DE2319082A1 - Laser-sende-empfangssystem mit kohaerenten impulsen hoher leistung - Google Patents

Description

United Aircraft Corporation

400 Main Street

East Hartford,Conn.06108 .

LASER-SENDE-EMPFANGS-SYSTEM MIT KOHÄRENTEN IMPULSEN HOHER LEISTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf Laser-Sende-Empfangs-Systeme und insbesondere auf Lasersysteme solcher Art mit verbessertem Verhältnis Spitzenleistung zu mittlerer Leistung, ohne irgendwelche unerwünschten Bandbreitenerweiterungen des Empfangssystems. Die Erfindung ist für Fernmeldeanwendungen und insbesondere zum Einsatz in beweglichen Laserradaren, etwa auf Fahrzeugen, geeignet.

Vom Radar her ist es bekannt, dass Mikrowellen-, und zu einem kleineren Masse Millimeterwellenradare, unter bestimmten Anwendungseigenschaften leiden, welche sie beim Erkennen und Ausmachen kleiner ohne sehr nahe aneinanderliegende Ziele oder beim Aufspüren sehr nahe am Radar gelegener Ziele nutzlos· zu machen. Die Auflösung von Mikrowellen- und Millimeterwellenradaren ist durch die relativ grosse Strahlbreite des Radarstrahles benachteiligt. Es ist bekannt diese Nachteile mit einem superkomplexen Datenverarbeitungssystem, wie etwa synthetische Radarlöcher, zu überwinden und, mit etwas weniger Aufwand, mit Einzelimpulsradaren, welche entweder nach einem Amplitudendifferentialprinzip oder dem Phaseninteiferometerprinzip bezüglich eines Strahlenpaares arbeiten, in dem jeder Strahl von dsm anderen in einer Ebene ver-

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schoben ist, in welcher die Auflösung feiner sein soll als dies in der Strahlbreite irgendeines einzelnen Strahles möglich ist.

In ähnlicher Weise leiden solche Radare unter der Unmöglichkeit zwischen Zielen, welche sehr nahe am Radar liegeji, wegen der Störungen, welche die Mikrowellen- und Millimeterwellenradarempfanger beeinträchtigen, zu unterscheiden. Es" ist bekannt, dass solche Störungen bei höheren Frequenzen, und zwar bei -Frequenzen nahe am sichtbaren Spektrum der FrequenzsJeLa," bei denen Laserradare arbeiten können, nicht vorliegen. Somit .waren neuere Entwicklungen an Radaren sehr hohen Auflösungsvermögens auf"optische oder Laserradare gerichtet, welche im infraroten, sichtbaren und ultravioletten Frequenzband arbeiteten.

Beim Aufstellen der Eigenschaften von Laserradaren, welche wünschenswert sind, ist zu bemerken, dass viele der Parameter von ■ Mikrowelbnradaren auch für Laserradare zutreffen. Insbesondere, wenn das Radarvideosignal einmal im Empfänger erzeugt worden ist, d.h. wenn einmal Signale mittlerer Frequenz erzeugt worden sind, welche die vom Ziel zurückgesandte Information darstellen, dann ist die Verarbeitung ähnlich wie bei Radaren, welche irgendeine andere Trägerfrequenz benutzen. In jedem Radar oder anderem Fernmeldesystem ist das Signal/Rausch-Verhältnis, welches im Empfänger erwartet werden kann, von primärer Bedeutung. Unabhängig davon wie stark ein empfangenes Signal ist, es wird nutzlos wenn es vom Rauschen überdeckt ist. Andererseits, kann das feinste reflektierte Signal nutzbar sein, wenn es ausreichend aus dem Rauschen, welches innerhalb des Empfängers selbst erzeugt wird, hervorsticht, um noch klar erkannt zu werden. Es ist bekannt, dass das Nutzsignal/Rausch-Verhältnis in einem inkohärenten Empfänger direkt proportional zum Quadrat der Leistung der reflektierten Signale mal einer Konstante und umgekehrt proportional zur Bandbreite des Empfängers ist. Andererseits ist auch bekannt, dass das Nutzsignal/Rausch-Verhältnis für einen inkohärenten Detektorempfänger direkt proportional zur ersten Grössenordnung' der Leistung der reflektierten Welle mal einer zweiten Konstante, und umgekehrt proportional zar Bandbreite ist. Auf einen ersten Blick erscheint es deshalb, dass das Signal/Rausch-Verhältnis in einem inkohärenten Empfänger grosser sein kann. Jedoch wird in unter geeigneten Betriebsbedingungen (wirksames Überlagern), die

