DE2636926A1

DE2636926A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von quer zu einem strahl elektromagnetischer energie gelegenen orten

Info

Publication number: DE2636926A1
Application number: DE19762636926
Authority: DE
Inventors: William W Buchman
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1975-09-04
Filing date: 1976-08-17
Publication date: 1977-03-17
Also published as: US4030686A; FR2323156B1; GB1554751A; FR2323156A1; DE2636926C2

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 11. August 1976

Hughes Aircraft Company P 2232 S/kg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St₀A.

Vertreter:

Kohler — Schwindling - Späth Pat ent anwält e Hohentwielstraße 41 7000 Stuttgart 1

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung von quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie gelegenen Orten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Signalen, die für den Ort längs wenigstens einer quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie gerichteten Dimension charakteristisch sindo Ein solches Verfahren ist insbesondere für die Führung von Raketen oder Flugzeugen sowie zur Bestimmung der Position von Objekten nützliche

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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für das erfindungagemäße Verfahren liegt im Feld der Führung von Raketen auf einem optischen Leitstrahl, bei dem sich die Rakete längs des Zentrums eines ausgesendeten Strahles bewegen solle Bei einem bekannten System dieser Art wird ein enger Strahl von Impuls zu Impuls im Raum versetzt, um eine Stellungs-Information zu liefern^ Beispielsweise wird ein Strahl 1 beim ersten Sendeimpuls in einer Stellung 1 ausgesendet, ein Strahl 2 bei einem zweiten Impuls in einer Stellung 2 usw_e. Die Folge wird fortgesetzt, bis ein Strahl in allen vorgewählten Positionen ausgesendet wurde_o Eine Bezugsuhr in der Rakete wird beim Abfeuern mit einer Uhr im Sender synchronisiert und es ist die Zeit des Empfangs eines Energieimpulses für die Stellung der Rakete in bezug auf den Raum charakteristisch, der von der Mehrzahl aufeinanderfolgend ausgesendeter Strahlen bedeckt wird,,

Obwohl das vorstehend beschriebene System für manche Anwendungen befriedigend ist, ist es auf die Anwendung einer hohen Impulsfolgefrequenz zur Erzeugung der vielen engen Strahlungskeulen beschränkt. Insbesondere für Sender vom Lasertyp bedeutet eine hohe Impulsfolgefrequenz, daß der Entfernungsbereich des Systems beschränkt ist ο

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung der Stellung von entfernten Objekten anzugeben, dessen Arbeitsweise nicht von der Anwendung einer hohen Impulsfolgefrequenz abhängt. Es soll insbesondere für optische Leitstrahl-Verfahren

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geeignet sein und die Bestimmung der Position eines Zieles unabhängig von der Bollwinkellage des Zieles ermöglichen,.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der elektromagnetischen Energie längs der quer zum Strahl gerichteten Dimension sich in vorbestimmter Weise ändernde Polarisationazustände erteilt und die für den Ort charakteristischen Signale vom Polarisationszustand des empfangenen Teils der Energie abgeleitet werden,,

Die Anwendung von Polarisationszuständen, die sich längs einer quer zum Strahl gerichteten Dimension in vorbestimmter Weise ändern, macht es möglich, die Stellung eines entfernten Objektes längs dieser Dimension anhand eines einzigen ausgesendeten Strahles festzustellen· Durch Aussenden von Strahlen, die längs verschiedener Dimensionen quer zum Strahl durch sich ändernde Polarieationszuetande codiert sind, kann die Stellung eines Zieles in zwei Dimensionen bestimmt werden«

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der Energie Polarisationszustände erteilt, die an einem Band des Strahles eine elliptische Polarisation mit einem ersten vorbestimmten Drehsinn aufweisen und längs der quer zum Strahl gerichteten Dimension zunächst in eine lineare Polarisation und dann in eine elliptische Polarisation mit einem zum ersten Drehsinn entgegengesetzten zweiten Drehsinn am anderen Rand dee Strahles übergehen» Der hier benutzte Ausdruck "elliptische Polarisation" umfaßt die zirkuläre Polarisation als Spezial· fall ο

