DE2717749A1

DE2717749A1 - Lasergestuetztes ueberwachungssystem

Info

Publication number: DE2717749A1
Application number: DE19772717749
Authority: DE
Inventors: Herbert Alan French
Original assignee: UK Secretary of State for Defence
Current assignee: UK Secretary of State for Defence
Priority date: 1976-04-21
Filing date: 1977-04-21
Publication date: 1979-09-06
Also published as: NL7704189A; IT1115769B; US4226529A; SE432319B; FR2415817A1; GB1555102A; SE7704526L; FR2415817B1

Description

Die Erfindung betrifft ein lasergestutztes Überwachungssystem, bei dem angestrebt wird, den von Zielen in einer kontrastarmen Szene verfügbaren Bildkontrast zu verbessern.

Herkömmliche Techniken zur Überwachung von kontrastarmen Szenen verwenden üblicherweise einen gepulsten Laser, um den Ziel-Hintergrund-Kontrast zu verbessern. Der Laser kann auf ein Ziel zur Kontrastverbesserung gerichtet werden, oder wahlweise kann das Uberwachungssystem aufgetastet werden, damit die vom Hintergrund reflektierten Laserimpulse bis auf die von einem Ziel erfaßt werden. Hintergrundlicht zeigt Ziele als Umrisse gegenüber der Szene. Ein derartiges Vorgehen wird positiver bzw. negativer Kontrast genannt, und beide Vorge-

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etlraulich

hensarten sind befriedigend, solange der Ziel-Hintergrund-Kontrast hoch ist. Beide Vorgehensarten besitzen auch den zusätzlichen Vorteil, daß ein Kontrastverlust infolge atmosphärischer Streuung in gewissem Maß durch Auftasten des Überwachungssystems verringert werden kann, so daß dessen Empfindlichkeit auf ein bestimmtes Entfernungsintervall begrenzt wird. Aufgetastete Überwachungssysteme werden durch Begrenzen der Empfindlichkeit eines Überwachungssystems auf Zeitperioden betrieben, die mit der Emission eines Laserimpulses beginnen und vor der Emission des nächsten enden. Ein derartiges Auftasten führt dazu, daß das Überwachungssystem Licht nur von bestimmten Entfernungsintervallen in bezug auf das Überwachungssystem empfängt, wobei die Entfernungsintervalle Abschnitte des Wegs des Laserimpulses sind und jedes einer entsprechenden Auftastzeitperiode entspricht.

Wenn jedoch die atmosphärische Streuung einen bestimmten Wert überschreitet, ist der Ziel-Hintergrund-Kontrast schlecht, besonders bei Überwachung über große Entfernungen hin. Unter derartigen atmosphärischen Bedingungen hat sicn herausgestellt, daß sogar lichtstarke Uberwachungssysteme nicht zufriedenstellend arbeiten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein lasergestütztes lichtstarkes Überwachungssystem zu schaffen, das den Ziel-Hintergrund-Kontrast verbessert.

Das erfindungsgemäße lasergestützte Überwachungssystem hat mindestens einen Laser für wiederholtes Pulsen, mindestens einen Detektor zum Erfassen von Laserimpulsen nach Reflexion oder Streuung von einer Szene, eine Detektorsignal-Auftasteinricntung zur Bestimmung von Ent-

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räülich

fernungsintervallen innerhalb der Szene zur Überwachung durch das System, eine Bildaufzeichnungseinrichtung zum Aufzeichnen eines Bilds aus irgendeinem bestimmten Entfernungsintervall und eine Einrichtung zum wiederholten gegenseitigen V/echsel des bestimmten Entfernungsintervalls, aus dem das aufgezeichnete Bild stammt.

Für einen wiederholten gegenseitigen Wechsel des bestimmten Entfernungsintervalls kann eine Einrichtung zum wiederholten gegenseitigen Wechsel der entsprechenden Auftastzeitperiode, während der die Detektorsignal-Auftasteinrichtung arbeitet, vorgesehen sein. Wahlweise kann der Detektorausgang mit einem einstellbaren elektronischen Vex'zögerungsglied verbunden sein, das seinerseits mit der Detektorsignal-Auftasteinrichtung verbunden ist, die während einer festen Zeitperiode arbeitet; der wiederholte gegenseitige Wechsel des Entfernungsintervalls wird dann durch wiederholten gegenseitigen Wechsel der dem Detektorausgangssignal vermittelten Verzögerung erzielt. In weiterer Alternative kann jedes Entfernungsintervall durch einen entsprechenden Detektor mit geeigneter Auftastung erfaßt werden; jeder aufgetastete Detektor bestimmt dann einen Signalkanal für ein entsprechendes Entfernungsintervall, und die Entfernungsintervalle können durch Umschalten zwischen den Kanälen gegenseitig ausgewechselt werden.