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beim kohärenten Detektorempfänger benutzte Konstante, welche nur von dem Detektorquantumwirkungsgrad und der Energie pro Photon abhängt, um mehrere Grössenordnungen grosser sein als die Konstante eines inkohärenten Detektorempfängers, welche von der Fläche und der Empfangsmöglichkeit des Detektors abhängt. Somit sind, wie bekannt ist, kohärente Detektorernpf anger, welche bei infraroten Wellenlängen arbeiten, um >viele Grössenordnungen empfindlicher, d.h. erfordern um Grössenordnungen kleiner.e reflektierte Signalteistungen, um ein spezifisches, annehmbares Signal/ Rausch-Verhältnis für jede gegebene Empfängerbandbreite zu liefern, als dies für den inkohärenten Detektorempfänger der Fall ist.

Ein anderer Parameter, welcher von der Auswahl eines Lasersystems abhängt, ist ob der Lasersender impulsförmig oder kontinuierlich betrieben werden soll. Bis jetzt war bekannt, dass in einem kohärenten System, unabhängig davon ob das System mit Mikrowellen, Millimeterwellen oder nahe an optischen Frequenzen betrieben wurde, das Signal/Rausch-Verhältnis im Empfänger proportional zur mittleren Ausgangsleistung des Senders ist, und, dass es deshalb nicht von Vorteil ist den Sender im Impulsbetrieb zu betreiben. Der Grund dafür ist, dass, obschon die Spitzenausgangsleistung in einem eine ungedämpfte Welle aussendenden Sender gleich der mittleren Ausgangsleistung ist, und obschon ein impulsbetriebener Sender eine sehr hohe Ausgangsspitzenleistung haben kann, welche mehrmals grosser als die mittlere Ausgangsleistung ist, das Signal/ Rausch-Verhältnis mit der reflektierten Leistung, welche gleich der Spitzenleistung in einem Impulssystem und gleich der mittleren Leistung in einem Dauerstrichsystem ist, ansteigt, aber mit der Bandbreite, welche ihrerseits umgekehrt proportional zur Impulsbreite ist ,^wird/kleiner^. Somit heben sich die Wirkungen der vergrösserten Spitzenleistung ind der Bandbreite auf und das Signal/ Rausch-Verhältnis bleibt dasselbe, unabhängig davon ob ein grosses Spitzenleistungs/mittlere Leistung-Verhältnis und eine grosse Bandbreite benutzt werden, oder ob die Spitzenleistung gleich der mittleren Leistung ist, und eine schmale Bandbreite benutzt wird.

Beim Bereitstellen von Radarsystemen für Flugkörper hat sich ein Bedarf entwickelt für Radarsysteme, welche mit kurzen Reichweiten und hoher Auflösung arbeiten können. Ein spezifisches, Bei-

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spiel sind Boden- md Hinderniserkennungsradare, welche in Hubschraubern oder anderen tieffliegenden, langsamfliegenden oder erdbezogenen taktischen Flugzeugen benutzt werden. Bei einem in einem Flugkörper eingebauten System ist es selbstverständlich, dass ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis und eine niedrige mittlere Leistung auf jedem praktischen Weg gesucht werden müssen, um Grosse, Kosten, Gewicht und Komplexität in solchen Systemen klein zu halten. ' "'"'-.

Die Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Laser-Sende-Empfangs-System bereitzustellen.- Eine zusätzliche Aufgabe der Erfindung ist es ein verbessertes Radarsystem bereitzustellen, welches bei relativ kleinen Reichweiten mit hoher Auflösung arbeitet. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung verbesserter Laserradarsysterne. .

Nach der Erfindung benutzt ein Laser-Sende-Empfangs-System einen kohärenten Detektorempfänger mit einer Bandbreite, welche grosser als die Bandbreite ist, welche für den Informationsfluss des

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Systems erforderlich ist, und welche so ausgewählt wird, dass sie breit genug ist, um einen weiten Bereich von Frequenzverschiebün-. gen von der Senderträgerfrequenz zu verarbeiten, und welches ei- ; nen impulsbetriebenen Sender, der mit einerlmpulsbandbreite arbeitet, welche im wesentlichen gleich dem Kehrwert der genannten Empfangsbandbreite ist", und eine Impulsfolgefrequenz benutzt, welche so klein ist, dass sie die Datenflussforderungen des Systems erfüllt, benutzt. . . , ■

Weiter wird nach der Erfindung ein mobiles, impulsbetriebenes Laserradarsystem mit kohärenter Demodulation bereitgestellt, in welchem bekannte Lasertechnologie, bekannte optische Technologie und bekannte Empfängersignalverarbeitungstechnologie benutzt werden, mit einer Empfangsbreite, welche eine Funktion der nicht auflösbaren reflektierten Dopplsrfrequenz signale ist, die von den Änderungen der Senderfrequenz, der Empfängerhilfsoszillatorfrequenz, der Geschwindigkeit des den Radar tragenden Fahrzeuges und der relativ langsam sich bewegenden Ziele ist, und mit einer Impulsfolgefrequenz arbeitet, welche klein bezüglich der Bandbreite des Empfängers. ist. Insbesondere soll in Übereinstimmung mit der Er-' fin<dung die Bandbreite des Empfängers im wesentlichen gleich zwei-

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mal dem Verhältnis der Trägerfrequenz zur Lichtgeschwindigkeit mal den Dopplergeschwindigkeitskomponenten, welche als unlösbar oder veränderlich innerhalb der Entwurfsparameter und als von Nutzen im System betrachtet werden ist, und eine Impulsfolgefrequenz wird kleiner als ein Bruchteil der vorhi-n. genannten ausgewählten Bandbreite ausgewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt ein CO^-Laser in passiver Q-Schaltung ein Ausgangsimpuls mit einer Gauss'sehen Intensitätsverzeilung bezüglich der Zeit und die Impulsfolgefrequenz ist kleiner als die Frequenzbandbreite, welche zu der Impulsämplitudenfunktion gehört. ,.-.-■·--■

In weiterer Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein mobiler 10,6 Mikron-Laser in passiver Q-Schaltung betrieben mit einem sättigbaren Niederdruckfarbabsorber, welcher eine Schwefelhexafluorid enthaltende Zelle enthält, welche ein Ausgangsimpuls mit einer Impulsbreite in der Grössenordnung von einer Zehntel- bis ei'ner Mikrosekunde aufweist, was mit einer Bandbreite von 1 bis 3 MHz übereinstimmt, und des wird eine Radarempfänger-Zwischenfrequenzverstärker-Mitten-Messfrequenz in der Grössenordnung von 20 bis 40 MHz benutzt, wobei der optische Hilfsoszillator als' Funktion der Geschwindigkeit des den Radar tragenden Fahrzeuges eingestellt wird, sodass die Zwischenfrequenz innerhalb eines schmalen Bruchteiles der Bandbreite um die Mittenfrequenz des Zwischenfrequenzverstärker s liegt.

Ungleich dem Stande der Technik sieht die vorliegende Erfindung nicht eine Bandbreite vor, welche so ausgewählt ist>dass sie eine Funktion des Kehrwertes der Senderimpulsbreite ist, sondern anstatt dessen wird eine Senderimpulsbreite gewählt, welche mit einer Bandbreite übereinstimmt, welche für den Informationsdatenfluss erforderlich ist, und v/elcher so ausgewählt ist, dass sie nicht steuerbare und unbestimmbare Trägerfrequenzvers'chiebungen verarbeitet, so wie etwa Dopplerverschiebungen, welche aus der Unmöglichkeit, die Geschwindigkeit der Plattform auf welche des Radar montiert ist und die Änderungen der Geschwindigkeit der Ziele bezüglich des Bodens zu kompensieren, und von Veränderungen anderer Laserradarparameter, wie etwa die Empfängerträgerfrequenz usw., resultieren. Dies kommt daher, dass die' Dopplerfrequenzen sehr bedeutsam werden, wenn die Trägerfrequenz extrem hoch ist, wie

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etwa bei den Laserradaren, welche mit fast optischen Trägerfrequenzen arbeiten. Die Erfindung liefert die Vorteile bekannter kohärenter Demodulationsimpulsradare, wie etwa Entfernungsmessen, ' Rückstreuungsunterdrückung,~Signalverarbeitung, usw., und das bis jetzt nicht erreichbare- Signal/Rausch-Verhältnis eines sehr hohen Spitzenleistung zu mittlerer Leistung-Verhältnisses, welches aus der niedrigen Senderimpulsfolgefrequenz und der sehr kurzen Impulsbreite resultiert, ohne dass sie unter irgendwelchen aufhebenden Nachteilen von ünnotwendigerweise vergrösserter Bandbreite dafür leidet. . ..'.'■ . .

Wenn man eine Radarempfängerbandbreite, welche sehr viel breiter als diejenige ist, welche durch den Informationsfluss bestimmt wird, typisch der Reziprokwert der Impulsbreite, um so die unlösbaren Dopplerfrequenzen verarbeiten zu können, welche als Folge der Änderungen der Bodengeschwindigkeit beweglicher Ziele, wie etwa vom Wind getriebene Drähte, und andere unlösbare Elemente relativer Geschwindigkeit auftreten können, in Verbindung mit einer niedrigen Datenübertragungsgeschwindigkeit (niedrige Impulsfolgefrequenz benutzt, kann das Verhältnis Spitzenleistung zu mittlerer Leistung erheblich werden (zwei oder mehr Grössenordnungen), im Gegensatz ai bekannten DauerStrichsystemen ähnlicher Type, in welchen das Verhältnis Spitzenleistung zu mittlerer Leistung gleich eins ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Radargerätes, als vereinfachtes schematisches Blockdiagramm darstellt, in welches die Erfindung eingebaut werden kann, näher" beschrieben.^r

Ein kohärenten Impulslaserradarsystern, welches die Erfindung benutzen kann, umfasst eine abtastende, optische Antenne 1, welche elektrische Energie mit einer Frequenz nahe dem optischen Spektrum nach aussen hin (nach rechts in der Figur) aussendet uid von Zielpunkten innerhalb des von der Antenne ausgeleuchteten Feldes reflektierte Signal empfängt. Die abtastende, optische Antenne kann typisch ein feststehendes Teleskop mit einem rotierenden Spiegel umfassen oder irgendeine andere, geeignete, bei der gewünschten Wellenlänge betreibbare Antenne sein. Die Antenne 1 ist über einen optischen Weg 2 an einen Zirkulator 3, welcher die-

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selbe Funktion wie Mikrowellenzirkulatoren in Mikrowellenradaren hat, angeschlossen. Der Zirkulator 3 lässt Energie auf einem optischen Weg 4 von einem stabilisierten Impulslasersender 5 zu dem Weg 2 zur übertragung an die Antenne 1 durch und lässt von der Antenne 1 empfangene Signale vom optischen Pfad 2 zu einem optischen Pfad 6 in Richtung des Empfängers des Systems durch, Der Zirkulator 3 umfasst einen Strahlspalter, welcher aus einem teilweise reflektierenden Spiegel, oder einer Drehvorrichtung, Viertelwellenplatten und geeigneten Polarisatoren bestehen kann, so wie es aus dem Stande der Technik bekannt ist. Andere bekannte Vorrichtungen können benutzt werden, falls dies erwünscht ist. Ebenso können getrennte Sende- und Empfangsantennen benutzt werden.

Die empfangenen Signale im optischen Pfad 6 treffen auf einen Strahlspalter 7, welcher als Kombinationsvorrichtung oder Mischer dient, um die empfangenen Signale in dem optischen Weg 6 itit den optischen Signalen auf einem optischen Weg 8, welche von einem Dauerstrichlaserhilfsoszillator 9 erzeugt werden, zu mischen. Der Hilfsoszillator 9 ist vorzugsweise ein sehr stabiler Laser niedriger Leistung, welcher abgestimmt ist, um ein Signal zu erzeugen, welches bezüglich sainer Frequenz von der Frequenz der reflektierten Wellen auf dem optischen Weg 6 um die Mittenfroquenz des optischen Verstärkungsteiles des Empfängers getrennt ist, wie es weiter unten näher beschrieben wird. Das Abstimmen des Hilfsoszillators 9 kann in bekannter Weise durch Bereitstellen einer geeigneten Spannung an einen Wandler,'wie etwa ein piezoelektrischer Kristall, auf den einen der Spiegel des Resonanzhohlraumes des Hilfsoszillators montiert ist, durchgeführt werden.

Die Steuerspannung zum Abstimmen des"Hilfsoszillators 9 wird auf einer Signalleitung 10 von einem Verstärker bereitgestell.t, welcher seinerseits von einem Signal auf einer Leitung 12 gespeist wird, welches von einer Geschwindigkeitseingabevorrichtung 13 erzeugt wird. Die Geschwindigkeitseingabevorrichtung 13 kann irgendeine geeignete Geschwindigkeitsmessvorrichtung sein. Wenn das Radarsystem auf einem Fahrzeug oder Flugkörper, wie etwa ein Hubschrauber oder ein anderes Flugzeug, in einer Weise montiert werden soll, dass es symmetrisch um einen einfachen relativen Azimuth des Fahrzeuges oder Flugkörpers (wie etwa der Kurs) schwenkt, dann braucht die Geschwindigkeitseingabevorrichtung 13 nur die Ge-

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schwindigkeit des Flugzeuges zu messen, um eine richtige Abstimmung für den Hilfsoszillator 9 zu liefern. Wenn man den Hilfsoszillator 9 in einer Weise abstimmt, welche von der Boden- . geschwindigkeit des Flugzeuges oder Flugkörpers abhängig ist, dann werden Dopplerverschiebungen und von feststehenden Zielen reflektierte Signale in einem gewissen Sinne ausgeschaltet. D.h., in dem Masse wie die Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder Flugkörpers sich verändert, werden die reflektierten Signale verschiedene Frequenzen als Folge der auf die Trägerfrequenz wirkenden Dopplerverschiebungen habenj wenn jedoch der Hilfsoszillator in Übereinstimmung mit der Bodengeschwindigkeit des Fahrzeuges oder Flugkörpers' abgestimmt wird, kann die Zwischenfrequenz sehr genau auf dem gleichen Wert gehalten^, werden. Selbstverständlich kann dieser Frequenznachlauf bei optischen Frequenzen nur mit beschränkter Genauigkeit durchgeführt v/erden, -sodass einige Veränderungen . der Zwischenfrequenz erwartet werden müssen. Wie jedoch weiter unten beschrieben worden ist, wird das vorliegende System mit solchen Veränderungen fertig.

Die Geschwindigkeitseingabevorrichtung 12 kann einfach Mittel zum Ableiten einer Spannung vom Trägheitssystem des Flguzeuges umfassen? andererseits, weil viele Flugzeuge, wie etwa Hubschrauber, geläufig mit Dopplerbodengeschwindigkeitsindikatoren versehen sind, kann die Geschwindigkeitseingabevorrichtung 13 eine die Geschwindigkeit darstellende Spannung von solch einem Dopplerbodengeschwindigkeits indikator ableiten. Oder es könnte eine Spannung " ableiten, welche der Geschwindigkeit entspricht, wie sie von der ' Dopplersignalverarbeltungsvorrichtung in diesem System geliefert wird. Wenn die Abtastbewegung der Antenne 1 bezüglich" des Kurses des Flugzeuges verändert werden kann, sodass die Mittellinie des vom Radar ausgestrahlten Diagramms ein Winkel mit dem Kurs bildet, dann muss die Geschwindigkeitseingabevorrichtung 13 auch die '■ Winkelkomponenten der Geschwindigkeit ebenso in Betracht ziehen wie die Geschwindigkeit selbst. Dem ist so, weil dann, wenn die Antenne in eine Richtung zeigt, welche einen Winkel mit dem Kurs des Fahrzeuges bildet, eine kleinere Dopplerverschiebung der reflektierten Signale-auftritt, als dann, wenn die Antenne in Richtung des Geschwindigkeitsvektors des Flugzeuges abtastet. Andererseits kann die Geschwindigkeitseingabevorrichtung 13, obschon sie

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als nicht mit der Antenne 1 verbunden dargestellt worden ist, ein Eingangssignal empfangen, welches eine trygonometrische Funktion auf die von der Geschwindigkeit abgeleitete Spannung als Funktion der relativen Stellung der Antenne bezüglich.des Flugkörpers oder Fahrzeuges aufdrückt. ^^--

Durch den Strahlspalter 7 werden Komponenten der auf dem optischen Weg 6 herankommenden Signale, und die Signale des HilfsOszillators auf dem optischen Weg 8, entlang.eines optischen Weges 14 zu einem Photodetektor 15 geleitet." Der. Detektor 15 hat vorzugsweise eine nichtlineare,· quadratische Kennlinie, sodabs er auf einer Leitung 16 ein elektrisches Signal mit einer Frequenz erzeugt, welche gleich dem Unterschied zwischen der Frequenz der beiden einfallenden optischen Wellen auf den Wegen 6 und 8 ist. Der Detektor 15 kann eine Quecksilber-Kadmium-Tellurid (HgCdTe) Phtodiode sein. Zum Beispiel kann der Hilfsoszillator 9 auf eine Frequenz eingestellt sein, welche um 30 MHz von der Dopplerverschobenen Frequenz des reflektierten Signales des Senders 5 verschieden sein, um somit auf der Leitung 16 Signale mit einer Frequenz von ungefähr 30 MHz zu liefern. Diese Signale werden, einem normalen Zwischenfrequenzverstärker zugeführt, welcher vorzugsweise mit einer Mittenfrequenz um 30 MHz mit einer Bandbreite von 2 oder 3 MHz arbeitet.

Der Ausgang des Zwischenfrequenzverstärker wird über eine Signalleitung 18 an einen Signalverarbeitungsschaltkreis 19 angeschlossen, welcher irgendeiner der bekannten geeigneten Radarvideosignalverarbeitungsgeräte, wie sie laufend im Mikrowellen-vnd Millimeterwellenradar benutzt werden, umfasst, je nach der Anwendung, welche die vorliegende Erfindung erfahren soll. Wenn dies zum Beispiel ein einfacher Suchradar ist, kann die Signalverarbeitungsvorrichtung 19 einfach die Videosignale formen und sie über geeignete Leitungen 20 an eine Anzeigevorrichtung weiterleiten, welche ein Α-Schirm oder ein PPI-Schirm usw., sein kann, wie es aus dem Stande der Technik bekannt ist. Andererseits kann in verfeinerten Anwendungen, Berechnungen von gekrümmten Ent-fernungen, Bereichintegration, Darstellen auf einem Monitor und andere Radarvideosignalverarbeitungsfunktionen können hier stattfinden. All dies bildet keinen Teil der Erfindung.

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Der Sender 5 kann vorzugsweise einen Lasersender von der Art enthalten wie er in der Anmeldung vom gleichen Tag der gleichen Anmelderin mit dem Titel "Frequenzgesteuerter Laser in passiver Q-Schaltung" beschrieben ist. Jener Sender benutzt einen sättigbaren Niederdruckgasabsorber, wie etwa Schwefelhexafluorid, um einen Laserhohlraum in passiver Q-Schaltung zu betreiben, welcher Hohlraum z.B. ein kohlenstoffdioxydhaltiges Verstärkungsmedium enthalten kann. Die Ausgangs impulse werden überwacht und dazu benutzt um die Resonanzfrequenz des Hohlraumes zu steuern, um so sowohl dieTrägerfrequenz als auch die Impulsfolgefrequenz zu stabilisieren. In jedem Fall stellte sich heraus,-dass der vorgenannte Laser einen Ausgangsimpuls mit im wesentlicher Gauss'scher Energieverteilung mit einer Impulsbreite bei'halber Leistung von der Grössenordnung von 0,1 bis 1 Mikrosekunden erzeugt. In solch einem Fall ist die Impulsfolgefrequenz des Senders um Grössenordnungen kleiner als die Bandbreite des Empfängers 17, d.h. in der Grössenordnung von 20 bis 50 kHz. ·

Das eben beschriebene Radarsystem benutzt die vorliegende Erfindung indem es einen Empfänger mit einer Bandbreite benutzt, welche grosser als die für den Datenfluss erforderliche Bandbreite ist, aber so gross ist, dass sie die Trägerfrequenzverschiebungan, welche unabhängig von den übertragenen Daten sind, miterfasst; in diesem Fall sind die Trägerfrequenzverschiebungen teilweise durch Verschiebungen der Senderträgerfrequenz oder der Hilfsos zillatorträgerfrequenz und der Unmöglichkeit den Hilfsoszillator genau bezüglich der Fahrzeug- oder Flugkörpergeschwindigkeit nachzufuhren bedingt; zu einem grossen Teil sind aber diese Verschiebungen bedingt durch FrequenzverSchiebungen, welche von unkontrollierbaren und unbestimmbaren Dopplerverschiebungen der Trägerfrequenz bedingt sind, welche durch das Abtasten der Antenne und die relative Bewegung bezüglich der Zielpunkte, wie etwa Fahrzeuge, Flugkörper oder Drähte und andere sich im Wind oder anderswie bewegende Gegenstände bewirkt. Die Erfindung kann auch erfolgreich in anderen Laser-Sende-Empfangs-Systemen, wie etwa Fernmeldesystemen benutzt werden. Zum Beispiel kann es in einer Digitaldatenverbindung, in welcher kohärente Demodulation benutzt wird, wünschenswert sein, extrem billige Sender und Hilfsoszillatoren zu benutzen, sodass die Zwi seigenfrequenz um einen Betrag

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wandern kann, welcher die für den Nachrichteninhalt erforderliche Bandbreite übersteigt. In solch einem Fall kann ein Empfänger mit einer extrem hohen Bandbreite vorgesehen sein und die Impulsfolgefrequenz und die Impulsbreite des Senders können entsprechend eingestellt werden, um so die vorliegende Erfindung vorteilhaft anzuwenden: d.h. Bereitstellen einer Spitzenleistung, welche viel grosser als die mittlere Leistung in einem kohärenten Demodulations sys tem ist, im Gegensatz zu Systemen des Standes der Technik in welchen die Spitzenleistung und die mittlere Leistung die gleiche Wirkung auf das Signalrauschverhältnis haben, sodass einfachere,leichter steuerbare Dauerstrichlasersender anstatt der schwieriger zu steuernden Impulslasersender benutzt werden.

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Claims (3)

1. PATENTANS PRÜCHE

   ί l.j Laser-Sende-Empfangssystem,, gekennzeichnet, durch einen Impulslasersender (5),einen eine ungedämpfte Welle erzeugenden Hilfsoszillator (9), optisch auf das Laserausgangssignal des Hilfsoszillators ansprechende Mittel (7,15) zum Überlagern eines Laserstrahlpaares und zum Erzeugen eines elektrischen Signales mit einer Frequenz gleich dem Frequenzunterschied der zugeführten Laserstrahlen, eine Laserantenne (1) mit auf den Lasersender ansprechenden Mitteln (3) zum Aussenden der Laserstrahlung und zum Empfangen der Laserstrahlung und zum Zuführen derselben in Form eines Laserstrahles an die Strahlüberlagerungsvorrichtung (7,15) wobei die empfangenen Signale Informationen von einer gegebenen maximalen erkennbaren Datenfrequenz enthalten, und durch einen an den Ausgang der Überlagerungsvorrichtung (7,15) angeschlossenen Zwischenfrequenzverstärker (17) ,mit einer Mittenfrequenz, welche im wesentlichen gleich dem Unterschied zwischen der Träger^. frequenz des Senders und der Frequenz des Hilfsoszillators ist, und mit einer Bandbreite, welche wesentlich grosser als die für den Datenfluss erforderliche Bandbreite ist, wobei der Sender (5.) eine Spitzenleistung, welche wesentlich grosser als die kleine mittlere Leistung, eine Impulsbreite, welche im wesentlichen der Kehrwert dieser Bandbreite ist, und eine Impulsfolgefrequenz, welche die kleinstmögliche mit dem Datenf lass übereinstimmbare Frequenz ist, hat. ■
2. 2. Auf ein bewegliches Fahrzeug oder Flugkörper aufbaubares Laserradarsystem,gekennzeichnet durch einen Impulslasersender (5). einen eine ungedämpfte Welle erzeugenden Laserhilfsoszillator (9), eine optisch auf den Laserhilfsozillator (9) ansprechende Lasersignalüberlagerungsvorrichtung (7,15), eine Laserantenne (1) mit optisch an.den Lasersender und die Signalüberlagerungsvorrichtung angeschlossene Mittel (3) und Mittel zum Aussenden der vom Sender zugeführten Energie und zum Empfangen der auf die Antenne von aussen auffallendenLaserenergie und zum Zuführen der empfangenen Laserenergie an die Überlagerungsvorrichtung (7,15), wobei die Überlagerungsvorrichtung (7,15) einen auf die zugeführte Laserenergie ansprechenden Detektor (15) zum Erzeugen eines elektrischen Signals bei einer Frequenz gleich dem Frequenzunterschied zwischen dem empfangenen Lasersignal und dem Lasersignal des Easerhilfsos-

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   zillators (9) umfassen, Mittel (13) zum Erzeugen eines Signals als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeuges zum Einstellen der Frequenz des Laserhilfsoszillators (9) in einer Weise, dass eine Zwischenfrequenz erzeugt wird, welche im wesentlichen konstant ist, unabhängig von den Dopplerverschiebungen, welche in den empfangenen Signalen als Folge der Relativgeschwindigkeit des Flugzeuges bezüglich der Erde bei der Trägerfrequenz des Senders auftreten, und eine auf die Detektorvorrichtung (15) ansprechende Empfängerverstärkungsvorrichtung (17), mit einer Mittenfrequenz welche im wesentlichen gleich der konstanten Zwischenfrequenz ist, einer Bandbreite, welche im wesentlichen gleich der Dopplerverschiebung der empfangenen Lasersignale durch die Geschwindigkeitskomponente der Zielpunkte in Richtung des Geschwindigkeitsvektors des Flugzeuges in der Grössenordnung von mehrmals 10 km pro Stunde bei der Trägerfrequenz des Senders ist, wo ei der Sender (5) eine Impulsbreite, welche im wesentlichen gleich dem Kehrwert jener Bandbreite ist, und eine Impulsfolgefrequenz hat, welche so niedrig ist, dass sie die geforderten Datengeschwindigkeiten der empfangenen reflektierten Radarsignale erfasst.
3. 3. Laserradarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lasersender ein CO„-Laser in passiver Q-Schaltung mit einem sättigbaren Niederdruck-Schwefelhexafluorid-Gasabsorber ist, welcher einen Ausgangsimpuls mit Gauss'scher Energieverteilung erzeugt, mit einer Halbleistungsimpulsbreite in der Grössenordnung von 0,1 mit 1,0 Mikro-Sekunden, wobei der Signaldatenfluss der reflektierten Radarsignale in der Grössenordnung von 20 bis 50 kHz liegt, und der Sender bei einer Impulsfolgefrequenz in dar Grössenordnung von 20 bis 50 kHz arbeitet, und der Radarempfänger eine Bandbreite in der Grössenordnung von 1 bis 3 MHz aufweist.

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