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Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung dea beschriebenen Verfahrens zum Gegenstand. Eine solche Vorrichtung kann eine Lasereinheit umfassen, die linear polarisiertes Licht einem aus doppelbrechendem Material wie beispielsweise kristallinem Quarz bestehenden Keil zuführt. Die Polarisation der einfallenden Laserenergie ist unter 4-5° zur optischen Achse des Keiles ausgerichtet,, Der Keil zerlegt das einfallende Licht in zwei Komponenten,» Die eine dieser Komponenten erstreckt sich parallel und die andere senkrecht zur optischen Achse des Keiles» Beim Durchlaufen des Keiles erfährt die eine Komponente in bezug auf die andere eine Phasenverschiebung. Die Form des Keiles wird vorzugsweise so gewählt, daß diese Phasenverschiebung an den Rändern des Strahles +90° und -90° betragt· Bei dieser Anordnung wird an einem Rand des Strahles eine rechtsdrehende Zirkularpolarisation und am anderen Rand eine linksdrehende Zirkularpolarisation erzeugt· Das durch die Mitte des Keiles gehende Licht hat im wesentlichen eine relative Phasenverschiebung zwischen den beiden orthogonalen Komponenten, abgesehen von einer ganzen Anzahl halber Wellenlängen, so daß der Polarisationszustand am Ausgang des Keiles im wesentlichen entweder der gleiche ist wie am Eingang des Keiles oder zum Zustand am Eingang des Keiles senkrecht steht. Das aus dem Keil austretende Licht wird durch eine Zerstreuungslinse geleitet, die den Strahl aufweitet, um einen Strahl mit der gewünschten Breite zu erzielen, beispielsweise einen konischen Strahl.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform enthält der Empfänger einA/4-Plättchen, dessen schnelle und

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langsame Achsen um 4-5° gegenüber der Horizontalen geneigt sindο Das λ/4~Plättchen wandelt rein zirkulär polarisiertes Licht in Abhängigkeit vom Drehsinn der Zirkularpolarisation in horizontal oder vertikal polarisiertes Licht UDio Die relativen Anteile der beiden Zirkularen Komponenten der empfangenen Energie wird mittels eines polarisationsempfindlichen Strahlteilers festgestellt, der bewirkt, daß die Horizontalkomponente der Energie von dem λ./4-Plättchen einem ersten Detektor und die Vertikalkomponente einem zweiten Detektor zugeführt wirdο Das Verhältnis der Differenz dieser Komponenten zu ihrer Summe ist charakteristisch für den Ort längs der codierten Dimension quer zum Strahl, an dem die Energie empfangen wurde« Es sei erwähnt, daß bei der gerade beschriebenen Ausführungsform eine Drehung des Empfängers in Richtung des Rollwinkels ein gemeinsames Drehen von Λ/4-Plättchen und Strahlteiler aur Folge hat, so daß die zur Ortbestimmung dienende Messung im wesentlichen vom Rollwinkel unabhängig ist, auch wenn die verschiedenen Achsen von der Horizontal- und Vertikalrichtung abweichen»

Eine Stellungsinformation längs einer zweiten Dimension quer zum Strahl kann erzielt werden, indem der Keil in seiner optischen Ebene gedreht und ein zweiter Impuls ausgesandt wird· Ein Drehen des Keiles um 90° zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen liefert eine Art von Elevations- und Azimutinformation über die Stellung« Anstatt den Keil zu drehen können optische Anordnungen benutzt werden, mit deren Hilfe der Laserstrahl optisch

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durch einen zweiten Keil mit geeigneter Winkelstellung während der Perioden geleitet wird, während denen die Meaaung längs der zweiten Dimension stattfinden aoll„ Es können auch zwei Laser verwendet werden, um parallele Kanäle zu bilden, die abwechselnd eingeschaltet werden»

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird über zwei Kanäle gleichzeitig Energie mit unterschiedlicher Frequenz und Stellungsinformationen längs zweier Dimensionen während jeder Sendeperiode ausgesandt«, Bei dieser Monopuls-Variante der Erfindung werden Signale mit einer ersten und einer zweiten Frequenz jeweils durch die oben beschriebene elliptische Polarisation in der Weise oodiert, daß die codierten Dimensionen quer zum Strahl senkrecht zueinander stehen» Der Empfänger enthält einen dichroitischen Strahlteiler, der so angeordnet ist, daß die beiden Frequenzen separat verarbeitet werden können. Die durch die Polarisation aufgeprägte Information lieferb dann eine Aussage über die Stellung längs beider Dimensionen, beispielsweise Azimut und Elevation, aus einem einzigen Sendeimpuls.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Sendestrahl so codiert, daß eine Linearpolarisation mit sich ändernden Winkel längs der Meßdimension des Strahles aufgeprägt wird» Der Empfänger braucht dann nur einen polarisationsempfindlichen Strahlteiler zum Aufteilen der empfangenen Energie auf die beiden Detektoren aufzuweisen, deren Ausgangssignale für die Relativstellung der empfangenen Energie innerhalb des Sendestrahles charakteristisch sind«