Unter Bildaufzeichnungseinrichtung soll hier eine eigentliche Bildaufzeichnungseinrichtung (Bildschreiber) oder ein Bildsichtgerät verstanden werden. Eine Elektronenstrahlröhre stellt ein geeignetes Bildsichtgerät dar, während eine eigentliche Bildaufzeichnungseinrichtung

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durch Verwendung eines Elektronenrechnerspeichers oder anderer Aufzeichnungsanordnungen erreicht werden kann. Die Bildanzeige kann anschließend an die Signal- oder Bildverarbeitung für Zwecke der Bilderkennung stattfinden, und ähnlich kann die Bildaufzeichnung vor oder nach einer derartigen Verarbeitung vorgenommen werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung hat das lasergestutzte Überwachungssystem zwei oder mehr Laser, die für ein wiederholtes Pulsen mit entsprechenden Ausgangswellenlängen vorgesehen sind. Die Ausgangswellenlänge, die Impulslänge und die Pulsfrequenz jedes Lasers werden vorzugsweise so gewählt, daß die Empfindlichkeit des Uberwachungssystems für die optischen Eigenschaften der Ziele und des jeweiligen Hintergrunds maximal sind. Die Empfindlichkeit wird durch Maximlerung der Reflexion oder Streuung optimiert, durch die Laserenergie zum Uberwachungssystem rückgeführt wird. Ein typischer Hintergrund besteht häufig, obwohl nicht notwendigerweise, aus einem atmosphärischen Nebel oder Dunst oder wahlweise aus Rauch, wobei derartige Hintergrundarten durch die Lichtstreuung von Licht genügend kurzer Wellenlänge beschrieben werden können.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein lasergestütztes Uberwachungssystem gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ein Entfernungs-Zeit-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des erfindungsgemäßen Überwachungssystems,

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Fig. 3 die gegenseitige Phasenlage von Laserimpulsen und Empfängerauftastung, und

Fig. 4 das erfindungsgemäß vorgesehene Umschalten zwischen positivem und negativem Kontrast.

Fig. 1 zeigt schematisch ein lasergestutztes Uberwachungssystem mit einem gepulsten Laser 1 und einer zugehörigen Lasersteuereinheit 2. Das System hat ferner einen Detektor ~5, der auf die Laserausgangswellenlänge anspricht und durch eine Auftasteinheit 4 aufgetastet wird. Die Auftastzeitperiode der Auftasteinheit 4 wird durch eine Auftaststeuereinheit 5 gesteuert. Eine Verbindungsleitung 6 speist Information über die Phase des Laserausgangssignals von der Lasersteuereinheit 2 in die Auftasteinheit 4 ein. Der Detektor 3 gibt Bildinformation an eine Bildaufzeichnungseinrichtung 7 ab. Der Laser 1 ist so angeordnet, daß er eine Szene mit einem Ziel 8 und einem Hintergrundbereich 9, der sich über das Ziel 8 hinaus erstreckt, beleuchtet. Der Detektor 3 ist so angeordnet, daß er Laserimpulse nach Reflexion durch das Ziel 8 und den Hintergrund 9 empfängt. Das Ziel 8 befindet sich in einer Entfernung R vom Überwachungssystem. Die Entfernung vom Uberwachungssystem wird auf einer Skala 10 gemessen, die mit Entfernungsmarken 0, R^, R_T, Rj, R₂ und Rp versehen ist.

Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Entfernungs-Zeit-Beziehung zur Erläuterung des Betriebs des erfindungsgemäßen Uberwachungssystems. Ein Laserausgangsimpuls wird vom Laser 1 zur Zeit t, ausgelöst, und die Abgabe dieses Impulses wird zur Zeit t_p beendet. Das Ent-

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fernungs-Zeit-Dlagramm des Laserimpulses in Fig. 2 hat zwei parallele Geraden 11 und 12 durch den Punkt O, t, bzw. 0, tp, wobei beide Geraden einen Anstieg von C, nämlich der Lichtgeschwindigkeit, haben. Die Detektor-Auf tasteinheit 4 kann zwei Auftastzeitperioden und damit auch zwei entsprechende Entfernungsintervalle bestimmen. Der Auftastimpulsgeber ist so eingestellt, daß er zur Zeit t, oder t4 öffnet und zur Zeit tu oder t), schließt, so daß zwei Auftastzeitperioden definiert werden, nämlich eine frühere Periode t^-tj, und eine spätere Periode ti-,-fcV. Ein zweiter Laserimpuls beginnt zur Zeit t,- und endet zur Zeit tg, wobei das Intervall t,-tr die Impulsfolgeperlode, also Pulsperiode, angibt.

Fig. 3 zeigt die gegenseitige Phasenlage der Laserimpulse 21(t,-tp) und 22(t,--t^) und der Detektorauftastzeitperioden 23(tytj.) und 24(t4-t^). Der Detektor wird so getastet, daß er innerhalb der Zeitperiode 23 oder der Zeitperiode 24 betrieben wird, und die Auftaststeuereinheit 5 gibt Steuersignale ab, um die Auftastperlode von 23 auf 24 und umgekehrt zu schalten.

Es sei nun der Betrieb des Überwachungssystems beschrieben:

Es sei ein Ziel in einer Entfernung R_T (Fig. 2) vom Überwachungssystem betrachtet, wobei der Detektor 3 so aufgetastet ist, daß er innerhalb der Zeitperiode 23 betrieben wird, d. h. bei t, öffnet und bei t^ schließt. Bei einer derartigen Auftastung ist der Detektor 3 empfindlich in bezug auf jegliche Strahlung, die er entweder durch Reflexion oder Streuung von allen Punkten im Entfernungsintervall Ri-Rp sammelt, wobei gilt:

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AO

R₁ = i(t₃ - t₂)C (1)

Während des Zeltintervalls 23 "sieht" der Detektor 3 das Ziel 8 durch Reflexion in der Entfernung R-,, mit R₁ < Rm<Rp, wobei das Bild des Ziels 8 der Strahlung vom Hintergrundintervall Ri-R₂ überlagert wird.

Wenn das Auftastzeitintervall von t' auf t^ durch die Auftast-Steuereinheit 5 umgeschaltet wird, wird der Detektor 3 ähnlich getastet, um Strahlung vom Entfernungsintervall Ri-Rp, das ein Intervall des Hintergrunds 9 enthält, zu empfangen, wobei gilt:

pl _ 1/4.1 4. \r> /"X\

R₁ - ₂(t₃ - t₂jc (3)

R₂ = ^(ti - t_x)c (4) .

Wenn jetzt R„<R₁<R₂ ist, empfängt der Detektor¹ 3 bei dieser Auftastbetriebsart keine Strahlung vom Ziel 8, sondern ein Schatten des Ziels 8 wird in bezug auf die Strahlung erzeugt, die das Entfernungsintervall Ri-Rp erreicht, und zwar wegen des Maskierungseffekts des Ziels 8. Entsprechend "sieht" während des Intervalls 24 der Detektor 3 einen Umriß des Ziels 8, der in einem Entfernungsintervall des Hintergrunds 9 erscheint.

Das Auftasten besteht aus einem Wechsel zwischen den oben beschriebenen beiden Auftastbetriebsarten, so daß wiederholt das überwachte Entfernungsintervall gegenseitig ausgewechselt wird. Infolgedessen erfaßt der Detektor 3 das Ziel 8

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- /1

wahlweise durch direkte Reflexion und als Umriß. Der Detektor 3 wird im Zeitintervall t,-th aufgetastet, das mit einem bestimmten Abschnitt jeder Laserpulsperiode synchronisiert ist. Entsprechend wird die Auftastperiode auf die Pulsfrequenz verriegelt, und sie unterhalt das so bestimmte Entfernungsintervall, das gerade überwacht wird. Nachdem eine genügend große Laserenergie aus diesem Entfernungsintervall empfangen worden ist, wird die Auftastperiode geändert, um später in jeder Pulsperiode aufzutreten, so daß das überwachte Entfernungsintervall geändert wird. Diese finderungsperiode ist t'-t], in Fig. 2 und }. Nachdem eine genügend große Laserenergie bei der zweiten Auftastbetriebsart erfaßt worden ist, wird das Auftasten auf die t-,-tj,-Zeitperiode zurückgeschaltet. Das Hin- und Her-Schalten in dieser Weise wird durch die Auftaststeuereinheit 5 gesteuert, die daher für den wiederholten gegenseitigen Wechsel der Entfernungsintervalle dient.

Eine Elektronenstrahlröhre ist ein geeignetes Beispiel einer Bildaufzeichnungseinrichtung 1, und wenn der Detektor mit einer Abtasteinrichtung zur Erzeugung zweidimensionaler Information versehen ist, wird das Ziel auf dem Schirm der Elektronenstrahlröhre abwechselnd als direkt reflektiertes Bild und dann als Umriß auf einem entsprechenden Untergrund in beiden Fällen angezeigt. Der Hinter- bzw. Untergrund in beiden Fällen ist im wesentlichen gleich, insbesondere bei einem Luftziel in einem Seeraum, weshalb das Ziel als modulierter Bereich eines im wesentlichen unmodulierten Hintergrunds wahrgenommen wird. Die Zeitdauer, während der das Uberwachungssystem in einer Auftastbetriebsart betrieben wird, d. h. zwischen dem Auswechseln des Entfernungsintervalls, ist normalerweise lang gegenüber der

