DE2841014A1

DE2841014A1 - Digitale entfernungsmesseinheit

Info

Publication number: DE2841014A1
Application number: DE19782841014
Authority: DE
Inventors: Robert P Farnsworth
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-09-21
Publication date: 1979-03-29
Also published as: FR2404230B1; GB2005104A; NO146377B; US4159873A; SE440155B; NL184979C; DE2841014C2; NO783251L; JPS6113188B2; IT7851223A0; NO146377C; IL55323A; BE870493A; NL184979B; JPS5457988A; GB2005104B; FR2404230A1; SE7809994L; IT1106022B; NL7809738A

Description

Anmelderin; Stuttgart, 13· September 1978

Hughes Aircraft Company P 3587 S/kg Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter;

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7000 Stuttgart 1

Digitale Entfernungsmeßeinheit

Die Erfindung betrifft eine digitale Entfernungsmeßeinheit für ein nach dem Impuls-Rückstrahlprinzip arbeitendes Entfernungsmeßgerät mit einem Lesezähler und einem Taktzähler, denen beiden in jeder mit dem Aussenden eines Energieimpulses beginnenden Entfernungsmeßperiode Taktsignale zugeführt werden, die beide zu Beginn jeder Entfernungsmeßperiode durch ein Rückstellsignal auf einen Anfangswert eingestellt werden und von denen der Taktzähler jeweils bei Empfang eines an einem Ziel reflektierten Signales auf den Anfangswert zurückgestellt wird, während der Lesezähler angehalten wird, wenn der Taktzähler einen vorgegebenen Stand erreicht hat, und dann einen für die Entfernung des Zieles, von dem das zuletzt empfangene Signal stammt, charakteristischen Stand hat»

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Eine solche digitale Entfernungsmeßeinheit ist aus der US-PS 3 545 861 bekannt. Bei dieser bekannten Entfernungsmeßeinheit ist die Genauigkeit der Bestimmung der Entfernung desjenigen Zieles, von dem das zuletzt empfangene Signal stammt, infolge der Verwendung eines analogen Einmal-Schaltkreises begrenzt, was für manche Anwendungszwecke unerwünscht sein kami_o Wenn nämlich bei der bekannten Entfernungsmeßeinheit das das letzte Ziel anzeigende Signal zu einer Zeit empfangen wird, während welcher der Taktzähler zurückgestellt wurde, wurde dieses Signal von dem Taktzähler nicht berücksichtigt.,

Demgemäß liegt der -Erfindung .die Aufgabe zugrunde, bei einer .Entfernungsmeßeinheit der eingangs beschriebenen Art einen Verlust des letzten Zieles zu vermeiden, wenn das das letzte Ziel anzeigende Signal während einer Zeit eintrifft, während welcher der Taktzähler zurückgestellt wird.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß mit dem Taktgeber ein digitaler Einmal-Schaltkreis gekoppelt ist, der ein Flipflop und ein Taktsignale empfangendes Schieberegister umfaßt, das eine Anzahl mit dem Flipflop gekoppelter und vom Flipflop zurücksetzbarer Stufen sowie wenigstens eine mit dem Flipflop gekoppelte Stufe aufweist, die ein Löschen des Flipflop bewirkt, wenn das Scgieberegister zurückgestellt wird, daß das Flipflop bei Empfang eines an einem Ziel reflektierten Signales getriggert und bei einem vorbestimmten Stand des Taktzählers vorbereitet wird und daß das Schieberegister dem Taktzähler ein Rückstellsignal zuführte

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Bei der erfindungsgemäßen ^ntfernungsmeßeinheit setzt
jedes von einem Ziel reflektierte und empfangene Signal den Taktzähler zurück, weil der vorgesehene digitale
iSinmal-Schaltkreis, der ein Schieberegister enthält,
eine Verzögerung zwischen dem Signal des letzten Zieles und dem linde des Rückstellimpulses einführt, die gleich einer ausgewählten, durch die Anzahl der Stufen des Schieberegisters bestimmten Anzahl von Taktiiapulsen ist. Die veränderliche Breite des Ausgangsimpulses des digitalen -Einmal-Schaltkreises dient auch zum Sperren des Taktzählers während der Dauer des Impulses.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem "digitalen Einmal-Schaltkreis" eine Schaltungsanordnung zu verstehen, bei welcher ein Triggerimpuls einen vollständigen Zyklus von Zuständen auslöst, der in einem stabilen Zustand endet.

Bei bekannten digitalen Einmal-Schaltkreisen war die zugeordnete Logik so beschaffen, daß ein erneutes Auslösen des Schaltkreises erst nach Ablauf einer ein Minimum an Impulsen umfassenden Trennperiode möglich war. Andere
digitale Einmal-Schaltkreise entsprechen dem aus der
US-PS 37 68 026 bekannten, der auf die Vorderflanke eines Triggerimpulses anspricht und erst eine bestimmte Zeit nach der Rückflanke des Triggerimpulses zur Ruhe kommt, so daß die Länge des Ausgangsimpulses sowohl von der
Länge des Triggerimpulses als auch von der Taktperiode
abhängt.