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Die Erfindung ist u„a. anwendbar bei Systemen mit optischen Leitstrahlen, Flugplatz-Landehilfen, Systemen zur Lenkung ferngesteuerter Fahrzeuge und Verfolgen von Geschossen oder Raketen. Bei Fernsteuersystemen kann der Empfänger auf dem zu lenkenden Fahrzeug angeordnet eein· Statt dessen kann sich der Empfänger auch am Sendeort befinden, wenn beispielsweise ein geeigneter Rückstrahler verwendet wird, um einen Teil der ausgesandten Energie vom Fahrzeug zum Empfänger zum Zwecke der Ortsbestimmung zu reflektieren, Steuerinformationen zur Fahrzeuglenkung können dann wiederum auf das Fahrzeug fernübertragen werden_o

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Auaführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 den Aufbau des Senders bzw_o Empfängers einer Ausführungsform der Erfindung, welche für die Stellung eines Zieles längs e'iner Dimension quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie charakteristische Signale liefern, teils in schematischer Darstellung und teils als Blockschaltbild,

Fig. 3 und 4 den Aufbau des Senders bzw. Empfängers einer

weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche für die Stellung eines Zieles längs zweier

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nicht-paralleler Dimensionen quer au einem Strahl elektromagnetischer Energie charakteristische Signale liefert und bei der die Stellung längs der beiden Dimensionen in abwechselnd aufeinanderfolgenden Strahlen gemessen wird, teils in schematischer Darstellung und teils als Blockschaltbild,

Figo 5 und 6 den Aufbau des Senders bzw. Empfängers einer in Monopulsbetrieb arbeitenden Ausführungsform der Erfindung, welche während jedes ßendeimpulses für eine Stellung eines Zieles längs zweier quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie gerichteter, nichtparalleler Dimensionen charakteristische Signale liefert, teils in schematischer Darstellung und teils als Blockschaltbild,

Fig. 7 und 8 Diagramme der Polarisations-Oodierung, die nach der Erfindung Strahlen ausgesendeter Energie aufgeprägt wird, und

Fig. 9 ©in Diagramm, das die Abhängigkeit des Ausgangssignals einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Stellung des Zieles im Strahl angibto

Der in Fig. 1 dargestellte Sender 10 umfaßt einen Laser 12, ein gekreuztes Wellenplättchen 14, einen doppelbrechenden Keil 16 und eine zur Strahlaufweitung dienende Zerstreuungslinse 18. Der Laser 12 ist so ausgebildet, daß das elektrische Feld (Ε-Vektor) seines AusgangsStrahles gegenüber der

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Vertikalen um 4-5° verdreht iat. Der doppelbrecheiicie Heil 16, der bei der Ausführungsform nach Fig. 1 aus Quarz bestehen kann, hat eine vertikal orientierte optische Achse» Die auf den Keil 16 einfallende Energie wird in eine "langsame" und eine "schnelle" Komponente aufgespalten, deren Polarisation parallel bzw, senkrecht zur optischen Achse steht_o Bei der gerade erwähnten Orientierung der Polarisation von 4-5° ^zur optischen Achse des zugeführten Lichtes sind die beiden erwähnten Energiekomponenten gleich und es ist der Betrag der Phasenverschiebung der beiden Komponenten gegeneinander proportional zur Dicke des Keiles an der Stelle, an der die Energie den Keil durchdringt» Die Stellung dea Keiles im Strahl ist vorzugsweise so gewählt, daß die Phasenverschiebung im Zentrum des Strahles eine ganze Anzahl halber Wellenlängen beträgt, so daß die den Keil verlassende Energie im Zentrum des Strahles linear polarisiert ist.

