DE2636926C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Ablage eines sich auf einem Leitstrahl befindenden Objektes - Google Patents

Description

Strahlungskeule verwendet wird, der als Kennung sich quer zu ihrer Längsmittelebene ändernde Polarisationszustände erteilt werden, die der Ablage von der Langsmittelebene eindeutig zugeordnet sind, und daß die für die Ablage charakteristischen Signale vom ~· Polarisationszustand des vom Objekt empfangenen Teiles der Strahlungskeule abgeleitet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also zur Erzeugung des Leitstrahles nur von einer einzigen Strahlungskeule Gebrauch gemacht, so daß alle Schwierigkeiten bezüglich der Ausrichtung von zwei und mehr Strahlungskeulen entfallen. Die Verteilung der unterschiedlichen Polarisationszustände, welche der Strahlungskeule aufgeprägt werden, bleibt über die ganze Länge der Strahlungskeule unverändert, so daß π auch keine Fehler durch unbeabsichtigte Änderungen eines Überlappungsbereiches aultreten können. Dabei ist, wenn eine stetige Änderung der Polarisation über den Querschnitt der Strahlungskeule hin stattfindet, der den Leitstrahl definierende Bereich stets genau auf die 2» Längsmittelebene beschränkt, und es hängt die Genauigkeit, mit der das Objekt dem Leitstrahl folgt, im wesentlichen von der Genauigkeit ab, mit der der den Leitstrahl definierende Polarisationszustand erfaßt werden kann. Eine eigentliche Verbreiterung des Leitstrahles, wie er bei sich ändernden Überlappungsbereichen divergierender Strahlungskeulen stattfindet, tritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden der Strahlungskeule elliptische Polarisa- w tionszustände erteilt, die an ihren zur Längsmittelebene parallelen Rändern einen entgegengesetzten Drehsinn aufweisen und jeweils bis zur Längsmittelebene in eine gemeinsame, lineare Polarisation übergehen. Es versteht sich, daß unter »elliptische Polarisation« im Grenzfall auch eine zirkuläre Polarisation zu verstehen ist.

Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens zum Gegenstand, die einen Laser zur Erzeugung der die Strahlungskeule bildenden elektromagnetischen Energie und einen im Objekt angeordneten, auf die Strahlungskeule ansprechenden Empfänger zur Erzeugung der für die Ablage charakteristischen Signale aufweist. Nach der Erfindung ist im Weg der vom Laser erzeugten Strahlungskeule ein aus doppelbrechendem Material bestehender Keil und in Strahlrichtung hinter dem doppelbrechenden Keil ein die Strahlungskeule divergierendes Element angeordnet, während der Empfänger ein λ/4-Plättchen, zwei Detektoren und zwischen dem λ/4-Plättchen und den Detektoren angeordnete Glieder zur Aufspaltung der Energie in zwei Anteile mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen umfaßt, so daß dem einen Detektor Energieanteile mit der einen und dem anderen Detektor Energieanteile mit der anderen der beiden Polarisationsrichtungen zugeführt v/erden und die Ausgangssignale der Detektoren die für die Ablage charakteristischen Signale darstellen.

Bei einer solchen Vorrichtung wird dem aus doppelbrechendem Material bestehenden Keil vorzugsweise polarisiertes Licht zugeführt, das unter 45° zur optischen Achse des Keiles ausgerichtet ist. 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 der Strahlungskeule +90° und —90° beträgt. Bei dieser Anordnung wird an einem Rand des Strahles eine rechtsdrehende Zirkularpolarisation und am anderen Rand eine linksdrehende Zirkularpolarisation erzeugt, während das durch die Mitte des Keiles gehende Licht im wesentlichen keine relative Phasenverschiebung zwischen den beiden orthogonalen Komponenten erfährt, abgesehen von einer Verschiebung um eine ganze Anzahl halber Wellenlängen, so daß der Polarisationszustand am Ausgang des Keiles im wesentlichen entweder der gleiche ist wie am Eingang des Keiles oder aber zum Zustand am Eingang des Keiles senkrecht steht, in jedem Falle also eine rein lineare Polarisation vorliegt.

