DE1548838B2 - Verfahren zur Bestimmung der Raumwinkelkoordinaten eines Gegenstandes in Bezug auf die Achse eines Laserstrahls - Google Patents

Description

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Raumwinkelkpprdinaten eines Gegenstands auf be- regung des Ultraschallelements 18, und zwar zufolge sonders einfache Weise bestimmt werden können, einer einstellbaren Verzögerungsvorrichtung (nicftt ohne daß hierzu die Laufzeit des Laserstrahls zwir gezeigt). Ein Spiegel 22 ist dabei so schräg ängeordschen dem Laser und dem betreffenden Gegenstand net, daß bei einer gegebenen, zur Selbstfluoreszens berücksichtigt werden muß. 5 des Rubinlaserstabes 20 ausreichenden Pumgröße

Geinäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der der- größere Teil der von dem betreffenden Rubinr Erfindung wird der Laserstrahl in Impulsen ausr laserstab abgegebenen Strahlen abgelenkt wird als zu gesandt, die mindestens so jang sind wie die Ah- diesem zurückkehrt. Auf diese Weise ist die Abgabe lenkdauer des Laserstrahls vom Anfangspunkt zum von Laserstrahlen verhindert. Damit ist der optische Endpunkt und zurück. Hierdurch können, vyie noch io Rückkpppiungskreis des Rubinlaserstabs gesperrt, ersichtlich werden wird, in besonders einfacher Die Verzögerungszeitspanne ist dabei sp "gewab.lt, Weise die Raumwinkelkgordmaten eines Gegen- daß die Zelle bzw. das Ültraschallelement 18 mit stands bestimmt werden. Auftreten eines hohen Spannungsimpulses betätigt

Gern^ß einer noch weiteren zweckmäßigen Aus- wird und eine Ultraschallwelle d\irch das ψ ihr νρίτ gestaltung der Erfindung wird überdies — wje an 15 handene Medium zu einem Zeitpunkt hinc(urchläßt, sjch bekannt -— der Zeitabs jand zwischen dem Ausr zu dem die Überentwicklung ypn angeregten Atomen senden der- Impulse upd ^?¹? Eiritreffßn der reflekr innerhalb des Laserstabes bzw. Rubinlaserstabes ein tierfen fmpulse gemessen. Hierdurch kann auf relativ Maximum erreicht hat. Die Eigenstrahlung des einfache Weise zusätzlich die Entfernung des be·: Rubinlasersjabes 2Q gelangt durch die Zelle' bzw. treffenden Gegenstands von der Aufnahmestelle der 29 das yitraschailelernent'18 zu dem Spiegel 22 hjn und reflektierten impulse bestimmt werden. wird durch die Ultraschalhyelle beeinflußt unid ab-:

An Hand vpn Zeichnungen wird die Erfindung gelenkt. Dadurch tritt ein Zustand auf, bei dem die nachstehend näher erläutert. Laserstrahlung rechtwinklig zu dem !Spiegel 22 ge^

E i g. i zeigt schematisch eine gemäß der Erfindung richtet ist. Zu diesem Zeitpunkt setzt eine starke arbeitende Anordnung; 25 positive Rückkppplung auf den Rubinla^erstrahl ein,

Fig. 2 zeigt sctiernatisch den Verlauf pines iin zufoige derer ein sehr starker-Strahlungsentladungs-R.aum auftretenden Laserstrahls; stoß auftritt. Durch periodisches Erregen des Ultra-

pi g. 3 zeigt schematisch einen spiralig abgelenk- schalielements 18 während der normalen Laserstrahls ten Laserstrahl; erzeugung kann sgmit eine entsprechende Anzahl

F i g. 4 zeigt den Verlauf eines Modulationssignals 39 relativ starker Impulse erhalten werden,
und vpn Ιμιρμίεε^ die von ßinem Gegenstand reflek_T Das der- Arbeitsweise der optischen Abtastyorrieh-

tiert sind, dessen J^aumwinkelkoordinaten zu h?- rung 12 zugrunde liegende grundsätzliche physikastimrnen sind. lische Prinzip beruht darauf, dajß ein Lichtstrahl nach

Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung zur. Bestirnt Durchlaufen eines Abschnitts mit normalem Dichte^ mung der Raumwinkeikoprdinaten eines Gegenstands 35 gradienten in Richtung der Lich|tfo.rtpflanzung zum weist als Hauptbestandteile ejpe al§ ^aser zu bezeich- " Abschnitt höherer^ Dichte hin gebündelt wird. Pure]} nende, Laserstrahlen erzeugende Anordnung IQ, ejne Einführen einer, stehenden Ultraschallwelle jn ein zweidimensipnale Abtastvorrichtung 12 für pptische brechendes Medium tritt somit ein zeitlich yeränderT Strahlen, ein Laseraustastelernent 18, ein ' Sende^ Ucher sinusförmiger pkhtegradient auf, zufoige des_r teleskop 14 und ein Empfangsteleskap 16 mit ejnem ₄o sen ein Lichtstrahl abwechselnd auf jeder Seite durch Lichternpf angselernent 30 auf. B,ei der betreff enden eine Dmckkhotenflacjie hindurchgelangt.
Anordnung erfpigt die Ablenkung und Abtastung' "Der impulsweise beeinflußte Laserstrahl wird, eines Laserstrahls, bezogen auf die Achse eines opti- durch eine d|e bereifs erwähnte zwfeidimensionale Atjr sehen §endeteleskpps, mittels Ultraschall, wodurch testvorrichtung;" 12 'darsteliende Ültraschall-Abtastr ein durch das Teleskopblickfeld gegebener Tpil des 45 zelle 12 hindurchgeleitet, in der ein zweidimensionar Himmels periodisch angestrahlt wird. ler spiraiiger AbtEistsbahl ep:eugt wjrd, wie dies

Der Laser IQ wird mit Hilfe eines eindimensionaT F i g. 2 erkennen läßt. In diesem Zusammenhang sp\ len Ultraschailelements 18 gesteuert, das dur-pj^ eine bemerkt, daß zwei AhlenkzeÜen, nämlich eipe für die in einer Modulationsschaltung 29 erzeugte Schall- horizontaie Richtung und eine für, die vertikale Richr welle geeigneter Frequenz erregt wird. Auf diese 5? tung, verwendet we.r4en kennen, daß es aber auch Weise werden von dem Laser 10 in geeigneter Zeit- mggjich ist, nur eine einzige Zelle zu verwenden, die folge und Dauer Impulse abgegeben. Das Ultra- einen zweidimensionalen Abtaststrahl liefern. Werden Schallelement bzw. UJtraschallsteuerelernent 18 be- füf "diei Abtastzeile 121 zwei Ültra'schallzellen verwenfindet sich in einem LaserrRückkopplungshghjraurn det, §0 wird durc^ jede Zelle ein sinusförmig sich zwischen einem Laserstab 20, der beispielsweise'ein 55 bewegender Lichtfleck erzeugt. ^Verden b.eide Zellen Rubinlaserstab sein kann, und einem eine Total- " nut Signale'n gleicher Ereqüenz, jedoch mit einer Pha_T reflexion bewirkenden Endspiegel 22. Obwohl vor- senverschiebung vpn 9,Q? zueinander angesteuert, so zugsweise ein Ültraschallelement yerwendet wird, ergibt sich ein kreisförmig verlaufender ^htaststrahL können auch andere Vorrichtungen, wie ein Dreh- Dieser- Abtaststrahl kann durch entsprechjende Mpdur spiegel oder eine Kerrzelle, in dem Laser-Rück- .69 iatipn auf einer spiraligen BaJm geführt werden; die koppivmgshpl]lraurn zur entsprechenden Steuerung Modulation erfolgt dabei in den Zellen durch die oder eine QrSchaitung eingeheizt werden. Ein partiell Schallwellen. In den betreffenden Zellen erfolgt eme reflektierender HOhlräurn-Endspiegel 24 schließt den Modulation "des Radius des Abtastkreises' mit einer Laserhohlraum ab. Ferner ist noch in bekannter Frequenz, die niedriger ist als die Ültraschallfreqperiz. Weise eine Pumplichtquelle 26 mit zugehöriger §5 Dadurch erhält man eine zweidimensipnale Hüll-Speisequeile 27 vorgesehen." '""" " kurve! Der Block29> stellt in diesem Zusammenhang

Das Pumpen des Rubinlaserstabes 20 erfpigt mit- eine entsprechende Modujationsschaltung dar, und tels der 'Pumplic^tquelle 2fi^J zunächst vor der Er- der Block 31 stellt eine Speisequelle dar.

Der spiralig verlaufende Laserstrahl wird über ein durch eine Linse 17 verkörpertes optisches Übertragungssystem durch das Sendeteleskop 14 abgestrahlt. Hierdurch wird ein durch das Fernrohrblickfeld gegebener Teil des Himmels angestrahlt. Von einem innerhalb des Fernrohrblickfeldes befindlichen, nachstehend auch als Ziel bzw. Objekt bzw. Zielobjekt bezeichneten Gegenstand, wie einem Satelliten, wird ein Lichtsignal reflektiert, das mit Hilfe des Empfangsteleskops 16 aufgenommen und dem durch einen Photodetektor gebildeten Lichtempfangselement 30 zugeführt wird. Die von dem Photodetektor 30 abgegebenen Ausgangsimpulse können dann einer Kathodenstrahlröhre 32 zur Sichtanzeige zugeführt werden, und außerdem können sie einer elektrischen Zeitschaltung 35 und einer Rechenanlage 34 zugeführt werden. In diesen Vorrichtungen wird dann die Zeitspanne zwischen den betreffenden Impulsen gemessen, und ferner wird die Größe des Raumwinkels des betreffenden Gegenstands bzw. Ziels, bezogen auf die Achse des Sendeteleskops und damit bezogen auf die Achse des ausgesendeten Laserstrahls, berechnet, wie dies nachstehend näher beschrieben werden wird. Nach Auslösen des Lasers durch die Triggerschaltung 33 nimmt die Rechenanlage 34 einen Impuls von der Modulationsschaltung 29 auf und erhält damit eine den Zeitpunkt Null festlegende Bezeichnung sowie eine Bezugsgröße zur Zeitmessung durch Empfang von von dem entsprechenden Ziel bzw. Gegenstand reflektierten Impulsen.

Die Ultraschall-Abtastvorrichtung 12, in der eine Modulation in zwei Richtungen erfolgt, muß mit Signalen hinreichend hoher Amplitude angesteuert werden, damit innerhalb der Begrenzungen des Teleskopblickfeldes erforderliche Feldabdeckungen erzielt werden. Der Verlauf des spiraligen Abtaststrahls erfolgt dabei vom Mittelpunkt aus nach außen hin und dann umgekehrt zum Mittelpunkt zurück. Der Laser 10 wird dann gepumpt und gesteuert, um einen einzigen Impuls konstanter Intensität von solcher Dauer abzugeben, die gleich oder ein wenig langer ist als die Dauer eines Zyklus der Strahlabtast-Modulationsfrequenz. Die Synchronisierung der Impulsauslösung bei der Nullablenkposition des Strahlabtast-Modulationszyklus erfolgt durch eine in der Modulationsschaltung 29 enthaltene Synchronisierschaltung, und zwar derart, daß der Laserstrahl spiralig nach außen verläuft und während der Abtastzeitspanne wieder nach innen zurückkehrt. Befindet sich das Ziel bzw. der Gegenstand innerhalb des Blickfeldes des Sendeteleskops, so trifft der ausgesandte Laserstrahl auf das betreffende Ziel zweimal auf, nämlich einmal während des spiraligen Nachaußenlaufens und einmal während des spiraligen Nachinnenlaufens. Durch Empfang der beiden reflektierten Signale bzw. Impulse und Messung der Zeitspanne zwischen diesen beiden Signalen bzw. Impulsen ist die Azimut- und Radial-Position des betreffenden Zieles, das sind die Raumwinkelkoordinaten, bezogen auf die Achse des Teleskops und damit bezogen auf die Achse des ausgesandten Laserstrahls, unabhängig von der Entfernung eindeutig bestimmt. Durch Messung der Zeitspanne vom Zeitpunkt Null bis zum Empfang der beiden Signale bzw. Impulse läßt sich ein die Entfernung des Zieles von der beschriebenen Meßanordnung angebendes Signal gewinnen.

Die Information kann dabei so oft korrigiert werden, wie der Laser impulsweise betrieben wird. Deshalb reicht eine mechanische Teleskopbewegung aus, um das betreffende Zielobjekt bzw. Ziel innerhalb des Teleskopblickfeldes zu halten. Der die Teleskopbewegung ausführende Mechanismus ist als Block 36 dargestellt; er bewegt beide Teleskope synchron in Abhängigkeit von Nachlaufsteuersignalen, um dadurch die betreffenden Teleskope jeweils auf das in Frage kommende Ziel auszurichten.

In F i g. 2 ist das im Raum unter einem festen Winkel auftretende Laserabtastmuster dargestellt; der betreffende Winkel ist durch die Punkte 1 bis 4 bestimmt, welche die Größe des Teleskopblickfeldes angeben. In F i g. 3 ist der Verlauf einer Laserstrahl-Abtastspur gezeigt, wobei zur Vereinfachung der Darstellung der Abstand zwischen den Abtastlinien übertrieben weit gewählt ist und der Laserstrahl als eine einzige Linie an Stelle einer solchen mit bestimmter Breite dargestellt ist, wie dies in einem tatsächlich ausgeführten System zur Erzielung einer vollständigen Blickfeldbeleuchtung während einer Abtastzeitspanne der Fall ist. Die in F i g. 3 dargestellte Laserstrahl-Abtastspur läuft darüber hinaus nur von innen nach außen, nicht aber auch von außen nach innen, wie dies beim tatsächlichen Betrieb der Fall ist. Eine Abtastspur mit kreisförmigem Verlauf wird dadurch erzeugt, daß der Laserstrahl durch die zweidimensionale Abtastvorrichtung 12 oder durch zwei eindimensionale Ultraschall-Abtastvorrichtungen hindurchgeleitet wird. In jedem Falle werden zwei Ultraschall-Stehwellen erzeugt, die bei gleicher Frequenz f_s um 90° zueinander phasenverschoben sind. Wie vorstehend ausgeführt, erfolgt die betreffende Abtastung aufeinanderfolgend, wodurch eine nach innen und eine nach außen verlaufende Spirale durch Amplitudenmodulation des Schalldruckes in beiden Wellen mit einer niedrigeren Frequenz f_m erzeugt wird. Demgemäß kann jeder Punkt in der Spirale eindeutig ausgedrückt werden, und zwar 1. durch die Zeitspanne vom Zeitpunkt Null der Amplitude in dem Modulationszyklus, 2. durch die beiden Frequenzen, nämlich durch die Abtastfrequenz und durch die Modulationsfrequenz, und 3. durch den maximalen Ablenkwinkel.

Dies erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß jeder Punkt auf der nach außen laufenden Spirale durch R (Teleskop-Achsenentfemungswinkel) und Θ (Azimut-Position) bestimmt wird, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist und wie dies nachstehend mathematisch ausgedrückt ist:

Die in den vorstehenden Gleichungen enthaltenen einzelnen Zeichen besitzen folgende Bedeutung:

R₀ = dem maximalen Ablenkwinkel entsprechender

Radialwinkel,
f_m = Modulationsfrequenz

(typischer Wert 1000 Hz),
f_s = Abtastfrequenz (typischer Wert 100 kHz),
t = Zeitspanne von R = Q (Null-Amplitudenposition im Modulationszyklus) zur Radialposition des Zieles.

Diese Beziehungen sind in F i g. 4 dargestellt, in der der Verlauf des Modulationsfrequenzsignals und von Impulsen gezeigt ist, die von einem unter der in F i g. 3 angegebenen Position befindlichen Ziel emp-

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fangen worden sind. In der Zielposition B trifft der Da es nur eine Zeitdifferenzmessung zwischen den

ausgesandte Laserstrahl auf das in Frage kommende empfangenen Impulsen ist, ist darüber hinaus eine Ziel bzw. Objekt zweimal auf, da er spiralig nach hohe Bildgüte besitzende Optik nicht erforderlich, außen und nach innen verläuft. Dadurch wird eine Dadurch ist die Anwendung eines Sammelsystems mit Empfangs-Signalspur erzeugt, wie sie in F i g. 4 dar- 5 großer Blendenöffnung möglich, wodurch die Wahrgestellt ist. scheinlichkeit der Erkennung eines Zieles bzw. Ob-Sind die Modulationsfrequenz f_m und die Zeit- jekts erhöht ist und/oder die einen Betrieb der bespanne Δ t (Zeitspanne zwischen den empfangenen trachteten Anordnung noch zulassende Entfernung Impulsen) bei dem empfangenen Signal bekannt, so vergrößert ist. Die Ultraschall-Abtastvorrichiung 12 kann der Wert für t aus der nachstehenden Beziehung 10 kann während des Betriebs kontinuierlich arbeiten, berechnet werden: wobei der im Impulsbetrieb arbeitende Laser 10 zur

Winkelmessung synchron mit der Nullpunkt-Ampli- t = ¹Zs(Vf_n,-At), tude auf der Modulationshüllkurve arbeitet.

Wie oben ausgeführt, kann zusätzlich zur Messung

und dementsprechend können R und Θ wie folgt aus- 15 der Zeitspanne zwischen Abgabe eines Laserstrahls gedrückt werden: und Empfang der beiden Impulse von dem in Frage

kommenden Ziel bzw. Gegenstand eine Entfernungs-

^ ⁼ -^o(I^- fm^O messung erfolgen. Bei einer solchen Verfahrensweise

ist es dann¹ erforderlich, die Gesamtzeit zwischen Aus- Θ = --r(/_s//_m) · (1—f_m At). 20 lösung des Laserimpulses und Empfang des ersten

reflektierten Impulses in dem Photodetektor 30 zu

Zur Bestimmung von R und Θ ist es somit ledig- messen und von dieser Größe die Zeitspanne / abzulich erforderlich, At zu. messen; diese Größe ist von ziehen, die die Zeitspanne von der Nullpunkt-Amplider Entfernung des Zieles bzw. Objekts von der be- tude der spiraligen Abtastbahn aus darstellt. Diese trachteten Meßanordnung unabhängig. 25 Beziehung kann wie folgt geschrieben werden:

_ , Geschwindigkeit des Lichtes ._ . ..

Entfernung = - (Gesamtzeit — t).

Bei der Berechnung der Zeitspanne t in den oben etwa 0,264° entspricht. Unter der Annahme, daß sich angegebenen mathematischen Ausdrücken ist ange- das betreffende Objekt auf einer Achse befindet, die, nommen, daß das Ziel feststeht. Eine Zielbewegung bezogen auf ein feststehendes Zielobjekt, den größten innerhalb des Zeitintervalls zwischen dem Nach- Fehler in At zur Folge hätte, würde bei einem Ausaußenlaufen und dem Nachinnenlaufen der Laser- 35 gangsimpuls mit einer Modulationsfrequenz von strahl-Spirale muß im Hinblick auf die Genauigkeit 5 kHz das Zielobjekt sich etwa 0,2 Bogensekunden der Messung berücksichtigt werden. Die Änderung vor Rückkehr der Modulationsabtastspur in die Axialder Zeitspanne Δ t, die bei der Beobachtung eines sich position bewegt haben. Daher würde der zweite von bewegenden Zielobjekts im Vergleich zu einem fest- dem betreffenden Zielobjekt reflektierte empfangene stehenden Zielobjekt erwartet wird, hängt von der 40 Impuls zu einem früheren Zeitpunkt auftreten, und Geschwindigkeit des betreffenden Zielobjekts, von zwar in der Größenordnung von 20 Nanosekunden, der Entfernung und von der Systemmodulätiönsfre- und zwar unabhängig von der Bewegungsrichtung, quenz ab. als bei Annahme eines feststehenden Zielobjekts zu

Da eine vollständige Teleskopfeldbeleuchtung ge- erwarten wäre. Wird auf der anderen Seite das Zielfordert wird, hängt die Systemmodulationsfrequenz 45 objekt von der Achse verschoben, so ist die Zielbewevon der gewählten Abtastfrequenz, von der Laser- gung zwischen der durch die nach außen laufende Strahlstreuung und von der Anzahl der innerhalb des Spirale und die nach innen laufende Spirale erfolgen-Teleskopblickfeldes geforderten auflösbaren Elemente den Beleuchtung geringer als im Falle der Einstellung ab. Unter der Annahme, daß eine Laserstrahl- auf der Achse, weshalb eine Änderung von A t, bezostreuung von beispielsweise 90 Sekunden auftritt, eine 50 gen auf ein angenommenes feststehendes Zielobjekt, 5: 1-Verkleinerungsoptik und ein 30-Minuten-Tele- geringer wäre; der zweite reflektierte Impuls würde skopblickfeld verwendet werden, ließe sich eine voll- jedoch zu einem früheren oder zu einem späteren ständige Beleuchtungsabdeckung mit 50 kreisförmi- Zeitpunkt auftreten, was von der Bewegungsrichtung gen Abtastungen erzielen (30 Minuten/18 Sekunden des betreffenden Zielobjekts abhängt. In jedem Falle = Einheiten = 50 Kreise); daher braucht die Modu- 55 ist die Winkelverschiebung eines sich bewegenden lationsfrequenz nicht höher als V₁₀₀ der Abtastfre- Zielobjekts geringer als das Systemauflösevermögen, quenz zu sein, wenn eine vollständige Feldbeleuch- An Stelle eines impulsbetriebenen Lasers kann auch

tung ohne Überlappung erfolgen soll. Dies heißt, daß ein im Dauerbetrieb arbeitender Laser verwendet bei einer Abtastfrequenz von 50OkHz die Modula- werden. In diesem Fall ist es dann erforderlich, die tionsfrequenz 5 kHz oder weniger betragen sollte. 60 Doppeldeutigkeit in den aufeinanderfolgend empfan-

Es ist möglich, die zufolge einer Bewegung eines genen Impulsen durch eine zusätzliche Schaltung zu Zielobjekts sich ergebenden Auswirkungen auf die kompensieren und damit die empfangene Impulsfolge Systemgenauigkeit durch Annahme einer Geschwin- zu bestimmen. So kann beispielsweise zu Beginn jedes digkeit und einer Entfernung zu berechnen. Unter der Strahlmodulationszyklus eine Bezugsmarke erzeugt Annahme, daß sich ein Zielobjekt mit einer Ge- 65 werden, oder es können die zwischen aufeinanderfolschwindigkeit von 24l50km/Std. bei einer Entfer- genden Impulsen liegenden Zeitintervalle dazu benung von 1500 km bewegt, läßt sich zeigen, daß die nutzt werden, die Zweideutigkeit zu eliminieren. Der-Dauer einer Zeitsekunde einem Kreisbogenwinkel von artige Methoden sind für sich bereits bekannt.

Durch Verwendung der ein optisches Übertragungssystem darstellenden Linse 17 in der Art, daß das Teleskopwinkelblickfeld dem Schallzellenwinkel entspricht, würde sich die absolute Systemauflösung im Verhältnis zu dem erzielten Ablenkwinkel erhöhen. Würde sich beispielsweise der Schallzellenablenkwinkel von 1 auf 5° erhöhen, so würde der kleinste Auflösungswinkel um einen Faktor 5 herabgesetzt werden. Dies heißt, daß bei einer 1°-Schallzelle und einem 30-Minuten-Teleskopblickfeld jeder Minute des Schallzellenwinkels 30 Sekunden des tatsächlichen Blickfeldes entsprechen würden, während bei einer 5°-Schallzelle jeder Minute 6 Sekunden des tatsächlichen Blickfeldes entsprechen würden. Beträgt der Schallzellenablenkwinkel eine halbe Minute, so würde demgemäß die Winkelposition des nach außen laufenden Laserstrahls 3 Bogensekunden betragen.

Das Auflösungsvermögen wird ferner dadurch vergrößert, daß zur Winkelmessung eine Zeitmessung angewandt wird, die eine der von Natur aus genauesten Messungen darstellt.

Im übrigen wird durch die beschriebene Anordnung ein größeres Auswertevermögen erzielt, welches auf entsprechende Signal-Störpegel-Verhältnisse beruht. Wird der Laserimpuls zerstreut und nicht konzentriert, und erfolgt bei der Abtastung eine Uberdeckung des Teleskopblickfeldes, so wird das empfangene Signal von gleicher Dauer sein wie der ausgesandte Impuls. Dies ermöglicht eine bessere Auswertung unter Anwendung von Integrationsverfahren. Die der Dauer der Abtastung des jeweiligen Zielobjekts entsprechenden, in der Dauer viel kürzeren Impulse, die von der hier beschriebenen Abtastanordnung empfangen werden, weisen jedoch auf Grund der höheren Energiedichte des Laserstrahls eine viel höhere Amplitude auf.

