DE19652920A1 - Passives Antwortgerät für eine optronische Freund-Feind-Erkennungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Antwort gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein solches auch sogenanntes IFF-Antwortgerät ist etwa aus der DE 31 50 642 C2 bekannt. Dort ist vorgesehen, einen einzigen vertikal nach oben orientierten opti­ schen Retroreflektor von einem potentiellen Freund-Abfragestrahl über einen zur Azimut-Abtastung rotierenden Umlenkspiegel zu beaufschlagen. Dessen Refle­ xionsfähigkeit ist durch Anlegen eines elektrischen Signales steuerbar, etwa als optische Oberflächeneffekt-Modulation mittels einer flexiblen Spiegelmembran, so daß die Antwort-Modulation in einer Variation des Streuverhaltens liegt. Die opti­ sche Antwort auf eine optische Freund-Abfrage weist zwar den Vorteil einer höhe­ ren Eigenverratssicherheit und Mithörsicherheit im Vergleich zu einem Hochfre­ quenzsystem auf, bei dem die Antwort auf eine optronische Abfrage oder sogar auch die Abfrage selbst schon im Millimeterwellenspektrum mit seiner zwangsläu­ fig breiten Strahlungscharakteristik arbeiten. Eine solche Modulation des optischen Streuverhaltens schränkt allerdings die Betriebsreichweite ein, und das Erfordernis eines mechanisch zu drehenden Umlenkspiegels setzt der wünschenswerten Dy­ namik einer Freund-Feind-Erkennungseinrichtung unter Einsatzbedingungen im Feld mit ständig umspringenden Ortungsrichtungen konstruktiv bedingt relativ enge Grenzen.

Aus der US 4 983 021 ist es bekannt, den retroreflektierten Abfragestrahl durch eine elektrooptische Flüssigkristall-Blende zu modulieren, was aber insbesondere bei niedrigen Umgebungstemperaturen aufgrund der LCD-Schaltträgheiten die Modulationsfrequenz begrenzt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein passives optronisches Ant­ wortgerät gattungsgemäßer Art für die Freund-Feind-Kennung in Hinblick auf eine höhere Operationszuverlässigkeit bei breiterem Einsatzspektrum weiterzubilden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß im wesentlichen dadurch gelöst, daß das gat­ tungsgemäße Antwortgerät auch gemäß den übrigen Merkmalen des Hauptanspru­ ches ausgelegt ist.

Nach dieser Lösung besteht die Antwort-Modulation in einem zeitlich gesteuerten Wechsel zwischen Einschalten und Ausschalten der Retroreflexionsbedingungen. Das Antwortgerät ist zweckmäßigerweise ringsum mit Tripelreflektoren ausgestat­ tet, deren Öffnungscharakteristiken den Azimut lückenlos überdeckend erfassen. Im Interesse der Eigenverratssicherheit sind deren Einstrahl-Öffnungen normaler­ weise abgedeckt, und es wird immer nur gerade derjenige der Tripelreflektoren zur Modulation eines zurückzusendenden Abfragestrahles freigegeben, der momentan noch in die aktuelle Abfragerichtung orientiert ist. Diese Richtung wird laufend von wenigstens einem Detektor für den Abfragestrahl erfaßt, der dann auch einen gera­ de aufgenommenen Abfrageimpuls daraufhin analysiert, ober dieser vor Beginn eines stationären Teiles eine Amplitudentastung gemäß vorgegebener, aktuell noch gültiger IFF-Kennung führt. Dieser dadurch autorisierte Abfragestrahl wird dann und nur dann vom Tripelreflektor in die Einfallsrichtung (also nur zum abfragenden Objekt hin) zurückgestrahlt, allerdings moduliert durch ein Zerhacken zwecks Identifikation des antwortenden Freund-Objektes. Für diese Antwortmodulation werden die Retroreflexionsgegebenheiten in einem vorbestimmten Antwort-Zeitra­ ster unterbrochen, was mittels der schnellen Piezo-Aktuatoren durch räumliches Verschwenken eines Reflektors oder durch Beeinflussung seiner Totalreflexionsei­ genschaften infolge rückwärtigen Anlegens einer Absorberscheibe erfolgen kann.

