DE2008256B2 - Laser-entfernungsmessystem mit impulskompression der echos frequenzmodulierter laserimpulse - Google Patents
Laser-entfernungsmessystem mit impulskompression der echos frequenzmodulierter laserimpulseInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Laser-Enifernungsmeßsysteni
mit einer Einrichtung zur Erzeugung optischer Impulse, die in ihrer optischen Frequenz
linear ansteigend moduliert sind, mit einer Sendevorrichtung, welche die Impulse gegen ein Zielobjekt
ausstrahlt, mit einem Empfänger zur Aufnahme \om Zielobjekt reflektierter Echoimpulse, mit einer empfangsseitigen
Zeitkompressionseinrichtung zur Umwandlung der Echoimpulse in sehr kurze Impulse
und mit einer Laufzeitmeßvorrichtung.
Bei einem aus der Veröffentlichung »Electronics·
vom 16. September 1968, S. 112 bis 122, entnehmbaren Eiitfernungsineßs\stern dieser Art tritt auf
Grund einer quadratischen, nichtlinearen Beziehung zwischen Phase und Frequenz in der Rückkopplung
des Lasers ein sogenannter »Chirp«-Effekt oder eine linear ansteigende Frequenzmodulation der optischen
Impulse auf. Durch eine frequenzabhängig unterschiedlich starke Verzögerung bestimmter Teile der
Echoimpulse in der Zeitkompressionseinrichtung kann auf der Empfangsscite ein kurzer Impuls hoher
Amplitude erzeugt werden.
Nachteilig ist bei dem bekannten Laser-Entfernungsmeßsystem,
daß die nach der Zeitkompression der Echoimpulse erhaltenen Impulse in ihrem Auflösungsvermögen
lediglich der einfachen Bandbreite der frcqiienzmodulierten optischen Impulse dei Sendevorrichtung
entsprechen und daß zur Zeitkompression der Echoimpulse frequenzselektiv^ Verzögerungsiilter
für optische Frequenzen vorgesehen werden müssen.
Ausgehend von einem Laser-Entfernungsme.ßsystem der eingangs angegebenen, allgemeinen Art soll durch
die Erfindung die Aufgabe gelöst werden, das Auflösungsvermögen zu erhöhen und gleichzeitig die
Einrichtungen zur Zeitkompression der Echoimpulse zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung zur Erzeugung der optischen
Impulse so ausgebildet ist, daß sie linear abfallend frequenzmodulierte und die linear ansteigend
frcqucnzmodulicrteii Impulse in an sich bekannter
Weise beide erzeugt und daß sie sie an die Sendevorrichtung gleichzeitig abgibt und daß eine
empfangsseitige Modulationseinrichtung zur Amplitudenmodulation
einer llilfsträgcrfrequenz mit dem im Empfänger gebildeten Mischprodukt der beiden
jeweils gleichzeitig eintreffenden Eehoimpulse gegensinniger
Frequenzmodulation unter Unterdrückung der Trägerfrequenz vorgesehen ist. wobei die Zeit-Vompressioiiseinriehtung
im Hill'strägerfrequenzbeivich arbeitet, derart. daÜ das Enifernungs-Auflösungsvermögen
der komprimierten Impulse der doppelten Bandbreite der optischen Impulse entspricht.
Aus der USA.-Patentschrift 3 363 248 ist es zwar bereits bekannt, in einer Sendevorrichtung eines
Radar-L;ntfernungsmeß:,vstems linear abfallend freqiien/mcidulierte
und linear ansteigend frequenzi'iodulierte
Impulse beide zu erzeugen und eine cüipfangsseitige Zeitkompression der Echoimpulse
■. .»rzunehmen, doch erfolgt die Aussendung der
l'requenzmodulierten Impulse jeweils abwechselnd einmal mit ansteigender Frequenzmodulation und
einmal mit abfallender Frequenzmodulation, um zu erreichen, daß bei hoher Impulsfolgefrequenz nicht
et'Aa während des jeweils nächsten Tystintervalls
; Ji eintreffende Echoimpulse, welche zu dem vorausgegangenen
Tastinter\all gehören, das Meßergebnis verfälschen. Hine Erhöhung des Entfernungs-Auf-
|:sungs\ermögens und eine Vereinfachung der Verarbeitung optischer F.choimpulse ist mit dem bekannten
Radarsv stern also nicht möglich.
Vorzugsweise ist das hier vorgeschlagene HntfcriHiiigsmeUsvstern
so ausgebildet, daß der [Empfänger
einen Photodetektor, welcher die vom Zielobjekt • c.leklicrten Echoimpulse gegensinniger Frequenzmodulation
miteinander mischt, und eine Filtcrs.haltung
zur Abtrennung der Niederfrequen/komponenie
au·, dem fischprodukt enthält.
Die FinrichUing zur Erzeugung der linear abfallend
i.nd der linear ansteigend frequenzmodulierten Impulse enthält vorzugsweise zwei Faser mit je einem
zugehöriger Resonanzhohlraum, ferner eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Veränderung der wirksamen
Fänge der Resonanzhohlräume derart, daß die Fänge des einen Resonanzhohlraumes zunimmt,
während die Fänge des anderen Resonanzhohlraumes abnimmt, und außerdem sind Uberlagerungseinrichitingen
zur Kombination der Ausgangssignale der beider, Faser vorgesehen.
Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen des hier vorgeschlagenen Entfernungsmeßsystems
Gegenstand der Unteransprüche. Ausführungsbeispielc werden nachfolgend unter Bezugnahme auf
die Zeichnung erläutert. Es zeigt
Fig. I eine Seitenansicht einer Einrichtung zur
gleichzeitigen Erzeugung von Faser-Impulsen einmal mit linear ansteigender und zum anderen mit linear
abfallender Frequenzmodulation.
F i g. 2 eine Aufsicht auf die Einrichtung nach F i g. 1.
F i g. 3 Diagramme zur Darstellung der Impulsamplitude und der Frequenz der Faser-Impulse aus
den Fasern nach den F i g. 1 und 2,
F i g. 4 ein Diagramm, in welchem die Wellenformen der Signale der Faser 30 und 32 einander
überlagert sind,
F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Faser-Entfernungsmeßsystenis,
in welchem Faser-Impulse mit ansteigender und mit abfallender Frequenzmodulation
Verwendung finden,
F i g. 6 ein Diagramm des Ausgangs des Photodetcktors der Schaltung nach F i g. 5,
F i g. 7 Diagramme der Frequenz und der Amplitude des Ausganges des Modulators nach F i g. 5 und
F i g. S eine Darstellung eines modulierten Impulses nach Impulskompression.
In den F i g. 1 und 2 der Zeichnungen ist eine Einrichtung zur gleichzeitigen Erzeugung von Faser-
Impulsen mil linear ansteigender und mit linear abfallender Frequenzmodulation dargestellt. Impu'se
dieser Art werden oft (im Angloamerikanischen) als »Chirp'-lmpulse bezeichnet und sind vom Mikrowellenradar
an sich bekannt. Die Vorteile von solchen
ίο Impulsen liegen darin, daß sie eine Erhöhung des
Auflösungsvermögens ergeben und insbesondere eine zusätzliche Phaseninformation liefern, die aus dem
quadratischen Teil der Phasenverschiebung bezogen wird, so daß mehr Informationen über den Aufbau
des betreffenden Zielobjektes erhalten werden.
Die Erzeugung eines optischen Impulses mit einer Modi.K'Mon seiner optischen Frequenz geht derart
vor sich, daß durch einen I ..,er-Oüzillator Fichiimpulse
bereitgestellt werden ^n-I daß einer der
Spiegel der Resonanzeinrichtungen in solcher Weise in Umdrehung versetzt wird, daß sich die wirksame
Länge des Resonanzhohlraumes des Oszillators ständig ändert, so daß eine Änderung der Os/illatorfrequcn/
während der Erzeugung des betreffenden Laser-Impulses erreicht wird.
Es sollen nun optische Impulse sowohl mit positivem,
linearem Frequenzhub als auch mit negativem linearem Frequenzhub gleichzeitig erhalten weiden.
Eine Einrichtung zur Erzeugung solcher Faser-Impulse ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt.
Zwei geirennte Laser-Röhren 30 und 32 sind derart nebeneinander gelegen, daß sich eine Faser-Röhrenanordnung
10 ergibt. An einem Ende der Faser-Röhrenanordnung 10 ist ein flacher Spiegel 36
angefügt, der einen Rückkopplungsr.piegH für einen
Resonanzhohlraum bildet. Der andere Rückkopplungsspiegel für den Resonanzhohlraum ist ein Drehspiegel
38. der um eine in F i g. 2 angedeutete Achse 38« drehbar ist. Ein Paar sphärischer Spiegel 34 und
34' ist an einem Ende des Resonanzhohlraumes angeordnet und dient zur Fokussierung der von dem
Faser jeweils austretenden Rückkopplungsstrahlung auf den zugehörigen Teil des umlaufenden Spiegels
38, wie nachfolgend noch beschrieben wird. Der Spiegel 38 wird durch den Spiegelantriebsinotor 20
in Umdrehung versetzt.
Der Rückkopplungsweg für den Faser-Oszillator mit dem Faser 30 enthält mit Bezug auf die Fage
iv-ch F i g. 2 den oberen Teil des Drehspiegel 38.
den sphärischen Spiegel 34. den Weg durch den Faser 30 und den oberen Teil des Spiegels 36. wie
in F i g. 2 durch gestrichelte Finien gezeigt is'. Der Spiegel 36 ist leicht durchlässig, so daß eine Auskopplung
eines Signals vom Faser möglich ist.
Der Rückkopplungsweg des Faser-Oszillators, welcher den Laser 32 enthält, verläuft vom unteren
Teil des Drehspiegel 38 über den sphärischen Spiegel 34' und über den Laser 32 zu dem unteren Teil des
Spiegels 36. Als Ausgang von diesem Laser-Oszilhuor
wird ein Impul? erhalten, welcher durch den Spiegel 36 hindurch ausgekoppelt wird, wie aus den Zeichnungen
ersichtlich ist.
Wenn sich der Spiegel 38 dreht, so verändert sich die Länge des Rückkopplungs-Resonanzhohlraumcs
jedes Lasers, nämlich die Länge zwischen dem Spiegel 36 und dem Drehspiegel 38. kontinuierlich. Hierdurch
ergibt sich eine Verschiebung eines Fabry-Perot-Zustandes durch die Ausgangskennlinie des
Lasers hin, wodurch ein Frequenzhub im Ausgangs- stantcr Trägerfrequenz gleich, welche i.'it einer linear
impuls auftritt. Für die dargestellte Drehrichtung veränderlichen Frequenz amplitudenmoduliert ist.