Der Winkel zwischen den die Vorder- und Rückseite des Keilea bildenden Flächen ist so gewählt, daß an den in Richtung des Keiles gelegenen Händern des Strahles die Phasenverschiebung an einem Hand um 90° größer und am anderen Rand um 90° geringer ist. Demgemäß ist die an einem dieser 90°-Punkte den Keil verlassende Energie rechtsdrehend zirkulär polarisiert, während die Energie an dem anderen der 90°-Punkte linksdrehend zirkulär polarisiert ist. Im Bereich zwischen den Rändern des Strahles ändert sich die Polarisation dex* Energie über eine elliptische Polarisation in einem Drehsinn zur linearen Polarisation in der Mitte des Strahles und dann über eine elliptische Polarisation der entgegengesetzten Drehrichtung bis zur Zirkularpolarisation«,

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Obwohl die Mindestdicke, die der Keil 16 aufweisen muß, um die gerade beschriebene Polarisations-Godierung zu erzeugen, äußerst gering ist, kann die mittlere Dicke des Keiles in der Praxis vielen Wellenlängen der durch Doppelbrechung bewirkten Phasenverschiebung betragen. Die Verwendung einer Verzögerungaplatte in Form des Keiles 16 mit einer derart hohen Ordnung ist Jedoch ohne erhebliche Nachteile möglich, weil der Laser Energie mit im wesentlichen einer Wellenlänge liefert« ISs können Jedoch Temperaturänderungen den Betrag der Verzögerung bedeutend beeinflussen. Daher ist im Sender 10 das gekreuzte Wellenplättchen 14 angeordnet, das die vom Keil bewirkte mittlere Verzögerung kompensiert und dadurch die Wirkungen von Temperaturänderungen auf ein Minimum reduziert. Die optische Achse des gekreuzten Wellenplättchens 14 ist horizontal ausgerichtet.

Nachdem ihr mittels des Keiles 16 die Polarisation aufgeprägt worden ist, wird die Energie durch eine aur Urzeugung eines divergierenden Strahles dienende Zerstreuungslinae geleitet. Demgemäß ist der von dem Strahl eingenommene Kaum durch verschiedene Polarisationszustände innerhalb dea Strahlvolumena codiert und es ist der Zustand der empfangenen Polarisation für die Stellung des empfangenen Energieanteils innerhalb des ausgesendeten Strahles charakteristisch. Fig. 7 ist eine vereinfachte Darstellung dea Überganges von einer rechtsdrehenden Zirkularpolarisation in einer Ebene 20 an einem Rand dea Strahles über eine rechtsdrehende elliptische Polarisation in einer Ebene 22, einer linearen Polarisation in einer Ebene 24 und einer

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linksdrehenden elliptischen Polariaation in einer Ebene 26 zu einer linksdrehenden Zirkularpolarisation am entgegengesetzten Hand des Strahles in einer Ebene 28. In gleicher Weise veranschaulicht Fig. 8 die aufgeprägte Polarisation, die benutzt werden kann, um die Stellung längs einer Dimension festzustellen, die zu der in Fig. 7 veranschaulichten Dimension senkrecht verläuft«

Der in Fig. 2 dargestellte Empfänger 30 bewirkt eine Umkehrung der gerade beschriebenen Codierung, mit der Ausnahme, daß die doppelbrechende Platte nicht keilförmig ausgebildet, sondern durch ein .\/4-Plättchen 32 verwirklicht ist. Die aus dem ^/4-Plättchen 32 austretende Energie wird zur Ausschaltung von Hintergrund-Hauschen durch ein Rauschfilter 34 mit relativ schmaler Bandbreite und durch eine Blende 36 einem polarisationsempfindlichen Strahlteiler 38 zugeführt. Der Strahlteiler 38 führt horizontal-polarisierte Energie einem Horizontal-Detektor 44 und vertikal-polarisierte Energie einem Vertikal-Detektor 46 zu„ Die Ausgangssignale der Detektoren 44 und 46 werden parallel einer Verarbeitungseinheit 50 zugeführt. Beim Betrieb des Empfängers 30 führt das A/4-Plättchen 32 eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den linear-polarisierten Komponenten längs der schnellen und der langsamen Achse ein, wenn die Energie das -1/4-Plättchen durchläuft. Beispielsweise wird eine rein zirkular-polarisierte Welle in eine linear-polarisierte Welle umgesetzt, deren Polarisation um +45° in bezug auf die optischen Achsen des A/4-Plättchens 32 verdreht ist«. Das Vorzeichen des Orientierungswinkels hängt von dem

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Drehsinn der zirkular-polarisierten -Energie ab, die dem λ/M-.Plättchen 32 zugeführt wird. Der polarisationaeinpfindliche Strahlteiler J8 ist so ausgerichtet, daß die Projektion der Senkrechten zu seiner strahlteilenden Fläche auf das λ/4-Plättchen 32 einen Winkel von 45° mit der optischen Achse des λ/4-Plättchens bildet, damit der Strahlteiler die beiden Komponenten mit zueinander senkrechter Polarisation trennt« Im Idealfall überträgt der Strahlteiler nur horizontal und vertikal polarisierte Energie auf die Detektoren 44 und 46. Ks eind jedoch Polarisationsfilter 40 und 42 vorgesehen, um die Polarisations-Trennung zu gewährleisten, und es sind die Polarisationsfilter so ausgerichtet, daß sie nur horizontal bzw„ vertikal polarisierte Energie den Detektoren 44 und 46 zuführen. Die Polarisationsfilter 40 und 42 können von jeder geeigneten Art sein. Beispielsweise ist die Polaroid-Folie vom Typ HR für den Spektralbereich dea nahen Infrarots geeignet. Bei Anwendungen, bei denen die von den Filtern 40 und 42 bewirkte Polarisationstrennung ausreicht, ist es nicht erforderlich, daß der Strahlteiler 38 polarisationsempfindlich ist«

Das schmalbandige Rauschfilter 34 dient dazu, den Einfluß einer Hintergrundstrahlung zu vermindern» Die Detektoren 44 und 46 können beispielsweise Detektordioden mit einer Schottky-Sperrschicht von 10 mm Durchmesser sein, wie sie von der Firma United Detector Technology hergestellt werden. Die Blende 36 kann beispielsweise eine Öffnung von 5 n^ Durchmesser aufweisen, und dient dazu, die Energiemenge zu begrenzen, die von den Detektoren aufzunehmen ist_e Der

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Zweck der den. Strahlungsdurchtritt begrenzenden Blende besteht darin, die Wirkungen einer atmosphärischen Scintillation auf die Positionsmeßsignale zu vermindern, indem sie gewährleistet, daß die Detektoren die vom Ziel gelieferte Energie über identische optische Wege empfangen.

ist zu bemerken, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Empfänger 50 auch zwei dicht benachbarte öffnungen aufweisen könnte, von denen jeder einλ/4-Plättchen, ein Polarisationsfilter und ein Detektor zugeordnet ist. Es könnte auch sein, daß die empfindliche Fläche des Detektors die öffnung definiert» Atmosphärische Turbulenzen können jedoch Differenzen zwischen den Signalen hervorrufen, welche die beiden Öffnungen bedingen, und dadurch zu Fehlern führen, so daß die Ausführungsform nach Fig, 2 bei vielen Anwendungen vorzuziehen ist.

Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich, dient die Verarbeitungseinheit 50 s&ur Bildung dea Gliedes (H-V)/(H+V), das manchmal auch als 4/Zi bezeichnet wird und in dem H das Ausgangssignal des Horizontal-Detektors 44 und V das Ausgangssignal des Vertikal-Detektors 46 bedeuten» Die Funktion A/s ist in dem Diagramm nach Fig. 9 dargestellte Wie aus Fig. 9 ersichtlich, handelt es sich dabei um eine im wesentlichen lineare Funktion, wenigstens für relativ kleine Winkelabweichungen von der Strahlachse*

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Bei manchen Anwendungen wird der Empfänger nicht vom Ziel getragen, sondern empfängt die ausgesandte Energie,-nachdem sie an einem Rückstrahler reflektiert wurde, wie beispielsweise an einem am Ziel angebrachten metallisierten Würfel« Da sich der Drehsinn der Polarisation bei der Reflexion umkehrt, versteht es sich, daß bei solchen Anwendungen der Sinn des Ausgangssignales j,/j, ebenfalls umzukehren ist. Wenn beispielsweise bei Anwendungen, bei denen der Empfänger vom Ziel getragen wird, ein positives Signal / /„' für eine Lage über der Strahlmitte charakteristisch ist, würde beim Reflexionsbetrieb ein positives Signal 4/-,' für eine Stellung unterhalb der Strahlmitte charakteristisch sein»

Obwohl die Linearität der in I¹Ig. 9 dargestellten Übertragungsfunktion bei manchen Anwendungen von Wichtigkeit sein könnte, ist sie bei anderen Anwendungen, wie dem Führen einer Rakete oder Landehilfen mittels Leitstrahl von geringerer Bedeutung» weil es der Zweck solcher Systeme ist, das Fahrzeug längs der Mitte des Strahles zu führen, also im Nullpunkt der Funktion A/v, * Beispielsweise würde bei der Lenkung einer Rakete das Flugsteuersystem auf das Ausgangssignal der ¥erarbeitungseinheit 50 so reagieren, daß das Ausgangssignal auf Hull gebracht wird. Mit anderen Worten würde eine geeignete Steuerfläche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 50 so eingestellt, daß das Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 5° ^a^f Mull gebracht wird.

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BAD ORIGINAL

In der Verarbeitungseinheit 50 bildet ein Summierer 52 das Glied H+V, während ein Inverter 54 in Verbindung mit einem Summierer 56 das Glied H-V bildete Das Ausgangssignal des Summierers 56 wird in einem Teiler 58 durch das Ausgangssignal des Summierers 52 dividiert» Das resultierende Quotientsignal wird dann durch ein zur Glättung und Hauschunterdrückung dienendes Filter 60 einem Verbraucher 62 zugeführt. Es kann wünschenswert sein, Glieder mit einstellbarer Verstärkung einzuführen, um Kanalungleichheiten ausgleichen zu können·

Es sei erwähnt, daß die Verarbeitungseinheit 50 Teil des Verbrauchers sein könnte und demgemäß der Verbraucher unmittelbar auf die vom Empfänger gelieferten Signale H und V ansprechen würde. Bei einem Raketenleitsystem könnte beispielsweise der Verbraucher 62 weiterhin eine Schwellenschaltung enthalten, der ein selbststeuernder Kurzzeitspeicher (self-gating sample and hold circuit) folgt, so daß das vom Filter 60 gelieferte Impulssignal abgetastet und für die Dauer der Impulsperioden gespeichert wird β

Fig· 5 zeigt eine Aus führung s form der Erfindung, welche die Feststellung der Position eines Zieles längs zwei zueinander orthogonaler, quer zum Strahl gerichteter Dimensionen ermöglicht. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, treibt ein iaktgenerator 64 ein Flipflop 66, dessen Ausgangesignale zwei Laser 12 und 12' bei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen abwechselnd einschalten. Die Ausgangsenergie des Lasers 12 wird durch ein gekreuztes

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Wellenplättchen 14- und einen doppelbrechenden Keil Ί6 geleitet und dann über eine Zerstreuungslinse 18 ausgesandte Ein zweiter Verarbeitungsweg 67 enthält den Laser 12*, ein gekreuztes Wellenplättchen 14', einen doppelbrechenden Keil 16' und eine Zerstreuungslinse 18'. Die Funktion des Kanäles 77 ist die gleiche des vorher behandelten Kanales 65, und stimmt außerdem mit der Funktion des anhand Fig. 1 beschriebenen Senders überein, abgesehen davon, daß im Kanal 67 der doppelbrechende Keil 16' in seiner Ebene in bezug auf die Stellung des Keiles 16 im Kanal 65 um 90° verdreht ist» Diese Orientierung des Keiles hat zur Folge, daß die Dimension, längs der der Strahl durch die Polarisationszustände codiert ist, ebenfalls um 90° gedreht ist. Beispielsweise kann das Polarisationsmuster nach Fig.7 durch den Kanal 65 und das Polarisationsmuster nach Fig. 8 durch den Kanal 67 verwirklicht sein» Die Zerstreuungslinsen 18 und 18' können so dicht wie nur möglich nebeneinander angeordnet sein, damit die seitliche Versetzung zwischen den Strahlen klein ist„ Die vorhandene Versetzung kann übrigens leicht kompensiert werden, indem in den Verarbeitungseinheiten oder im Vex^braucher eine entsprechende Spannungsverschiebung vorgesehen wird.

Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung der Muster nach den Figo 7 und 8 in abwechselnd ausgesendeten Impulsen sind für den Fachmann leicht erkennbar. So ist es möglich, als Stelle der Verwendung von zwei Lasern, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist, die Ausgangsenergie eines einzigen Lasers zwischen den Kanälen 65 und 67 mittels

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eines Zwischenspiegels umzuschalten. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, einen einzigen Kanal au verwenden, in dem das Prisma zwischen den einzelnen Sendeperioden zwischen den für die Prismen 16 und 16' beschriebenen Stellungen verschwenkt wirdo

Wie aus Fig_Q 4· ersichtlich, wird die empfangene Energie im Empfänger 30 in dei' gleichen Weise verarbeitet, wie ea oben anhand Figo 2 beschrieben wurde. Die Ausgangssignale H und V werden durch eine Schalteinheit 70 verarbeitet. Die Schalteinheit ist im Interesse einer klaren Darstellung als mechanischer Doppel-Umschalter veranschaulichte Es versteht sich Jedoch, daß in der Praxis eine elektronische Schalteinheit verwendet wird, die beispielsweise mittels Feldeffekttransistoren aufgebaut sein kann. Ein Taktgenerator 72 treibt ein Flipflop 74ι dessen Ausgangssignal die Schalteinheit 70 derart steuert, daß die vom Empfänger 30 gelieferten Signale während aufeinanderfolgender Taktimpulse abwechselnd den Verarbeitungseinheiten 50 und 50' zugeführt werden*

Der Taktgenerator 72 des Empfängers ist mit dem Taktgenerator 64 im Sender synchronisiert. Bei einem Raketenleitsystem können beispielsweise die Taktgeneratoren unmittelbar vor Abschuß der Rakete synchronisiert werden« Demgemäß wird während der Perioden, während denen dem ausgesendeten Strahl das Polarisationsmuster nach Fig. aufgeprägt wird, die vom Empfänger 30 gelieferten Signale über die Verarbeitungseinheit 50 geleitet«, Während der

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Perioden, während denen dem ausgesendeten Strahl daa Transformationsmuster nach Fig_o 8 aufgeprägt wiz'd, werden die Aus gangs signale des Empfängers 30 der Vex^- arbeitungseinheit 50' zugeleitet. Die den Verarbeitungseinheiten 50 und 50' zugeleiteten Informationen werden in der gleichen Weise verarbeitet, wie es oben bezüglich Fig. 2 beschrieben wurde, und dann dem Verbraucher 62 zugeführt, in dem es dazu benutzt wird, die Elevations- und Azimut-Steuerflächen des Fahrzeuges in der erforderlichen Weise zu betätigen. Es sei erwähnt, daß die Verarbeitungseinheit 50 auch im Zeitmultiplex betrieben werden und in diesem Fall die Schalteinheit ?0 an deren Ausgang angeordnet sein könnte. In diesem Fall würde die Verarbeitungaeinheit 50' nicht benötigte

Figo 5 zeigt eine Ausführungsform zur Verwirklichung einer Monopuls-Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der ausgesendete Strahl in solcher Weise codiert ist, daß die Stellung längs orthogonaler Dimensionen quer zum Strahl während jedes Impulaintervallea bestimmt werden kann» Wie Fig„ 5 zeigt, werden bei dieser Ausführungsform Laser 12 und 12' während jedes Taktintervalls vom Taktgenerator 64 ausgelöst,

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 haben die von den Lasern 12 und 12' ausgesendeten Energien verschiedene Frequenzen und es wird die Energie mit der Wellenlänge Λ,, gemäß dem in Fig. 7 dargestellten Muster codiert, während die Energie mit der Wellenlänge λ ρ gemäß dem Muster nach Fig. 8 codiert wird.

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Ein Teil der vom Sender nach Fig_o 5 abgestx*ahlten Energie wird von der in Fig. 6 dargestellten Anordnung empfangen, die einen dichroitiachen Strahlteiler 80 •umfaßt· Die empfangene Energie mit der Wellenlänge Λ. wird vom Strahlteiler 80 einem Empfänger 30 zugeführt, wogegen die Energie mit der Wellenlänge λ ρ auf einen Empfänger 30' reflektiert wird» Der Empfänger 30 und die Verarbeitungseinheit 50 liefern dem Verbraucher 62 ein Ausgangssignal, das für die Blevationsstellung des Zieles charakteristisch ist, während der Empfänger 30' und die Verarbeitungseinheit 50¹ dem Verbraucher 62 ein Signal liefern, das für die Azimutstellung des Zieles charakteristisch ist· Bei einer alternativen Anordnung kann der dichroitische Strahlteiler 80 durch ein nicht dargestelltes erstes Filter ersetzt sein, das die Energie mit der Wellenlänge Λ. passieren läßt und im Weg der empfangenen Energie angeordnet ist, die dem Empfänger 30 zugeführt wird, und durch ein ebenfalls nicht dargestelltes zweites Filter, das die Energie mit der Wellenlänge α~ passieren läßt und in dem Weg angeordnet ist, auf dem empfangene Energie dem Empfänger 30' zugeführt wird«,

Es ist zu bemerken, daß bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen, bei dem zur Codierung des ausgesendeten Strahles eine elliptische Polarisation verwendet wird, die Wirkungsweise des Systems zur Bestimmung der Zielstellung gegen ein Rollen des den Empfänger tragenden Fahrzeuges unempfindlich ist« In dieser Hinsicht ist zu beachten, daß sich beispielsweise bei der Anordnung nach

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Fig. 2 dae ^A-Plättchen $2 und der Btrahlteiler Jö
gemeinsam drehen würden, so daß der Empfänger keine
Eollempfindlichkeit aufweist«, Wie oben erwähnt, wird
durch die Zirkularpolariaation ein durch den Rollwinkel gegebener Faktor aus der codierten Information eliminierte

Bei Systemen, bei denen eine Unempfindlichkeit gegenüber Rolleffekten auf den Empfänger ohne Bedeutung
sind, kann im Rahmen der Erfindung auch eine Variation des Winkels einer linearen Polarisation quer über die Strahlbreite angewendet werden.» Beispielsweise könnte bei der Ausführungsform nach Fig. 1 das Prisma 16 aus einem optisch aktiven Material bestehen, wie beispielsweise Zuckerkristallen oder kristallinem Quara. Quarz würde mit solcher Ausrichtung verwendet, daß sich der Strahl längs der optischen Achse bewegt. Das λ/4—Plättchen 32 könnte dann in dem in Fig. 2 dargestellten
Empfänger fortgelassen werden.

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Claims

- 21 Patentansprüche

* 1o/Verfahx*en zur Erzeugung von Signalen, die für den " Ort längs wenigstens einei* quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie gerichteten Dimension charakteristisch sind, dadurch gekennzeichnet, daß der elektromagnetischen Energie längs der quer zum Strahl gerichteten Dimension sich in vorbestimmter Weise ändernde Polarisationazustan.de erteilt und die für den Ort charakteristischen Signale vom Polarisationszustand des empfangenen Teils der Energie abgeleitet werden.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energie Polarisationszustände erteilt werden, die an einem Hand des Strahles eine elliptische Polarisation mit einem ersten vorbestimmten Drehsinn, aufweisen und längs der quer zum Strahl gerichteten Dimension zunächst in eine lineare Polarisation und dann in eine elliptische Polarisation mit einem zum ersten Drehsinn entgegengesetzten zweiten Drehsinn am anderen Rand des Strahles übergehen_o

3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander Strahlen elektromagnetischer Energie ausgesandt werden, denen abwechselnd längs zwei nichtparalleler Dimensionen die sich ändernden Polarisationszustände erteilt werden, und daß die für den Ort charakteristischen Signale von den PoIarisationszuständen der aufeinanderfolgenden Strahlen in bezug auf «jede der beiden Dimensionen abgeleitet werden«.

ο/ ο

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Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Strahlen elektromagnetischer Energie mit zwei verschiedenen Wellenlängen ausgesandt werden, denen jeweils längs einer von zwei nichtparallelen Dimensionen die sich ändernden Polarisationszustände erteilt werden, und daß die für den Ort charakteristischen Signale von den Polarisationszuständen der Energien mit den verschiedenen Wellenlängen in bezug auf jede der beiden Dimensionen abgeleitet werdeno

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Sender zur Erzeugung des Strahles elektromagnetischer Energie und einem einen Teil der Energie aufnehmenden Empfänger zur Erzeugung der für den Ort längs einer quer zum Strahl gerichteten Dimension charakteristischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (10) einen Laser (12) umfaßt und im Weg des vom Laser (12) erzeugten Strahles elektromagnetischer Energie ein aus doppelbrechendem Material bestehender Keil (16) angeordnet ist«

6ο Vorrichtung nach Anspruch 5_t dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem doppelbrechenden Keil (16) ein den. Strahl elektromagnetischer Energie divergierendes Element (18) angeordnet ist.

7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (30) ein λ/4-Plättchen (32), zwei Detektoren (44, 46) und zwischen dem -H/4-Plättchen (32) und den Detektoren (44, 46) angeordnete Glieder (38, 40, 42) zur Aufspaltung der Energie in zwei Anteile

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mit zueinander senkrechten Polariaationsrichtungen umfaßt, so daß dem einen Detektor (44) iCnergieanteile mit der einen und dem anderen Detektor (46) Energieanteile mit der anderen der beiden Polarisationsrichtungen zugeführt werden und die Ausgangssignale der Detektoren (44, 46) für den Ort längs der einen Dimension quer zum Strahl charakteristisch sind«,

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