Im Hinblick auf das zur Signal- bzw. Impulsaufnahme dienende Teleskop sei bemerkt, daß dieses Teleskop bei Verwendung von Strahlablenkoptiken in dem Sendeteleskop weggelassen werden kann. Ferner braucht der Laserstrahl nicht durch ein Teleskop hindurchgeleitet zu werden, sondern er kann die jeweilige Zielobjektfläche auch ohne ein solches Teleskop abtasten. In diesem Fall ist dann auch das Sendeteleskop entbehrlich. Das Blickfeld würde bei Wegfall des Sendeteleskops zwar verändert werden; bei dieser Modifikation ist dann jedoch ein Empfangsteleskop erforderlich. In entsprechender Weise wäre es möglich, die beschriebene Anordnung auch derart abzuändern, daß durch Verwendung eines durch ein Achsenverschiebesignal gebildeten Fehlersignals eine Strahlsteuerung erfolgt, und zwar in Verbindung mit der Synchronisier- und Modulationsschaltung 29. Auf diese Weise wird der betreffende Laserstrahl zuriickgeleitet, so daß der gesamte ausgesendete Laserstrahlimpuls auf das in Frage kommende Zielobjekt auftrifft. Eine derartige Verfahrensweise ist für Nachrichtenverbindungen über Satelliten von großem Wert. Bei Ausführung der Strahlsteuerung gibt der gesteuerte Laser 10 einen Impulszug ab, dessen Frequenz der Frequenz der Steuersignale der eindimensionalen Ultraschallzelle bzw. des Laseraustastelements 18 entspricht, beispielsweise 100 kHz, und zwar für eine der Laserpumpdauer entsprechende Zeitspanne von z. B. 2 ms. Die zweidimensionale Abtastvorrichtung 12 wird ferner bei konstantem Schallleistungspegel mit eine Frequenz von 100 kHz besitzendem Signal angesteuert, wobei sich eine kreisförmige Abtastung ergibt und der Ablenkwinkel des Laserstrahls dem Winkel zwischen der Achse des Teleskops 14 und der des Zielobjekts entspricht. Demgemäß wird das Zielobjekt bei jeder kreisförmigen Abtastung bei zum geeigneten Zeitpunkt impulsweise betriebenem Laser zwecks Beleuchtung des Zielobjekts aufgeteilt. Das Laseraustastelement 18 und die Ultraschallabtastzelle sind synchronisiert, um zu gewährleisten, daß die jeweils für eine kreisförmige Abtastung dienenden gesteuerten Lasenmpulse unter einem geeigneten Abtast-Azimutwinkel abgegeben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Die betreffende Anordnung dient im übrigen dazu, Patentansprüche: einen Gegenstand mittels eines Laserstrahls zu be arbeiten, nicht abpr dazu, einen Gegenstand zu orten.

1. Verfahren zur Bestimmung der Raumwin- Es ist ferner bei einem als COLIDAR-System bekelkoordinaten eines Gegenstands in bezug auf 5 kannten Ortungssystem (»Radio Mentor«, 4, 1962, die Achse eines spiralig um die Achse abgelenk- S. 304, 305) bekannt, einen Laserstrahl spiralig abten Laserstrahls, dadurch gekennzeich- zulenken. Dieses bekannte Ortungssystem dient dan e t, daß der Laserstrahl spiralförmig von einem bei zur Ermittlung der Entfernung eines Objekts, Ausgangspunkt zu einem Endpunkt und auf der- nicht aber dazu, die Raumwinkelkoordinaten des beselben Bahn zurück abgelenkt wird und der Zeit- io treffenden Objekts zu messen.

abstand zwischen den beiden dabei vom Gegen- Im Zusammenhang mit dem vorstehend erwähnstand reflektierten Impulsen gemessen wird. · ten CQLIDAR-System ist es ferner bekannt (sWehr-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- technische Monatshefte« 59, 1962, Nr. 2, S. 79), die kennzeichnet, daß der Laserstrahl in Impulsen Entfernung eines Objekts von einer Meßanordnung ausgesandt wird, die mindestens so lang sind wie 15 dadurch zu messen, daß die Laufzeit ermittelt wird, die die Ablenkdauer des Laserstrahls vom Anfangs- von der Aussendung eines Lichtimpulses bis zu seipunkt zum Endpunkt und zurück. ner Rückkehr zu der Meßanordnung vergeht. Dabei

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- sollen zwar die Entfernung und der Winkel des Ziels kennzeichnet, daß überdies — wie an sich be- automatisch zu einem Laser ermittelt werden, was inkannt — der Zeitabstand zwischen dem Aus- 20 dessen jedoch bedeutet, daß die Achse eines in diesenden der Impulse und dem Eintreffen der sem Zusammenhang zu verwendenden Teleskops reflektierten Impulse gemessen wird. auf das betreffende Objekt zu richten ist. Die Raumwinkelkoordinaten des betreffenden Objekts relativ zur Achse des Teleskops können jedoch mit Hilfe des

25 betrachteten bekannten Systems nicht gemessen werden.