ergibt sich am Laser 30 ein linearer negativer Fre- Dies ist in F i g. 4 gezeigt, in welcher die Umhüllende
quenzhub und am Laser 32 ein linearer positiver der Amplitudenmodulationskomponentc eingezeichnet
Frequenzhub. 5 ist. Die Amplitudenmodulationskomponentc beginnt Die Laser 30 und 32 sind vorzugsweise Gaslaser, mit hoher Frequenz, und diese Frequenz nimmt ab,
beispielsweise Kohlendioxyd-Laser mit verhältnis- bis sie am Übcrkrcuziingspunkt zwischen dem posimäßig
schmalem Spektrumsbereich. Ein einzelner, tiven und dem negativen linearen Frequenzhub theobevorzugter
Schwingungszustand kann daher leicht retisch den Wert Null erreicht. Dann nimmt die
durch geeignete Auswahl des Abstandes der Rück- io Frequenz der Amplitudenmodulationskomponente
kopplungsspiegel am Resonanzhohlraum isoliert her- wieder zu. Die Amplitudenmodulationskomponente
ausgehoben werden. Im einzelnen ist der Spektrums ist noch einer Trägerschwingung überlagert, welche
abstand bezüglich des Longitudinal-Modus gleich optische Frequenz besitzt und in F i g. 4 nicht einder
Lichtgeschwindigkeit dividiert durch die gesamte gezeichnet ist. Der entsprechende, amplitudenmodu-Durchlaufzeit
innerhalb des Rückkopplungs-Hohl- 15 lierte Impuls läßt sich folgendermaßen beschreiben:
raumes oder c/2L. Für einen Spiegelabstand von Es sei angenommen, daß der Drehspiegel 38 mit
etwa 150 cm beträgt der Spektrumsabstand bezug- solcher Drehzahl umläuft, daß er in jedem Teil eines
Hch des vorherrschenden Fabry-Perot-Modus etwa auftreffenden Strahlenbündels eine augenblickliche
100 MHz, und so befindet sich zu jedem Augenblick Frequenzänderung von ωο + μ/ erzeugt, worin
<oo in dem Ausgangsband des Lasers nur ein solcher 20 die optische Trägerfrequenz und μ die Frequenz-Modus.
Für einen Abstand von 1,3 cm zwischen änderungsgeschwindigkeit bedeuten. Der Ausdruck
der Drehachse38a des Drehspiegels 38 einerseits und ωο + μί stellt im vorliegenden Falle richtiger die
ti "SSZtoäZ* def^Se" *-**«■***<*»**%- d«r, da hier die
1800 Umdrehungen je Minute läuft der vorherr- 25 Frequenz keine definierte Größe ist. Die Phase jedes
sehende Laser-Modus in etwa ei.ier Mikrosekunde Strahlenbündels ist durch die Differentialgleichung
durch die Breite des Ausgangsbandes jedes Lasers, φ = Γ αΦ df b wofür . h Lösungen
und hierdurch ist die Lange jedes Ausgangsimpulses J At & β
bestimmt. Der Frequenzhub im Impuls eines jeden anschreiben lassen:
Lasers ergibt sich aus einer Kombination von Dopp- 30
lerverschiebungen oder aufeinanderfolgenden Re- ^i (0 = f<V + Tßt2
flexionen vom Drehspiegel, aus einer Streuung im Φ2(ί)-= <V — ?μ'2 + λ ·
Laser-Medium und einer Kopplung zwischen dem
Schwingungszustand im Resonanzhohlraum und Hierin stellt λ die Phasendifferenz zwischen den
sämtlichen Verlustvorgängen. 35 beiden Strahlenbündeln dar. Der elektrische VektoriT
Die Verwendung sphärischer Spiegel oder Reflek- jedes Strahlenbündels kann folgendermaßen aus-
toren 34 und 34' ermöglicht die Erzeugung einer gedruckt werden:
Reihe von Impulsen durch die Laser 30 und 32. Σ = A{()cos φ (/). Σ2 = A(t)cos 02{t),
Bei geeigneter Ausrichtung der Laser und der Rückkopplungsspiegel treten die Ausgangsimpulse vom 40 worin AU) die Funktion der Impulsumhüllenden ist, Laser 30 und vom Laser 32 gleichzeitig auf. Der die hauptsächlich durch das Spektrumslinienprofil Ausgangsimpuls des Lasers 30 trifft auf einen Spiegel des Lasers, durch die Drehzahl des Drehspiegels 40, der so angeordnet ist, daß er den Ausgangs- und durch die Geometrie des Resonanzhohlraumes impuls durch einen halbdurchlässigen Spiegel 42 des Lasers bestimmt wird.
Bei geeigneter Ausrichtung der Laser und der Rückkopplungsspiegel treten die Ausgangsimpulse vom 40 worin AU) die Funktion der Impulsumhüllenden ist, Laser 30 und vom Laser 32 gleichzeitig auf. Der die hauptsächlich durch das Spektrumslinienprofil Ausgangsimpuls des Lasers 30 trifft auf einen Spiegel des Lasers, durch die Drehzahl des Drehspiegels 40, der so angeordnet ist, daß er den Ausgangs- und durch die Geometrie des Resonanzhohlraumes impuls durch einen halbdurchlässigen Spiegel 42 des Lasers bestimmt wird.
leitet. Dieser wiederum ist so angeordnet, daß er 45 Das Uberlagerungssignal aus den beiden Struhlenden
von dem Laser 32 austretenden Ausgangsimpuls bündeln, welche am Ort eines Detektors zusammenreflektiert
und gleichzeitig den Ausgangsimpuls des wirken, ist dann folgendem Ausdruck proportional:
Lase-s30, welcher vom Spiegel40 reflektiert wurde, A2U) [1 + cosiuf2 — x)]
durchläßt. Die beiden Ausgangssignale werden ein- μ
ander überlagert. 5° Die augenblickliche Frequenz für einen Laser mit
durchläßt. Die beiden Ausgangssignale werden ein- μ
ander überlagert. 5° Die augenblickliche Frequenz für einen Laser mit
F i g. 3 zeigt die Impulsamplitude und die Fre- einer Bandbreite von 100 MHz ist in F i g. 3 der
quenz für die jeweiligen Ausgangssignale des Lasers Zeichnungen schematisch gezeigt.
30 und des Lasers 32. Die Impulsamplitude ist für F i g. 5 zeigt ein radaranaloges Laser-Entfernungsjeden Impuls gleich. Auf Grund der Drehrichtung meßsystem, in dem die zuvor beschriebene Einrichdes Drehspiegels 38 nimmt die Frequenz des Aus- 55 rung zur Erzeugung von Laser-Impulsen mit gegengangsimpulses des Lasers 30 in Abhängigkeit von sinniger, linear ansteigender bzw. abfallender Freder Zeit ab, während die Frequenz des Ausgangs- quenzmodulation Anwendung findet. Gemäß F i g. 5 impulses des Lasers 32 zunimmt. sind die Laser 30 und 32 jeweils in Resonanzhohl-
30 und des Lasers 32. Die Impulsamplitude ist für F i g. 5 zeigt ein radaranaloges Laser-Entfernungsjeden Impuls gleich. Auf Grund der Drehrichtung meßsystem, in dem die zuvor beschriebene Einrichdes Drehspiegels 38 nimmt die Frequenz des Aus- 55 rung zur Erzeugung von Laser-Impulsen mit gegengangsimpulses des Lasers 30 in Abhängigkeit von sinniger, linear ansteigender bzw. abfallender Freder Zeit ab, während die Frequenz des Ausgangs- quenzmodulation Anwendung findet. Gemäß F i g. 5 impulses des Lasers 32 zunimmt. sind die Laser 30 und 32 jeweils in Resonanzhohl-
Die Kombination der beiden Impulse mit gegen- räumen angeordnet, welche durch die sphärischen
sinniger linear ansteigender bzw. abfallender Fre- 60 Spiegel 34 und 34' sowie durch die Spiegel 36 und
quenzmodulation entspricht einem amplitudenmodu- 36' begrenzt sind. Der Drehspiegel 38 ist im Reso-
lierten Impuls, dessen Modulationsbandbreite noch nanzhohlraum in ähnlicher Weise vorgesehen, wie
größer als die Bandbreite des Lasersystems ist. Wenn dies im Zusammenhang mit den Zeichnungsfi};. 1
die beiden Impulse zusammenwirken, beispielsweise und 2 bereits erläutert wurde. Die Ausgangsimpulse
wenn sie gleichzeitig auf einen Photodetektor auf- 65 der Laser 30 und 32 werden vermittels der Spiegel 40
treffen, so ist die Kombination des linearen Frequenz- und 42 einander überlagert. Der auf diese Weise
abfalles vom Laser 30 und des linearen Frequenz- erhaltene Ausgang besteht also, wie schon beschrieben,
anstieges vom Laser 32 einer Schwingung mit kon- in einem Impuls mit Komponenten, die eine jeweils
7 8
eegensinniee. linear ansteigende bzw. abfallende Fre- manchmal als Zweiseitenhand-Modulatoren mit Traquenzmodulation
aufweisen Notwendigenfalls wird gerunterdrückung bezeichnet. Da das obere be ender
Kc- .binationsimpuls vermittels des Verstärkers 44 band und das untere Seitenband vom Modulator
verstärkt und gelangt dann zu einer Sendeeinrich- durchgelassen werden, gehen die in Y ι g. ^ gezeigten
tune 46 wo der Impuls über eine Antenne 48 auf 5 Spektrumseigenscliaften in diejenigen nach MJi./
ein Wobjekt 50 hin abgestrahlt wird. über. Wird die hochfrequente Trägerspannunu durch
Wie bei anderen radarartigen Rückstrahlsystemen den Ausdruck ßcosü/ bezeichnet, so ist der Auswird
auch hier der ausgesendete Impuls vom Ziel- gang des Modulators folgendem Ausdruck proobjekt50
zurückgestreut, und ein Teil der reflek- portional:
tierten Energie wirH mittels einer Empfangsantenne 52 io ^2 ^ β [cos (ilt - fit2 + \) + cos (ill -*- μι2 - *)]·
in Form eines vom Zielobjekt reflektierten Echo-
impulses aufgenommen. Der Echoimpuls wird einem Der erste Ausdruck stellt ein Signal dar, svelcr.es
Photodetektor 54 zugeführt, der den Lichtimpuls in einen negativen Frequenzhub oder Frequenzgang
ein elektrisches Signal umformt. über einen Bereich hin besitzt, der dem Zweifachen
Der Photodetektor 54 besitzt eine quadratische 15 der Laser-Bandbreite gleich ist.
Charakteristik so daß der Ausgangsstrom propor- Das amplitudenmodulierte Signal mit Trägerunter-
tional zur Intensität des eintreffenden Echoimpulses drückung wird dann einer lmpulskompressionsscnai-
ist Der Ausgang des Photodetektors ist in F i g. 6 tung 16 zugeführt, die eine Gruppenverzogerung
dargestellt Der Photodetektor kann die Form einer besitzt, welche mit der Frequenz linear zunimm .
Photodiode oder irgendeiner anderen, augenblicklich ao Impulskompressionsschaltungen dieser Art sind aii-
Leistung bietenden Detektoreinrichtung haben. Der gemein bekannt und im Handel erhältlich. Der leu
Detektorausgang enthält ein Gleichstromsignal und des in F i g. 7 gezeigten Impulses, dessen Frequenz
zusätzlich ein Wechselstromsignal, welches zur tflodu- zunimmt, ,bewirkt entsprechend der Quadrat* ur ei
lationsumhüllenden der Intensität des Echoimpulses des Kompressionsverhältnisses eine Erhöhung uer
proportional ist a5 Amplitude. Dieser Teil des Ergebnisimpulses ist in
Die beim Nachweis des Echoimpulses entwickelte F i g. 8 bei 62 angedeutet. Demjenigen Teil des
Spannung welche zu dem Ausdruck Impulses, dessen frequenz in der aus rig." «timC.«.-
bpannung, we.cne ^^ ^.^ abnjmjm und wdcher durch den zweiten
A2U) [1 *- cos {fit* — >)] Ausdruck in dem vorstehend genannten Ausdiuck
30 dargestellt wird, wird beim Durchgang durch das-
proportional ist, wird durch ein Hochpaßfilter 56 selbe Netzwerk auf die doppelte Länge auseinandergeleitet
welches eine niedrige Abschneidfrequenz gezogen, und die Amplitude wird um den Faktor )2
besitzt so daß das dem Summanden A2U) propor- herabgesetzt. Dieser Teil des Impulses ist in Fig.»
tionale Signal gegenüber demjenigen unterdrückt bei 64 angedeutet. Der gesamte Ergebnisimpuls *ann
wird welches zu dem Summanden A2U) cos (μ/2 - \) 35 auf einem üblichen Radarschirm oder einem Anzeigeürooortional
ist gerät 66 dargestellt werden.
Das amplitudenmodulierte Signal wird dann zur Der Ausgang der Impulskompressionsschaltung
Modulation einer Hilfsträgerschwingung von bei- bzw. des Filters 60 besitzt eine Amplitudenfunktion,
spielsweise 300 MHz verwendet, was in einer Gegen- welche die Fourier-Transformierte des Ausdruckes
takt-Modulatorschaltung 58 mit Unterdrückung der 40 A2U) ist und durch die Gleichung
Träeerschwineung geschieht. Die Gegentakt-Modu-
latoren sind allgemein bekannt und bedürfen hier *</') = JA2U) <-<""' Ht
keiner näheren Beschreibung. Allgemein sei nur
eesaet daß die trägerfrequente Spannung den Gittern definiert werden kann. Die Breite des Impulses kann
zweier Röhren in gleicher Phasenlage zugeführt wird, 45 leicht errechnet werden.
während das Modulationssignal über einen Transfer- Werden Impulse mit gegensinniger, linear animator
mit Mittelanzapfung zu den Röhren jeweils gender bzw. abfallender Frequenimodulation au!
in Geeenphase mit Bezug aufeinander gelangt. Die normalen Kohlendioxydlasern verwendet, so haher
Seitenbandkomponenten. welche in den beiden Röh- die in F i g. 8 gezeigten Ergebnisimpulse eine Breit«
!!ntZn haben entgegengesetzte Phase und 50 zwischen 5 und 25 Nanosekunden. Hieraus ist de
Sschdnen daher am Ausging. Auch sind Brücken- Gegensatz zu der Impulsumhüllenden des Oszillator
schalungenmit vieT Dioden bekannt. mit einer Dauer von 1 Mikrosekunde zu erkennen
Die Unterdrückung der Trägerschwingung einer Wird die Bandbreite des Lasers, beispielsweise durc
sinuSörm"g modulierten Schwingung hat die Wir- Druckvariation, ebenfalls erhöht, so ergibt hch nod
Vims d-ß sich eine modulierte Ausgangsschwingung 55 eine weitere entsprechende Verminderung der ImpuL
eroibi deren resultierende Umhüllende mit der zwei- breite des komprimierten Impulses. .
Sen Modula?ionsfrequenz schwankt und eine Durch Verwendung von Impulsen mit der beschne
Phasenlage besitzt die sich jedesmal dann umdreht, benen Moduation wird der Umhüllungskurve de
wenn das Modulationssignal einen Nulldurchgang Impulsspektnirns die gesamte Bandbreite des Läse,
wenn aas muuu e ^ mitgeteilt so daß die zur Verfügung stehende Banc
en kurz erwähnten Schaltungen werden breite des Lasersystems optimal ausgenutzt wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (7)
1. Laser-Entfernungsmeßsystern mit einer Einrichtung
zur Erzeugung optischer Impulse, die in ihrer optischen Frequenz linear ansteigend moduliert
sind, mit einer Sende\orrichtLing, welche die Impulse gegen ein Zielobjekt ausstrahlt, mit einem
Empfänger zur Aufnahme vom Zielobjekt reflektierter Echoinipulse, mit einer empfangsseitigen
Zeitkompressionseinrichtung zur Umwandlung der Echoimpulse in sehr kurze Impulse und nv't einer
Liuifzeitmelivorrichtung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung (30, 32, 34. 34', 38, 38m. 20. 36, 36) zur Erzeugung der optischen
Impulse so ausgebildet ist, daß sie linear abfallend frequenzmo-'ulierie und die linear ansteigend
Irequen/nioiii.lierten Impulse in an sich
bekannter Weise beide erzeugt und daß sie sie an die Sendevorrichtung (44. 46. 48) gleichzeitig
abgibt und daß eine empfangsseitige Modulationseinrichtung (58) /ur Amplitudenmodulation
einer Hilfsträgerfrequenz mit dem im Empfänger (52. 54, 56) gebildeten Mischprodukt der beiden
jeweils gleichzeitig eintreffenden Echoimpulse gepensinniger Frequenzmodulation unter Unterdrückung
der Trägerfrequenz vorgesehen ist. wobei die Zeitkompro .sionseinrichtung (60) im
Hilfsträgerfrequenzbereich arbeitet, ;J?rart, daß
das Entfernungs-Auflösungsvermögen der kornprimierten Impulse (62) der doppelt, ι Bandbreite
der optischen Impulse entspricht.
2. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfanger (52.
54, 56) einen Photodetektor (54), welcher die vom Zielobjekt reflektierten Echoimpulse gegensinniger
Frequenzmodulation miteinander mischt, und eine Filterschaltung (56) zur Abtrennung
der niederfrequenten Komponente aus dem Milchprodukt enthält.
3. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung
(56) die Form eines Hochpaßfilters mit niedriger Grenzfrequenz hat, derart, daß die Gleichspannungskomponente
des Mischproduktes unterdrückt wird.
4. Entfernungsmeßsystem nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die weitere, empfangsseitige Modulationseinrichtung (58) ein Zwei^eitenbandmodulator mit Trägerfrequenzunterdrückung
ist.
5. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere, empfangsseitige
Modulationsein-ichtung (58) eine Gegentakt-Modulatorschaltung ist.
6. Entfernungsmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung (30, 32. 34. 34', 38, 38«, 20, 36. 36') zur Erzeugung der linear abfallend und der
linear ansteigend frequenzmodulierten Impulse 6c zwei Laser (30, 32) mit je einem zugehörigen
Ri'sijiianzhohlraum, ferner eine Vorrichtung (20,
38«, 38) zur gleichzeitigen Veränderung der wirksamen
Länge der Resonanzhohlräume derart, daß die Länge dis einen Resonanzhohlraunies zunirrint,
wählend die Länge des anderen ResonanzhoHraumcs
abnimmt, und umgekehrt, enthält und ι herlagcrungseinrichtungen (40. 42; zur
Kombination der Ausgangssignale der beiden Laser voreesehen sind.
7 Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
(20, 38a, 38) zur gleichzeitigen Veränderung der wirksamen Länge "der Laser-Resonanzhohlräume
einen Drehspiegel (38) enthält, der um eine Ach e (38a) drehbar ist, welche 2U den optischen Achsen
der beiden Laser (30, 32) senkrecht steht.
.S. Entfernungsmeßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Laser
(30, 32) parallel zueinander angeordnet sind und daß ccr Drehspiegel (38) einen Teil der Begrenzung
des Resonanzhohlraumes für jeden Laser bildet und seine Drehachse (38(7) zwischen den
optischen Achsen der Laser gelegen ist.
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| US777045A US3549256A (en) | 1968-11-19 | 1968-11-19 | Laser pulse compression ranging system using double-chirped pulses |
| DE2008256A DE2008256C3 (de) | 1968-11-19 | 1970-02-23 | Laser-Entfernungsmeßsystem mit Impulskompression der Echos frequenzmodulierter Laserimpulse |
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ID=27431026
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