Zusätzliche Alternativen und Weiterbildungen sowie weitere Merkmale und Vortei­ le der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Be­ rücksichtigung der Darlegungen in der abschließenden Zusammenfassung, aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung unter Beschränkung auf das Wesentliche stark abstrahiert und nicht ganz maßstabsgerecht skizzierten bevor­ zugten Realisierungsbeispiels zur erfindungsgemäßen Lösung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 in abgebrochener Längsschnittdarstellung den Aufbau des optischen Modu­ lators mit Spiegel-Tripelreflektor unter Berücksichtigung zweier unterschiedlicher Modulationsmöglichkeiten im Antwortgerät,

Fig. 2 das Antwortgerät mit Empfänger und Modulator in Blockdarstellung und

Fig. 3 das Antwortgerät in überhöhter Seitenansicht einer konstruktiven Ausfüh­ rungsform.

Das Antwortgerät 11 weist eine im wesentlichen flach-zylinderhutförmige Gestalt mit entlang seiner Mantelfläche 12 azimutal gegeneinander versetzt orientierten Tripelreflektoren 13 auf. Die haben bekanntlich aufgrund der in einem Punkt mit rechtem Winkel 9 zusammenstoßenden Reflektoren 24 die Eigenschaft, daß sie einen unter beliebigem Winkel zur Zentralachse einfallenden Strahl 14 in sich selbst reflektieren. Da somit der Einfallsstrahl 14 und der Ausgangs- oder Antwortstrahl 15 zusammenfallen, wird der Antwortstrahl 15 wieder genau und nur auf das gera­ de abfragende Objekt gerichtet, von dem der Einfallsstrahl 14 herrührt.

Zur leichteren Veranschaulichung ist in Fig. 1 und Fig. 2 lediglich ein seitlicher Elementarstrahl eines parallelen ein- und wieder austretenden Strahlenbündels 14-15 eingezeichnet, und aus gleichem Grunde ist der Tripelreflektor 13 in Fig. 1 und Fig. 2 (im Gegensatz zu Fig. 3) nicht dreidimensional sondern nur für eine Einfalls­ ebene dargestellt.

Um den vollen Azimut lückenlos zu erfassen, sind vier bis acht Tripelreflektoren 13, die sich in ihrer Orientierung abwechseln, längs der Mantelfläche 12 umlaufend nebeneinander vorgesehen. Um zu vermeiden, daß der Tripelreflektor 13 jede auch nicht-freundliche Bestrahlung reflektiert und dadurch den Standort des Objektes, das mit diesem Antwortgerät 11 ausgestattet ist, einer gegnerischen Abfrage ver­ rät, sind die Spiegel-Öffnungen 16 normalerweise durch eine elektrisch umsteuer­ bare Filterscheibe oder Blende 17 optisch verschlossen. Die muß nicht gemäß Fig. 2 der Kontur der Mantelfläche 12 folgen, bezogen auf den Querschnitt kann sie auch nach Art von Sehnen in die Abschnitts-Bögen eingesetzt sein.

Nur und erst dann, wenn der Detektor 18 eines optischen Empfängers einen Abfra­ ge-Strahl 14 aufnimmt, in dem mittels eines Abfrage-Dekoders 21 eine vorgegebe­ ne Freund-Kennung feststellbar ist, wird die Blende 17 (in Form etwa eines me­ chanischen Verschlusses oder eines elektrisch umsteuerbaren Flüssigkristall-Fen­ sters) zur Freigabe des gerade in diese Richtung orientierten Tripelreflektors 13 geöffnet, die anderen bleiben vorsorglich verdeckt. Die Blende 17 dient aber nur der Funktions-Freigabe eines ausgesuchten Tripelreflektors 13, nicht bereits einer Antwortmodulation, weshalb ihr zeitliches Schaltverhalten weitgehend unkritisch ist.

Um mit einer beschränkten Anzahl von Detektoren 18 für den gesamten von den Tripelreflektoren 13 erfaßten Azimut auszukommen - und möglichst mit der glei­ chen Anzahl wie Tripelreflektoren 13, weil das die Richtungszuordnung schal­ tungsmäßig erleichtert - ist in jedem Empfänger ein Detektor 18 hinter einer Auf­ weitungslinse 20 angeordnet, die einen räumlichen Öffnungswinkel 19 von wenig­ stens angenähert 90° erzielen läßt. Wie in Fig. 1 und Fig. 2 skizziert ist die Aufwei­ tungslinse 20 vorzugsweise als Immersionslinse ausgestaltet, also im Längsschnitt bestehend aus einer Halbkugel vor einem Zylinder, hinter dem der im Querschnitt dagegen kleine Detektor 18 koaxial angeordnet ist. Um gegeneinander azimutal versetzt orientierte Detektoren 18 einander vorsorglich breit überlappen zu lassen, sind trotz des großen Öffnungswinkels 19 nicht nur vier sondern wenigstens sechs und vorzugsweise acht Detektoren 18 gleichmäßig längs des Umfangs des Ant­ wortgerätes 11 verteilt und somit den acht einzelnen Tripelreflektoren 13 räumlich zugeordnet, wie aus Fig. 3 ersichtlich.

Das Steuergerät 22 für die Modulation der vom Detektor 18 aufzufassenden Ab­ frage-Strahlen 14 kann eine Amplituden- oder eine Frequenztastung bewirken. Vorzugsweise handelt es sich bei jedem Abfrage-Strahl 14 um einen langen Impuls, der zu Beginn eine vom Dekoder 21 zu erfassende Freund-Kennungsmodulation aufweist und dann im weiteren Verlauf unmoduliert ist. Wenn der vom Detektor 18 gespeiste Dekoder 21 für die Demodulation und Analyse der Kennungsmodulation darin eine Freund-Abfragekennung verifiziert, dann wird über das Antwort-Steuer­ gerät 22 nicht nur wie schon erwähnt die Blende 17 vor demjenigen Tripel­ reflektor 13 geöffnet, der richtungsmäßig dem erwähnten Detektor 18 zugeordnet ist, sondern außerdem erfolgt aus dem Steuergerät 22 der zeitvariante Betrieb eines Reflexions-Modulators 23 bzw. 23' am Tripelreflektor 13, um wenigstens den un­ modulierten (auf die Kennungsmodulation folgenden) Teil des Abfrageimpulses (14) nun im Zuge der Reflexion seinerseits zu modulieren. Diese Freund-Antwortmodulation besteht in einem Zerhacken des Impulses durch zeitli­ che Variation der relevanten optischen Eigenschaften der Reflektoren 24 gemäß einem vorbestimmten Impulsmuster.

Bei den Reflektoren 24 kann es sich um ein Prisma oder um (wie in Fig. 1 verein­ facht skizziert) rechtwinklig angeordnete planare Spiegel handeln. Die Modulation der Reflexionseigenschaften besteht im Falle des Modulators 23 in einer vorüber­ gehenden geometrischen Verschwenkung aus der Winkelstellung für die Retrore­ flexion heraus, im Falle des Modulators 23' um eine vorübergehende Aufhebung der Totalreflexion infolge sogenannter frustrierter totaler interner Reflexion (FTIR). In beiden Fällen führt das zu einer vorübergehenden Unterbindung der Retroreflexion im Tripelreflektor 13. Dieses zeitliche Unterbrechungsmuster im zum Antwort-Strahl 15 reflektierten Abfrage-Impuls (Strahl 14) stellt die aktuell geltende Freund-Kennung des mit diesem Antwortgerät 11 ausgestatteten Objektes dar.

Die aus dem Steuergerät 22 bestimmte, vorübergehende Aufhebung der räumlich geometrischen Retroreflexionsbedingungen erfolgt dadurch, daß wenigstens ein Linearaktuator 25 (vorzugsweise ein Piezo-Stellelement) am Reflektor 24 (einem Spiegel oder einem Prisma) angreift und dieses um eine Lagerstelle 26 aus der Winkelstellung für Retroreflexionsstrahlengang heraus und wieder in diese hinein­ schwenkt. Vorzugsweise ist der Reflektor 24 nach Art eines symmetrisch­ zweiarmigen Hebels um eine Drehachse (26) gelagert, um von zwei an den Hebe­ lenden angelenkten und gegensinnig angesteuerten Linearaktuatoren 25 ver­ schwenkt zu werden, so daß Zugbeanspruchungen und dadurch Umschalthyste­ resen vermieden werden.

Im Falle des Modulators 23' dagegen erfolgt die gesteuerte Unterbrechung der Retroreflexionsgegebenheiten im Tripelreflektor 13 nicht konstruktiv-geometrisch, sondern über die optischen Eigenschaften des Reflektors 24, indem vorübergehend, in einem vorgegebenen Rhythmus, eine Absorberplatte 27 der Strahleinfallsrich­ tung gegenüber flächig gegen den Reflektor 24 angelegt wird. Dadurch wird die Totalreflexion am Reflektor 24 vorübergehend aufgehoben, so daß es in diesem Rhythmus nicht zur Abstrahlung eines Antwort-Strahles 15 kommt, also zu einem zeitlichen Unterbrechungsraster des zurückzusendenden Abfrageimpulses (Strahl 14).