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Ein nach der Erfindung verbessertes Entfernungsmeßgerät, das eine digitale Entfernungsmeßeinheit aufweist, die zur Erfassung des letzten Zieles nach dem aus der US-PS 35 4-5 861 bekannten Prinzip arbeitet, umfaßt demnach einen Sender, bei dem es sich beispielsweise um einen Laser handeln kann, einen Taktzähler, einen Lesezähler und einen verbesserten digitalen Einmal-Schaltkreis. Wenn der Sender einen Impuls hoher -Energie abgibt, beginnen die Takt- und Lesezähler mit dem Zählen. Wenn der Taktzähler seinen vollen Stand erreicht hat, beenden beide Zähler das Zählen und es entspricht der Stand des Lesezählers der Entfernung des ersten oder des letzten Zieles, von dem während der Dauer eines Vorbereitungs-Impulses ein Signal empfangen wurde, je nach der gewählten Einrichtung des Systems. Wenn die Entfernung des ersten Zählers zu bestimmen ist, dessen Signal nach der Vorbereitung des digitalen Einmal-Schaltkreises (digital single shot circuit = DSS) eintrifft, wird der Vorbereitungs-Impuls beim Empfang des ersten Echosignales beendet. Wenn dagegen die Entfernung des letzten Zieles zu bestimmen ist, das innerhalb eines vorgegebenen Entfernungsintervalles liegt, wird der Vorbereitungs-Impuls beendet, wenn der Lesezähler einen vorbestimmten Stand erreicht, der für die maximale Zielentfernung charakteristisch ist.

Der digitale Einmal-Schaltkreis bildet Impulse, die für Echosignale charakteristisch sind und dazu dienen, den Taktzähler zirückzusteilen, so daß der Zähler seinen vollen Stand erst nach einer bestimmten Zeitspanne erreicht, die von seinem Zählvermögen abhängt und während

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der keine zugelassenen Echosignale empfangen wurden. Der Rückstellimpuls hat eine vorbestimmte Dauer, die ausreichend ist, um die Rückstellzeit des Taktzählers zu umfassen und außerdem den Empfang eines Echosignals gestattet. Da das Ende des Rückstellimpulses stets nach einer festen Anzahl von Taktflanken erfolgt, welche der Vorderflanke des letzten zugelassenen Echosignales folgen, liefert das System eine sehr hohe Genauigkeit für alle Echosignale, die während der Vorbereitungs-Periode des digitalen Einmal-Schaltkreises empfangen werden.

Der digitale Einmal-Schaltkreis der erfindungsgemäßen Entfernungsmeßeinheit kann beispielsweise ein N Bit Schieberegister und ein Flipflop vom D-Typ umfassen. Das Schieberegister hat einen Takt- und einen Daten-Eingang, denen Taktsignale bzw. eine feste Spannung, welche beispielsweise eine logische "1" darstellt, zugeführt werden, so daß bei Jedem !!taktimpuls eine logische "1" in die erste Stufe des Schieberegisters eingeschrieben wird. Das Flipflop weist einen Vorbereitungs- und einen Triggereingang auf, so daß, wenn am Vorbereitungs-Eingang ein Vorbereitungs-Signal vorliegt, der während eines Taktintervalles auftretende erste Triggerimpuls das Flipflop "setzt", das dann seinerseits alle Stufen des Schieberegisters löscht. Wenn die erste Stufe gelöscht ist, wird dem Flipflop ein Signal zugeführt, welches das Flipflop zurücksetzte Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung müssen die Ausgangssignale aller Stufen des Schieberegisters gelöscht sein, bevor das Flipflop zurückgesetzt werden kann. Demgemäß liefert das Schieberegister

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dem Taktzähler einen Ausgangsimpuls, dessen Breite gleich einer ausgewählten Anzahl der Taktimpulse ist und der sich an das letzte Zurücksetzen des Flipflops durch das Scgieberegister anschließt. Die Ausgangssignale der verschiedenen Stufen des Schieberegisters bilden Impulse, die eine von der gewählten Stufe abhängige, bestimmte Länge haben« Wenn der Schaltkreis vorbereitet ist, kann er während Jeder Taktimpulsperiode erneut getriggert werden, so daß das Ende des Ausgangsimpulses nach einer Zeit erfolgt, die sich aus einer der Anzahl der Stufen des Schieberegisters gleichen Anzahl von Taktimpulsen zuzüglich der vorausgehenden Anzahl von Taktimpulsen ergibt, die aufgetreten sind, ohne daß ein Triggerimpuls während des Impulsintervalles des digitalen Einmal-Schaltkreises aufgetreten sind.

Demgemäß wird durch die Erfindung eine digitale Entfernungsmeßeinheit geschaffen, die einen verbesserten digitalen Einmal-Schaltkreis umfaßt, der gewährleistet, daß die Entfernungsmeßeinheit auf eine Vielzahl aufeinanderfolgender Ziele anspricht, ohne daß eine nennenswerte Beschränkung bezüglich eines Mindestabstandes zwischen aufeinanderfolgenden Zielen besteht. Der digitale Einmal-Schaltkreis spricht dabei während jeder Taktimpuls-Periode an und läßt zu, daß der Taktzähler eine geringe ßückstellgeschwindigkeit aufweist. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Entfernungsmeßeinheit außer für die Feststellung des letzten auch für die Feststellung des ersten Zieles geeignet. Alle diese Eigenschaften werden trotz eines einfachen

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Aufbaues und bei hoher Zuverlässigkeit der Arbeitsweise
erzielt. Endlich ist es möglich, die Punktion des digitalen Einmal-Schaltkreises der erfindungsgemäßen Entfernungsmeßeinheit durch äußere Signale wahlweise zu sperren und freizugeben, um bestimmte Funktionen zu erfüllen.

Die Erfindung wird im. folgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen
der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 das Blockschaltbild einer Entfernungsmeßeinheit mit einem digitalen Einmal-Schaltkreis nach der Erfindung,

Fig. 2 das Zeitdiagramm von Signalen, die in der Entfernungsmeßeinheit nach Fig. 1 auftreten, zur Erläuterung von deren Wirkungsweise,

Fig. 5 das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform
des in der Entfernungsmeßeinheit nach Fig. 1 verwendeten digitalen Einmal-Schaltkreises,

Fig. 4 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des in der Entfernungsmeßeinheit nach Fig. 1 verwendeten digitalen Einmal-Schaltkreises,

Fig. 5 das Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einmal-Schaltkreise nach den
Fig. 3 und 4 bei Vorliegen eines einzigen Echosignales oder Triggerimpulses und

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Fig. 6 das Zeitdiagramm von Signalen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Einmal-Schaltkreise nach den Fig. 3 und 4- beim Empfang von zwei oder mehr Echo- bzw. Triggersignalen.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Entfernungsmeßgerät handelt es sich um ein Laser-Entfernungsmeßgerät mit einer digitalen Entfernungsmeßeinheit, die erfindungsgemäß eine digitale Einmal-Schaltung umfaßte Das Entfernungsmeßgerät umfaßt einen Sender 10, der einen Impuls hoher Energie Λ erzeugt und auf ein entferntes Ziel richtet, und einen Empfänger 28, der von entfernten Zielen reflektierte Energie als -Echosignale feststellt. Der Sender ist mit einem Lesezähler 18 gekoppelt und liefert einen Rückstellimpuls RESET zum Einstellen des Lesezählers auf einen Anfangswert vor dem Aussenden eines Energieimpulses, Der Sender 10 erzeugt außerdem einen Impuls ATRIG, der gleichzeitig mit dem Sendeimpuls erscheint und über eine Leitung 11 einem UND-Glied 20 zugeführt wird, das auch mit G^ bezeichnet ist. Der Empfänger 28 enthält einen Detektor, beispielsweise einen Schwellenwertdetektor 26, der auch der Signalverstärkung dient und über eine Leitung 27 mit einer digitalen Einmal-Schaltung (DSS) 14 verbunden ist, der vom Schwellenwertdetektor ein digitales "Videosignale VIDEO zugeführt wird. Die Leitung 27 ist auch mit dem UND-Glied 20 verbunden, so daß, wenn gleichzeitig das digitale Signal VIDEO vom Schwellenwertdetektor 26 und der Impuls ATRIG vom Sender 10 am UND-Glied 20 vorliegen, das UND-Glied ein Signal COUNT START 19 an ein UND-Glied 24 liefert, das auch mit Gp bezeichnet ist_o Hierdurch werden der Lesezähler 18 und

