DE1548417C - Anordnung zur optischen Ortung von schnellen Flugkörpern, insbesondere Satelliten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur trägheitslosen, nichtmechanischen Ablenkung von Licht, und ihr Anwendungsgebiet liegt bei der optischen Ortung von Flugkörpern, insbesondere von Satelliten.

Bei den bisherigen Methoden der Satellitenortung wird der Satellit durch ein Fernrohr mit Fadenkreuz anviesiert, und gleichzeitig wird der Ortungsimpuls emittiert mit einer Frequenz von etwa 10 Hz. Ein wesentlicher Nachteil der bisher bekannten Ortungsverfahren ist die geringe Trefferwahrscheinlichkeit, die ihre Ursache in verschiedenen atmosphärischen Einflüssen hat, wie beispielsweise Turbulenz- und Absorptionserscheinungen.

Es ist bekannt, daß man durch Ultraschall einen Lichtstrahl ablenken kann, und der gegenwärtige Stand der Technik auf diesem Gebiet ist aus den folgenden Veröffentlichungen zu ersehen:

1. Lip η ick, R., Reich, A., Schwen, G., »Nonmechanical scanning of light using acoustic waves«,

Proc. IEEE, Vol. 52, Juli 1964, S. 853 bis 854.

2. Lipnick, R., Reich, Α., Schwen, G., »Nonmechanical scanning of light in One and Two Dimensions«,

Proc. IEEE, Vol. 53, März 1965, S. 321.

3. F 1 i η c h b a u g h , D. E.,

»Focusing Ultrasonic System Applicable to Two-. Dimensional Optical Beam scanning and Laser output Modulation«,
JASA, Vol. 3, N. 6, Juni 1965, S: 975.

Für die optische Ortung ergibt sich die Aufgabenstellung, den ortenden Lichtstrahl durch Ablenkung in ein Abtastsystem einzuordnen, und bei der Ortung von schnell bewegten Objekten, insbesondere Satelliten, dürfte eine spiralförmige Ablenkung die günstigste Lösung darstellen.

Eine spiralförmige Ablenkung, wie sie bei der Ortung von Satelliten und schnellen Flugkörpern benötigt wird, kann man durch eine zeitlich lineare *o Änderung der Ultraschallamplitude erreichen. Die Änderung der Ultraschallamplitude wird durch eine Änderung der Spannung an den Schallsendern hervorgerufen. Diese Änderung muß bei dem angegebenen Verwendungszweck mit einer verhältnismäßig hohen Frequenz (in der Größenordnung von 10^e Hz) vorsichgehen, und die Spannungen betragen bei den gewünschten Ablenkwinkeln (siehe Lit. 2) rund 1000 Volt.

Zur Erzeugung der spiralförmigen Ablenkung benötigt man zwei Ultraschallsender mit entsprechender zeitlicher Amplitudenmodulation. Die Amplitudenmodulation bei den hohen Frequenzen und Spannungen ist aber nur mit größerem Aufwand zu erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schwierigkeiten der Amplitudenmodulation zu umgehen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Ultraschallküvette Schwebungen durch je zwei zueinander senkrecht stehende und in ihrer Phase um 90° verschobene Ultraschallfelder erzeugt werden.

Ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Die F i g. 1 zeigt die Anordnung in einer Seitenansicht. Vier Ultraschallsender (ei, C₁', C2, Q₂) werden senkrecht zueinander um eine mit einer bestimmten Flüssigkeit gefüllten Küvette K angeordnet. Die Schallgeber (ζ. B. Quarze) ragen in die Küvette hinein. Der Sender S, wird mit der Frequenz v, der Sender S₁' wird mit der Frequenz ν + A betrieben. Der Sender S₂ wird mit der Frequenz ν und der Sender S₂' wird mit der Frequenz v+ A betrieben. Die Sender S₂ und S₂ sind gegenüber den Sendern S₁ und S₁' in 5. ihrer Phase um φ = 90° verschoben. Alle Sender haben die gleiche, zeitlich konstante Amplitude.

Die Änderung der Schallamplitude, hervorgerufen von den Sendern S₁ und S₁, in einem Punkt der Küvette (z. B. χ = 0, y.= 0) berechnet sich zu:

IO y = A₀ [cos ωί + cos (ω + Δώ)ί]

= 2A₀ cos (-^ω-±"-±^Α™-\ cos ^L t \ 2 ) 2

= 2A₀ cos f cos Mt. (ο) = 2 πν)

Unter der Annahme, daß Δω «ω, gilt

2ω -\- Δω

— --ω.

Die Änderung der Schallamplitude, hervorgerufen von den Sendern S₂ und S₂', wobei die Phase gegenüber S₁ und S₁' um φ — 90° verschoben ist, ergibt:

A_x = A₀ [sin ωί + sin (ω + Δω)ί]

Δω
= 2A_n cos / sin ωί.

Die Ablenkung ist proportional der Änderung des Brechungsindex An; Δ η hängt, mit der Änderung der Dichte A ς der Küvettenflüssigkeit zusammen, und Δ ς ist eine Funktion der Schallamplitude. Diese Zusammenhänge sind aus der einschlägigen Literatur, z. B. Born »Optik«, und Bergmann — Schäfer »Lehrbuch der Experimentalphysik, Bd. 1 « bekannt.

Durch Überlagerung der vier Schallsender ergibt sich die folgende Darstellung der Ablenkkurve:

A ω

X = K cos / sin ω ί,

Δω

y = K cos ~— / cos ω t. 2

ω gibt die Gesamtzahl der Umläufe pro Sekunde an und -«— die Anzahl der ausgeführten Spiralen. K ist

eine Konstante, in der die Eigenschaften der Flüssigkeit, Schallamplitude usw. enthalten sind und die die maximale Ablenkung angibt. Wenn die Phasenverschiebung nicht genau 90° ist, werden die verschiedenen Lissajous-Figuren in ihrer Spiralform erzeugt. Die Form der Kurve ist in F i g. 2 dargestellt. Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß man mit Sendern, die eine zeitlich konstante Amplitude haben, eine zeitlich

Claims (5)

1. 3 4
2. variable, insbesondere spiralförmige, Ablenkung er- gung einer spiralförmigen Ablenkung der gebün-
3. halten kann. delten Lichststrahlung, insbesondere eines Laserstrahles, dadurch gekennzeichnet, daß
4. Patentanspruch: in _ei_ner Ultraschallküvette Schwebungen durch je
5. 5 zwei zueinander senkrecht stehende und in ihrer

   Anordnung zur optischen Ortung von Flug- Phase um 90° verschobene Ultraschallfelder er-

   körpern, insbesondere von Satelliten mit Erzeu- zeugt werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen