DE2029049A1 - Verfahren zur Lageermittlung von be wegten Zielen und eine Anordnung zur Durch fuhrung des Verfahrens - Google Patents

Description

• Verfahren zur Lageermittlung von bewegten Zielen und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lage ermittlung von bewegten Zielen und auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens vorzugsweise für Flugkörper.
• Bisher war es nicht möglich, mit einem Laser die Lage von bewegten ObJekten wie Flugzeuge, Raketen etc., festzustellen.
• Die Lage von bewegten Zielen wurde bisher ausa¢hlpeßlich durch sog. Radaranlagen festgestellt. Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt1 ein Abtastverfahren nebst einer Anordnung dazu zu schaffen, um die Lage von bewegten Flugkörpern mittels einer Laseranordnung und eines Spiegels bestimmter Form festzustellen, wobei ein keulenformiger Brennfleck mit einer vorgeschriebenen Intensitätsverteilung der Strahlung erzeugt wird und dieser Brennfleck in einer Ebene senkrecht zur Strahlungsrichtung um den Punkt der maximalen Intensität rasch rotiert und die Lage des Objektes durch den Phasenwinkel f der Brennfleckachse gegenüber einer wählbaren Nullachse, sowie durch den Radialabstand aus der intensitätsmäßigen Größe des reflektierten Signals bestimmt wird. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß der Brennfleck auf einer spiralförmigen Bahn bewegt wird und dabei der Brennfleckdurchmesser vergrößert oder verkleinert und ein Abtastfeld lückenlos überstrichen wird. Diese Maßnahmen gestatten eine wesentlich schnellere und genauere Ortung bewegter Ziele gegenüber den bisher bekannten Verfahren und führen vorall ei zu guten nahezu störungslosen Verbindungsmöglichkeiten mit Laserwaffensystemen.
• Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren wird in dem Ausführungsbeispiel einer Anordnung vorgeschlagen, daß ein Parabolspiegel zur Erzeugung eines keulenförmigen Lichtfleckes um den Brennpunkt mit einem bestimmt geformten Spiegelrand versehen ist.
• Diese Ausbildung bringt den Vorteil, daß beim Durchgang bewegter Objekte durch den rotierenden keulenförmigen Brennfleck der Phasenwinkel 4 sowie der Abstand r des Objektes gegenüber der Systemhauptachse durch die Intensität des zurückkommenden Impulses und seine zeitliche Zuordnung zu einem Nullimpuls, die Lage des Objektes sofort angegeben werden kann.
• In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen daß der bestimmt geformte Spiegelrand an einem nicht rotierenden Fangspiegel angeordnet ist und letzterer auf piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schwingern montiert ist, welche auf einer Trägerplatte mit einer 3-Achsensteueranordnung gelagert sind.
• Hierzu ist vorgesehen9 cRaß dreS piezoelektrische oder magnetostriktive Schwinger in Form eines gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind.
• Die Erfindung ist nachfolgend an Ausführungsbeispielen beschrieben und gezeichnet, so daß auch hieraus weitere Vorteile und Maßnahmen entnehmbar sind0 Es zeigen: Fig. 1 die schematische Darstellung der Anordnung mit Randverzerrungsbereich auf Parabolspiegel , wobei der keulenförmige Brennfleck um 90° verdreht gezeichnet ist Fig. 2 die schematische Darstellung der Anordnung mit Randverx zerrungsbereich auf Eangspiegel, Fig. 3 die schematische Darstollung der Brennflecksteuerungsmöglichkeiten.
• Fig. 4 eine schematische Darstellung der Brennfleckerzeugung bei periodischer 3-Achsenbewegung.
• Wie die Fig. 1 zeigt, fallen Laserstrahlen 10 durch die Bohrung eines Hohlspiegels 12 auf einen gewölbten Torusspiegel 11, der um eine Achse 18 rasch rotiert und in den Achsen x, y, z, wie die Fig. 3 zeigt, steuerbar ist. Der von dem Spiegel 11 reflektierte Strahl 19 trifft auf die verspiegelte Seite des Hohlspiegels 12, wodurch in einer bestimmten Entfernung ein Brennfleck 20 erzeugt wird. Wird nun der rotierende Spiegel 11 durch eine um C'JL/2 phasenverschobene perjiodißche Bewegung in den Achsen x und y so bewegt, daß die Symmetrieachse 14 ständig zu sich selbst parallel bleibt, aber um die Hauptachse 23 eine bestimmte wählbare Bahn beschreibt, die beispielsweise kreisförmig¢, elliptisch etc. sein kann, so wird durch iese Bewegung des Spiegels 11 ein Teil der Strahlung 19 auf den Randverzerrungsbereich 13 des Hohlspiegels 12 gelenkt. Dadurch erhält der Brennpunkt 20 einen keulenförmigen Brennfleck 21 mit jeweils entsprechender Fläche. Die Strahlungsintensität in diesem Brennfleck 21 ist derart, daß sie an der vom Brennpunkt 20 radial am weitesten entfernten Stelle am schwächsten ist und zum Brennpunkt hin immer stärker wird. Durch die Bewegung des Spiegels 11 in den Achsen x und y führt die fächerförmige Ausdehnung in einer zur Strahlungsrichtung senkrechten Ebene 24 eine rotierende Bewegung mit dem Brennpunkt 20 als Mittelpunkt aus. Befindet sich in dem von dem Brennfleck 21 überstrichenen Raumgebiet ein Objekt 100, das die auftreffende Strahlung zumindest teilweise reflektiert, so gelangt ein Teil der von dem Objekt reflektierten Strahlen zum Sender zurück. Ein dort aufgestellter Empfänger (in den Zeichnungen nicht dargestellt) registriert beim Überstreichen des Objektes durch den Brennfleck 21 einen reflektierten Impuls, der eine bestimmte Amplitude und bezüglich einer bestimmten freiwählbaren Nullage des Fächers eine bestimmte Zeitverzögerung aufweist. Aus der bekannten Rotationsgeshwindigkeit und der festgelegten Nullage des Brennflecks 21 ist der R4ghtungsparameter + des Objektes 100 in Bezug auf den Brennpunkt genau bestimmt.
• Die radiale Entfernung r vom Brennpunkt 20 ist als relatives Maß aus der Intensität des reflektierten Impulses zu entnehmen.
• Besonders vorteilhaft erweist sich der Einsatz der Erfindung in Verbindung mit einem herkömmlichen Radargerät für große Weiten, wobei letzteres die Grobeinstellung und die Entfernungs messung für die Laseranordnung vornimmt. Die ireineinstellung und Ausrichtung des Laserstrahls auf das Objekt selbst, wird durch die erfindungsgemäße Anordnung und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt.
• Für beispielsweise normale Ortungs- oder Bahnverfolgungsverfahren genügen im allgemeinen Laserleistungen, die keine rotierenden Fangspiegel 11 erfordern. Für diese Anwendungsfälle sieht die Anordnung gem. Fig. 2 vor, daß dem Parabolspiegel 112 ein nicht rotierender, gut gekühlter Fangspiegel 115 zugeordnet ist, der mittels piezoelektrischer oder magnetostriktiver Materialen 116 auf einer Trägerplatte 117 angeordnet ist. Vorzugsweise werden drei Elemente 116 des vorgeschribenen Materials verwendet, die in Form eines gleichseitigen bzw. gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind.
• Der Randverzerrungsbereich 113 ist in diesem Falle auf dem Fangspiegel 115 angebracht, was zu einer nicht unbeträchtlichen Verbilligung der Anlage führt.
• Die weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, daß der Brennpunkt 20 des fokussierenden Systems auf einer spiralförmigen Bahn 23 so geführt wird (Fig. 4), daß der Durchmesser des Brennflecks 21 vergrößert wird und ein Abtastfeld lückenlos abgetastet werden kann. Diese Brennpunktsbewegung geschieht wieder durch eine Bewegung der 3-Achsensteuerungsanordnung des Fangspiegels 11 bzw.115 in den Achsen x oder y, wobei jedoch zur Aufweitung des Brennflecks noch eine zusätzliche, periodische Bewegung in der z-Achse hinzukommt. Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die Laserleistungsdichte am Ort des Objektes einen höheren Wert hat. Zeitlich jedoch wird die Ortung um einen geringeren Faktor länger dauern.

Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Lageermittlung von bewegten Zielen, vorzugsweise von Flugkörpern, dadurch g e ken n z e i c h n e t daß mittels einer Laseranordnung (10) und eines Spiegels (12) bestimmter Form ein keulenförmiger Brennfleck (21) mit einer vorgeschriebenen Intensitätsverteilung der Strahlung erzeugt wird und dieser Brennfleck (21) in einer Ebene senkrecht zur Strahlungsrichtung um den Punkt (20) der maximalen Intensität rasch rotiert und die Lage des Objektes durch den Phasenwinkel ? der Brennfleckachse (23) gegenüber einer wählbaren Nullachse (101) sowie der Radialabstand r durch die intensitätsmäßige Größe des reflektierten Signals bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Brennpunkt (20) auf einer spiralförmigen Bahn (23) bewegt wird und dabei der Brennfleckdurchmesser mittels Verschiebung in der z-Achse vergrößert oder verkleinert und ein Abtastfeld lückenlos überstrichen wird.

3. Anordnung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein'Parabolspiegel (12}3<zur Erzeugung eines keulenförmigen Lichtflecks (21) um den Brennpunkt (20) mit einem bestimmt geformten Spiegelrand (13) versehen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß der bestimmt geformte Spiegelrand (13) an einem nicht-rotierenden Fangspiegel (14) angeordnet ist und letzterer auf piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schwingern (16) montiert ist, welche auf einer Trägerplatte (17) mit einer 3-Achsensteueranordnung gelagert sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß drei piezoelektrische oder magnetostriktive Schwinger (16) in Form eines gleichseitigen oder gleichschenkligen Dreiecks angeordnet sind.