Zur automatischen Verfolgung von Zielen ist fer-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur ner eine Einrichtung bekannt (USA.-Patentschrift Bestimmung der Raumwinkelkoordinaten eines Ge- 3 046 3,32), bei der ein reejles Bild des jeweiligen genstands in bezug auf die Achse eines spiralig um 30 Zieles auf der Kollektorelektrode eines optoelektrodie Achse abgelenkten Laserstrahls. rüschen Wandlers abgebildet wird. Der betreffende

Im Zusammenhang mit der Bestimmung der Win- Wandler weist Ablenkplatten auf, an die eine Abkelposition eines Körpers ist es bereits bekannt lenkspannung angelegt wird, auf Grund derer das (USA.-Patentschrift 3 242 796), das von einem für genannte Bild elektronisch abgetastet wird. Auf die betreffende Messung benutzten Körper aus- 33 diese Weise erhält man ein elektrisches Bild, das gehende Licht nicht mit Hilfe von mechanisch kennzeichnend ist für die wesentlichen Eigenschafarbeitenden Winkelabtasteinrichtungen zu bestim- ten des genannten Bildes. Das betreffende Bild wird men, sondern mit Hilfe eines nicht mechanischen dabei spiralig abgetastet. Aus der Phasenlage der Ultraschall-Licht-Ablenksystems. Die in diesem Fall bei der Abtastung des betreffenden Bildes erhaltenen erforderliche optische Empfangseinrichtung ist jedoch 40 Impulse in bezug auf die Phasenlage der für die hinsichtlich ihres Aufbaus relativ kompliziert und Abtastung benutzten Äbtaststeuerspannung wird eine aufwendig. entsprechende Steuerspannung für die Zielverfol-

Es ist ferner bekannt, zur Zielverfolgung Laser- gungseinrichtung gewonnen. Über die Bestimmung strahlen zu verwenden, die von zwei Injektionslasern von Raumwinkelkoordinaten des Zieles in bezug auf entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps abgegeben wer- 4,5 das ypn dem Ziel ausgehende Licht ist jedoch auch den. Die beiden Injektionslaser ^m^ dabei derart an " in diesem Zusammenhang nichts bekannt,
einem konisch ausgebildeten Block angebracht, daß Es ist schließlich auch schon eine Abtastvorrich-

sich zwei abwechselnd auftretende, in einem be- tung bekannt (USA.-Patentschrift 2 855 521), bei stimmten Bereich überlappende Strahlungskeulen er- der eine spiralige Abtastung eines abzutastenden geben. In welcher Weise mit einer derartigen Ziel- 50 Feldes von innen nach außen und zurück erfolgt. Verfolgungsanordnung die Raumwinkelkoordinaten Üher die Verwendung eines Laserstrahls zur Beeines Gegenstands in bezug auf die Achse des Stimmung der Raumwinkelkoordinaten eines GeLaserstrahls bestimmt werden können, ist in diesem genstands in bezug auf die Achse des Laserstrahls Zusammenhang nicht näher bekannt. (IBM Techni- ist jedoch auch in diesem Zusammenhang nichts becal Disclosure Bulletin, Vol. 6, No.

4., September 55 kannt-

1963, S. 62). Im Zusammenhang mit optischen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Radarsystemen ist es auch schon bekannt (»Prpcee- Weg zu zeigen, wie auf relativ einfache Weise die dings of the IEEE«, Januar 1963, S. 213), ΐιηρμίβ- Raumwinkelkoordinaten eines Gegenstands in bezug betriebene Hochleistungs-Laser zu verwenden. In auf die Achse eines Laserstrahls bestimmt werden welcher Weise derartige Radarsysteme die Raum- 60 können.

winkelkoordinaten eines Gegenstands in bezug auf Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei

die Achse des jeweils benutzten Laserstrahls zu be- einem Verfahren der eingangs genannten Art erfinstimmen gestatten, ist in dem betreffenden Zusam- dungsgemäß dadurch, daß der Laserstrahl spiralmenhang jedoch nicht bekannt. förmig von einem Ausgangspunkt zu einem Endpunkt

Es ist ferner eine Anordnung bekannt (»Electro- 65 und auf derselben Bahn zurück abgelenkt wird und nies«,

5. Oktober 1962, S. 39 bis 43), bei der in der Zeitabstand zwischen den beiden dabei vom einem Laser-Rückkopplungshohlraum eine Ultra- Gegenstand reflektierten Impulsen gemessen wird, schallsteuerung zur Erzeugung von Impulsen erfolgt. Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß die