DE102010015046B4 - Method and system for determining trajectories of fast-moving objects or projectiles by means of a spatial-wavelength-coded detection space - Google Patents

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Abstract

System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objektes, umfassend eine Laserstrahlungsvorrichtung welche zumindest einen Multiwellenlängenlaser (1) aufweist, welcher den ersten Detektionsraum (14a) mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt, wobei die Laserstrahlungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der erste Detektionsraum (14a) in eine Vielzahl einzelner Strahlungsräume (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) unterteilt ist, wobei jeder einzelne Strahlungsraum (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) einen definierten Raumanteil des ersten Detektionsraums (14a) abdeckt und jeder einzelne Raumanteil mit einer definierten Wellenlänge des Multiwellenlängenlasers (1) bestrahlt ist, wobei – die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte Strahlung gepulst ist oder – die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte Strahlung kontinuierlich oder gepulst ist und die Laserstrahlungsvorrichtung einen zweiten Laser (2) aufweist, welcher einen zweiten Detektionsraum (14b) mit gepulster Strahlung bestrahlt, wobei der erste Detektionsraum (14a) im zweiten Detektionsraum (14b) enthalten ist, eine Erfassungseinheit (5), welche zumindest einen Detektor aufweist, welcher reflektierte Strahlung des sich im ersten Detektionsraum (14a) bewegenden Objekts erfasst, und einen Detektor (7) zur Messung des Zeitunterschieds zwischen Pulsemission und Detektion der vom Objekt reflektierten Strahlung aufweist, und eine Auswertungseinheit (9), welche auf Basis der von der Erfassungseinheit (5) erfassten Signale zumindest den Weg des Objektes durch den ersten Detektionsraum (14a) und die Flugbahn sowie den Ursprungsort des Objektes bestimmt.System for detecting and determining trajectories of an object moving through a first or superimposed detection space (14a, 14b), comprising a laser radiation device comprising at least one multi-wavelength laser (1) which irradiates the first detection space (14a) with radiation of different wavelengths, the laser radiation device is designed such that the first detection space (14a) is subdivided into a multiplicity of individual radiation spaces (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f), each individual radiation space (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f ) covers a defined volume portion of the first detection space (14a) and each individual space portion is irradiated with a defined wavelength of the multiwavelength laser (1), wherein - the radiation emitted by the multiwavelength laser (1) is pulsed or - the radiation emitted by the multiwavelength laser (1) is continuous or pulsed and the laser radiation device ng comprises a second laser (2) which irradiates a second detection space (14b) with pulsed radiation, the first detection space (14a) being contained in the second detection space (14b), a detection unit (5) having at least one detector which detects reflected radiation of the object which is moving in the first detection space (14a), and has a detector (7) for measuring the time difference between pulse emission and detection of the radiation reflected by the object, and an evaluation unit (9) which is based on that of the detection unit ( 5) detected signals determined at least the path of the object through the first detection space (14a) and the trajectory and the origin of the object.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien sich durch einen Detektionsraum bewegender Objekte oder Geschosse mittels eines räumlich-wellenlängencodierten Detektionsraumes.The present invention relates to a system and a method for detecting and determining trajectories through a detection space of moving objects or projectiles by means of a spatial-wavelength-coded detection space.

Insbesondere für Luftfahrzeuge, die in Konfliktregionen eingesetzt werden, besteht die Gefahr des Beschusses durch Handfeuerwaffen und reaktive Panzerbüchsen (RPG), insbesondere im Tiefflug oder bei Start und Landung. Dies gilt unter anderem für Hubschrauber, Flächenflugzeuge und unbemannte Systeme. Beim Beschuss von Luftfahrzeugen mit diesen Waffen ist jedoch eine genaue Zielerfassung des Luftfahrzeugs aufgrund der Geschwindigkeit und der Flugbewegung eher schwierig. Selbst bei der Verwendung von Leuchtspurmunition dauert die Korrektur der ballistischen Flugbahn der Geschosse einige Zeit, um sensitive Bereiche des Luftfahrzeugs zu treffen.In particular, for aircraft used in conflict regions, there is a risk of being bombarded by small arms and reactive rifles (RPGs), especially in low-altitude flight or take-off and landing. This applies, among other things, for helicopters, surface aircraft and unmanned systems. However, when bombarding aircraft with these weapons, accurate targeting of the aircraft is more difficult due to speed and flight movement. Even with the use of tracer ammunition, the correction of the ballistic trajectory of the projectiles takes some time to hit sensitive areas of the aircraft.

Die Besatzung des Luftfahrzeugs hat daher im Allgemeinen die Möglichkeit, Gegenmaßnahmen und Ausweichmanöver einzuleiten, wenn sie über die Beschusssituation informiert ist. Der häufig erhöhte Lärmpegel in Luftfahrzeugen macht jedoch eine akustische Beschussdetektion durch die Besatzung eher schwierig. Auch akustische Sensoren in Luftfahrzeugen haben sich als zu wenig empfindlich und zu wenig verlässlich erwiesen. Außerdem erlauben akustische Sensoren nur bedingt die Bestimmung der ballistischen Flugbahn von herannahenden Geschossen und können daher gegebenenfalls nur unzureichende Auskunft über den Ursprungsort der Geschosse liefern. Im ungünstigsten Fall verbleibt daher das Luftfahrzeug im Wirkbereich der Angreiferwaffen bzw. fliegt tiefer in diesen Wirkbereich hinein. Die Wahrnehmung des Beschusses erfolgt meist erst durch die Verletzung von Personen oder die Beschädigung von Systemen. Deshalb ist eine Information über den Beschuss und dessen Richtung für die Besatzung lebenserhaltend und für das Luftfahrzeug systemerhaltend. Mit diesen Informationen kann die Besatzung auf den Beschuss mit Gegenmaßnahmen, wie z. B. Ausweichmanövern, reagieren. Gleiches gilt auch für unbemannte Luftfahrzeuge, wie etwa ferngesteuerte Drohnen. Eine frühzeitige Detektion von Beschusssituationen sowie Kenntnisse über die Flugbahn und über den Ursprungsort der Geschosse würden es der Bodenstation und/oder einem systemeigenen Steuermechanismus erlauben, Gegenmaßnahmen einzuleiten und gegebenenfalls das Gefahrengebiet zu verlassen.The crew of the aircraft therefore generally has the opportunity to initiate countermeasures and evasive maneuvers when informed of the bullet situation. However, the frequent increase in noise level in aircraft makes acoustic detection by the crew rather difficult. Acoustic sensors in aircraft have also proven to be under-sensitive and unreliable. In addition, acoustic sensors allow limited determination of the ballistic trajectory of approaching floors and therefore may provide insufficient information about the origin of the projectiles. In the worst case, therefore, the aircraft remains in the effective range of the attacking weapons or flies deeper into this effective range. The perception of the shelling is usually only by the injury of persons or the damage of systems. Therefore, information about the fire and its direction is life-sustaining for the crew and system-preserving for the aircraft. With this information, the crew can respond to the bombardment with countermeasures such. B. evasive maneuvers, react. The same applies to unmanned aerial vehicles, such as remote-controlled drones. Early detection of bullet situations and knowledge of the trajectory and location of the projectiles would allow the ground station and / or a native control mechanism to take countermeasures and, if necessary, leave the danger area.

Aus US 2008/0273190 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung mit einem Sensor und räumlich getrennten Strahlungsemittern bekannt, welche die in unmittelbarer Nähe eines zu überwachenden Punkts abgeschossenen und diesem Punkt anfliegenden Projektile erkennt und lokalisiert.Out US 2008/0273190 A1 For example, a device with a sensor and spatially separated radiation emitters is known, which recognizes and locates the projectiles which are fired in the immediate vicinity of a point to be monitored and approach this point.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein zuverlässiges und schnelles System und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, anhand derer eine Beschusssituation eines beliebigen Gegenstands, insbesondere eines Fahrzeuges, bzw. Luftfahrzeugs, detektiert und die Flugbahn sowie der Ursprungsort eines sich durch einen Detektionsraum bewegenden Objekts schnell und genau bestimmt werden kann. Auf Basis der ermittelten Informationen über das oder die detektierten Objekte werden entweder automatisch oder durch Eingriff der Besatzung und/oder des Bodenpersonals geeignete Gegenmaßnahmen eingeleitet, so dass Schäden an dem Fahrzeug und/oder an der Besatzung durch das oder die Geschosse oder durch mögliche weitere Geschosse vermieden werden.The object of the invention is to provide a reliable and fast system and a corresponding method by means of which a bullet situation of any object, in particular of a vehicle or aircraft, detected and the trajectory and the origin of an object moving through a detection space quickly and can be determined exactly. On the basis of the determined information about the detected object or objects, suitable countermeasures are initiated either automatically or through the intervention of the crew and / or the ground personnel, so that damage to the vehicle and / or the crew by the projectile (s) or by possible further projectiles be avoided.

Diese Aufgabe wird durch ein System gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a system according to claim 1 and a method according to claim 11. Advantageous developments of the present invention are described in the dependent claims.

Die Erfindung wird am Beispiel eines beliebigen Fahrzeugs genauer erläutert. Die Erfindung findet aber auch Anwendung bei anderen statischen oder beweglichen Gegenständen, wie beispielweise landgestützten oder seegestützten Fahrzeugen, sowie bei Gebäuden. Bezüglich der geeigneten Gegenmaßnahmen sind daher die Möglichkeiten des jeweiligen Gegenstands zu berücksichtigen.The invention will be explained in more detail using the example of any vehicle. However, the invention also finds application in other static or mobile objects, such as land-based or sea-based vehicles, as well as in buildings. With regard to the appropriate countermeasures, the possibilities of the respective object must therefore be taken into account.

Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird ein System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien sich durch einen Detektionsraum bewegender Objekte bereitgestellt. Das System umfasst zumindest eine Laserstrahlungsvorrichtung, eine Erfassungsvorrichtung und eine Auswertungseinheit. Die Laserstrahlungsvorrichtung weist zumindest einen Multiwellenlängenlaser auf, welcher simultan bei mehreren unterschiedlichen Wellenlängen Strahlung erzeugt und emittiert und welcher einen Detektionsraum mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlänge bestrahlt. Die Erfassungseinheit weist zumindest einen Detektor auf, welcher die von einem sich durch den Detektionsraum bewegenden Objekt reflektierte Strahlung erfasst, das heißt, es werden die an dem sich im Detektionsraum bewegenden Objekt reflektierten Laserphotonen erfasst. Ferner bestimmt die Auswertungseinheit auf Basis der gesendeten Strahlung und der von der Erfassungseinheit empfangenen Signale zumindest den Weg des Objektes durch den Detektionsraum und ggf. die Trajektorie, die Flugbahn und den Ursprungsort des sich bewegenden Objekts.According to one aspect of the invention, a system for detecting and determining trajectories is provided by a detection space of moving objects. The system comprises at least one laser radiation device, a detection device and an evaluation unit. The laser radiation device has at least one multi-wavelength laser which simultaneously generates and emits radiation at a plurality of different wavelengths and which irradiates a detection space with radiation of different wavelengths. The detection unit has at least one detector which detects the radiation reflected by an object moving through the detection space, that is, the laser photons reflected at the object moving in the detection space are detected. Furthermore, the evaluation unit determines based on the transmitted radiation and the signals received by the detection unit at least the path of the object through the detection space and possibly the trajectory, the trajectory and the origin of the moving object.

Gemäß der Erfindung ist die Laserstrahlungsvorrichtung derart ausgebildet, dass der Detektionsraum in einzelne Strahlungsräume unterteilt ist, so dass jeder einzelne Strahlungsraum einen definierten Raumanteil des Detektionsraums abdeckt. Unter Strahlungsraum wird im folgenden ein mit Laserstrahlung bestrahlter Raum verstanden. Ferner ist jeder einzelne Strahlungsraum mit einer definierten Wellenlänge bzw. Farbe des Multiwellenlängenlasers bestrahlt. Dadurch wird ein räumlich- und wellenlängen- bzw. farbcodierter Detektionsraum aufgespannt. Dabei besteht der Detektionsraum aus mehreren Strahlungsräumen, wobei jedem einzelnen Strahlungsraum eine bestimmte Wellenlänge und ein definierter Raumanteil des Detektionsraums zugeordnet sind. According to the invention, the laser radiation device is designed such that the detection space is subdivided into individual radiation spaces, so that each individual radiation space covers a defined space portion of the detection space. Radiation space is understood below to mean a space irradiated with laser radiation. Furthermore, each individual radiation space is irradiated with a defined wavelength or color of the multi-wavelength laser. This spans a spatially and wavelength- or color-coded detection space. In this case, the detection space consists of a plurality of radiation spaces, each individual radiation space being assigned a specific wavelength and a defined space proportion of the detection space.

Die Erfassungseinheit weist zumindest einen Detektor oder mehrere Detektoren auf, von denen jeder einzelne für eine bestimmte Wellenlänge empfindlich ist. Dadurch wird erreicht, dass reflektierte Strahlung aus einem entsprechenden Strahlungsraum von einem gegebenen Detektor detektiert wird.The detection unit has at least one detector or a plurality of detectors, each of which is sensitive to a particular wavelength. It is thereby achieved that reflected radiation from a corresponding radiation space is detected by a given detector.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die vom Multiwellenlängenlaser emittierte Strahlung kontinuierliche Strahlung. Dadurch wird jeder einzelne Strahlungsraum mit kontinuierlicher Strahlung bestrahlt, wobei jeder einzelne Strahlungsraum mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt wird.In a preferred embodiment of the invention, the radiation emitted by the multi-wavelength laser is continuous radiation. As a result, each individual radiation space is irradiated with continuous radiation, wherein each individual radiation space is irradiated with radiation of a specific wavelength.

Durchläuft ein sich schnell bewegendes Objekt mehrere Strahlungsräume des Detektionsraums, so wird das Objekt in jedem einzelnen Strahlungsraum mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge getroffen. Die an dem Objekt reflektierte Strahlung besitzt die Wellenlänge des zugeordneten Strahlungsraums. Je nach Verlauf der Flugbahn des Objekts erhalten die entsprechenden Detektoren der Erfassungseinheit Signale in einer bestimmten Folge. Da die Detektoren den einzelnen wellenlängencodierten Strahlungsräumen zugeordnet sind, können dem Objekt bestimmte Koordinaten zugeordnet werden und Informationen über den Weg des Objekts durch die Strahlungsräume gewonnen werden.If a rapidly moving object passes through a plurality of radiation spaces of the detection space, the object in each individual radiation space is hit with radiation of a specific wavelength. The radiation reflected at the object has the wavelength of the associated radiation space. Depending on the course of the trajectory of the object, the corresponding detectors of the detection unit receive signals in a specific sequence. Since the detectors are associated with the individual wavelength-coded radiation spaces, certain coordinates can be assigned to the object and information about the path of the object through the radiation spaces can be obtained.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die vom Multiwellenlängenlaser emittierte Strahlung gepulst. Der räumlich- und wellenlängencodierte Detektionsraum, bzw. jeder einzelne Strahlungsraum, wird daher mit kurzen Pulsen bestrahlt. Dabei wird jeder einzelne Strahlungsraum mit gepulster Strahlung einer bestimmten, sich von den benachbarten Wellenlängen unterscheidenden, Wellenlänge bestrahlt.In a further preferred embodiment of the invention, the radiation emitted by the multi-wavelength laser is pulsed. The spatially and wavelength-coded detection space, or each individual radiation space, is therefore irradiated with short pulses. In this case, each individual radiation space is irradiated with pulsed radiation of a specific wavelength which differs from the neighboring wavelengths.

Durchläuft ein sich schnell bewegendes Objekt mehrere Strahlungsräume des Detektionsraums, so wird das Objekt in jedem einzelnen Strahlungsraum mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge getroffen. Die an dem Objekt reflektierte Strahlung besitzt die Wellenlänge des zugeordneten Strahlungsraums. Je nach Verlauf der Flugbahn des Objekts erhalten die entsprechenden Detektoren der Erfassungseinheit Signale in einer bestimmten Folge. Da die Detektoren den einzelnen wellenlängencodierten Strahlungsräumen zugeordnet sind, können dem Objekt bestimmte Koordinaten zugeordnet werden und Informationen über den Weg des Objekts durch die Strahlungsräume gewonnen werden. Aus der Laufzeitmessung zwischen Pulsemission und Detektion der vom Objekt reflektierten Strahlung werden zusätzliche Informationen über die Trajektorie des Objektes, wie Flugbahn und Ursprungsort, ermittelt.If a rapidly moving object passes through a plurality of radiation spaces of the detection space, the object in each individual radiation space is hit with radiation of a specific wavelength. The radiation reflected at the object has the wavelength of the associated radiation space. Depending on the course of the trajectory of the object, the corresponding detectors of the detection unit receive signals in a specific sequence. Since the detectors are associated with the individual wavelength-coded radiation spaces, certain coordinates can be assigned to the object and information about the path of the object through the radiation spaces can be obtained. From the transit time measurement between pulse emission and detection of the radiation reflected by the object, additional information about the trajectory of the object, such as trajectory and place of origin, is determined.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die kurzen Pulse bei einer Pulsrepetitionsrate erzeugt, welche im kHz Bereich oder höher liegt. Dies ermöglicht geringe Reaktionszeiten und eine hohe Genauigkeit der Entfernungsmessung. Die Pulsbreite wird ferner im Nanosekundenbereich oder in einem niedrigeren Bereich gewählt, so dass die an der Empfangseinheit empfangenen Laserphotonen einem entsprechenden, gesendeten Puls zugeordnet werden können. Über die Laufzeit der Laserpulse wird daher die genaue Entfernung des Objekts, bzw. seine Geschwindigkeit, relativ zum Fahrzeug, an dem das System angebracht ist, ermittelt. Dadurch wird erreicht, dass nicht nur Informationen über den Weg des Objekts durch die einzelnen Strahlungsräume des Detektionsraums gewonnen werden, sondern auch, dass die Entfernung und die Geschwindigkeit des sich im Detektionsraum bewegenden Objekts zu der Erfassungseinheit bzw. zum Fahrzeug direkt mit der gepulsten Strahlung des Multiwellenlängenlasers bestimmt werden.In a preferred embodiment, the short pulses are generated at a pulse repetition rate which is in the kHz range or higher. This allows low reaction times and high accuracy of the distance measurement. The pulse width is further selected in the nanosecond range or in a lower range, so that the laser photons received at the receiving unit can be assigned to a corresponding, transmitted pulse. Over the duration of the laser pulses, therefore, the exact distance of the object, or its speed, relative to the vehicle on which the system is mounted, determined. This ensures that not only information about the path of the object through the individual radiation spaces of the detection space are obtained, but also that the distance and the speed of moving in the detection space object to the detection unit or to the vehicle directly with the pulsed radiation of Multi-wavelength laser can be determined.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die einzelnen Strahlungsräume einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt auf. Dabei bilden die einzelnen Strahlungsräume kegelförmige Räume. Die Divergenz der Laserstrahlungsvorrichtung, das heißt, der Winkel, bzw. die Breite der aufgespannten kegelförmig bestrahlten Umgebung, ist einstellbar. Die Einstellung der Divergenz der Laserstrahlungsvorrichtung und somit der kegelförmig bestrahlten Räume wird beispielsweise über ein optisches System, beispielsweise ein Linsensystem, geregelt. Dadurch wird erreicht, dass die einzelnen Strahlungsräume mit einer definierten Form aufgespannt werden. Diese einzelnen Strahlungsräume definieren zusammen den Detektionsraum des Multiwellenlängenlasers. Ferner weist die Laserstrahlungsvorrichtung eine bestimmte Leistung auf, welche die maximale Entfernung bzw. den maximalen Durchmesser des Kegels definiert, bei der noch gewährleistet ist, dass genügend Laserphotonen am Objekt zur Erfassungseinheit zurückreflektiert werden, d. h. dass das Objekt mit Sicherheit detektiert wird. Dafür wird ein Minimalwert für die Anzahl der auf die Erfassungseinheit reflektierten Photonen festgelegt, der eine sichere Detektion eines Objekts gewährleistet. Dieser Minimalwert hängt ebenfalls von der Empfindlichkeit der Erfassungseinheit, bzw. deren Detektoren, ab. Des weiteren hängt die Größe des bestrahlten Raumes neben der Leistung und der Divergenz des Lasers, auch von der Beschaffenheit des zu detektierenden Objekts ab, denn insbesondere abhängig von dessen Oberfläche, Material und Form wird ein mehr oder weniger großer Anteil der gesendeten Laserphotonen zurück zur Erfassungseinheit reflektiert werden. Die Leistung des Multiwellenlasers wird daher abhängig von der erforderlichen Kegeltiefe der einzelnen Strahlungsräume bzw. des Detektionsraums, unter Berücksichtigung der genannten Parameter gewählt.In a further embodiment of the present invention, the individual radiation spaces have an elliptical or circular cross section. The individual radiation rooms form conical spaces. The divergence of the laser radiation device, that is, the angle, or the width of the spanned conical irradiated environment, is adjustable. The setting of the divergence of the laser radiation device and thus of the conically irradiated spaces is regulated, for example, by means of an optical system, for example a lens system. This ensures that the individual radiation chambers are clamped with a defined shape. These individual radiation spaces together define the detection space of the multi-wavelength laser. Furthermore, the laser radiation device has a certain power, which defines the maximum distance or the maximum diameter of the cone, in which it is still ensured that enough laser photons are reflected back to the object to the detection unit, ie that the object with certainty is detected. For this purpose, a minimum value is determined for the number of photons reflected on the detection unit, which ensures reliable detection of an object. This minimum value also depends on the sensitivity of the detection unit or its detectors. Furthermore, the size of the irradiated space depends not only on the power and the divergence of the laser, but also on the nature of the object to be detected, because in particular depending on its surface, material and shape, a more or less large proportion of the transmitted laser photons is returned to the detection unit be reflected. The power of the multi-wave laser is therefore selected depending on the required cone depth of the individual radiation chambers or the detection space, taking into account the parameters mentioned.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung grenzen die einzelnen Strahlungsräume des Multiwellenlängenlasers aneinander an. Zusammen bilden die einzelnen Strahlungsräume beispielsweise einen kegelförmigen Detektionsraum. Dadurch wird erreicht, dass der gesamte Detektionsraum aus räumlich getrennten Strahlungsräumen besteht, wobei jeder einzelne, von den anderen getrennte, Strahlungsraum einer definierten Wellenlänge des Multiwellenlängenlasers zugeordnet ist. Durchläuft ein Objekt den Detektionsraum des Multiwellenlängenlasers, so läuft das Objekt durch verschiedene, voneinander getrennte Strahlungsräume. In jedem einzelnen durchlaufenen Strahlungsraum wird das Objekt mit Lichtstrahlung einer bestimmten Wellenlänge getroffen, welche an dem Objekt reflektiert wird. Die aus einem gegebenen Strahlungsraum vom Objekt reflektierte Strahlung wird von den entsprechenden Detektoren der Erfassungseinheit erfasst. Die entsprechenden Detektoren erhalten daher eine bestimmte Folge von Signalen, welche den einzelnen wellenlängencodierten Strahlungsräumen zugeordnet sind. Aus dieser Folge von Signalen werden dem Objekt bestimmte Koordinaten zugeordnet und der Weg des Objektes durch den Detektionsraum bestimmt.In a further embodiment of the present invention, the individual radiation spaces of the multi-wavelength laser adjoin one another. Together, the individual radiation spaces form, for example, a conical detection space. This ensures that the entire detection space consists of spatially separated radiation spaces, wherein each individual, separated from the other, radiation space is assigned to a defined wavelength of the multi-wavelength laser. If an object passes through the detection space of the multi-wavelength laser, the object passes through different, separate radiation spaces. In each individual irradiated radiation space, the object is hit with light radiation of a specific wavelength, which is reflected at the object. The radiation reflected from a given radiation space from the object is detected by the corresponding detectors of the detection unit. The corresponding detectors therefore receive a specific sequence of signals which are assigned to the individual wavelength-coded radiation spaces. From this sequence of signals, certain coordinates are assigned to the object and the path of the object is determined by the detection space.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die einzelnen Strahlungsräume des Multiwellenlängenlasers räumlich überlappend angeordnet. Zusammen bilden die einzelnen Strahlungsräume beispielsweise einen kegelförmigen Detektionsraum. Die Überlappung der einzelnen Strahlungsräume erfolgt partiell oder vollständig, je nach Ausführung. Durch die Überlappung der einzelnen Strahlungsräume werden Überlappungsbereiche der einzelnen Strahlungsräume erzeugt, welche durch mehrere Wellenlängen bzw. Farben, also Wellenlängen- oder Farben-Ensemble, definiert bzw. charakterisiert sind. Dadurch wird die Anzahl der erforderlichen Wellenlängen für die Raum- und Wellenlängencodierung des Detektionsraums reduziert. Durchquert ein Objekt solch einen Überlappungsbereich, so wird Strahlung mit den dem Strahlungsraum zugeordneten Wellenlängen reflektiert und die zugeordneten Detektoren empfangen eine charakteristische Folge von Signalen, so dass dem Objekt ebenfalls bestimmte Koordinaten zuzuordnen sind und Informationen über den Weg des Objekts durch die einzelnen Strahlungsräume gewonnen werden können.In a further embodiment of the present invention, the individual radiation spaces of the multi-wavelength laser are arranged spatially overlapping. Together, the individual radiation spaces form, for example, a conical detection space. The overlapping of the individual radiation rooms is partial or complete, depending on the version. As a result of the overlapping of the individual radiation spaces, overlapping regions of the individual radiation spaces are generated, which are defined or characterized by a plurality of wavelengths or colors, that is to say a wavelength or color ensemble. This reduces the number of wavelengths required for the space and wavelength coding of the detection space. If an object traverses such an overlapping area, radiation with the wavelengths associated with the radiation space is reflected and the associated detectors receive a characteristic sequence of signals, so that the object is also assigned specific coordinates and information about the path of the object through the individual radiation spaces is obtained can.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden einige Strahlungsräume, beispielsweise mit elliptischem Querschnitt, nebeneinander angeordnet, während andere Strahlungsräume mit gleichem oder unterschiedlichem Querschnitt überlagernd oder überlappend hierzu ausgerichtet werden.In a preferred embodiment of the present invention, some radiation spaces, for example with an elliptical cross-section, are arranged next to one another, while other radiation spaces with the same or different cross-sections are aligned overlapping or overlapping thereto.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die letztgenannten Strahlungsräume zusätzlich orthogonal zu den erstgenannten Strahlungsräumen angeordnet. Dadurch werden Raumbereiche erzeugt, welche durch zwei Wellenlängen bzw. Farben, also Wellenlängen- oder Farbenpaare, bezeichnet mit (λi, λj), definiert bzw. charakterisiert sind. Durchquert ein Objekt solch einen Überlappungsbereich, so wird Strahlung mit zwei dem Überlappungsbereich zugeordneten Wellenlängen λi und λj reflektiert. Anschließend erhalten die für die Wellenlängen λi und λj empfindlichen Detektoren beide ein Signal, welches für den entsprechenden Überlappungsbereich charakteristisch ist. Dadurch kann der Detektionsraum mit weniger Wellenlängen räumlich- und wellenlängencodiert werden, und aus den von der Erfassungseinheit erfassten Signalen, bzw. bestimmten und charakteristischen Folgen von Signalen, können dem Objekt bestimmte Koordinaten zugeordnet und Informationen über den Weg des Objekts durch die einzelnen Strahlungsräume des Detektionsraums gewonnen werden.In a further preferred embodiment of the present invention, the last-mentioned radiation spaces are additionally arranged orthogonal to the first-mentioned radiation spaces. As a result, spatial regions are generated which are defined or characterized by two wavelengths or colors, ie wavelength or color pairs denoted by (λ i , λ j ). If an object traverses such an overlapping region, then radiation is reflected with two wavelengths λ i and λ j assigned to the overlapping region. Subsequently, the detectors sensitive to the wavelengths λ i and λ j both receive a signal which is characteristic of the corresponding overlap region. Thereby, the detection space with less wavelengths can be spatially and wavelength coded, and from the detected by the detection unit signals or specific and characteristic sequences of signals, the object certain coordinates assigned and information about the path of the object through the individual radiation spaces of the detection space be won.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Multiwellenlängenlaser aus einem kompakten Halbleiter- oder Festkörperlaser. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Multiwellenlängenlaser aus mehreren kompakten Halbleiter- oder Festkörperlasern.In a further preferred embodiment of the present invention, the multi-wavelength laser consists of a compact semiconductor or solid-state laser. In a further preferred embodiment of the present invention, the multi-wavelength laser consists of a plurality of compact semiconductor or solid-state lasers.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Multiwellenlängenlaser aus mehreren fasergekoppelten Hochleistungsdiodenlasern. Die Hochleistungsdiodenlaser weisen dabei unterschiedliche, zentrale Emissionswellenlängen auf und weisen einzelne optische Fasern auf, welche die entsprechenden Strahlungen führen. Ferner werden beispielsweise die einzelnen optischen Fasern zu einem Bündel zusammengefasst. Dadurch wird erreicht, dass jede einzelne Faser jeweils einen definierten Raumanteil mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt.In yet another preferred embodiment of the present invention, the multi-wavelength laser consists of a plurality of fiber-coupled high-power diode lasers. The high-power diode lasers have different, central emission wavelengths and have individual optical fibers which guide the corresponding radiations. Furthermore, for example, the individual optical fibers are combined into a bundle. This ensures that each each fiber irradiates a defined proportion of space with radiation of a specific wavelength.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Laserstrahlungsvorrichtung einen zusätzlichen Laser, vorzugsweise einen Pulslaser, auf. Der Pulslaser stellt simultan zum Multiwellenlängenlaser kurze Pulse bereit, wobei über die Laufzeit der gesendeten und empfangenen Laserpulse die relative Geschwindigkeit und die relative Entfernung des sich durch den Detektionsraum bewegenden Objekts in Bezug auf die Laser- und Erfassungsvorrichtung bestimmt wird. Der Laser ist vorzugsweise ein Kurzpulslaser, welcher bei einer hohen Pulsrepetitionsrate einen zweiten Detektionsraum bestrahlt. Aus dem Zeitunterschied zwischen der Pulsemission und der Detektion der von einem sich im zweiten Detektionsraum bewegenden Objekt reflektierten Strahlung wird die Entfernung des Objekts sowie die Geschwindigkeit des Objekts bestimmt. Die Pulsbreite des Pulslasers wird so gewählt, dass eine Ermittlung der genauen Entfernung und der Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts erreicht wird. Geeignete Pulsbreiten liegen im Bereich von Nanosekunden. Ferner wird die Pulsfrequenz des zweiten Lasers so gewählt, dass sie an die maximal mögliche Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts angepasst ist. Das setzt voraus, dass ein sich durch den Detektionsraum des zweiten Lasers bewegendes Objekt mindestens von zwei, besser von weiteren Laserpulsen getroffen wird, so dass eine sichere Detektion des Objekts und eine genaue Ermittlung seiner Geschwindigkeit sowie seiner Entfernung innerhalb des Detektionsraums ermöglicht wird. Die Pulsrepetitionsrate liegt daher im kHz Bereich oder höher. Dadurch wird erreicht, dass nicht nur Informationen über den Weg des Objekts durch die einzelnen Strahlungsräume des Detektionsraums des Multiwellenlängenlasers gewonnen werden, sondern auch, dass die Entfernung sowie die Geschwindigkeit des sich im Detektionsraum bewegenden Objekts direkt mit der gepulsten Strahlung des Pulslasers ermittelt werden. Wird beispielsweise für ein Objekt, welches sich in 15 m Abstand zur Erfassungseinheit mit 900 m/s fortbewegt, eine Pulsfrequenz von 10 kHz gewählt, so legt das Geschoss zwischen zwei aufeinanderfolgenden Pulsen eine Wegstrecke von 90 mm zurück. Durchfliegt dieses Objekt den Detektionsraum des Pulslasers, so wird das Objekt in 90 mm Abständen von Laserpulsen getroffen.In a further aspect of the present invention, the laser radiation device has an additional laser, preferably a pulse laser. The pulse laser simultaneously provides short pulses to the multiwavelength laser, the relative velocity and the relative distance of the object moving through the detection space with respect to the laser and detection device being determined over the transit time of the transmitted and received laser pulses. The laser is preferably a short-pulse laser which irradiates a second detection space at a high pulse repetition rate. From the time difference between the pulse emission and the detection of the radiation reflected by an object moving in the second detection space, the distance of the object and the speed of the object are determined. The pulse width of the pulse laser is chosen so that a determination of the exact distance and the speed of the moving object is achieved. Suitable pulse widths are in the range of nanoseconds. Furthermore, the pulse frequency of the second laser is chosen so that it is adapted to the maximum possible speed of the moving object. This presupposes that an object moving through the detection space of the second laser is struck by at least two, better by further laser pulses, so that a reliable detection of the object and an accurate determination of its speed and its distance within the detection space is made possible. The pulse repetition rate is therefore in the kHz range or higher. This ensures that not only information about the path of the object through the individual radiation spaces of the detection space of the multi-wavelength laser are obtained, but also that the distance and the speed of moving in the detection space object are determined directly with the pulsed radiation of the pulse laser. If, for example, a pulse frequency of 10 kHz is selected for an object which moves at a distance of 15 m from the detection unit at 900 m / s, the bullet travels a distance of 90 mm between two successive pulses. If this object passes through the detection space of the pulse laser, the object is hit by laser pulses at 90 mm intervals.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Detektionsraum des Pulslasers einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt auf. Die Divergenz des Pulslasers, das heißt, der Winkel, bzw. die Breite der aufgespannten, kegelförmig bestrahlten Umgebung, ist wie die des Multiwellenlängenlasers einstellbar. Die Einstellung der Divergenz des Pulslasers und somit des kegelförmig bestrahlten Raums wird beispielsweise über ein optisches System, beispielsweise ein Linsensystem, geregelt. Dadurch wird erreicht, dass der Detektionsraum des Pulslasers eine definierte Form aufweist. Ferner weist der Pulslaser eine bestimmte Leistung auf, welche die maximale Entfernung vom Fahrzeug bzw. den maximalen Durchmesser des Kegels, bei der noch gewährleistet ist, dass genügend am Objekt reflektierte Laserphotonen die Erfassungseinheit erreichen, definiert. Dafür wird ein Minimalwert für die Anzahl der von der Erfassungseinheit empfangenen, reflektierten Photonen festgelegt, der eine sichere Detektion eines Objekts gewährleistet, wobei dieser ebenfalls von der Empfindlichkeit der Erfassungseinheit, bzw. deren Detektoren, abhängt. Des weiteren ist die Größe des bestrahlten Raumes in Abhängigkeit von der Leistung des Lasers sowie von der Beschaffenheit des zu detektierenden Objekts, insbesondere von dessen Oberfläche, Material und Form, zu wählen. Die Leistung des Pulslasers wird abhängig von der erforderlichen Kegeltiefe des Detektionsraumes des Pulslasers und unter Berücksichtigung der genannten Parameter gewählt.In a further embodiment of the present invention, the detection space of the pulse laser has an elliptical or circular cross-section. The divergence of the pulse laser, that is, the angle, or the width of the spanned, conically irradiated environment, is adjustable like that of the multi-wavelength laser. The setting of the divergence of the pulse laser and thus of the conically irradiated space is regulated, for example, via an optical system, for example a lens system. This ensures that the detection space of the pulse laser has a defined shape. Furthermore, the pulse laser has a specific power, which defines the maximum distance from the vehicle or the maximum diameter of the cone, in which it is still ensured that enough laser photons reflected at the object reach the detection unit. For this purpose, a minimum value for the number of reflected photons received by the detection unit is determined, which ensures reliable detection of an object, which also depends on the sensitivity of the detection unit or its detectors. Furthermore, the size of the irradiated space as a function of the power of the laser as well as the nature of the object to be detected, in particular its surface, material and shape to choose. The power of the pulse laser is selected depending on the required cone depth of the detection space of the pulse laser and taking into account the aforementioned parameters.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der Pulslaser aus einem kompakten Halbleiter- oder Festkörperlaser oder aus einem fasergekoppelten Hochleistungsdiodenlaser.In a further preferred embodiment of the present invention, the pulse laser consists of a compact semiconductor or solid-state laser or of a fiber-coupled high-power diode laser.

In einem noch weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weisen die Detektionsräume des Multiwellenlängenlasers und des zweiten Lasers eine vollständige räumliche Überlappung auf. Dadurch wird erreicht, dass mit dem Multiwellenlängenlaser Informationen über den Weg des sich im überlagerten Detektionsraum bewegenden Objekts gewonnen werden, während mit dem Pulslaser die Entfernung und die Geschwindigkeit des sich im überlagerten Detektionsraum bewegenden Objekts ermittelt werden. Dadurch sind genügend Informationen vorhanden, um beispielsweise den Ursprungsort und die Trajektorie des Objekts zu berechnen und anschließend geeignete Gegenmaßnahmen einzuleiten.In yet another embodiment of the present invention, the detection spaces of the multi-wavelength laser and the second laser have a complete spatial overlap. It is thereby achieved that information about the path of the object moving in the superimposed detection space is obtained with the multi-wavelength laser, while the distance and the speed of the object moving in the superimposed detection space are determined with the pulse laser. As a result, sufficient information is available to calculate, for example, the place of origin and the trajectory of the object and then initiate appropriate countermeasures.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das System eine Erfassungseinheit auf, welche zumindest einen Detektor für die Erfassung der vom Objekt reflektierten Strahlung aufweist. Dabei ist jeder Detektor zur Erfassung einer bestimmten Wellenlänge eingestellt. Dadurch wird erreicht, dass die aus den verschiedenen Strahlungsräumen reflektierte Strahlung detektiert wird und dass einem bestimmten Detektor ein bestimmter Strahlungsraum zugeordnet wird.In a further embodiment of the present invention, the system has a detection unit which has at least one detector for detecting the radiation reflected by the object. Each detector is set to detect a specific wavelength. It is thereby achieved that the radiation reflected from the various radiation spaces is detected and that a specific radiation space is assigned to a specific detector.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Erfassungseinheit des Systems eine Vorrichtung zur Adaption an den zu detektierenden Raumwinkelbereich, bzw. an den durch den Multiwellenlängenlaser und ggf. an den durch den zweiten Pulslaser definierten Detektionsraum, auf. Diese Vorrichtung ist beispielsweise eine optische Vorrichtung, vorzugsweise eine Linsenvorrichtung. Die Vorrichtung zur Adaption ist auf die Divergenz des Lasers, bzw. der Laser, abgestimmt, so dass sichergestellt ist, dass innerhalb des Detektionsraums, bzw. der Detektionsräume, die vom Objekt reflektierten Laserphotonen von der Erfassungseinheit empfangen werden.In a further embodiment of the invention, the detection unit of the system comprises a device for adaptation to the spatial angle range to be detected, or to the by the Multi-wavelength laser and possibly to the defined by the second pulse laser detection space, on. This device is for example an optical device, preferably a lens device. The device for adaptation is tuned to the divergence of the laser, or the laser, so that it is ensured that within the detection space or the detection spaces, the laser photons reflected by the object are received by the detection unit.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Erfassungseinheit einen zusätzlichen Detektor, beispielsweise einen optischen Detektor, für die Laufzeitmessung der gesendeten und empfangenen Pulse auf, womit die Entfernung sowie die Geschwindigkeit des Objekts bestimmt werden können. Dieser Detektor für die Laufzeitmessung ist dem Laser zugeordnet, der kurze Pulse erzeugt. Je nach Ausführung der Erfindung, kann es sich um den Kurzpulslaser oder den Multiwellenlängenlaser handeln. Der Detektor zur Laufzeitmessung weist einen Filter auf, welcher bevorzugt die vom Objekt reflektierten Laserphotonen durchlässt, alle anderen Wellenlängen jedoch blockiert. Dadurch wird eine Verbesserung des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses erreicht. Bevorzugt weist der Detektor zur Laufzeitmessung eine oder mehrere schnelle Photodioden mit einer großen Bandbreite auf, welche beispielsweise mit einem Interferenzfilter ausgerüstet sind.In a further embodiment of the invention, the detection unit has an additional detector, for example an optical detector, for the transit time measurement of the transmitted and received pulses, with which the distance as well as the speed of the object can be determined. This detector for the transit time measurement is assigned to the laser, which generates short pulses. Depending on the embodiment of the invention, it may be the short-pulse laser or the multi-wavelength laser. The detector for transit time measurement has a filter, which preferably transmits the laser photons reflected by the object, but blocks all other wavelengths. This achieves an improvement of the signal-to-noise ratio. Preferably, the detector for running time measurement on one or more fast photodiodes with a large bandwidth, which are equipped for example with an interference filter.

Die Laserstrahlungsvorrichtung und die Erfassungsvorrichtung sind bevorzugt an der Außenseite eines beliebigen Fahrzeugs oder einer beliebigen statistischen Infrastruktur angebracht, beispielsweise an der Außenseite eines Flugzeuges oder eines Gebäudes, um Objekte zu detektieren, die in den zu überwachenden Raum des Fahrzeuges oder der Infrastruktur eindringen und ihre Trajektorien innerhalb und außerhalb der Umgebung des Detektionsraumes zu bestimmen. Ferner kann es erforderlich sein, mehrere erfindungsgemäße Systeme an einem Fahrzeug oder an einer Infrastruktur, insbesondere an einem Luftfahrzeug, anzubringen, um Objekte in der Umgebung der sensiblen Bereiche des Fahrzeuges zu detektieren und deren Trajektorien zu bestimmen. Die sensiblen Bereiche eines Fahrzeuges, insbesondere eines Luftfahrzeuges, sind zum Beispiel das Antriebsystem, die Treibstoffversorgung, die Treibstoffbehälter, die Waffensysteme und alle von der Besatzung nicht einsehbaren Bereiche.The laser radiation device and the detection device are preferably mounted on the outside of any vehicle or statistical infrastructure, for example on the outside of an aircraft or a building, to detect objects entering the space to be monitored of the vehicle or infrastructure and their trajectories within and outside the environment of the detection space. Furthermore, it may be necessary to attach a plurality of systems according to the invention to a vehicle or to an infrastructure, in particular to an aircraft, in order to detect objects in the vicinity of the sensitive areas of the vehicle and to determine their trajectories. The sensitive areas of a vehicle, in particular of an aircraft, are, for example, the propulsion system, the fuel supply, the fuel tanks, the weapon systems and all areas not visible to the crew.

Mit einer schnellen Auswertungseinheit wird auf Basis der von der Erfassungseinheit erfassten Signale, der Weg des Objektes durch den Detektionsraum und ggf. der Ursprungsort sowie die Flugbahn des Objekts berechnet. Diese Informationen können der Besatzung und/oder dem Bodenpersonal zur Verfügung gestellt und von diesen verwendet werden, oder selbst von der Auswertungseinheit verwendet werden, um geeignete Gegenmaßnahmen, beispielsweise ein automatisches Ausweichmanöver oder die Weiterleitung von genauen Anweisungen an die Besatzung, einzuleiten. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die von der Auswertungseinheit ermittelten Informationen an eine Ausgabeeinheit weitergeleitet, welche Gegenmaßnahmen ausführt.A fast evaluation unit calculates the path of the object through the detection space and possibly the place of origin as well as the trajectory of the object on the basis of the signals detected by the detection unit. This information may be provided to and used by the crew and / or the ground personnel, or may be used by the evaluation unit to initiate appropriate countermeasures, such as an automatic evasive maneuver or forwarding of detailed instructions to the crew. According to a further aspect of the invention, the information determined by the evaluation unit is forwarded to an output unit which carries out countermeasures.

Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen Detektionsraum bewegenden Objekts bereitgestellt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Detektionsraum mit einem Multiwellenlängenlaser bestrahlt, so dass der Detektionsraum in einzelne Strahlungsräume unterteilt ist. Jeder einzelne Strahlungsraum erfasst einen definierten Raumanteil des Detektionsraums und wird mit einer definierten Wellenlänge bestrahlt. Ferner wird die von dem sich im Detektionsraum bewegenden Objekt reflektierte Strahlung mit einer Erfassungseinheit erfasst. Mit einer Auswertungseinheit wird anschließend auf Basis der von der Erfassungseinheit erfassten Signale der Weg und ggf. auch die Flugbahn und der Ursprungsort des Objekts ermittelt.According to a further aspect of the invention, a method is provided for detecting and determining trajectories of an object moving through a detection space. In the method according to the invention, a detection space is irradiated with a multi-wavelength laser, so that the detection space is subdivided into individual radiation spaces. Each individual radiation space detects a defined volume of space of the detection space and is irradiated with a defined wavelength. Furthermore, the radiation reflected by the object moving in the detection space is detected by a detection unit. Using an evaluation unit, the path and possibly also the trajectory and the place of origin of the object are subsequently determined on the basis of the signals detected by the detection unit.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird simultan zur Bestrahlung des Detektionsraums des Multiwellenlängenlasers ein zweiter Detektionsraum mit einem zweiten Laser bestrahlt. Dabei ist der zweite Laser vorzugsweise ein Pulslaser und der Detektionsraum des Multiwellenlängenlasers weist eine vollständige Überlappung mit dem Detektionsraum des zweiten Lasers auf.According to a further embodiment of the invention, a second detection space is irradiated with a second laser simultaneously with the irradiation of the detection space of the multi-wavelength laser. In this case, the second laser is preferably a pulse laser and the detection space of the multi-wavelength laser has a complete overlap with the detection space of the second laser.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Vermeidung von Schäden an Fahrzeugen und/oder an der Besatzung eines Fahrzeuges bereitgestellt, bei welchem die oben beschriebene Vorrichtung und/oder das oben genannte Verfahren zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen Detektionsraum bewegenden Objekts verwendet wird. In diesem Verfahren werden zusätzlich auf Basis der ermittelten Informationen über das sich bewegende Objekt Gegenmaßnahmen eingeleitet, um Schäden am Fahrzeug und/oder an der Besatzung zu vermeiden. Die Gegenmaßnahmen sind beispielweise automatische Ausweichmanöver, die Weiterleitung von genauen Anweisungen an die Besatzung oder an die Bodenstation oder die Weiterleitung der von der Auswertungseinheit ermittelten Informationen an eine Ausgabeeinheit, welche solche Gegenmaßnahmen ausführt.In a further aspect of the invention, a method is provided for preventing damage to vehicles and / or to the crew of a vehicle, in which the device described above and / or the above-mentioned method for detecting and determining trajectories of a through a detection space moving object is used. In this method, countermeasures are additionally initiated on the basis of the information obtained about the moving object in order to avoid damage to the vehicle and / or the crew. The countermeasures are, for example, automatic avoidance maneuvers, the forwarding of precise instructions to the crew or to the ground station or the forwarding of the information determined by the evaluation unit to an output unit which carries out such countermeasures.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.Further measures improving the invention will be described in more detail below together with the description of several preferred embodiments of the invention with reference to FIGS.

Es zeigt: It shows:

1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Laserstrahlungsvorrichtung, einer Erfassungseinheit und einer Auswertungseinheit; 1 a schematic view of a system according to the invention with a laser radiation device, a detection unit and an evaluation unit;

2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Laserstrahlungsvorrichtung umfassend einen Multiwellenlängenlaser und einen Kurzpulslaser, eine Erfassungseinheit und eine Auswertungseinheit; 2 a schematic view of a system according to the invention with a laser radiation device comprising a multi-wavelength laser and a short pulse laser, a detection unit and an evaluation unit;

3 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Multiwellenlängenlasers; 3 a schematic view of a preferred embodiment of a multi-wavelength laser;

4 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Codierung des Detektionsraums des Multiwellenlängenlasers. 4 a schematic representation of a preferred coding of the detection space of the multi-wavelength laser.

Das in 1 gezeigte System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen Detektionsraum bewegenden (nicht dargestellten) Objekts weist eine Laserstrahlungsvorrichtung und eine Erfassungseinheit, welche an einen Flugzeug angebracht sind, und eine Auswertungseinheit 9 auf. Die Laserstrahlungsvorrichtung besteht aus einem Multiwellenlängenlaser 1 und einem optischen Linsensystem 3 für den Multiwellenlängenlaser 1, mit welchem der Grad der Divergenz der Laserstrahlungsvorrichtung eingestellt wird. Der Multiwellenlängenlaser 1 besteht aus einem kompakten Festkörperlasersystem und erzeugt simultan gepulste Strahlung bei vier unterschiedlichen Wellenlängen (λa, λb, λc, λd). Die Pulsfrequenz der gepulsten Strahlung liegt im Bereich von 10 kHz und die Pulsbreite liegt im Bereich von 1 ns. Der von dem Multiwellenlängenlaser 1 aufgespannte Detektionsraum 14a besteht aus vier unterschiedlichen Strahlungsräume 13a, 13b, 13c, 13d, welche räumlich direkt aneinander angrenzen. Ferner werden die einzelnen Strahlungsräume 13a, 13b, 13c, 13d jeweils mit einer der vier vom Multiwellenlängenlaser 1 bereitgestellten Wellenlängen (λa, λb, λc, λd) bestrahlt, so dass der Detektionsraum 14a des Multiwellenlängenlasers 1 räumlich- und wellenlängencodiert aufgespannt ist, d. h., jeder Strahlungsraum 13a, 13b, 13c, 13d ist einem bestimmten Raumanteil des Detektionsraum 14a und einer bestimmten Wellenlänge (λa, λb, λc, λd) des Multiwellenlängenlaser 1 zugeordnet. Die Erfassungseinheit besteht aus einem Detektorsystem 5, welches ein Linsensystem 6 zur Adaption an den zu erfassenden, definierten Detektionsraum aufweist und vier verschiedenen Detektoren, welche jeweils für eine der vier vom Multiwellenlängenlaser 1 bereitgestellten Wellenlängen (λa, λb, λc, λd) empfindlich sind. Ferner weist die Erfassungseinheit einen Laufzeitdetektor 7 für die vom Multiwellenlängenlaser bereitgestellte gepulste Strahlung auf, welche die Zeit ermittelt, die ein Laserpuls vom Multiwellenlängenlaser 1 zu einem (nicht dargestellten) Objekt und zurück zum Laufzeitdetektor 7 benötigt. Dem Detektor ist ein Linsensystem 8 zur Adaption an den vom Multiwellenlängenlaser 1 zu detektierenden Detektionsraum 14a zugeordnet. Mit diesem Detektorsystem wird die an einem sich im Detektionsraum 14a bewegenden Objekt reflektierte, gepulste Strahlung erfasst. Durchfliegt ein Objekt in 15 m Abstand zur Erfassungseinheit den Detektionsraum 14a mit einer Geschwindigkeit von ca. 900 m/s, so wird es in Abständen von ca. 90 mm von Laserpulsen getroffen, welche ca. 90 ns für den Weg vom Multiwellenlängenlaser 1 zum Objekt und zurück zur Erfassungseinheit benötigen. Durchfliegt das Objekt beispielsweise den Detektionsraum 14a und durchquert dabei die einzelnen Strahlungsräume 13c, 13d, so wird an dem Objekt im ersten Strahlungsfeld 13c Strahlung der Wellenlänge λc reflektiert, welche vom Detektor des Detektorsystems 5 erfasst wird, der für diese Wellenlänge empfindlich ist. Das gleiche geschieht mit Strahlung der Wellenlänge λb wenn sich das Objekt im zweiten Strahlungsraum 13b befindet. Je nachdem, welcher Detektor Signale empfängt, kann daher nachvollgezogen werden, in welchem einzelnen Strahlungsfeld des Detektionsraums 14a sich das Objekt befindet. Die entsprechenden Detektoren des Detektorsystems 5 erhalten daher eine Folge von Signalen, auf Basis derer die Koordinaten des Objekts im Detektionsraum 14a bestimmt werden können. Gleichzeitig wird die Laufzeit jenes Pulses vom Multiwellenlängenlaser 1 zum Objekt und zurück zur Erfassungseinheit gemessen, so dass die Entfernung des Objektes und seine relative Geschwindigkeit zum System ermittelt wird. Auf Basis der erfassten Signale ermittelt die Auswertungseinheit die Flugbahn und den Ursprungsort des Objekts und leitet automatisch ein Ausweichmanöver ein.This in 1 A system for detecting and determining trajectories of an object moving through a detection space (not shown) comprises a laser radiation device and a detection unit, which are attached to an aircraft, and an evaluation unit 9 on. The laser radiation device consists of a multi-wavelength laser 1 and an optical lens system 3 for the multi-wavelength laser 1 with which the degree of divergence of the laser radiation device is adjusted. The multi-wavelength laser 1 consists of a compact solid-state laser system and simultaneously generates pulsed radiation at four different wavelengths (λa, λb, λc, λd). The pulse frequency of the pulsed radiation is in the range of 10 kHz and the pulse width is in the range of 1 ns. The one from the multi-wavelength laser 1 clamped detection space 14a consists of four different ones radiation rooms 13a . 13b . 13c . 13d , which are directly adjacent to each other. Furthermore, the individual radiation rooms 13a . 13b . 13c . 13d each with one of the four from the multi-wavelength laser 1 provided wavelengths (λa, λb, λc, λd) irradiated, so that the detection space 14a of the multi-wavelength laser 1 spatially and wavelength coded is spanned, ie, each radiation space 13a . 13b . 13c . 13d is a certain proportion of space of the detection space 14a and a particular wavelength (λa, λb, λc, λd) of the multi-wavelength laser 1 assigned. The detection unit consists of a detector system 5 which is a lens system 6 for adaptation to the defined detection space to be detected and four different detectors, each for one of the four of the multi-wavelength laser 1 provided wavelengths (λa, λb, λc, λd) are sensitive. Furthermore, the detection unit has a time-of-flight detector 7 for the pulsed radiation provided by the multi-wavelength laser, which determines the time that a laser pulse from the multi-wavelength laser 1 to an object (not shown) and back to the time of flight detector 7 needed. The detector is a lens system 8th for adaptation to the multi-wavelength laser 1 Detection space to be detected 14a assigned. With this detector system is the one in the detection room 14a moving object reflected, pulsed radiation detected. An object passes through the detection space 15 m away from the detection unit 14a At a speed of about 900 m / s, it is hit at intervals of about 90 mm by laser pulses, which are about 90 ns for the way from the multi-wavelength laser 1 to the object and back to the capture unit. For example, the object passes through the detection space 14a and traverses the individual radiation rooms 13c . 13d , so on the object in the first radiation field 13c Radiation of wavelength λc reflected by the detector of the detector system 5 is detected, which is sensitive to this wavelength. The same happens with radiation of wavelength λb when the object is in the second radiation space 13b located. Depending on which detector receives signals, it can therefore be understood in which individual radiation field of the detection space 14a the object is located. The corresponding detectors of the detector system 5 therefore receive a sequence of signals based on which the coordinates of the object in the detection space 14a can be determined. At the same time the duration of that pulse from the multi-wavelength laser 1 measured to the object and back to the detection unit, so that the distance of the object and its relative speed to the system is determined. On the basis of the detected signals, the evaluation unit determines the trajectory and the place of origin of the object and automatically initiates an evasive maneuver.

2 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einer Laserstrahlungsvorrichtung umfassend einen Multiwellenlängenlaser 1 und einen Kurzpulslaser 2, einer Erfassungseinheit und einer Auswertungseinheit 9. Die Laserstrahlungsvorrichtung und die Erfassungseinheit sind an einem beliebigen Fahrzeug oder an einer beliebigen statischen Einrichtung angebracht. Die Laserstrahlungsvorrichtung besteht aus einem Multiwellenlängenlaser 1, ausgerüstet mit einem optischen Linsensystem 3, welches den Grad der Divergenz der Laserstrahlungsvorrichtung regelt. Der Multiwellenlängenlaser 1 stellt kontinuierliche Strahlung bereit und besteht aus einem kompakten Lasersystem, welches simultan kontinuierliche Strahlung bei vier unterschiedlichen Wellenlängen (λa, λb, λc, λd) erzeugt. Der von dem Multiwellenlängenlaser 1 aufgespannte Detektionsraum 14a besteht aus vier unterschiedlichen Strahlungsräumen 13a, 13b, 13c, 13d, welche räumlich direkt aneinander angrenzend angeordnet sind. Ferner werden die einzelnen Strahlungsräume 13a, 13b, 13c, 13d jeweils mit einer der vier vom Multiwellenlängenlaser 1 bereitgestellten Wellenlängen (λa, λb, λc, λd) bestrahlt, so dass der Detektionsraum 14a des Multiwellenlängenlasers 1 räumlich- und wellenlängencodiert aufgespannt ist, d. h. jeder Strahlungsraum 13a, 13b, 13c, 13d ist einem bestimmten Raumanteil des Detektionsraumes 14a und einer bestimmten Wellenlänge (λa, λb, λc, λd) des Multiwellenlängenlasers 1 zugeordnet. Ferner weist die Laserstrahlungsvorrichtung einen zweiten Laser auf, welcher als Kurzpulslaser ausgebildet ist, gepulste Strahlung bereitstellt und einen zweiten Detektionsraum 14b aufspannt. Die Pulsfrequenz der gepulsten Strahlung liegt im Bereich von 10 kHz und die Pulsbreite liegt im Bereich von 1 ns. Ein optisches Linsensystem 4 passt die emittierte Strahlung an den vom Multiwellenlängenlaser 1 bestrahlten Detektionsraum 14a an, so dass die von den beiden Lasern definierten Detektionsräume 14a, 14b eine vollständige räumliche Überlappung aufweisen. Die Erfassungseinheit besteht aus einem Detektorsystem 5, welches ein Linsensystem 6 zur Adaption an den zu detektierenden, definierten Detektionsraum 14a aufweist und vier verschiedene Detektoren, welche jeweils für eine der vier vom Multiwellenlängenlaser 1 bereitgestellten Wellenlängen (λa, λb, λc, λd) empfindlich sind. Ferner weist die Erfassungseinheit einen Laufzeitdetektor 7 für die vom Pulslaser 2 bereitgestellte gepulste Strahlung auf, welcher die Zeit ermittelt, die ein Laserpuls vom Kurzpulslaser 2 zum (nicht dargestellten) Objekt und zurück zum Laufzeitdetektor 7 benötigt. Dem Detektor ist ein Linsensystem 8 zur Adaption an die von den Lasern 1, 2 definierten Detektionsräume 14a, 14b zugeordnet. Mit diesem Detektorsystem wird die an einem sich im überlagerten Detektionsraum 14a, 14b bewegenden Objekt reflektierte Strahlung erfasst. 2 shows a schematic view of a system according to the invention with a laser radiation device comprising a multi-wavelength laser 1 and a short pulse laser 2 , a detection unit and an evaluation unit 9 , The laser radiation device and the detection unit are mounted on any vehicle or on any static device. The laser radiation device consists of a multi-wavelength laser 1 , equipped with an optical lens system 3 which regulates the degree of divergence of the laser irradiation device. The multi-wavelength laser 1 provides continuous radiation and consists of a compact laser system which simultaneously generates continuous radiation at four different wavelengths (λa, λb, λc, λd). The one from the multi-wavelength laser 1 clamped detection space 14a consists of four different radiation rooms 13a . 13b . 13c . 13d , which are arranged directly adjacent to each other spatially. Furthermore, the individual radiation rooms 13a . 13b . 13c . 13d each with one of the four from the multi-wavelength laser 1 provided wavelengths (λa, λb, λc, λd) irradiated, so that the detection space 14a of the multi-wavelength laser 1 spatially and wavelength encoded spanned, ie each radiation space 13a . 13b . 13c . 13d is a certain proportion of space in the detection space 14a and a particular wavelength (λa, λb, λc, λd) of the multi-wavelength laser 1 assigned. Furthermore, the laser radiation device has a second laser which is designed as a short-pulse laser, provides pulsed radiation and a second detection space 14b spans. The pulse frequency of the pulsed radiation is in the range of 10 kHz and the pulse width is in the range of 1 ns. An optical lens system 4 adjusts the emitted radiation to that of the multi-wavelength laser 1 irradiated detection space 14a so that the detection spaces defined by the two lasers 14a . 14b have a complete spatial overlap. The detection unit consists of a detector system 5 which is a lens system 6 for adaptation to the defined detection space to be detected 14a and four different detectors, each for one of the four of the multi-wavelength laser 1 provided wavelengths (λa, λb, λc, λd) are sensitive. Furthermore, the detection unit has a time-of-flight detector 7 for the pulse laser 2 provided pulsed radiation, which determines the time that a laser pulse from the short pulse laser 2 to the (not shown) object and back to the delay detector 7 needed. The detector is a lens system 8th for adaptation to those of the lasers 1 . 2 defined detection areas 14a . 14b assigned. With this detector system is the at a superimposed detection space 14a . 14b Moving object reflected radiation detected.

Durchfliegt ein Objekt in 15 m Abstand zur Erfassungseinheit den überlagerten Detektionsraum 14a, 14b mit einer Geschwindigkeit von ca. 900 m/s, so wird es in Abständen von ca. 90 mm von Laserpulsen des Kurzpulslasers getroffen, welche ca. 90 ns für den Weg vom Multiwellenlängenlaser 1 zum Objekt und zurück zur Erfassungseinheit benötigen. Durchfliegt das Objekt beispielsweise den Detektionsraum 14a durch die einzelnen Strahlungsräume 13c, 13d, so wird an dem Objekt im ersten Strahlungsfeld 13c Strahlung der Wellenlänge λc reflektiert, welche vom Detektor des Detektorsystems 5 erfasst wird, der für diese Wellenlänge empfindlich ist. Das gleiche geschieht mit Strahlung der Wellenlänge λb, wenn sich das Objekt im zweiten Strahlungsraum 13b befindet. Je nachdem, welcher Detektor Signale empfängt, kann daher nachvollgezogen werden, in welchem einzelnen Strahlungsfeld des Detektionsraums 14a sich das Objekt befindet. Die entsprechenden Detektoren des Detektorsystems 5 erhalten daher eine Folge von Signalen, auf Basis derer die Koordinaten des Objekts im Detektionsraum 14a bestimmt werden können. Gleichzeitig wird die Laufzeit jedes Pulses vom Kurzpulslaser 2 zum Objekt und zurück zur Erfassungseinheit gemessen, so dass die Entfernung des Objektes und seine relative Geschwindigkeit zum System ermittelt wird. Auf Basis der erfassten Signale ermittelt die Auswertungseinheit die Flugbahn und den Ursprungsort des Objekts und leitet automatisch die gewonnenen Daten weiter.An object flies through the superimposed detection space 15 m away from the detection unit 14a . 14b at a speed of about 900 m / s, it is hit by laser pulses of the short pulse laser at intervals of about 90 mm, which are about 90 ns for the way from the multi-wavelength laser 1 to the object and back to the capture unit. For example, the object passes through the detection space 14a through the individual radiation rooms 13c . 13d , so on the object in the first radiation field 13c Radiation of wavelength λc reflected by the detector of the detector system 5 is detected, which is sensitive to this wavelength. The same happens with radiation of wavelength λb when the object is in the second radiation space 13b located. Depending on which detector receives signals, it can therefore be understood in which individual radiation field of the detection space 14a the object is located. The corresponding detectors of the detector system 5 therefore receive a sequence of signals based on which the coordinates of the object in the detection space 14a can be determined. At the same time, the duration of each pulse from the short pulse laser 2 measured to the object and back to the detection unit, so that the distance of the object and its relative speed to the system is determined. On the basis of the detected signals, the evaluation unit determines the trajectory and the place of origin of the object and automatically forwards the obtained data.

3 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Multiwellenlängenlasers 1 der Erfindung für die räumliche- und Wellenlängen-Codierung des Detektionsraums 14a. Der Multiwellenlängenlaser 1 besteht aus einer Mehrzahl von Hochleistungsdiodenlaser 16, welche unterschiedliche, zentrale Emissionswellenlängen aufweisen. Dabei ist jeder Hochleistungsdiodenlaser 16 mit einer optischen Faser verbunden, welche die Laserstrahlung führt. Die einzelnen optischen Fasern werden zu einem Bündel 15 zusammengefasst und weiter zusammengeführt. Dabei bestrahlt die von jeder einzelnen Faser ausgehende Strahlung 17 einer definierten Wellenlänge jeweils einen definierten Raumanteil 13a, 13b, 13c, 13d, 13f, 13e des Detektionsraums 14a des Multiwellenlängenlasers 1. Dadurch wird erreicht, dass der Detektionsraum 14a in einzelne, voneinander unterscheidbare, räumlich- und wellenlängencodierte Strahlungsräume 13a, 13b, 13c, 13d, 13f, 13e unterteilt ist. 3 shows a schematic view of a preferred embodiment of the multi-wavelength laser 1 of the invention for the spatial and wavelength coding of the detection space 14a , The multi-wavelength laser 1 consists of a plurality of high power diode lasers 16 which have different, central emission wavelengths. Every high-power diode laser is here 16 connected to an optical fiber which guides the laser radiation. The individual optical fibers become a bundle 15 summarized and further merged. In the process, the radiation emanating from each individual fiber is irradiated 17 a defined wavelength in each case a defined proportion of space 13a . 13b . 13c . 13d . 13f . 13e of the detection room 14a of the multi-wavelength laser 1 , This ensures that the detection space 14a into individual, distinguishable, spatially and wavelength-coded radiation spaces 13a . 13b . 13c . 13d . 13f . 13e is divided.

4 zeigt eine schematische Skizze einer besonderen Codierung des Detektionsraums 14a des Multiwellenlängenlasers 1. In diesem Fall grenzen die einzelnen Strahlungsräume 13a, 13b, 13c, 13d, 13f, 13e nicht alle direkt aneinander, sondern einige Strahlungsräume 13d, 13e, 13f sind überlagernd und orthogonal zu den anderen 13a, 13b, 13c ausgerichtet. Es bilden sich deshalb aus der Überlappung der einzelnen Strahlungsräume 13a, 13b, 13c, 13d, 13f, 13e räumliche Überlappungsbereiche 18, 19, welche durch zwei 18 oder mehr als zwei 19 Wellenlängen charakterisiert sind. Sind den einzelnen Strahlungsräumen 13a, 13b, 13c, 13d, 13f, 13e die Wellenlängen λa, λb, λc, λd, λd, λe und λf entsprechend zugeordnet, so ist zum Beispiel der Überlappungsbereich 18 aus den Strahlungsräumen 13c und 13f durch das Wellenlängenpaar (λc, λf) charakterisiert. Der Überlappungsbereich 19 kommt aus der Überlappung der einzelnen Strahlungsräume 13e, 13a und 13b zustande und ist somit durch das Wellenlängenensemble (λa, λb, λe) charakterisiert. Durchfliegt ein (nicht dargestelltes) Objekt solch einen Überlappungsbereich, so empfangen die zugeordneten Detektoren 5 der Erfassungseinheit eine Folge von Signalen, die charakteristisch für den gegebenen Überlappungsbereich 18, 19 ist. Damit wird erreicht, dass die Anzahl der erforderlichen Wellenlängen für die Codierung des Detektionsraumes 14a reduziert wird. So braucht man in diesem Beispiel nur sechs verschiedene Wellenlängen, um mindestens neun eindeutige Überlappungsbereiche zu definieren. 4 shows a schematic sketch of a special coding of the detection space 14a of the multi-wavelength laser 1 , In this case, the individual radiation spaces border 13a . 13b . 13c . 13d . 13f . 13e not all directly to each other, but some radiation rooms 13d . 13e . 13f are overlying and orthogonal to the others 13a . 13b . 13c aligned. It therefore forms from the overlap of the individual radiation rooms 13a . 13b . 13c . 13d . 13f . 13e spatial overlapping areas 18 . 19 , which by two 18 or more than two 19 Wavelengths are characterized. Are the individual radiation rooms 13a . 13b . 13c . 13d . 13f . 13e the wavelengths λa, λb, λc, λd, λd, λe and λf are assigned accordingly, for example, the overlap area 18 from the radiation rooms 13c and 13f characterized by the wavelength pair (λc, λf). The overlap area 19 comes from the overlap of the individual radiation rooms 13e . 13a and 13b and is thus characterized by the wavelength ensemble (λa, λb, λe). If an object (not shown) passes through such an overlap area, then the associated detectors will receive it 5 the detection unit a sequence of signals that are characteristic of the given overlap area 18 . 19 is. This ensures that the number of required wavelengths for the coding of the detection space 14a is reduced. Thus, in this example, only six different wavelengths are needed to define at least nine distinct overlap areas.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen.The invention is not limited in its execution to the above-mentioned preferred embodiment. Rather, a number of variants are conceivable, which make use of the illustrated solution even with fundamentally different types of execution.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
MultiwellenlängenlaserMulti-wavelength laser
22
Pulslaserpulse laser
33
Optisches Linsensystem des MultiwellenlängenlasersOptical lens system of the multi-wavelength laser
44
Optisches Linsensystem des PulslasersOptical lens system of the pulse laser
55
Detektorsystem zum Multiwellenlängenlaser mit optischem Linsensystem 6 Detector system for multi-wavelength laser with optical lens system 6
66
Linsensystem des Detektorsystems zum MultiwellenlängenlaserLens system of the detector system for multi-wavelength lasers
77
Laufzeitdetektor mit optischem Linsensystem 8 Time-of-flight detector with optical lens system 8th
88th
Linsensystem des LaufzeitdetektorsLens system of the transit time detector
99
Auswertungseinheitevaluation unit
13a bis 13f13a to 13f
Einzelne Strahlungsräume des MultiwellenlängenlasersSingle radiation chambers of the multi-wavelength laser
14a14a
Detektionsraum des MultiwellenlängenlasersDetection space of the multi-wavelength laser
14b14b
Detektionsraum des PulslasersDetection space of the pulse laser
1515
Faserbündelfiber bundles
1616
HochleistungsdiodenlaserHigh-power diode lasers
1717
Faserausgänge zu HochleistungsdiodenlaserFiber outputs to high power diode lasers
1818
Überlappungsbereich von zwei StrahlungsräumenOverlap area of two radiation rooms
1919
Überlappungsbereich von drei StrahlungsräumenOverlap area of three radiation rooms

Claims (11)

System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objektes, umfassend eine Laserstrahlungsvorrichtung welche zumindest einen Multiwellenlängenlaser (1) aufweist, welcher den ersten Detektionsraum (14a) mit Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen bestrahlt, wobei die Laserstrahlungsvorrichtung derart ausgebildet ist, dass der erste Detektionsraum (14a) in eine Vielzahl einzelner Strahlungsräume (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) unterteilt ist, wobei jeder einzelne Strahlungsraum (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) einen definierten Raumanteil des ersten Detektionsraums (14a) abdeckt und jeder einzelne Raumanteil mit einer definierten Wellenlänge des Multiwellenlängenlasers (1) bestrahlt ist, wobei – die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte Strahlung gepulst ist oder – die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte Strahlung kontinuierlich oder gepulst ist und die Laserstrahlungsvorrichtung einen zweiten Laser (2) aufweist, welcher einen zweiten Detektionsraum (14b) mit gepulster Strahlung bestrahlt, wobei der erste Detektionsraum (14a) im zweiten Detektionsraum (14b) enthalten ist, eine Erfassungseinheit (5), welche zumindest einen Detektor aufweist, welcher reflektierte Strahlung des sich im ersten Detektionsraum (14a) bewegenden Objekts erfasst, und einen Detektor (7) zur Messung des Zeitunterschieds zwischen Pulsemission und Detektion der vom Objekt reflektierten Strahlung aufweist, und eine Auswertungseinheit (9), welche auf Basis der von der Erfassungseinheit (5) erfassten Signale zumindest den Weg des Objektes durch den ersten Detektionsraum (14a) und die Flugbahn sowie den Ursprungsort des Objektes bestimmt.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object, comprising a laser radiation device which at least one multi-wavelength laser ( 1 ) having the first detection space ( 14a ) irradiated with radiation of different wavelengths, wherein the laser radiation device is designed such that the first detection space ( 14a ) into a plurality of individual radiation rooms ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ), each individual radiation space ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ) a defined space portion of the first detection space ( 14a ) and each individual proportion of space with a defined wavelength of the multi-wavelength laser ( 1 ) is irradiated, wherein - that of the multi-wavelength laser ( 1 ) emitted radiation is pulsed or - by the multi-wavelength laser ( 1 ) emitted radiation is continuous or pulsed and the laser radiation device, a second laser ( 2 ), which has a second detection space ( 14b ) is irradiated with pulsed radiation, wherein the first detection space ( 14a ) in the second detection space ( 14b ), a registration unit ( 5 ), which has at least one detector, which reflects reflected radiation of the first detection space ( 14a ) moving object, and a detector ( 7 ) for measuring the time difference between pulse emission and detection of the radiation reflected by the object, and an evaluation unit ( 9 ), which are based on the data from the registration unit ( 5 ) detected signals at least the path of the object through the first detection space ( 14a ) and the trajectory and the place of origin of the object. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach Anspruch 1, wobei der erste Detektionsraum (14a) des Multiwellenlängenlasers (1) und der zweite Detektionsraum (14b) des zweiten Lasers im wesentlichen eine vollständige räumliche Überlappung aufweisen.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b moving object according to claim 1, wherein the first detection space ( 14a ) of the multi-wavelength laser ( 1 ) and the second detection space ( 14b ) of the second laser have substantially complete spatial overlap. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte, gepulste Strahlung kurze Pulse mit Pulsbreiten im Nanosekundenbereich und Repetitionsraten im kHz-Bereich und höher aufweist.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to any one of the preceding claims, wherein the multi-wavelength laser ( 1 ), pulsed pulses having short pulses with pulse widths in the nanosecond range and repetition rates in the kHz range and higher. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Strahlungsräume (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) einen elliptischen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to one of the preceding claims, wherein the individual radiation spaces ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ) have an elliptical or circular cross-section. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die einzelnen Strahlungsräume (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) des Multiwellenlängenlasers (1) räumlich aneinander angrenzen oder räumlich überlappend angeordnet sind. System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to one of the preceding claims, wherein the individual radiation spaces ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ) of the multi-wavelength laser ( 1 ) are spatially adjacent to each other or spatially overlapping. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach Anspruch 5, wobei die räumlich überlappenden Strahlungsräume (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) des Multiwellenlängenlasers (1) zueinander so ausgerichtet sind, dass Raumbereiche des ersten Detektionraums (14a) entstehen, welche durch mehrere Wellenlängen bestrahlt sind.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to claim 5, wherein the spatially overlapping radiation spaces ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ) of the multi-wavelength laser ( 1 ) are aligned with each other so that space regions of the first detection space ( 14a ), which are irradiated by several wavelengths. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Multiwellenlängenlaser (1) aus mehreren fasergekoppelten Hochleistungsdiodenlasern (16) besteht, wobei jede einzelne Faser jeweils einen festen Raumanteil mit Strahlung einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt oder wobei der Multiwellenlängenlaser (1) aus einem oder mehreren kompakten Halbleiter- oder Festkörperlasern besteht.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to one of the preceding claims, wherein the multi-wavelength laser ( 1 ) of a plurality of fiber-coupled high-power diode lasers ( 16 ), each individual fiber each irradiating a fixed volume of space with radiation of a specific wavelength, or with the multi-wavelength laser ( 1 ) consists of one or more compact semiconductor or solid state lasers. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinheit (5, 7) des Systems mehrere Detektoren aufweist, von denen jeder einzelne zur Erfassung einer bestimmten Wellenlänge eingestellt ist.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to one of the preceding claims, wherein the detection unit ( 5 . 7 ) of the system has a plurality of detectors, each of which is set to detect a particular wavelength. System zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinheit (5, 7) des Systems eine optische Linsenvorrichtung zur Adaption an den durch den Multiwellenlängenlaser (1) bzw. an den durch den zweiten Laser (2), definierten und zu detektierenden Detektionsraum (14a, 14b) umfasst.System for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object according to one of the preceding claims, wherein the detection unit ( 5 . 7 ) of the system an optical lens device for adaptation to the by the multi-wavelength laser ( 1 ) or to the by the second laser ( 2 ), defined and to be detected detection space ( 14a . 14b ). Fahrzeug oder statische Infrastruktur mit einem System nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Detektion und Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts.Vehicle or static infrastructure with a system according to one of the preceding claims for the detection and determination of trajectories of a first or higher detection space ( 14a . 14b ) moving object. Verfahren zur Detektion und zur Bestimmung von Trajektorien eines sich durch einen ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts, welches folgende Schritte aufweist: a) Bestrahlen des ersten Detektionsraums (14a) mit einem Multiwellenlängenlaser (1), wobei der erste Detektionsraum (14a) in einzelne Strahlungsräume (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) unterteilt wird, so dass jeder einzelne Strahlungsraum (13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f) einen definierten Raumanteil des ersten Detektionsraums (14a) erfasst und jeder einzelne Raumanteil mit einer definierten Wellenlänge des Multiwellenlängenlasers (1) bestrahlt wird, wobei – die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte Strahlung gepulst ist oder – die vom Multiwellenlängenlaser (1) emittierte Strahlung kontinuierlich oder gepulst ist und simultan ein zweiter Detektionsraum (14b) mit einem zweiten Laser (2) mit gepulster Strahlung bestrahlt wird, wobei der erste Detektionsraum (14a) im zweiten Detektionsraum (14b) enthalten ist; b) Erfassen einer reflektierten Strahlung eines sich im ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts mit einer Erfassungseinheit (5); c) Erfassen des Zeitunterschieds zwischen Pulsemission und Detektion der vom Objekt reflektierten, gepulsten Strahlung mit der Erfassungseinheit (5); d) Bestimmen des Weges und des Abstandes und der Geschwindigkeit eines sich im ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts mit einer Auswertungseinheit (9) auf Basis der von der Erfassungseinheit (5) erfassten, reflektierten Laserstrahlung; e) Bestimmung der Trajektorie und des Ursprungsorts des sich im ersten oder überlagerten Detektionsraum (14a, 14b) bewegenden Objekts.Method for detecting and determining trajectories of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object, comprising the following steps: a) irradiating the first detection space ( 14a ) with a multi-wavelength laser ( 1 ), the first detection space ( 14a ) into individual radiation rooms ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ), so that each individual radiation space ( 13a . 13b . 13c . 13d . 13e . 13f ) a defined space portion of the first detection space ( 14a ) and each individual proportion of space with a defined wavelength of the multi-wavelength laser ( 1 ) is irradiated, whereby - that of the multi-wavelength laser ( 1 ) emitted radiation is pulsed or - by the multi-wavelength laser ( 1 ) emitted radiation is continuous or pulsed and simultaneously a second detection space ( 14b ) with a second laser ( 2 ) is irradiated with pulsed radiation, wherein the first detection space ( 14a ) in the second detection space ( 14b ) is included; b) detecting a reflected radiation of a in the first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object with a detection unit ( 5 ); c) detecting the time difference between pulse emission and detection of the object-reflected, pulsed radiation with the detection unit ( 5 ); d) determining the path and the distance and the speed of a first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object with an evaluation unit ( 9 ) based on that of the registration unit ( 5 ) detected, reflected laser radiation; e) determination of the trajectory and the place of origin of the first or superimposed detection space ( 14a . 14b ) moving object.
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