Im Empfänger wandelt das λ/4-Plättchen rein zirkulär polarisiertes Licht in Abhängigkeit vom Drehsinn der Zirkular-Polarisation in horizontal oder vertikal polarisiertes Licht um. Die relativen Anteile der beiden zirkularen Komponenten der empfangenen Energie wird mittels eines polarisations-empfindlichen Strahlteilers und der zugeordneten Detektoren festgestellt. Das Verhältnis der Differenz dieser Komponenten zu ihrer Summe ist charakteristisch für den Ort längs der kodierten Dimension quer zur Strahlungskeule, an dem die Energie empfangen wird. Dabei ist von besonderem Vorteil, daß eine Drehung des Empfängers in Richtung des Rollwinkels ein gemeinsames Drehen des λ/4-Plättchens und des Strahlteilers zur Folge hat, so daß die zur Ortsbestimmung dienende Messung im wesentlichen vom Rollwinkel unabhängig ist, auch wenn die verschiedenen Achsen von der Horizontal- und Vertikal-Richtung 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 Ablagen. Anstatt den Keil zu drehen, können optische Anordnungen benutzt werden, mit deren Hilfe der Laserstrahl optisch durch einen zweiten Keil mit geeigneter Winkelstellung während der Perioden geleitet wird, während denen die Messung längs der zweiten Dimension stattfinden soll. 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 codiert, 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 liefert dann eine Aussage über die Ablage längs beider Dimensionen, beispielsweise Azimut und Elevation, aus einem einzigen Sendeimpuls.

Der .^ndestrahl kann auch so codiert sein, daß eine Linearpolarisation mit sich änderndem Winkel längs der Meßdimension des Strahles aufgeprägt wird. Der Empfänger braucht dann nur einen polarisationsemp-

findlichen Strahlteiler zum Aufteilen der empfangenen Energie auf die beiden Detektoren aufzuweisen, deren Ausgangssignale für die Relativstellung der empfangenen Energie innerhalb des Sendestrahles charakteristisch sind.

Die Erfindung ist u. a. anwendbar bei Systemen mit optischen Leitstrahlen, Flugplatz-Landehilfen, Systemen zur Lenkung ferngesteuerter Flugzeuge und Verfolgen von Geschossen oder Raketen. Bei Fernsteuersystemen kann der Empfänger auf dem zu lenkenden Fahrzeug angeordnet sein. 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.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen

F i g. 1 und 2 den Aufbau des Senders bzw. Empfängers einer Ausführungsform der Erfindung, welche für die Ablage eines Zieles längs einer Dimension quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie charakteristische Signale liefern, teils in schematischer Darstellung und teils als Blockschaltbild,

F i g. 3 und 4 den Aufbau des Senders bzw. Empfängers einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, welche für die Ablage eines Zieles längs zweier nicht-paralleler Dimensionen quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie charakteristische Signale liefert und bei der die Ablage längs der beiden Dimensionen in abwechselnd aufeinanderfolgenden Strahlen gemessen wird, teils in schematischer Darstellung und teils als Blockschaltbild,

F i g. 5 und 6 den Aufbau des Senders bzw. Empfängers einer in Monopulsbetrieb arbeitenden Ausführungsform der Erfindung, welche während jedes Sendeimpulses für eine Ablage eines Zieles längs zweier quer zu einem Strahl elektromagnetischer Energie gerichteter, nicht-paralleler Dimensionen charakteristische Signale liefert, teils in schematischer Darstellung und teils als Blockschaltbild,

F i g. 7 und 8 Diagramme der Polarisations-Codierung, die nach der Erfindung Strahlen ausgesendeter Energie aufgeprägt wird, und

Fig.9 ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Ausgangssignals einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Abhängigkeit von der Ablage des Zieles im Strahl angibt.

Der in F i g. 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 (E-Vektor) seines Ausgangsstrahles gegenüber der Vertikalen um 45° verdreht ist Der doppelbrechende Keil 16, der bei der Ausführungsform nach F i g. 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 Bei der gerade erwähnten Orientierung der Polarisation von 45° zur optischen Achse des zugeführten Lichtes sind die beiden erwähnten Energiekomponenten gleich und es ist der Betrag der Phasenverschiebung der beiden Komponenten gegeneinander propor-

tional zur Dicke des Keiles an der Stelle, an der die Energie den Keil durchdringt. Die Stellung des 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 Keiles bildenden Flächen ist so gewählt, daß an den in Richtung des Keiles gelegenen Rändern des Strahles die Phasenverschiebung an einem Rand 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 der 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.

Obwohl die Mindestdicke, die der Keil 16 aufweisen muß, um die gerade beschriebene Polarisations-Codierung zu erzeugen, äußerst gering ist, kann die mittlere Dicke des Keiles in der Praxis vielen Wellenlängen der durch Doppelbrechung bewirkten Phasenverschiebung betragen. Die Verwendung eines Verzögerungsgliedes 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. Es können jedoch Temperaturänderungen den Betrag der Verzögerung bedeutend beeinflussen. Daher ist im Sender 10 das gekreuzte Wellenplättchen 14 angeordnet das die vom Keil 16 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 zur Erzeugung eines divergierenden Strahles dienende Zerstreuungslinse 18 geleitet. Demgemäß ist der von dem Strahl eingenommene Raum durch verschiedene Polarisationszustände innerhalb des Strahlvolumens 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 des Überganges von einer rechtsdrehenden Zirkularpolarisation in einer Ebene 20 an einem Rand des Strahles über eine rechtsdrehende elliptische Polarisation in einer Ebene 22, einer linearen Polarisation in einer Ebene 24 und einer linksdrehenden elliptischen Polarisation in einer Ebene 26 zu einer linksdrehenden Zirkularpolarisation am entgegengesetzten Rand des Strahles in einer Ebene 28. In gleicher Weise veranschaulicht F i g. 8 die aufgeprägte Polarisation, die benutzt werden kann, um die Ablage längs einer Dimension festzustellen, die zu der in Fig.7 veranschaulichten Dimension senkrecht verläuft.

Der in F i g. 2 dargestellte Empfänger 30 bewirkt eine Umkehrung der gerade beschriebenen Codierung, mit der Ausnahme, daß die doppelbrechende Platte nicht keilförmig ausgebildet sondern durch ein A-4-Plättchen 32 verwirklicht ist Die aus dem λ/4-Plättchen 32 austretende Energie wird zur Ausschaltung von Hintergrund-Rauschen 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 λ/4-Plättchen 32 eine Phasenverschiebung von 90° zwischen den linear-polarisierten Komponenten längs der schnellen und der langsamen Achse ein, wenn die Energie das λ/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 λ/4-Plättchens 32 verdreht ist. Das Vorzeichen des Orientierungswinkels hängt von dem Drehsinn der zirkular-polarisierten Energie ab, die dem λ/4-Plättchen 32 zugeführt wird. Der polarisationsempfindliche Strahlteiler 38 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. Es sind 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. Bei Anwendungen, bei denen die von den Filtern 40 und 42 bewirkte Polarisiitionstrennung 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. Die Blende 36 kann beispielsweise eine Öffnung von 5 mm Durchmesser aufweisen, und dient dazu, die Energiemenge zu begrenzen, die von den Detektoren aufzunehmen ist. Der 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.

Es ist zu bemerken, daß zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Empfänger 30 auch zwei dicht benachbarte öffnungen aufweisen Ronnie, von denen jeder ein λ/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 durchdringen, und dadurch zu Fehlern führen, so daß die Ausführungsform nach F i g. 2 bei vielen Anwendungen vorzuziehen ist.

Wie aus F i g. 2 weiter ersichtlich, dient die Verarbeitungseinheit 50 zur Bildung des Gliedes (H-V)I (H + V), das manchmal auch als ΔΙΣ bezeichnet wird und in dem H das Ausgangssignal des Horizontal-Detektors 44 und V das Ausgangssignal des Vertikal-Detektors 46 bedeuten. Die Funktion ΔΙΣ ist in dem Diagramm nach Fig.θ dargestellt Wie aus Fig.9 ersichtlich, handelt es sich dabei um eine im wesentlichen lineare Funktion, wenigstens für relativ kleine Winkelabweichungen von der Strahlachse.

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,

ίο versteht es sich, daß bei solchen Anwendungen der Sinn des Ausgangssignales ΔΙΣ ebenfalls umzukehren ist. Wenn beispielsweise bei Anwendungen, bei denen der Empfänger vom Ziel getragen wird, ein positives Signal ΔΙΣ für eine Lage über der Strahlmitte charakteristisch ist, würde beim Reflexionsbetrieb ein positives Signal ΔΙΣ für eine Lage unterhalb der Strahlmitte charakteristisch sein.

Obwohl die Linearität der in Fig.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 ΔΙΣ. Beispielsweise würde bei der Lenkung einer Rakete das Flugsteuersystem auf das Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 50 so reagieren, daß das Ausgangssignal auf Null gebracht wird. Mit anderen Worten würde eine geeignete Steuerfläche in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 50 so eingestellt, daß das Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 50 auf Null gebracht wird.

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 bildet Das Ausgangssignal des Summierers 56 wird in einem Teiler 58 durch das Ausgangssignal des Summierers 52 dividiert. Das resultierende Quotientsigna! wird dann durch ein zur Glättung und Rauschunterdrückung 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

so enthalten, der eine sich selbst steuernde Abtast- und Speicherschaltung folgt so daß das vom Filter 60 gelieferte Imspulssignal abgetastet und für die Dauer der Impulspcriodcr. gespeichert wird.

Fig.3 zeigt eine Ausführungsform 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 Taktgenerator 64 ein Flipflop 66, dessen Ausgangssignale zweier Laser 12 und 12' bei aufeinanderfolgenden Taktimpulsen abwechselnd einschalten. Die Ausgangsenergie des Lasers 12 wird durch ein gekreuztes Wellenplättchen 14 und einen doppelbrechenden KeD 16 geleitet und dann über eine Zerstreuungslinse 18 ausgesandt Ein zweiter Verarbeitungsweg 67 enthält den Laser 12', ein gekreuztes Wellenplättchen 14', einen doppelbrechenden Keil 16' und' eine Zerstreuungslinse 18'. Die Funktion des Kanales 77 ist die gleiche des vorher behandelten

Kanales 65, und stimmt außerdem mit der Funktion des anhand F i g. 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 die Polarisationsverteilung nach F i g. 7 durch den Kanal 65 und die Polarisationsverteilung 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 Verbraucher eine entsprechende Spannungsverschiebung vorgesehen wird.

Weitere Möglichkeiten zur Erzeugung der Polarisationsverteilungen nach den F i g. 7 und 8 in abwechselnd ausgesendeten Impulsen sind für den Fachmann leicht erkennbar. So ist es möglich, an Stelle der Verwendung von zwei Lasern, wie sie in F i g. 3 veranschaulicht ist, die Ausgangsenergie eines einzigen Lasers zwischen den Kanälen 65 und 67 mittels eines Zwischenspiegels umzuschalten. Eine andere Möglichkeit würde darin bestehen, einen einzigen Kanal zu verwenden, in dem das Prisma zwischen den einzelnen Sendeperioden zwischen den für die Prismen 16 und 16' beschriebenen Stellungen verschwenkt wird.

Wie aus Fig.4 ersichtlich, wird die empfangene Energie im Empfänger 30 in der gleichen Weise verarbeitet, wie es oben anhand Fig.2 beschrieben wurde. Die Ausgangssignale Wund K werden durch eine Schalteinheit 70 verarbeitet. Die Schalteinheit ist im Interesse einer klaren Darstellung als mechanischer Doppel-Umschalter veranschaulicht. 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 74, 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 die Polarisationsverteilung nach Fig.7 aufgeprägt wird, die vom Empfänger 30 gelieferten Signale über die Verarbeitungseinheit 50 geleitet Während der Perioden, während denen dem ausgesendeten Strahl die Polarisationsverteilung nach F i g. 8 aufgeprägt wird, werden die Ausgangssignale des Empfängers 30 der Verarbeitungseinheit 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 sie dazu benutzt werden, 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 FaH die Schalteinheit 70

an deren Ausgang angeordnet sein könnte. In diesem Fall würde die Verarbeitungseinheit 50' nicht benötigt. Fig.5 zeigt eine Ausführungsform zur Verwirklichung einer Monopuls-Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der ausgesendete Strahl in solcher Weise codiert ist, daß die Ablage längs orthogonaler Dimensionen quer zum Strahl während jedes Impulsintervalles bestimmt werden kann. Wie F i g. 5 zeigt, werden bei dieser Ausführungsform Laser 12 und 12' während jedes Taktintervalls vom Taktgenerator 64 ausgelöst.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 haben die von den Lasern 12 und 12' ausgesendeten Energien verschiedene Frequenzen und es wird die Energie mit der Wellenlänge Ai gemäß der in F i g. 7 dargestellten Polarisationsverteilung codiert, während die Energie mit der Wellenlänge A; gemäß der Polarisationsverteilung nach F i g. 8 codiert wird.

Ein Teil der vom Sender nach F i g. 5 abgestrahlten Energie wird von der in F i g. 6 dargestellten Anordnung empfangen, die einen dichroitischen Strahlteiler 80 umfaßt. Die empfangene Energie mit der Wellenlänge Ai wird vom Strahlteiler 80 einem Empfänger 30 zugeführt, wogegen die Energie mit der Wellenlänge λ2 auf einen Empfänger 30' reflektiert wird. Der Empfänger 30 und die Verarbeitungseinheit 50 liefern dem Verbraucher 62 ein Ausgangssignal, das für die Elevationsstellung des Zieles charakteristisch ist, während der Empfänger 30' und die Verarbeitungseinheit 50' 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 Ai 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 A2 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 F i g. 2 das A/4-Plättchen 32 und der Strahlteiler 38 gemeinsam drehen wurden, so daß der Empfänger keine Rollempfindlichkeit aufweist Wie oben erwähnt wird durch die Zirkularpolarisation ein durch den Rollwinkel gegebener Faktor aus der codierten Information eliminiert.
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 F i g. 1 das Prisma 16 aus einem optisch aktiven Material bestehen, wie beispielsweise Zuckerkristallen oder kristallinem Quarz. Quarz würde mit solcher Ausrichtung verwendet, daß sich der Strahl längs der optischen Achse bewegt Das λ/4-PIättchen 32 könnte dann in dem in F i g. 2 dargestellten Empfänger fortgelassen werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Ablage eines sich auf einem elektromagnetischen Leitstrahl befindenden Objekts quer von einer Längsmittelebene des Leitstrahls, der eine für die Ablage charakteristische Kennung aufweist, von der am Ort des Objekts für die Ablage charakteristische Signale abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Leitstrahles nur eine einzige .Strahlungskeule verwendet wird, der als Kennung sich quer zu ihrer Längsmittelebene ändernde Polarisationszustände erteilt werden, die der Ablage von der Längsmittelebene eindeutig zugeordnet sind, und daß die für die Ablage charakteristischen Signale vom Polarisationszustand des vom Objekt empfangenen Teiles der Strahlungskeule abgeleitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungskeule elliptische Polarisationszustände erteilt werden, die an ihren zu Längsmittelebene parallelen Rändern einen entgegengesetzten Drehsinn aufweisen und jeweils bis zur Längsmittelebene in eine gemeinsame, lineare Polarisation übergehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nacheinander verschiedene Strahlungskeulen ausgesendet werden, denen die sich ändernden Polarisationszustände in bezug auf wenigstens zwei nichtparallele Längsmittelebenen erteilt werden, und daß die für die Ablage charakteristischen Signale von den Polarisationszuständen der aufeinanderfolgenden Strahlungskeulen in bezug auf jede der Längsmittelebenen abgeleitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Strahlungskeulen mit verschiedenen Wellenlängen ausgesendet werden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Laser zur Erzeugung der die Strahlungskeule bildenden elektromagnetischen Energie und einem im Objekt angeordneten, auf die Strahlungskeule ansprechenden Empfänger zur Erzeugung der für die Ablage charakteristischen Signale, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg der vom Laser (12) erzeugten Strahlungskeule ein aus doppelbrechendem Material bestehender Keil (16) und in Strahlrichtung hinter dem doppelbrechenden Keil (16) ein die Strahlungskeule divergierendes Element (18) angeordnet ist, und daß der Empfänger (30) ein λ/4-Plättchen (32), zwei Detektoren (44, 46) und zwischen dem λ/4-Plättchen (32) und den Detektoren (44, 46) angeordnete Glieder (38, 40, 42) zur Aufspaltung der Energie in zwei Anteile mit zueinander senkrechten Polarisationsrichtungen umfaßt, so daß dem einen Detektor (44) Energieanteile mit der einen und dem anderen Detektor (46) Energieanteile mit der anderen der beiden Polarisationsrichtungen zugeführt werden und die Ausgangssignale der Detektoren (44, 46) die für die Ablage charakteristischen Signale darstellen.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Ablage eines sich auf einem elektromagnetischen Leitstrahl befindenden Objektes quer von einer Längsmittelebene des Leitstrahls, der eine für die ) Ablage charakteristische Kennung aufweist von aer am Ort des Objekts für die Ablage charakteristische Signale abgeleitet werden.

Ein solches Verfahren ist in Form des Instrumentlandesystems seit Jahren allgemein bekannt Bei diesem lu Verfahren werden zwei divergierende, sich teilweise überlappende Strahlungskeulen erzeugt, die unterschiedlich moduliert sind und im Überlappungsbereich ein Kombinationssignal liefern, so daß das vom Objekt empfangene Signal erkennen läßt ob sich das Objekt in ι -. dem Überlappungsbereich befindet oder ob es zur einen oder anderen Seite von diesem Bereich abweicht Ein weiteres solches Verfahren ist aus der US-PS 33 98 918 bekannt, bei dem mittels eines Lasers zwei zueinander parallele, mit unterschiedlichen Frequenzen amplitudenmodulierte, fächerförmige Lichtbündel erzeugt werden, die zwischen sich eine Art Korridor begrenzen. Gelangt das Objekt in den Bereich eines dieser Lichtbündel, wird es von diesem Lichtbündel weg in das Innere des Korridors gesteuert Auf diese Weise bleibt das Objekt innerhalb des von den Lichtbündeln begrenzter Korridors. Dabei ist eine Art Schwarz-Weiß-Steuerung vorgesehen, die zur Folge hat, daß das Objekt nach dem Ablenken an dem einen Lichtbündel auf das gegenüberliegende Lichtbündel trifft und von

jo diesem wieder zurückgelenkt wird, so daß das Objekt zwischen den beiden Lichtbündeln hin- und herpendelt. Eine genauere Feststellung der Ablage kann bei diesem System durch ein zusätzliches, geschwenktes Lichtbündel erzielt werden, dessen Modulationsfrequenz synchron zu seiner Schwenkung gewobbelt ist, so daß die Frequenz, mit der das von diesem Strahlenbündel übertragene Signal vom Objekt gefangen ist, charakteristisch für die Ablage von dem Zentrum des gebildeten Korridors ist. Es ist jedoch offensichtlich, daß dieses geschwenkte Lichtbündel mit der gewobbelten Modulationsfrequenz allein keine zuverlässige Führung des Objektes gewährleistet, sondern die Maximalabweichung von dem durch den Leitstrahl definierten Weg durch die festen Lichtbündel begrenzt sein muß.

Allen bekannten Leitstrahlsystemen ist gemeinsam, daß sie zum Definieren des Leitstrahles mindestens zwei Strahlungskeulen benötigen, die sorgfältig aufeinander ausgerichtet sein müssen, um den Leitstrahl mit der gewünschten Schärfe zu definieren. Dabei wird der

so Leitstrahl notwendig um so breiter und weniger definiert, je weiter sich das Objekt von dem On befindet, an dem die den Leitstrahl definierenden Strahlungskeulen erzeugt werden. Diese Erscheinung kann besonders dann zu erheblichen Schwierigkeiten führen, wenn das Objekt von dem Ort der Erzeugung der Strahlungskeulen zu einem weit entfernten Objekt hin geführt werden soll, wie es beispielsweise der Fall ist, wenn Raketen mit Hilfe eines solchen Leitstrahles in ein Ziel geführt werden sollen.

Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren so zu verbessern, daß durch die mangelnde Ausrichtung und/oder Fehler in der Gestalt zweier oder mehr bei der Bildung des Leitstrahles zusammenwirkender Strahlungskeulen keine Fehler in der Ausrichtung und der Querausdehnung des Leitstrahles mehr vorkommen können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zur Bildung des Leitstrahles nur eine einzige