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ein Taktzähler 22 veranlaßt, mit dem Zählen zu beginnen. Ein Taktoszillator 16, bei dem es sich um eine Quelle von Taktimpulsen mit genau bestimmter Folgefrequenz handelt, ist über eine Leitung 33 mit dem Lesezähler 18 und dem Taktzähler 22 verbunden, um den beiden Zählern Triggerimpulse zuzuführen, und außerdem mit der Einmal-Schaltung 14, um deren Schieberegister ein Taktsignal zuzuführen« Die Periode des Taktoszillators"oder der Taktimpulse kann dem vom System meßbaren Entfernungsinkrement entsprechen· Beispielsweise entspricht eine Taktfrequenz von 15 MHz einem Entfernungsinkrement von 10 m und eine Taktfrequenz von 30 MHz einem Entfernungsinkrement von 5 m. Der Lesezähler 18 ist über eine Leitung 17, der Taktzähler 22 über eine Leitung 15 und der Schwellenwertdetektor über eine Leitung 27 mit Jeweils einem Eingang eines Entfernungstor-Generators 12 verbunden, der die Zeitspanne bestimmt, während welcher Echosignale verarbeitet werden, indem er ein Signal DSS ENABLE gemäß Kurve 23 an die Einmal-Schaltung liefert. Der Entfernungstor-Generator 12 liefert bei einem vorbestimmten Stand des Taktzählers 22, der für eine Mindestentfernung oder Mindest-Signallaufzeit charakteristisch ist, das Signal DSS ENABLE über eine Leitung 29 an die digitale Einmal-Schaltung 14, um die Einmal-Schaltung zu befähigen, auf Echosignale anzusprechen, die von dem Schwellenwertdetektor 26 ausgelöst werden. Wenn es erwünscht ist, das letzte Ziel festzustellen, wird die digitale Einmal-Schaltung 14 von dem Entfernungstor-Generator 12 zu einer Zeit wieder gesperrt, die einem vorbestimmten Stand des Lesezählers 18 entspricht, der für eine Höchstentfernung oder höchste Signallaufzeit charakteristisch

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ist. Die digitale Einmal-Schaltung 14 ist über eine Leitung 31 mit dem Taktzähler 22 gekoppelt und führt diesem einen Lösch- oder Rückstellimpuls zu«, Die Einmal-Schaltung 14 spricht auf Echosignale während der Zeitdauer des Signales DSS ENABLE an, das von dem Entfernungstor-Generator 12 geliefert wird_o Das Rückstellsignal endet nach einer festen Anzahl von Taktimpulsen, die der Taktperiode folgen, während welcher das letzte Echosignal empfangen wurde. Die Anzahl der Taktimpulse ist durch die Anzahl der Bit-Stufen der digitalen Einmal-Schaltung 14 bestimmt. Die binären Zählstufen des Taktzählers 22 sind mit Eingängen des UND-Zählers 24 verbunden, dessen Ausgang über die Leitung 21 sowohl mit dem Lese- als auch dem Taktzähler verbunden isto Das UND-Glied 24 gibt beide Zähler frei, wenn entweder das Signal COUNT START vorliegt oder wenn der Taktzähler 22 nicht seinen vollen Stand erreicht hat«, Wenn der Taktzähler 22 den vollen Stand hat und das Signal COUNT START nicht vorliegt, veranlaßt das UND-Glied 24 beide Kahler, das Zählen zu beenden und dem Lesezähler 18 Entfernungsdaten über das letzte Ziel zu liefern«.

Zur weiteren Erläuterung der Punktion des Entfernungsmeßgerätes nach Fig. 1 wird auf das Diagramm nach Fig. 2 Bezug genommen· Vor dem Aussenden des Laserimpulses wird ein Rückstellimpuls, der in Figo 1 durch die Kurve 25 wiedergegeben ist, vom Sender 10 erzeugt, um den Lesezähler 18 auf einen Anfangswert einzustellen, d_oh. normalerweise auf Null zurückzustellen. Das Ausgangssignal des Lesezählers ist in Fig» 2 als periodisches Signal 38

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dargestellt. Dann wird von dem Sender 10 ein Laser-Impuls d (Kurve 42) erzeugt und in Richtung auf ein Ziel ausgesendet» Gleichzeitig wird vom Sender 10 auch das Triggersignal AfPRIG erzeugt, das von einem Impuls 1 gemäß Kurve 44 gebildet wird. Ein Teil des ausgesendeten Laserlichtes wird von dem Schwellenwertdetektor 26 des Empfängers 28 aufgenommen, so daß nach einer den Schaltungaanordnungen eigenen Signallaufzeit ein VIDEO-Signal an seinem Ausgang erscheint, das als Impuls e der Kurve 46 dargestellt ist. Das gleichzeitige Auftreten der Signale ATRIG und VIDEO erzeugt das Signal COUNT START in Form eines negativen Ausgangsimpulses 19 am Ausgang des UND-Gliedes 20 in Pig. 1«, Daraufhin liefert das UND-Glied 24 augenblicklich ein nicht dargestelltes Vorbereitungssignal an die ENABLE-Eingänge des Taktzählers 22 und des Lesezählers 18. Zu diesem Zeitpunkt hat der Taktzähler 22 »inen Höchststand, so daß also alle seine Stufen im gesetzten oder "Eins"-Zustand sind und der erste zugelassene, vom Taktoszillator 16 gelieferte Taktimpuls den gesamten Taktzähler 22 in den Nullzustand bringt. Hierdurch werden an einen oder mehrere Eingänge des UND-Gliedes 24 Signale im "Null"-Zustand angelegt, so daß das Vorbereitungssignal für die Zähler am Ausgang des UND-Gliedes 24 erhalten bleibt.

Das Vorbereitungssignal für beide Zähler bleibt erhalten, bis der Taktzähler 22 seinen vollen Stand erreicht hat, wie es gemäß Kurve 40 zur Zeit m der Fall ist, und es wird dann auch der Lesezähler stillgesetzt, wie es der Zeitpunkt η in Kurve 38 zeigt, weil das Vorbereitungssignal entfernt wurde. Der Entfernungstor-Generator 12 spricht

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auf den Stand in beiden Zählern an„ Der Entfernungstor-Generator 12 erzeugt ein Signal DSS ENABLE gemäß Kurve 48 und führt es der digitalen Einmal-Schaltung 14 zu, wenn der Taktzähler 22 einen vorbestimmten Stand erreicht hat, der einer Mindestentfernung Hj₄J_n entspricht (siehe Kurven 40 und 48 in Figo 2). Dieses Signal kann sein Ende finden, wenn der Lesezähler einen vorbestimmten Stand erreicht hat, der einer Höchstentfernung entspricht, wie es die Punkte b der Kurve 38 und Rma-v· ^der Kurve 48 anzeigen. Wenn das Signal DSS ENABLE nach dem Empfang des ersten zugelassenen Echoimpulses enden soll, der als Zielimpuls g in Kurve 46 dargestellt ist, X3t dieser Torgang als "erste Antwort" bekannt und durch die gestrichelte Flanke j des Signals DSS ENABLE in Kurve 48 angedeutet. Wenn das Signal DSS ENABLE bei der Höchstentfernung nach Empfang aller zugelassenen Echoimpulse endet, ist dieser Vorgang als "letzte Antwort" bekannt, weil der als letztes Signal zugelassene Echoimpuls derjenige ist, dessen Entfernung von dem Lesezähler angezeigt wirdo Bei dem dargestellten Beispiel gelangt die von mehreren Zielen reflektierte Laserenergie in den Schwellenwertdetektor 26 und erzeugt VTDEO-Signale f bis i der Kurve 46 in Fig. 2 für Jedes empfangene Echosignal, jedoch wird die digitale Einmal-Schaltung 14 von den VIDEO-Si'gnalen e, f und i nicht aktiviert, weil zur Zeit ihres Auftretens das Signal DSS ENABLE nicht vorliegt. Beim Betrieb "erste Antwort" würde das dem VIDEO-Signal g zugeordnete Ziel dasjenige sein, dessen Entfernung von dem Lesezähler angegeben würde, nachdem der Taktzähler seinen vollen Stand erreicht hat„ Bei der Betriebsart "letzte Antwort" würde die Entfernung des Zieles, das zum VIDEO-

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Signal h der Kurve 46 gehört, vom Stand des Lesezählers angegeben werden.

Wenn das Signal DSS ENABLE vorliegt, kippt das VIDEO-Signal die digitale Einmal-Schaltung um, die dann den Taktzähler 22 zurückstellt oder löscht und für die Impulsdauer der digitalen Einmal-Schaltung, welche durch die Verzögerung c in Kurve 40 dargestellt ist, im gelöschten Zustand hält. Die Anzahl der Bit-Stufen, welche für die digitale Einmal-Schaltung 14 gewählt ist, hängt von der liückstellzeit des Taktzählers 22 ab, bei dem es sich um einen Brumm*-Zähler (ripple counter) mit langsam arbeitenden Stufen handeln kann. Da die Anzahl der Stufen der digitalen Einmal-Schaltung 14 festgelegt ist, kann die Verzögerung des Wiederbeginns des Zählvorganges im Taktzähler 22 durch die Wahl des Anfangszustandes des Lesezählers 18 kompensiert werden, wie es durch die Periode a der Kurve 58 veranschaulicht ist.

Beispielsweise kann ein sechzehnstufiger Taktzähler -22 durch Hintereinanderschaltung eines binären Brmmm-Zählers vom Typ SN54LS197 und eines Brumm-Zählers vom Typ CD4040A GMOS gebildet und mit einer Taktfrequenz von 15 MHz betrieben werden. Dabei ist die Frequenz, die das CMOS-Bauelement (CD4040A) erreicht, kleiner als 1 MHz und infolgedessen bei der gegenwärtigen OMOS-Technologie angemessen. Die garantierte Höchstrückstellzeit für ein CMOS-Bauelement ist 1,25 /±s. Daher ist eine Mindestdauer des Impulses der digitalen Einmal-Schaltung von mehr als 1,25 yus erforderlich. Bei Verwendung eines Taktsignals

