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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Realisieren
eines erhöhten Widerstandes gegen Niederschläge, Rauch,
Wolken und dergleichen in einem Näherungszünder mit aktiver
Optik. Die Erfindung ist bei derartigen Näherungszündern
anwendbar, die Transmitter- und Empfängereinheiten für
optische Strahlung aufweisen sowie eine
Signalverarbeitungseinheit, und die auf ein Ziel reagiert, das im Abtast- und
Sensorbereich des Näherungszünders angeordnet ist und vom
Transmitter emittierte optische Strahlung zur
Empfängervorrichtung zurückreflektiert. Wenn ein vorgegebener Abstand
zwischen dem Ziel und dem Näherungszünder - die
Auslösedistanz - erreicht wurde, emittiert der Näherungszünder ein
Triggersignal an einen Gefechtskopf im Träger des
Näherungszünders.
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Die Erfindung ist insbesondere für Näherungszünder mit
vorwärts gerichteten Empfindlichkeits-Keulen geeignet, die
gemäß dem Prinzip arbeiten, das dicht auftretende, kurze
Pulse emittiert werden, wobei die Laufzeit für die
entsprechenden einittierten, reflektierten und exnpfangenen Pulse
bestimmt wird. Der Sensorbereich ist durch die Auswahl
eines maximal zulässigen Laufzeitintervalls zwischen dem
emittierten und dem reflektierten Puls definiert.
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Es ist durch die Anwendung optischer Näherungszünder
bekannt, daß Aerosole innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs
Störungen bei der Detektierung durch Reflektion der
emittierten optischen Strahlung zurück zur Empfangseinheit
verursachen. Der Hauptteil dieses Störsignals ("jamming")
resultiert von dem Teil des Empfindlichkeitsbereichs, der am
nächsten an der inneren Grenze des Bereichs angeordnet ist.
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Bei vorbekannten Näherungszündern wurden beispielsweise
Meßbasen und sich überschneidende Strahlungskeulen
verwendet, wobei die äußere Überschneidungsgrenze in der
Auslösedistanz des Näherungszünders und die innere
Überschneidungsgrenze in der Nähe des Näherungszünders angemessen
waren. Auf diese Weise wurde das Triggern des
Näherungszünders beim Eintreten in den Empfindlichkeitsbereich
durchgeführt, der gut definiert ist, zumindest hinsichtlich seiner
äußeren Grenze.
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Bei vorbekannten Aufbauten muß der Empfänger des
Näherungszünders mit ausreichender Empfindlichkeit dimensioniert
sein, um Ziele an der äußersten Grenze des
Empfindlichkeitsbereichs erfassen zu können. Der Hauptteil des durch
Aerosole reflektierten Signals kommt aus dem inneren
Bereich des Empfindlichkeitsbereichs und hat somit eine
geringere Laufdistanz, jedoch ist ein relativ geringer Anteil
Aerosolreflektion erforderlich, um die Funktion des
Näherungszünders negativ zu beeinflussen.
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Der erfindungsgemäße neue Näherungszünder arbeitet nach
einem Prinzip, das unterschiedlich ist zu dem der bekannten
Technik. Die innere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs
wird aufrechterhalten, während die Außengrenze, in einer
Ausführungsform, mehr diffus ausgewählt werden kann und, in
einigen Fällen, gänzlich entbehrlich sein kann. Die
Hauptaufgabe der Erfindung liegt in der Erhöhung des
Widerstandes gegen Aerosole, während ein relativ einfacher Aufbau
des Näherungszünders als solchem beibehalten wird.
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Gemäß der Erfindung wie in Anspruch 1 beansprucht, dessen
Oberbegriff auf der vorveröffentlichten Druckschrift DE-A-
2949521 beruht, ist der Einpfindlichkeitsbereich des
Näherungszünders
direkt nach vorn oder schräg nach vorn
gerichtet, so daß, wenn der Träger des Näherungszünders sich dem
Ziel nähert, ein Rückkehrsignal vom Ziel erhalten werden
kann, während der Abstand zum Ziel noch größer als die
Auslösedistanz ist. Die innere Grenze des
Empfindlichkeitsbereichs wird wohl definiert und zur Auslösedistanz des
Näherungszünders angeordnet. Die Sensorfunktion umfaßt eine
Vorverarbeitungsstufe für das empfangene Signal, wobei
grundsätzlich festgestellt wird, wenn das reflektierte,
empfangene Signal einen vorgegebenen Schwellwert
überschreitet. Die Sensorfunktion umfaßt eine Trigger- oder
Aktivierungsphase, die auftritt, wenn das Ziel die innere
Grenze passiert, d.h. wenn das empfangene, reflektierte
Signal verschwindet.
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Bei dem Aufbau des Empfindlichkeitsbereichs mittels der
Messung der Laufzeit zwischen dem emittierten und
empfangenen, reflektierten Puls ist der Auslöseabstand durch die
kürzeste mögliche Laufzeit bestimmt.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 liegt ein
Hauptmerkmal der Erfindung darin, daß die
Transmittervorrichtung optische Strahlung in Form von dicht auftretenden
kurzen Pulsen emittiert und daß die Signalverarbeitungsein
heit Vergleichsschaltungen aufweist, die sowohl die
emittierten und die empfangenen, reflektierten Pulse oberhalb
eines Schwellwertes erfaßt, und ferner ein Signal erzeugt,
das der Flip-Flop-Vorrichtung bei einer zwischenliegenden
Laufzeit aufgegeben werden kann, die innerhalb eines
vorgegebenen Laufzeitintervalls liegt, das die innere und die
äußere Grenze des Empfindlichkeitsbereichs definiert.
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In einer Weiterentwicklung der Erfindung umfaßt die Flip-
Flop-Vorrichtung ein erstes rückstellbares monostabiles
Flip-Flop, das ein Signal von der Vergleichsschaltung
erhält,
und ein auf die rückwärtige Flanke getriggertes Flip-
Flop, das mit dem ersten Flip-Flop verbunden ist.
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Als Ergebnis der obenbeschriebenen Verbesserungen wird ein
deutlicher Anstieg im Widerstand gegen Effekte von Wolken,
Rauch und Niederschlag erhalten, wobei der
Empfindlichkeitsbereich des Näherungszünders außerhalb des
Triggerbereichs angeordnet ist. Dies führt zu einem relativ langen
Laufabstand für die gesamte störende Reflektion und,
dadurch, zu einer deutlichen Dämpfung.
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Aktuelle vorgeschlagene Ausführungsformen eines Gerätes,
das die wesentlichen kennzeichnenden Merkmale der Erfindung
zeigt, werden im größeren Detail im Folgenden mit bezug auf
die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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In den beigefügten Zeichnungen:
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Figur 1 erläutert schematisch Transmitter- und
Empfängervorrichtungen, die mit sich überschneidenden
Strahlungskeulen arbeiten, sowie die innere und die äußere
Empfindlichkeitsgrenze,
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Figur 1a zeigt in Diagrammform die Amplitudenverstärkung im
reflektierten, empfangenen Signal als Funktion des
Abstandes innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs,
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Figur 2 ist ein Blockdiagramm von Transmitter- und
Empfängereinheiten und einer Signalverarbeitungseinheit, die mit
der Empfängereinheit verbunden ist,
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Figuren 3a bis 3c erläutern Signale, die in verschiedenen
Teilen der Signalverarbeitungseinheit gemäß Figur 2
auftreten,
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Figur 4 erläutert schematisch eine Ausführungsform, bei der
die Transmitter- und Empfängereinheiten mit dicht
emittierten und empfangenen kurzen Pulsen arbeiten,
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Figur 5 ist ein Blockdiagramm zur Erläuterung von
Transmitter- und Empfängervorrichtungen und der
Signalverarbeitungseinheit für die Ausführungsformen gemäß der Figur 4
und
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Figuren 6a bis 6g zeigen Signale, die in verschiedenen
Punkten der Signalverarbeitungseinheit gemäß Figur 5
auftreten.
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen zeigt Figur 1 zum Teil
einen Träger, der mit 1 bezeichnet ist. Der Träger ist mit
einem vorwärtsabtastenden Näherungszünder mit
Transmittervorrichtungen 2 und Empfängervorrichtungen 3 für optische
Strahlung versehen. Die Transmitter- und
Empfängervorrichtungen können von an sich bekannter Bauart sein. Von der
Empfängervorrichtung zeigt die Figur eine Linse 3a, eine
Blendenöffnung 3b und einen Detektor 3c. Eine mit der
Empfängereinrichtung verbundene Signalverarbeitungseinheit ist
mit 4 bezeichnet. Ein Detonator oder eine andere
Auslöseeinrichtung, die mit der Einheit 4 verbunden ist, ist mit 5
bezeichnet. Der Detonator triggert eine Funktion oder eine
Nutzlast (nicht dargestellt) im Träger 1.
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Ein von der Emittervorrichtung 2 abgehender optischer
Strahl ist durch die Grenzlinien 6, 7 angegeben. Die
Grenzlinien der Empfänger-Keule sind mit 8 und 9 bezeichnet, und
die erste Grenzlinie 8 erstreckt sich mit extrem spitzem
Winkel zu, oder im wesentlichen parallel mit der
Mittenlinie der Transmitter-Strahlungskeule. Die zweite
Grenzlinie 9 der Empfänger-Strahlungskeule kreuzt die
Mittenlinie der Transmitter-Strahlungskeule in einem Abstand L von
der Schnittebene der Linse 3c. Der Abstand zwischen der
oben genannten Ebene und der äußeren Linie 8 der Empfänger-
Strahlungskeule ist mit L' gekennzeichnet. Aufgrunddessen
ist der Empfindlichkeitsbereich durch die oben
beschriebenen inneren und äußeren Abstände L, L' definiert. Die
innere Empfindlichkeitsgrenze ist mit AG bezeichnet. Der
Empfindlichkeitsbereich AV ist in der Figur schraffiert
dargestellt. Ein Ziel 10 reflektiert von seiner Oberfläche 10a
die von der Transmittervorrichtung emittierte Strahlung an
den Empfängerdetektor 3c, wenn es innerhalb der
obengenannten Empfindlichkeitsregion ist. In Detektor 3c wird ein
Signal i in Abhängigkeit von der reflektierten, empfangegen
Strahlung erzeugt, wobei die Ampitude des Signals ansteigt,
je näher das Ziel an die innere Schnittgrenze 9 herankommt.
Bei einer vorgegebenen Position innerhalb des Bereichs wird
diese Amplitude einen vorprogrammierten Schwellwert Tn
überschreiten. Beim Durchtritt durch die innere
Schnittgrenze wird die Signalamplitude abrupt auf einen Pegel in
Richtung null abfallen. Dieser plötzliche Abfall der
Amplitude wird entsprechend der folgenden Beschreibung
verwendet, um ein Aktivierungssignal i' der
Signalverarbeitungseinheit zu triggern. Dieses Aktivierungssignal beeinflußt
die Zündvorrichtung 5.
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Figur 1a zeigt als Funktion des Abstandes die oben
beschriebene Signalamplitudenhöhe innerhalb des
Empfindlichkeitsbereichs und den rapiden Amplitudenabfall, wenn das
Ziel die Innengrenze des Bereichs im Abstand L passiert.
Der Schwellwert ist mit Tn bezeichnet.
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Figur 2 zeigt die oben beschriebenen Transmitter und
Empfangsvorrichtungen mit entprechenden Bezugsziffern, die
denen der Figur 1 entsprechen. Die
Signalverarbeitungseinheit 4 ist mit weiteren Einzelheiten dargestellt. Die
Einheit umfaßt einen Verstärker 11, eine Schwellwertschaltung
12, und eine Flip-Flop-Vorrichtung 13.
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Die Elemente 11, 12 und 13 können aus an sich bekannten
Bauteilen bestehen. Beispielsweise kann die
Flip-Flop-Vorrichtung 13 ein auf die rückwärtige Flanke getriggertes
Master-Slave-Flip-Flop oder ein Daten-Flip-Flop umfassen. Die
Figuren 3a, 3b und 3c erläutern die Signale, die an den
durch entsprechende Bezugsziffern bezeichneten Punkten der
Figur 2 auftreten. Figur 3a entspricht Figur 1a und zeigt
die Amplitude des Signals i während der Relativbewegung des
Ziels im Empfindlichkeitsbereich.
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Figur 3b zeigt entsprechend den Puls i'' nach der
Schwellwertvorrichtung, die durch das Signal i beeinflußt wird,
wenn es einen vorgegebenen Pegel Tn erreicht hat, der durch
die Schwellwertschaltung bestimmt ist. Figur 3c zeigt den
Puls i', der von der Flip-Flop-Vorrichtung abgegeben wird.
Zusätzlich zu dem obengenannten Schwellwert ist die Länge
des Pulses i'', die durch den Durchtritt des Ziels aus dem
Empfindlichkeitsbereich bestimmt ist, wenn das Signal i im
Prinzip verschwindet. Die rückwärtige Flanke des Pulses ist
durch die Bezeichnung bak angegeben. Diese Rückflanke
beeinflußt oder triggert die Flip-Flop-Vorrichtung derart,
daß sie schaltet und an ihrem Ausgang das Aktivierungssi
gnal i' abgibt.
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In Figur 4 sind die verschiedenen entsprechenden Einheiten
mit denselben Bezeichnungen wie in Figur 1 versehen, aber
diese Bezeichnungen wurden durch ein Syinbol ' ergänzt. In
diesem Fall emittiert die Transmitter-Vorrichtung 2' kurze,
dicht auftretende Pulse gemäß Figur 6a. Als Beispiel kann
angegeben werden, daß 10 000 Pulse pro Sekunde emittiert
werden können und jeder entsprechende Puls eine Länge in
der Größenordnung von Nanosekunden aufweist. In Figur 4
wird die optische Strahlung durch die Bezugsziffern 14 bzw.
15 angegeben. Figur 6b zeigt die empfangenen, von der
Zieloberfläche reflektierten Pulse 10a'. In Figur 6b sind
die Laufzeiten zwischen den entsprechenden emittierten und
empfangenen, reflektierten Pulse durch t', t'', t'''
angegeben. Diese Laufzeiten sind unterschiedlich und sollen
anzeigen, daß das Ziel innerhalb des Empfindlichkeitsbereichs
relativ gesehen sich den Träger 1' innerhalb des
Empfindlichkeitsbereichs nähert. Die inneren und äußeren Grenzen
des Empfindlichkeitsbereichs sind durch die Signaleinheit
4' bestimmt, die mit größeren Einzelheiten in Figur 5
dargestellt ist. Die Signale gemäß den Figuren 6a bis 6g
treten an den Punkten auf, die mit entsprechenden
Bezugsziffern in Figur 5 bezeichnet sind. Die
Signalverarbeitungseinheit bestimmt die Größe des Empfindlichkeitsbereichs
durch Messung der Laufzeiten zwischen emittierten und
reflektierten Pulsen.
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Die Signalverarbeitungseinheit umfaßt einen Verstärker 16,
der mit der Empfängereinheit 3' (siehe Figur 2) verbunden
ist. In diesem Fall ist ebenfalls eine
Schwellwertvorrichtung 17 vorhanden. Die Einheit 4' arbeitet ebenso mit einer
Bezugsschaltung, die mit der Transmittervorrichtung
verbunden ist, und eine Zeitverschiebungsschaltung 18 und ein
monostabiles Flip-Flop 19 aufweist. Die Ausgänge der
Schwellwertvorrichtung 17 und des monostabilen Flip-Flops 19 sind
mit den Eingängen eines UND-Tores 20 verbunden. Der Ausgang
dieses Tores ist mit einem rücksetzbaren, monostabilen
Flip-Flop 21 verbunden, das seinerseits ein auf die
rückwärtige Flanke getriggertes Flip-Flop 22 steuert. Das
monostabile Flip-Flop 21 hat eine Pulslänge, die das
Pulsintervall der von der Transmittervorrichtung 2 emittierten Pulse
überschreitet. Das monostabile Flip-Flop 19 wird durch
jeden entsprechend emittierten Puls getriggert unter
Zwischenschaltung der Zeitverschiebevorrichtung 18. Solange
das monostabile Flip-Flop im aktivierten Zustand ist, wenn
der Puls gemäß Figur 6 vom Ausgang der
Schwellwertvorrichtung 17 erscheint, herrschen die Aktivierungsbedingungen
für das UND-Tor 20 vor. Dies führt dazu, daß das
rücksetzbare, monostabile Flip-Flop aktiviert bleibt und daß das
auf die rückwärtige Flanke getriggerte Flip-Flop sein
Ausgangssignal nicht abgibt. Dieser Zustand existiert für die
Laufzeiten der Werte, die durch T' und T''' angegeben sind.
Wenn die Laufzeiten geringer sind, beispielsweise so kurz
wie D3', tritt der Puls des Ausgangs der
Schwellwertvorrichtung 17 auf bevor das monostabile Flip-Flop Zeit hatte
einzuschalten. Die Aktivierungsbedingungen für das UND-Tor
verschwinden, und kein Signal wird vom fraglichen
Torausgang erhalten. Das rücksetzbare monostabile Flip-Flop
schaltet aus und triggert bzw. beeinflußt mit seiner
Rückflanke bak' das auf die Rückflanke getriggerte Flip-Flop
22, das das Signal i' abgibt. Falls die Laufzeit zwischen
den emittierten und empfangenen Pulsen gemäß Figur 6a und
6b die Einschaltzeit für das monostabile Flip-Flop 19
überschreitet, werden keine Aktivierungsbedingungen für das
UND-Tor 20 vorhanden sein, was dazu führt, daß das
rücksetzbare monostabile Flip-Flop ebenso in diesem Fall
ausschaltet und mit seiner Rückflanke das Flip-Flop 22
triggert bzw. beeinflußt. Aufgrund der Zeitverschiebeschaltung
18 und der Einschaltzeit für das monostabile Flip-Flop
können die inneren und äußeren Grenzen für den
Empfindlichkeitsbereich des Näherungszünders auf diese Weise bestimmt
werden.
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In den Figuren 6a bis 6g ist das Signal von der
Transmittervorrichtung durch iS bezeichnet, das Signal von der
Schwellwertvorrichtung ist durch iT bezeichnet, das Signal
des Flip-Flop 19 ist durch iV bezeichnet, das Signal vom
Tor 20 ist durch ig bezeichnet und das Signal vom Flip-Flop
21 ist durch iv1 bezeichnet. Die verbleibenden Signale sind
wie oben angegeben bezeichnet.