestimmungseinrichtung 11 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Diese Einrichtung 11 umfaßt eine Lichtquelle 12, die vorzugsweise aus säulenförmigem Licht besteht, wie ein Laser. Dieser Laser kann innerhalb eines Gehäuses 13 zum Schutz der Komponenten angebracht sein. Ein drehbarer Motor 14 und ein Spiegel 15 schaffen eine Vorrichtung zum Abtasten eines Lichtstrahles von seiner Lichtquelle 12 längs eines Abtastpfades 16 mit einer bekannten Winkelgeschwindigkeitsrate. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt dieser Abtastpfad aufgrund einer vertikalen Motorachse und einer Anordnung des Spiegels in einem Winkel von 45º in einer horizontalen Ebene. Dieser Spiegel ist vorzugsweise ein Oberflächenspiegel, so daß der Abtaststrahl in Richtung des Abtastpfades 17 schmal ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Abtastpfad radial von dem drehbaren Spiegel 15. Ein Teil des Gehäuses oder das gesamte Gehäuse 13 hat ein durchsichtiges Fenster 18, so daß der Lichtstrahl den gesamten oder einen Teil eines Abtastpfades 17 von 360º abtasten kann.
Ein Retroreflektor-Ziel 20 bekannter Größe kann an einem Gegenstand 21 befestigt werden, wie in Fig. 5, und kann in dem Abtastpfad angebracht werden, um den Lichtstrahl von der Lichtquelle 12 zurück zum Abtastspiegel 15 zu reflektieren. Ein erster Photorezeptor 22 ist so angeordnet, daß er auf jeden reflektierten Lichtstrahl 16 vom Zielreflektor anspricht, wie Fig. 1 zeigt, dieser Photorezeptor ist nahe bei der Lichtquelle 12 angeordnet. Der Ziel-Retroreflektor ist eine Vorrichtung mit der Eigenschaft, daß sie einen einfallenden Lichtstrahl längs dessen ursprünglicher Achse zurückgibt, unabhängig von dem Einfallwinkel auf die Reflektorebene. In der Praxis ist der zurückgegebene Lichtstrahl 16A etwas zerstreut, und er ist nicht so säulenförmig wie der einfallende Lichtstrahl 16. Der zurückgegebene Lichtstrahl 16A trifft sofort auf denselben Drehspiegel 15 auf, und dieser reflektiert den zurückkommenden Strahl zurück zur Lichtquelle 12. Da dieser zurückgesandte Strahl weniger säulenförmig als das Original ist, kann er auf einen Photorezeptor 22 auftreffen, der in der Praxis nahe bei, jedoch nicht koinzident mit dem Ausgangsstrahl der Lichtquelle 12 ist. Eine elektronische Schaltung 23 ist mit dem Rezeptor 22 verbunden, um die Position des Zieles oder Information über das Ziel zu ermitteln.
Der Motor 14 dreht den Spiegel 15 mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit. Diese kann jede für den beabsichtigten Einsatz sinnvolle Winkelgeschwindigkeit sein, und 20 Umdrehungen pro Sekunde ist ein Beispiel für eine geeignete Abtastrate.
Eine erste Verwendung dieser Zielbestimmungseinrichtung 11 ist, die Entfernung zum Ziel 20 zu bestimmen. Fig. 1 zeigt dieses Ziel bei einer ersten Entfernung vom Abtastspiegel und zeigt ferner den Spiegel bei einer zweiten Position 20A, die näher beim Abtastspiegel ist. Wenn man ein vier Inch breites Retroreflektor-Ziel 20 verwendet und dieses bei einer Entfernung von zehn Fuß positioniert würde, würde es fünf Millisekunden dauern, um von der Vorder- zur Hinterkante des Zieles abzutasten. Wenn jedoch das Ziel mit derselben Breite bei 20A bei der halben Entfernung oder einer Entfernung von fünf Fuß zum Spiegel angeordnet würde, dann würde es mit derselben Abtastrate zehn Millisekunden dauern, um von der Vorderkante zur Hinterkante des Zieles abzutasten. Die Einrichtung ermöglicht, daß man die Entfernung zu einem Ziel aus der Zeitdauer zum Abtasten über das Ziel bestimmt, und man wird hier bemerken, daß die Entfernung zum Ziel im Umkehrverhältnis zur Dauer der Abtastzeit über das Ziel steht. Die elektronische Schaltung 23 kann diese Entfernung zum Ziel berechnen.
Fig. 2 zeigt eine optische Empfängerschaltung 24, und Fig. 3 zeigt eine Pulsbreiten-Spannungs-Wandlerschaltung 25, welche zusammen die Schaltung 23 bilden. In Fig. 2 ist der Photorezeptor 22 als ein Phototransistor gezeigt, wobei das Signal von Transistoren 28 und 29 verstärkt und dann an einen Operationsverstärker 30 gegeben wird, der als ein Komparator verschaltet ist, um am Anschluß 31 ein Rechteckimpuls-Ausgangssignal zu erhalten. Dieser Impuls wird am Anschluß 31 eines Bereichsumschalters 32 in der Pulsbreiten-Spannungs-Wandlerschaltung 25 von Fig. 3 angelegt. Wenn der Bereichsumschalter in der gezeigten Stellung ist, wird der Eingangsimpuls an einen Freigabeanschluß 33 eines Teilers 34 angelegt. Ein Hochfrequenzoszillator 35, mit beispielsweise vier Megahertz, wird von einem Quarz 36 gesteuert, und dieses Signal wird durch eine Reihe von Invertergattern 37 geführt, um das Oszillatorsignal rechteckig zu machen, und es wird dann an einen Takteingang 38 des Teiles 34 angelegt. Der Freigabeeingang und der Takteingang 38 bilden eine UND-Schaltung, wobei das Ausgangssignal vom Teiler nur gebildet wird, wenn der Freigabe- und der Takteingang logisch hoch sind. Das Ausgangssignal vom Teiler 34 wird durch einen zweiten Teiler 40 gegeben, um eine niedrigere Frequenz zu erhalten, beispielsweise 200 Kilohertz. Diese niedrigere Taktfrequenz wird an den Takteingang eines Zählers 41 geführt, beispielsweise an einen Zwölfstufen-Zähler, dessen Ausgang auf mehreren Leitungen 42 liegt und als eine binäre Zahl erscheint. Diese mehreren Leitungen sind mit Zwischenspeichern (Latch) 43 und 44 verbunden, welche den letzten Zählwert vom Zähler 41 halten.
Das Impulssignal am Anschluß 33 wird ferner durch monostabile Multivibratoren 46 und 47 geführt, um einen kurzen Impuls zu erhalten, beispielsweise von 100 Mikrosekunden, der an die Takteingänge der Zwischenspeicher 43 und 44 angelegt wird und so die Information der Zwischenspeicher in eine Digital-Analog-Wandlereinheit 50 eintaktet. Zur selben Zeit bewirkt der Impuls am Photorezeptor 22 durch die in Reihe geschalteten monostabilen Multivibratoren 48 und 49 das Rücksetzen des Zählers 41. Das Signal vom Zwischenspeicher 43 liegt auf mehreren Leitungen 51 und ist das höchstwertige Bit einer binären Zahl, während das Signal vom Zwischenspeicher 44 auf mehreren Leitungen 52 liegt und das niederwertigste vom d/a-Wandler 50 ausgegebene Bit ist. Das Ausgangssignal des d/a-Wandlers 50 ist eine Analogspannung, die von einem Verstärker 54 verstärkt wird, dann an einen Spannungsfolger 55 mit Verstärkungsfaktor Eins gegeben wird und dann an ein Meßgerät, wie ein Voltmeter 56.
Im Betrieb arbeitet die elektronische Schaltung 23, um die Reichweite oder Entfernung zum Ziel zu bestimmten, indem sie die Länge der Zeit zwischen der Lichtstrahl-Reflexion von der vorderen zur hinteren Kante des Reflektors 20 ermittelt. Als Beispiel für eine mögliche Anwendung sei angenommen, daß der Oszillator bei vier Megahertz arbeitet, das Ausgangssignal vom Zähler 40 200 Kilohertz hat und daß die Länge der Abtastung von der vorderen zur hinteren Kante des Zielreflektors fünf Millisekunden bei einer Entfernung des Zieles von zehn Fuß ist. Wenn die Lichtquelle vom Ziel 20 reflektiert wird, wird der Phototransistor 22 von Fig. 1 beleuchtet, so daß dieser Transistor eingeschaltet wird, wodurch die Transistoren 28 und 29 eingeschaltet werden. Dies zieht den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 30 nach unten, wobei dieser Operationsverstärker eingeschaltet wird, so daß der Ausgangsanschluß 31 logisch hoch wird. Dieser hohe Logikzustand wird zu Fig. 3 übertragen und an den Freigabeanschluß 33 eines Teilers 34 angelegt. Die Anschlüsse 33 und 38 dieses Teilers 34 bilden eine UND-Schaltung, so daß während der Zeit, in der Licht vom Ziel 20 reflektiert wird, die Impulse vom Oszillator 35 als ein Eingangssignal an die Teiler 34 und 40 geführt werden. Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel wären dies eintausend Impulse der Taktfrequenz von zweihundert Kilohertz, die an den Zähler 41 während der fünf Millisekunden angelegt werden, während derer die Breite des Zieles 20 abgetastet wird. Diese eintausend Impulse werden in eine binäre Zahl transformiert und an den Digital-Analog-Wandler angelegt. Das binäre Äquivalent der dezimalen Zahl Eintausend wird dann am Ausgang des Wandlers an den Eingang des Verstärkers 54 angelegt. In diesem Beispiel sei angenommen, daß dies zwei Volt sind. Der Verstärker 54 zusammen mit dem D/A-Wandler 50 invertiert dies, so daß am Ausgang ein Ausgangssignal vom einem halben Volt anliegt. Der Verstärker 55 arbeitet als ein Spannungsfolger mit Verstärkungsfaktor Eins, so daß ein halbes Volt an das Voltmeter 56 angelegt wird. Dieses Meßgerät könnte so geeicht sein, daß es die Entfernung in Fuß anzeigt, beispielsweise zehn Fuß für ein Eingangssignal von einem halben Volt.
Wenn nun das Ziel zu Position 20A, bei einer Entfernung von nur fünf Fuß vom Spiegel 15, bewegt wird, erscheint das Ziel doppelt so breit, und es wird zehn Millisekunden dauern, dieses Ziel über seiner Breite abzutasten. Während dieser zehn Millisekunden der Abtastbreite treten zweitausend Impulse auf, die an den Zähler 41 angelegt werden, und das Ausgangssignal des Wandlers 50 wird daher vier Volt anstelle von zwei Volt sein. Da der Verstärker 24 mit einem multiplizierenden D/A- Wandler 50 so verbunden ist, daß eine Zunahme des Wertes des binären Eingangssignales für den D/A-Wandler eine Abnahme des Ausgangssignales des Verstärkers 54 gemäß der Beziehung "1 geteilt durch X" ergibt, wird ein Ausgangssignal von einem viertel Volt an das Meßgerät 56 angelegt, anstelle von einem halben Volt. Bei einer Eichung in Fuß wäre das Meßergebnis nur vier Fuß anstelle von zehn Fuß. Die Vorrichtung 11 bestimmt also die Reichweite oder Entfernung zum Ziel, und diese Entfernung steht im umgekehrten Verhältnis zur Länge der Abtastzeit über der Breite des Zieles. Die Schaltungen von Fig. 2 und 3 zeigen jeweils eine Ausführungsform eines funktionalen Betriebes. Andere, mehr oder weniger sorgfältig ausgearbeitete Schaltungen können so aufgebaut sein, daß sie die entsprechenden Funktionen ausführen, ein dem Zustand des zurückgesandten Lichtes entsprechendes digitales Signal vorzusehen, wie bei Fig. 2, und eine Impulsbreite in eine Analogspannung umzuwandeln, wie bei Fig. 3. Tatsächlich kann für die Schaltung von Fig. 2 ein integrierter optoelektrischer Schalter, der Sprague ULN-3330, eingesetzt werden. Bei einigen Anwendungen braucht man den D/A-Wandler 50 nicht, und der digitale Zählwert, der in dem 12-Stufen-Zähler 41 erhalten ist, kann direkt ausgegeben werden, um eine vollständig digitale Wiedergabe des Bereiches für ein intelligentes Steuergerät vorzusehen, beispielsweise für ein Steuersystem auf Grundlage eines Mikroprozessors. Die Funktion des D/A-Wandlers 50, nämlich die mathematische Inversion durchzuführen, um das Ausgangssignal proportional zur Entfernung zu machen, kann in diesem Fall innerhalb der Mikroprozessorsteuerung über eine Softwareumsetzung der Umkehrfunktion berechnet werden.
Die Zielbestimmungseinrichtung 11 kann auch zum Bestimmen der Azimut-Position des Zieles relativ zu einer bekannten Azimutreferenz verwendet werden. Fig. 1 zeigt einen zweiten Photorezeptor 62 bei einem bekannten Azimut, der innerhalb des Gerätegehäuses angeordnet ist, beispielsweise bei der Kante des Fensters 18, und dies kann als ein Bezugspunkt von 0 Grad betrachtet werden. Der Motor 14 kann in beide Richtungen drehbar sein und ist im Uhrzeigersinn drehend dargestellt, wobei das Ziel bei ungefähr 45 Grad relativ zu dem Bezugs-Nullpunkt liegt. Um den Azimut zu bestimmen, kann die Schaltung von Fig. 3 verwendet werden. Der Bereichsumschalter 32 kann nach oben zu einem Azimutanschluß 63 geschaltet werden, der von dem Q- Ausgangssignal eines Flip-Flops 64 angesteuert wird, an dessen R- und S-Eingänge der erste und der zweite Photorezeptor 22 bzw. 62 jeweils über eine optische Empfängerschaltung, wie die von Fig. 2, angeschlossen sind. Gleichzeitig schaltet ein zweiter Satz von Schaltkontakten 32A den D/A-Wandler von einer Umkehrfunktion (1 geteilt durch X) auf eine lineare Funktion um. Die Länge der Zeit, während derer der Laserstrahl von der Bezugsposition zum Beginn der Abtastung des Retroreflektors abtastet, ist proportional zur Azimutposition dieses Zieles. Wenn der Lichtstrahl den zweiten Photorezeptor 62 überstreicht, wird ein Impuls ausgegeben, und dies bewirkt, daß das Flip-Flop 64 umschaltet, um ein logisch hohes Signal beim Q-Ausgang auszugeben. Demgemäß werden Taktimpulse vom Zähler 41 gezählt, bis der Strahl am Ziel-Retroreflektor 20 vorbeigestrichen ist. Dies bewirkt, daß ein Eingangssignal am R- Eingang des Flip-Flops 64 dieses zurück zu einem logischen Null-Ausgangssignal schaltet und das Zählen beendet. Der Zähler enthält nun einen binären Zählwert, der der Zeit entspricht. Der Digital-Analog-Wandler 50 wandelt diesen in eine dem Azimut entsprechende Analogspannung um. In diesem Fall ist keine invertierte "1 geteilt durch X"-Beziehung erwünscht, weil der Azimut (Winkel) im direkten Verhältnis zu dem Zeitintervall steht, das zwischen dem Impuls von einer Schaltung von Fig. 2, der vom Photorezeptor 62 ausgelöst wird, und dem Impuls von einer weiteren Kopie der Schaltung von Fig. 2, der vom Photorezeptor 22 ausgelöst wird, liegt. Der Verstärker 54 kann mit dem multiplizierenden D/A-Wandler 50 auf eine geringfügig andere Weise verbunden werden, um die lineare anstelle der inversen Beziehung zu erzeugen. Die Rücksetz- und Speichersignale von den monostabilen Multivibratoren 46 bis 49 bewirken, daß die Zähler und Zwischenspeicher in einem Wiederholungsmodus arbeiten.
Fig. 4 zeigt den jüngsten Aufbau zum Kombinieren der Funktionen für Reichweite und Azimut in einem Simultansystem. Die optischen Empfänger, die vorher als Fig. 2 beschrieben wurden, und Photorezeptoren 22 und 62 sind durch optoelektrische integrierte Schaltungen 100 und 100A ersetzt. Der Quarzoszillator 36 ist durch eine integrierte Schaltung 101 ersetzt. Die Bereichs- oder Reichweitenschaltung von Fig. 3 ist mit einem Zähler 102 und einem D/A-Wandler 103 wiedergegeben. Die Azimutschaltung besteht aus Zählern 105 und einem D/A-Wandler 106. Eine einfache Verbindungsauswahl zum D/A-Wandler bestimmt, ob die Schaltung eine "1 geteilt durch X"-oder eine "X"-Funktion ausführt, so daß für den Fall der Reichweite der Ausgang des Verstärkers 104 mit einem Pin 15 des D/A-Wandlers 103 verbunden ist, um eine "1 geteilt durch X"-Beziehung vorzusehen, während der Ausgang des Verstärkers 107 mit einem Pin 16 des D/A-Wandlers 106 verbunden wird, um die "X"- oder nicht invertierende Funktion vorzusehen. Eine doppelte Verwendung eines Satzes von bereits beschriebenen monostabilen Kippstufen und Flip-Flop-Elementen 46, 47, 48, 49, 64, die nun mit 108, 109, 110, 111 bezeichnet sind, ermöglichen einen wirtschaftlichen Aufbau, weil sie sowohl die Reichweiten- als auch die Azimutschaltung mit einem gemeinsamen Satz von Impulsen ansteuern können.
Die Einrichtung 11 kann nicht nur zum Bestimmen des Azimuts und der Reichweite, oder Entfernung, des Zieles verwendet werden, sondern auch zum Identifizieren welches von mehreren Zielen abgetastet wird. Fig. 5 zeigt diese drei verschiedenen Fähigkeiten der Einrichtung 11. Automatisch geführte Fahrzeuge 70 und 71 haben jeweils einen Motor 72, der für die Fortbewegung dieser Fahrzeuge sorgt. Diese Fahrzeuge können sich längs einer Fahrbahn 73 bewegen und im Betrieb durch die Einrichtung 11 geführt sein. Dazu kann ein Scannergehäuse 74 vorne auf jedem Fahrzeug befestigt sein, um ein festes Ziel 20 nach der Azimutposition und der Entfernung abzutasten; es kann ein Retroreflektor-Ziel 75 am Ende jedes Fahrzeugs abtasten um einen Sicherheitsabstand zwischen aufeinanderfolgenden Fahrzeugen aufrecht zu erhalten; und es kann ein binär codiertes festes Ziel 76 längs der Fahrbahn 73 abtasten, um Information über die Stellung des Fahrzeuges relativ zu seiner Position längs der Fahrbahn 73 zu ermitteln. Es kann beispielsweise eine Arbeitsstation 77 geben, wobei die Fahrzeuge 70 und 71 Material von und zu der Arbeitsstation transportieren, und jede Arbeitsstation könnte durch ein anderes binär codiertes Ziel 76 identifiziert sein. Ein Scannergehäuse 78 kann auch an einer festen Stelle längs der Fahrbahn angebracht sein, um binär codierte Ziele 80 und 81 auf den Fahrzeugen 70 bzw. 71 abzutasten. Dies könnte verwendet werden, um jedes von mehreren Fahrzeugen zu identifizieren, die innerhalb der Reichweite vorbeigehen. Der Binärcode auf den Zielen 76, 80 und 81 kann ein reiner Binärcode sein oder eine Art Strichcode. Bei dieser Ausführungsform sind die binär codierten Ziele solche mit rückstrahlenden Streifen an sowohl den Vorder- als auch den Hinterkanten 82 bzw. 83.
Fig. 6 zeigt schematisch die Zielbestimmungseinrichtung 11, wobei ein binär codiertes Ziel, wie die Ziele 76, 80 oder 81, identifiziert wird. In Fig. 6 sind dieselben Bauteile wie die von Fig. 1 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Das in Fig. 6 gezeigte binär codierte Ziel 81 hat mehrere reflektierende und nicht reflektierende Streifen quer zum Abtastpfad 17, um binäre Indizes auf dem Ziel zu schaffen. Die mit dem Photoreflektor 22 verbundene elektronische Schaltung 23 kann die binären Indizes oder Marken auf diesem Ziel 81 lesen. Das Ziel ist mit reflektierenden Streifen sowohl an der Vorderkante 82 als auch an der Hinterkante 83 gezeigt. Fig. 7 zeigt die binären Markierungen, die in dem zurückgesendeten Impuls vom Abtasten der Breite des Zieles auftreten. Die dunklen Streifen, welche nicht reflektieren, können dunkle, den Retroreflektor abdeckende Streifen sein oder lediglich ein Mittel, um die Funktion des Retroreflektors zu sperren, wie ein vollständiges Fehlen eines Retroreflektors. Fig. 7 zeigt einen Rücklaufimpuls von dem Bezugs-Azimut-Photorezeptor 62, und der Zeitabstand zwischen dem Bezugsimpuls 85 und der Anfangskante des Zieles enthält also noch die Azimutposition des Zieles. Die gesamte Breite des Zieles kann verwendet werden, um die Reichweite oder Entfernung zu bestimmen, und der Binärcode kann verwendet werden, um Information über das Ziel vorzusehen.
In Fig. 6 wurde die gesamte Breite des Retroreflektors 81 in n gleich breite Felder geteilt, und bei diesem Ausführungsbeispiel wurde sie in zehn solche Felder für eine 8-Bit- Binärcodezahl aufgeteilt. Die Felder Null und Neun sind in diesem Ausführungsbeispiel für einen logisch Eins-Zustand immer reflektierend. Dies ermöglicht, daß der Zielreflektor auch zur Reichweitenermittlung verwendet werden kann. Der 8-Bit- Binärcode ergibt 256 einzelne Identifikationscodes. Wenn zwei oder mehr schwarze Felder nacheinander auftreten, sind sie zusammenhängend. Auch reflektierende Felder, die in Folge auftreten, sind zusammenhängend. Es ist verständlich, daß mit der Bewegung des Zieles näher zum oder weiter weg vom Abtastspiegel sich die Zeitbreite des codierten Impulses gleichfalls ausdehnt oder kontrahiert. Um das Muster zu decodieren, muß das Muster nach relativen Werten für jedes Feld innerhalb der gesamten Anordnung analysiert werden. Eine Art, dies auszuführen, ist, das Muster digital in einer Speichervorrichtung zu speichern, entweder in einem Schieberegister oder im Speicher eines Mikroprozessors. Darauf wird die gesamte Zeitbreite ähnlich wie beim Bestimmen der Reichweite ermittelt, und dann wird die Impulsstruktur analysiert, um den Wert, ob eine logische Eins oder eine logische Null, bei oder in der Nähe der Mitte jedes Feldes zu bestimmen. Diese Funktion kann von einem Mikroprozessor oder hardwaremäßig ausgeführt werden. Fig. 5 zeigt, daß das Impulsmuster von dem Scannergehäuse 78 zu einem Speicher 89 übertragen und dann von einem Mikroprozessor 90 bearbeitet und in einen Decoder 91 eingegeben wird. Solche Decoder sind im Handel erhältlich, beispielsweise als Strichcode-Decoder.
Die Hardware-Version ist vielleicht leichter zu verstehen, und Fig. 8, 9 und 10 zeigen eine solche Ausführungsform. Bei Fig. 8 sei angenommen, daß die gesamte die Reichweite angebende Impulsbreite vom strichcodierten Reflektor bei einer Entfernung von zehn Fuß eine Millisekunde und bei einer Entfernung von einem Fuß zehn Millisekunden ist. Beim Abtasten der zehn Felder innerhalb dieses Gesamtimpulses ist die genaue Breite des Gesamtimpulses nicht bekannt, weil die Entfernung noch unbekannt ist. Wenn man in diesem Beispiel eine maximale Reichweite von zehn Fuß annimmt, dann hat jedes Feld eine minimale Abtastbreite von 0,1 Millisekunden.
Es sei hier angenommen, daß der Strichcode so wie in Fig. 6 und 7 abgebildet sei. Die Zeitspanne der gesamten Reflektorbreite, die die Reichweite darstellt, ist t&sub0;. Die Zeitspanne des Azimut ist t&sub1;, und fn ist der Wert des Feldes n, entweder logisch Null oder Eins. Da t&sub0; und t&sub1; variabel und unabhängig von fn sind, können diese mit dem folgenden Verfahren bestimmt werden. Fig. 8 zeigt eine Speichervorrichtung in Form eines Schieberegisters 94, dies kann auch der Speicher eines Mikroprozessors sein. Das Schieberegister 94 tastet die Wellenform über der Zeit ab und speichert diesen Wert als entweder logisch Eins oder logisch Null. Da bei diesem Ausführungsbeispiel eine Minimalzeit t&sub0; eine Millisekunde ist, und bei einem angenommenen maximal erwünschten Fehler von 1%, wird das Ziel abgetastet und der Wert als X(t) gespeichert, wobei die Abtastung bei einer Millisekunde geteilt durch einhundert Schritte, oder alle zehn Mikrosekunden, erfolgt. Da X(t) bei einer Entfernung des Reflektors von einem Fuß bis zu zehn Millisekunden plus einer Verzögerung auf Grund des Azimuts dauern kann, und dieser bei null Grad bis zu einem anderen Winkel positioniert sein könnte, muß noch etwas zusätzliche Zeit vorgesehen werden. Es sei angenommen, daß die gesamte Azimutabtastung bei der Entfernung von einem Fuß gleich zwei Reflektorbreiten ist, dann ist die gesamte Periode, über die abgetastet werden muß, 2 · 10 Millisekunden = 20 Millisekunden; wobei innerhalb dieser Periode Werte des Feldes in zehn Mikrosekunden-Schritten abgetastet werden. Die Speichervorrichtung muß daher 20 Millisekunden geteilt durch 10 Mikrosekunden pro Punkt = 2000 Abtastschlitze im Speicher haben. Ein zweitausendstufiges Schieberegister ist in Form einer integrierten Schaltung im Handel erhältlich.
Wie in Fig. 7 gezeigt, beginnt das Verfahren, wenn das Azimut- Bezugssignal vom Photorezeptor 62 empfangen worden ist und den Bezugsimpuls 85 begründet. Das Schieberegister speichert den ersten Abtastwert bei dem zehn Mikrosekunden-Punkt in Speicherposition Nr. 1 und zehn Mikrosekunden später bewirkt ein Taktimpuls, daß die Speicherposition Nr. 1 in die Speicherposition Nr. 2 übertragen wird, während der neue Momentanwert von X(t) an die Speicherposition Nr. 1 gesetzt wird. Dies setzt sich fort, und tatsächlich werden alle Speicherpositionen auf diese Weise verschoben. Wenn nt den Zeitpunkt beim n-ten Inkrement von zehn Mikrosekunden darstellt, dann hat das Schieberegister 2000 Speicherstellen, wobei jede Speicherstelle X(nt) ist. Wenn die Speicherstelle M(n) der nten Stelle entspricht, gilt für alle Stellen: M(n) = X(nt), wobei t = eine feste Zeit bei zehn Mikrosekunden-Intervallen. Das Schieberegister enthält daher ein abgetastetes Bild der Wellenform des zurückgesandten Impules X(t), jedoch in einem digitalisierten Zustand. Nach 2000 Schritten stoppt der Takt 95 und die gespeicherten Daten müssen analysiert werden. Die Speicherabbildung des Schieberegisters könnte der Abbildung von Fig. 9 entsprechen. Zunächst wird t&sub0; bestimmt. Es ist bekannt, daß die Felder 0 und 9 logisch Eins sind, und in Fig. 9 sind diese durch schwarze Linien dargestellt. Wenn man links beginnt, enthält das Schieberegister nur Nullen, bis das Reflektormuster erreicht wird. Es sei angenommen, daß die erste logische Eins bei der Speicherstelle 1400 auftritt, d. h. M(1400) = 1. Wenn man von rechts beginnt, enthält das Schieberegister nur logische Nullen, bis das Ende des Strichcodes erreicht ist. Es sei angenommen, daß dies bei der Position 1600 erreicht ist, d. h. M(1600) = 1. Die Speicherpositionen 1400 bis 1600 erhalten daher das gesamte Reflektor-Impulsmuster. Da jede Position eine Zeitspanne von zehn Mikrosekunden repräsentiert, kann die Breite t&sub0; berechnet werden aus t&sub0; = (1600 - 1400) · 10 Mikrosekunden = zwei Millisekunden. Da sich die Reichweite aus t&sub0; bestimmt, und da 10 Millisekunden einem Fuß entsprechen, entspricht eine Millisekunde zehn Fuß, der Bereich ist in diesem Beispiel daher ungefähr 5,5 Fuß.
Es sei ferner bemerkt, daß der Azimut aus der Zeit zwischen Null und dem ersten Abtastwert der Wellenform, M(1400) berechnet werden kann, d. h. 1400 · 10 Mikrosekunden = 14 Millisekunden. Wenn die Winkelgeschwindigkeit ω bekannt ist, ergibt sich der Azimut daher zu: R = (ω · 14 Millisekunden) Grad.
Die Binärcode-Identifikation kann aus der Speicherabbildung von Fig. 9 bestimmt werden. Diese ist vergrößert in Fig. 10 gezeigt. Es ist bekannt, daß die zehn Felder gleichmäßig auf das gesamte Segment von M(1400) bis M(1600) aufgeteilt sind. Jedes Bit-Feld entspricht 1600 - 1400 geteilt durch zehn Felder = 200 geteilt durch 10 = 20 Abtastwerten. Das Feld 0 ist demgemäß im Bereich von M(1400) - M(1420) gespeichert. Aufeinanderfolgende Felder sind in jeweils 20 aufeinanderfolgenden Abtastwerten gespeichert. Um die Identifikationsnummer oder - zahl zu finden, wird die Mitte oder der Mittelwert jedes Feldes untersucht, und daraus ergibt sich, daß der Bit-Code oder Identifikations-Code 01010011 ist. Der Mikroprozessor 90 kann leicht jedes dieser Bitfelder abtasten, um seinen Binärcode oder Strichcode zu ermitteln. Es ist verständlich, daß die Speicherabbildung von Fig. 9 die gesamte Information zur gleichzeitigen Bestimmung der Reichweite, des Azimuts und der Ziel-Identifikation enthält. Bestimmte in diesem Beispiel verwendete Zahlen oder Nummern dienen lediglich der Erläuterung, und die Abtastraten, Entfernungen, die Abtastgeschwindigkeit, etc. können für besondere Anforderungen verändert werden. Die Schaltkreiskomponenten für einen praktischen Systemaufbau, der die Schaltungen von Fig. 2 und 3 kombiniert und der bereits gebaut wurde, ist in der folgenden Tabelle angegeben:

Widerstände

R1 1,5 K ohm
R2 22 K ohm
R3 820 ohm
R4 220 ohm
R5 - R8 100 K ohm
R9 6,8 M ohm
R10 10 K ohm

Verstärker

30 TL071
54, 55 TL071

Dioden

D1 IN914

Gatter

37 4001

Kondensatoren

C1, C2 10 pF

Transistoren

22, 62 OP805
28 2N4250
29 2N5088

Integrierte Schaltungen

34, 40 4518B
41 4040B
43, 44 40174
50 AD7533KN
46-49 4538
64 4027B
90 INTEL 8741
91 Welch Allyn LTS-3
94 AM2533
Die jüngste Realisierung des Systems, die in Fig. 4 gezeigt ist, wurde unter Verwendung der in der folgenden Tabelle angegebenen Komponenten gebaut:

Integrierte Schaltungen

100, 100A ULN3330
102, 105 4040
103, 106 AD7533KN
104, 107 TL071
108, 109 4538
110, 111 4013
112 4017.

Claims

1. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles, mit einer Lichtquelle (12), einer Abtastvorrichtung (14, 15) zum Abtasten eines Strahles von der Lichtquelle längs eines Abtastpfades (16) bei einer bekannten Winkelgeschwindigkeit, wobei der Strahl der Lichtquelle in der Richtung des Abtastpfades (16) schmal ist, einem rückstrahlenden Ziel (20, 81) bekannter Größe, das an einem in den Abtastpfad einbringbaren Gegenstand zum Reflektieren des Lichtstrahles zurück zur Abtastvorrichtung angebracht ist, einem Photorezeptor (22), der so angeordnet ist, daß er auf jeden vom Zielreflektor reflektierten Lichtstrahl anspricht, und einer Pulsvorrichtung (34, 36, 37, 40) zum Erzeugen von Impulsen mit einer konstanten Frequenz während des Abtastens des Zieles, gekennzeichnet durch eine Entfernungs-Bestimmungsvorrichtung (23, 24, 25) zum Bestimmen der Entfernung des Zieles, wobei die Entfernung des Zieles in umgekehrtem Verhältnis zur zeitlichen Dauer der Lichtstrahlabtastung von der Vorderkante des Zieles über das Ziel zur Hinterkante des Zieles ist, und wobei die Entfernungs-Bestimmungsvorrichtung - eine Vorrichtung (41) zum Zählen der Impulse, um die Abtastzeit von der Vorderkante zur Hinterkante des Zieles zu bestimmen, und - eine Vorrichtung (50, 54) aufweist, welche auf die gezahlten Impulse anspricht, um ein dem Umkehrwert der Abtastzeit entsprechendes Signal zu erzeugen.

2. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 1, mit einer Vorrichtung (70, 71) zum Vorsehen einer Relativbewegung zwischen der Lichtquelle und dem rückstrahlenden Ziel.

3. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 2, bei der die Relativbewegung durch eine Vorrichtung zum Bewegen der Lichtquelle realisiert ist.

4. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 2, bei der die Relativbewegung durch eine Vorrichtung zum Bewegen des Zieles realisiert ist.

5. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 1, bei der die Pulsvorrichtung einen Festfrequenz-Oszillator (36) aufweist.

6. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der die Vorrichtung zum Messen der Abtastzeit einen quarzgesteuerten Oszillator (35) und ein UND-Gatter (34) aufweist, wobei ein Eingang des UND-Gatters vom Oszillator und ein anderer von der Detektorvorrichtung gespeist ist, um eine Impulsfolge mit der Frequenz des Oszillators auszugeben, wobei die Anzahl dieser Impulse abhängig von den Abtastzeiten ist.

7. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 6, mit einem Zähler (41), der zum Zählen der Anzahl der Impulse angeschlossen ist, und einem Digital-Analogumsetzer (50) zum Umsetzen des digitalen Zählwertes in eine proportionale Analogspannung, die im umgekehrten Verhältnis zur Entfernung zwischen der Abtasteinrichtung und dem Ziel steht.

8. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 1, 2, 3 und 4, mit einer Vorrichtung (62) zum Einrichten eines Bezugspunktes bei einer bekannten Azimuthposition relativ zur Abtastvorrichtung und einer Vorrichtung zum Bestimmen der azimuthalen Winkelposition des Zieles relativ zum Bezugspunkt abhängig der zeitlichen Dauer der Abtastung zwischen dem Bezugspunkt und dem Ziel.

9. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 1, mit mehreren reflektierenden und nicht-reflektierenden Streifen (82, 83), die quer zum Abtastpfad (16) verlaufen und das Ziel (81) bilden, um eine binäre Kennung des Zieles (81) zu schaffen, und einer Lesevorrichtung (89 bis 90; 94, 95), die mit dem Photorezeptor (22) verbunden ist, um die binäre Kennung des Zieles (81) zu lesen (Fig. 5 bis 8).

10. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 9, mit einer Speichervorrichtung (89, 94), die mit dem Photorezeptor (22) verbunden ist, um die binäre Information vom Ziel (81) zu empfangen und zu speichern.

11. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 10, bei der Speichervorrichtung (89) ein Schieberegister (94) ist.

12. Einrichtung zum Bestimmen eines Zieles nach Anspruch 10, bei der die Lesevorrichtung (94, 95) eine Vorrichtung zum Abtasten der binären Informationen in der Speichervorrichtung (94) mit einer hohen Wiederholungsrate relativ zur Zeitspanne der binären Informationen der Speichervorrichtung (94) aufweist (Fig. 8).