Im Interesse der Abhör- und Verratssicherheit, also eines hohen Bündelungsgrades des Abfragestrahles 14 und des Antwortstrahles 15, und in Zusammenhang damit im Interesse möglichst genauer Ausrichtbarkeit des Abfragestrahles 14 auf ein und nur ein einziges ausgewähltes entferntes Objekt (mit der Folge der Retroreflexion auf genau und nur das abfragende Objekt) wird für den Abfrage-Strahl 14 vor­ zugsweise sehr kurzwellige Strahlung eingesetzt, vorzugsweise aus Gründen der Augensicherheit ein Laserstrahl im Wellenlängenbereich eines ramanverschobenen Nd.YAG-Lasers, eines Festkörperlasers mit einer Wellenlänge über 1.400 nm, oder eines Lasers auf der Basis von optischen parametrischen Oszillatoren im Wellen­ längenbereich bei 1.550 nm. Auf diesen Wellenlängenbereich ist der Halbleiter-Detektor 18 abgestimmt, der eine Ge- oder InGaAs-Fotodiode aufweist. Der Tri­ pelreflektor 13 kann dann aus Silizium bzw. Siliziumprismen erstellt sein, und auch die mittels der Piezo-Aktuatoren 25 - zur Verlängerung des optischen Weges für das momentane Aufheben der Totalreflexion - dagegen angedrückten Absorber­ platte 27 besteht dann vorzugsweise aus Silizium. Denn Silizium ist billiger als Germanium, außerdem ist Germanium nur oberhalb 2 µm transmittierend.

Durch die Erfindung ist also ein passives optronisches IFF-Antwortgerät 11 mit modulierbarem Reflektor 24 für den Abfragestrahl 14 geschaffen, das die Vorteile einer schnellen Rundum-Reaktion, wie sie an sich für funkgestützte Systeme ty­ pisch ist, mit den Vorteilen der geringen Verrats-Wahrscheinlichkeit eines optroni­ schen Systemes vereint, indem eine Anzahl von azimutal gegeneinander versetzt angeordnete Tripelreflektoren 13 mit richtungsmäßig zugeordneten Detektoren 18 zur richtungsabhängigen Freigabe einer der die Tripelreflektoren 13 verdeckenden Blenden 17 vorgesehen ist, um den einfällenden Abfrage-Strahl 14 bei zutreffender Kennungsmodulation dadurch zum Antwortstrahl 15 zu modulieren, daß die Retro­ reflexionsbedingung im richtungsselektiv freigegebenen Tripelreflektor 13 gemäß einem vorgegebenen Muster zeitgesteuert durch Winkeländerungen oder im Wege der FTIR unterbrochen wird, wofür mittels Piezo-Linearaktuatoren 25 ein Reflek­ tor 24 entweder räumlich aus der Retroreflexionsorientierung heraus verschwenkt oder infolge rückwartigen Anlegens einer Absorberplatte 27 hinsichtlich seiner Totalreflexionseigenschaften verändert werden kann.

Claims (10)

1. Passives Antwortgerät (11) mit modulierbarem Reflektor (24) für den Abfra­ ge-Strahl (14) einer optronischen Freund-Feind-Erkennungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Modulator (23, 23') für zeitgesteuert-vorübergehendes Aufheben der Retroreflexionsbedingungen eines aus Prismen oder aus Spiegeln als den Re­ flektoren (24) kombinierten Tripelreflektors (13) vorgesehen ist.

2. Antwortgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine optische Veränderung der Totalreflexionsbedingungen am Reflektor (24) vorgesehen ist.

3. Antwortgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine mechanische Veränderung des Reflexionswinkels an einem der Re­ flektoren (24) vorgesehen ist.

4. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (23, 23') für die Beeinflussung der Retroreflexionsgege­ benheiten mit einem auf den Reflektor (24) einwirkenden Linear-Aktuator (25) arbeitet.

5. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Linear-Aktuator (25) einen Reflektor (24) verschwenkt.

6. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Absorberplatte (27) der Strahleinfallsrichtung entgegen hinter einem Reflektor (24) andrückbar ist.

7. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahleintritts- und -austritts-Öffnung (16) eines Tripelreflektors (13) von einer aufsteuerbaren Blende (17) verschlossen ist.

8. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor (18) für das Vorliegen und die Richtung eines einfallenden autorisierten Abfrage-Strahles (14) vorgesehen ist.

9. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Tripelreflektoren (13) und Detektoren (18) azimutal gegenein­ ander versetzt orientiert längs der Mantelfläche eines Zylinders angeordnet sind.

10. Antwortgerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Aufnahme eines eintreffenden Abfrage-Strahles (14) ein rich­ tungsunabhängig wirkender Detektor (18) hinter einer Aufweitungslinse (20) angeordnet ist.