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von 15 MHz kann diese Impulsdauer erreicht werden, indem in der digitalen Einmal-Schaltung ein Schieberegister mit 19 oder mehr Stufen verwendet wird. So könnte ein zwanzigstufiges Schieberegister gewählt werden» Der volle Stand des Taktzählers beträgt 2 . Da jedes Zählinkrement einer Entfernung von 10 m entspricht, kann bei Wahl einer Mindestentfernung von 200 m ein Stellimpuls erzeugt werden, der die Mindestentfernung für den Entfernungstor-Generator angibt, wenn das fünfte Bit zum erstenmal und danach das dritte Bit des Taktzählers den Zustand "Eins" erreicht hat, was durch eine UND-Verknüpfung festgestellt werden kann_o

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besteht die digitale Einmal-Schaltung 14- des Entfernungsmeßgerätes nach Fig. 1 aus einem N-Bit-Schieberegister 100 und einem Flipflop 122, bei dem es sich in dem dargestellten -Beispiel um ein D-Flipflop handelte Ein D-Flipflop ist ein bistabiles Schaltglied, dessen Zustand vom Zustand des Daten-Einganges D in dem Augenblick bestimmt ist, in welchem die aktivierende Flanke eines Triggerimpulses erscheint.

Das N-Bit-Schieberegister 100 weist einen Takteingang und einen Dateneingang 112 auf, denen von äußeren Quellen (Figo 1) Takt- und Datensignale zugeführt werden. Eine Spannung von +5 V entspricht dabei einer kontinuierlich anliegenden binären "Eins"» Das Schieberegister 100 weist auch einen Rückstell- oder Löscheingang 118 auf, dem ein Rückstellsignal Q über eine Leitung 101 von der Klemme

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des Flipflop 122 zugeführt wird» Bei der hier dargestellten Anordnung ist der Löscheingang allen Stufen des Schieberegisters 100 gemeinsame Bei anderen Anordnungen können alle Stufen des Schieberegisters eigene Löscheingänge aufweisen, die äußerlich miteinander und mit der Leitung 100 verbunden werden müssen_o Das Flipflop 122 hat einen Löscheingang 130, der über eine Leitung 103 als Funktion des Rückstell- oder Löschzustandes des Schieberegisters 100 angesteuert wird» Das Flipflop 122 weist außerdem einen iSNABL-E- oder Dateneingang (D) 124 und einen Trigger-Eingang (T) 126 auf. Diesen -Eingängen werden Signale von äußeren Quellen (Fig. 1) zugeführt. Die Schaltungsanordnung arbeitet in solcher Weise, daß bei Vorliegen eines Vorbereitungs-Signals am D-Kingang 124 des Flipflop 122 das Flipflop durch die Vorderflanke jedes Triggerimpulses gesetzt wird, der dem Flipflop zugeführt wird. Das Setzen des Flipflop hat das Löschen aller Stufen des Schieberegisters zur Folge. Der Null-Ausgang der ersten Binärstufe des Schieberegisters 100 löscht bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dann das Flipflop. Die Ausgangssignale der verschiedenen Stufen des N-Bit-Schieberegisters 100 liefern Impulse, deren Länge durch die gewählte Stufe bestimmt ist» Beispielsweise erzeugt Q^ einen Ausgangsimpuls, der bei der Nten Taktflanke nach der Taktperiode, während welcher die Einmal-Schaltung getriggert wurde, erscheint. Entsprechend erzeugt CL· einen Ausgangsimpuls, der bis zur ersten Taktflanke nach dem Triggern der Kinmal-Schaltung dauert usw.. An der Klemme <λ, erscheint demnach das Ausgangssignal DSS -OUT eines N-Bit-Schieberegisters, wogegen an der Klemme Q.

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das Ausgangssignal eines 1-Bit-Schieberegisters erscheint. Der Zweck der digitalen Einmal-Schaltung "besteht darin, einen Impuls DSS OUT auf einer Leitung 120 zu erzeugen, der bei dem Nten Taktimpuls, welcher dem zuletzt zugelassenen Triggerimpuls folgt, endet, unabhängig von dem zeitlichen Abstand zwischen Triggerimpulsen, die dem Flipflop 122 zugeführt werden, während er vorbereitet ist, so daß die Einmal-Schaltung auf alle im Vorbereitungsintervall zugeführten Triggerimpulse anspricht»

Die digitale Einmal-Schaltung nach Fig. 4- stimmt mit der Einmal-Schaltung nach Fig. 3 darin überein, daß sie von einem D-Fliflop 122 und einem N-Bit-Schieberegister 100 Gebrauch macht. Sie unterscheidet sich jedoch durch die Anwendung eines zusätzlichen Elementes. Eg ist nämlich mit den Ausgängen aller Stufen des Schieberegisters 100 ein UND-Glied 132 verbunden, um das D-Flipflop 122 über eine Leitung 133 nur dann zurückzustellen, wenn alle mit Q_x. bis Q»j bezeichneten Stufen des Schieberegisters gelöscht worden sindo

Die digitalen Einmal-Schaltungen nach den Fig. 3 und M-arbeiten in solcher Weise, daß bei Erscheinen der richtigen Flanke am T-Eingang des D_Flipflop 122, dieses Flipflop gekippt wird, wenn es durch das äußere Signal DSS ENABLE vorbereitet worden ist» V/enn als D-Flipflop 100 ein Bauelement vom Typ 54-S74- benutzt wird, wird es bei Auftreten der positiven Flanke des Triggerimpulses gekippt oder gestellte Wenn das D-Flipflop gestellt wird,

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nimmt sein Q-Ausgang den gleichen logischen Zustand an, den sein D-I2ingang zur Zeit der aktivierenden Planke des Triggersignales hatte„ Bei der Schaltungsanordnung nach Figo 4- müssen die Ausgänge aller N Stufen des Schieberegisters gelöscht sein, bevor das D-Flipflop zurückgestellt werden kann«

Bei der Schaltungsanordnung nach Figo 3 ist die Tatsache ausgenutzt, daß alle einzelnen Stufen des Schieberegisters gleichzeitig zurückgestellt werden, so daß nur die Stufe Q^. abgetastet zu werden braucht, um das D-Flipflop zurückzustellen« Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 arbeitet immer dann befriedigend, wenn die Unsicherheit bezüglich der Löschzeit innerhalb des Schieberegisters bei einer bestimmten Temperatur kleiner ist als die Löschzeit des D-Flipflop.

Die li-Bit-Schieberegister 100, die in den Schaltungsanordnungen nach den Fi^₀ 3 "und 4- verwendet werden, enthalten N Elemente oder Stufen, von denen jedes Element die Eigenschaft hat, daß der binäre Ausgangszustand nach einem Taktimpuls dem binären Dateneingang zur Seit des Taktimpulses entsprichtο Beispielsweise kann ein solches Schieberegister aus einer Heihe von D-Flipflops, JK-Plipflops, ladungsgekoppelten Bauelementen, photonengekoppelten bistabilen Kreisen und anderen Speicherelementen geeigneten Typs bestehen«.

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Es gibt vornehmlich zwei Typen von Schieberegistern, die zur Verwendung als N-Bit-Schieberegister 100 geeignet sind, nämlich Schieberegister mit seriellem Ein- und Ausgang sowie Schieberegister mit seriellem Eingang, aber parallelem Ausgang. Schieberegister mit seriellem Ein- und Ausgang werden verwendet, wenn das Ausgangssignal von der letzten Stufe abgeleitet wird. Ein Schieberegister mit seriellem Eingang und parallelem Ausgang wird verwendet, wenn das Ausgangssignal von einer anderen als der letzten Stufe abgezweigt werden kann.

Das Diagramm nach Fig. 5 veranschaulicht die Operation einer' digitalen Einmal-Schaltung nach Fig. 3 oder 4 bei Vorliegen eines einzigen Echosignals. Die aktivierende oder ansteigende Flanke des Triggerimpulses 84 gemäß Kurve 51 veranlaßt ein Stellen des D-Flipflop, was durch das Signal DI¹P gemäß Kurve 53 angezeigt wird. Dieses Signal veranlaßt seinerseits, daß die Signale der Stufen Q_x. bis QjT einen niedrigen logischen Zustand annehmen, weil diese Flipflop-Stufen gelöscht oder zurückgestellt; werden, wie es die Kurven 56, 58, 50 und'52 anzeigen, welche die Ausgangssignale der Stufen Q_x. bis Q. eines vierstufigen Schieberegisters anzeigen. Es versteht sich, daß die Kurven Q^ bis Q^ die Signale der nachfolgenden Stufen des Schieberegisters 100 darstellen, die von dem Signal Q_x. abgeleitet werden, das in der ersten Stufe des Schieberegisters gespeichert wird. Das Signal Q₁ bleibt niedrig, wie es durch den unteren Pegel 86 der Kurve 56 angezeigt wird, vom Zeitpunkt der aktivierenden Flanke

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des Triggerimpulses 84 gemäß Kurve 51 bis zur Zeit der ersten Taktflanke, die als Flanke 88 der Kurve 54 dargestellt isto Die Dauer des gesetzten Zustandes des Flipflop 122 ist nur durch die Schaltgeschwindigkeiten des Flipflop 122 und des Schieberegisters 100 bestimmt und unabhängig vom Taktsignal, da die erste Stufe des Schieberegisters unabhängig von der Flanke eines Taktimpulses gelöscht wird,. Wenn das Flipflop 122 zurückgesetzt ist, ist die erste Stufe des Schieberegisters 100 frei, bei Auftreten einer negativen Flanke des Taktimpulses gesetzt zu werden» Da der D-Eingang der ersten Stufe des Schieberegisters ständig im "1"-Zustand ist, weil ihm eine Spannung von +5 V zugeführt wird, bewirkt die nächste negative Flanke des Taktsignals, die sich am Ende des Taktintervalls befindet, während welchem die erste Stufe gelöscht wurde, daß das Ausgangssignal dieser Stufe des Schieberegisters den 1-Zustand annimmt_o

Das Diagramm nach Fig. 6 veranschaulicht die Wirkungsweise der digitalen Einmal-Schaltungen nach den Fig. 5 und 4 in dem Fall', daß zwei oder mehr Echosignale vorhanden sind, von ,welchen Triggerimpulse abgeleitet werden. Die aktivierende Flanke eines Triggerimpulses 60 gemäß Kurve 70 bewirkt, daß das Flipflop 122 gesetzt wird, wie es das Signal DFF gemäß Kurve 74 zeigt. Dieses Signal bewirkt wiederum, daß die Signale Q. bis Q^ den niedrigen logischen Zustand annehmen, wie es durch die Flanken 64, 66 und 68 der Kurven 76, 78 und 80 dargestellt ist. Das Signal CL· behält seinen niedrigen Zustand vom Zeitpunkt

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des Triggerimpulses 60 bis zur ersten Taktflanke 90 des Taktsignales 72. Da das Signal Q^ einen hohen Logikzustand 92 angenommen hat, kann das Flipflop von einem folgenden Triggerimpuls 62 gemäß Kurve 70 erneut gekippt werden, wie es der Impuls 94- der Kurve 74 zeigt. Die Rückflanken der Ausgangsimpulse Q kehren zur korrekten Zeit in den hohen logischen Zustand zurück, um am Ausgang des Schieberegisters den zuletzt empfangenen, zugelassenen Triggerimpuls anzuzeigen. Beispielsweise wird in Figo 6 der letzte zugelassene Triggerimpuls während der zweiten Taktperiode empfangen, so daß die endgültige Rückkehr der Signale Q bis Q^ in den Endzustand um eine Taktperiode verzögert ist.

Es wurde demnach eine verbesserte digitale Entfernungsmeßeinheit für ein Entfernungsmeßgerät beschrieben, die eine digitale Einmal-Schaltung umfaßt, deren Ausgangsimpuls den Taktzähler für die Dauer seines Auftretens den Taktzähler zurückstellt und sperrt. Es versteht sich, daß die Erfindung Abwandlungen gegenüber den dargestellten Ausführungsbeispielen zuläßt, beispielsweise durch Verwendung eines getakteten Flipflop in der digitalen Einmal-Schaltung und durch Änderung der Taki;impulse„

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Claims

28410M

Patentansprüche

Digitale Entfernungsmeßeinheit für ein nach dem Impuls-Rückstrahlprinzip arbeitendes Entfernungsmeßgerät mit einem Lesezähler und einem Taktzähler, denen beiden in jeder mit dem Aussenden eines Energieimpulses beginnenden Entfernungsmeßperiode Taktsignale zugeführt werden, die beide zu Beginn jeder Entfernungsmeßperiode durch ein Rückstellsignal auf einen Anfangswert eingestellt werden und von denen der Taktzähler jeweils bei Empfang eines an einem Ziel reflektierten Signals auf den Anfangswert zurückgestellt wird, während der Lesezähler angehalten wird, wenn der Taktzähler einen vorgegebenen Stand erreicht hat, und dann einen für die Entfernung des Zieles, von dem das zuletzt empfangene Signal stammt, charakteristischen Stand hat, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Taktzähler (22) eine digitale Einmal-Schaltung (14) gekoppelt ist, die ein Flipflop (122) und ein Taktsignale empfangendes Schieberegister (100) umfaßt, das eine Anzahl mit dem Flipflop gekoppelte und vom Flipflop zurücksetzbarer Stufen sowie wenigstens eine mit dem Flipflop gekoppelte Stufe aufweist, die ein Löschen des Flipflops bewirkt, wenn das Schieberegister zurückgestellt wird, daß das Flipflop (122) bei Empfang eines an einem Ziel reflektierten Signales getriggert und von einem vorbestimmten Stand des Taktzählers (22) vorbereitet wird und daß das Schieberegister (100) dem Taktzähler (22) ein Rückstellsignal zuführte

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ORIGINAL INSPECTED

Entfernungsmeßeinheit nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Lesezähler (18) und dem Taktzähler (22) ein Entfernungstor-Generator (12) gekoppelt ist, der auf bestimmte, für eine Höchst- bzw» Mindestentfernung charakteristische Stände dieser Zähler anspricht und der Einmal-Schaltung (14) ein Vorbereitungssignal zuführt.

Entfernungsmeßeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einmal-Schaltung (14) gesperrt wird, wenn der Lesezähler (18) einen vorgegebenen Stand erreicht hat.

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