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- sr-

Laserpulsperiode eingestellt. Auf diese Weise kann das Überwachungssystem das aus einem jeweiligen Entfernungsintervall empfangene Bild über eine Anzahl von Laserimpulsen integrieren. Der Detektor wird daher in der einen Betriebsart für eine Anzahl von Laserimpulsen aufgetastet, bevor er auf die andere Betriebsart umgeschaltet wird, um das Auswechseln der Entfernungsintervalle vorzunehmen. Obwohl jede Auftastzeitperiode ein Abschnitt der Laserpulsperiode .sein muß (und daher auf diese phasenverriegelt sein muß), braucht das Wechseln zwischen Auf tastperioden nicht gleichmäßig periodisch oder phasenverriegelt auf die Pulsperiode zu erfolgen. Es kann selbstverständlich zweckmäßig sein, den gegenseitigen Wechsel periodisch und in Phase mit dem gepulsten Ausgangssignal des Lasers vorzunehmen.

Die beiden Auftastzeitperioden 2^ und 24 in Fig. 3 brauchen nicht gleich zu sein, da dies nur das Auftastverhältnis der Dildmodulation beeinflußt, die von der Bildauf zeichnungseinrichtung 'J aufgezeichnet wird, ferner die pro Laserimpuls gesammelte Energie und die Länge des entsprechenden Entfernungsintervalls, die bei jeder Auftastbetriebsart beobachtet wird. Das Verhältnis der beiden Auftastzeitperioden wird im Hinblick auf Bildkontrast und -energie, die bei jeder Betriebsart verfügbar sind, optimalisiert. Bei manchen Anwendungen ergibt die Umriß-Betriebsart einen größeren Kontast als die Reflexion-Betriebsart, insbesondere bei der Überwachung weit entfernter See- oder Lufträume bei dunstigem Wetter. In derartigen Fällen kann es zweckmäßig sein, eine entsprechend längere Auftastperiode für die Umriß-Betriebsart vorzusehen. Wenn jedoch die beiden Betriebsarten einen ähnlichen Bildkontrast liefern, ist die Empfindlichkeit optimal, wenn die Auftastzeitperioden entsprechend ähnlich sind.

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Die Länge und die Phasenlage der beiden Auftastzeitperioden sind nicht kritisch, jedoch folgenden Bedingungen unterworfen. Beide Auftastzeitperioden müssen kürzer als der Nullamplitudenbereich der Laserpulseperiode sein, und der Umriß-Betriebsart-Auftastimpulsgeber muß später als der Reflexion-Detriebsart-Auftastimpulsgeber öffnen, um ein Zielentfernungsintervall zu begrenzen. Es ist jedoch unwichtig, ob die beiden aufgetasteten Abschnitte einer Laserpulsperiode sich überlappen, da der Empfänger nur in einer Betriebsart während jeder gegebenen Periode getastet wird, so daß der Detektor niemals gleichzeitig auf beide Entfernungsintervalle ansprechen kann. Ferner ist es nicht notwendig, das Überwachungssystem in einem von nur zwei Zuständen zu betreiben, deren jeder einer entsprechenden Auftastzeitperiode entspricht. Das Umschalten zwischen Zuständen kann gewünschtenfalls über eine Zwischenstufe stattfinden. Die Zwischenstufe kann z. B. ein passiver oder Nichtaufzelchnungszustand der Bildaufzeichnungseinrichtung odor wahlweise ein Zustand sein, während dem zusätzliche oder andere Information wie eine Entfernungskalibrierung aufgezeichnet wird.

Fig. 4 zeigt die möglichen Verstärkungsgewinne beim Bildkontrast, die durch Umschalten zwischen Auftastzeitperioden gemäß der Erfindung erreichbar sind. In Fig. 4 ist der Bildkontrast über der Entfernung für zwei Werte der Auftastzeitperiode aufgetragen. Die Kurve X entspricht der öffnung des Auftastimpulsgebers bei t. in Fig. 2 und 3 und die Kurve Y der Öffnung des Auftastimpulsgebers bei ti» wobei die entsprechenden Entfernungen R, und R] sind. Das Ziel bei R„ befindet sich in vollständigem positiven Kontrast, nämlich IjC⁺J* *ⁿ bezug auf die öffnung des Auftast-

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impulsgebers bei t,, jedoch in vollständigem negativen Kontrast (Umriß), nämlich Qc-J, in bezug auf die Öffnung des Auftastimpulsgebers bei ti.

Aus den Gleichungen (1) und (3) folgt:

γ - ^i - 2 I j5 ~ 2~ 3 2' ^'

d.h. AR = R[ - R₁ = ^C(t' - t,) = ^cAt (6)

mit &t = Zeitdifferenz und

= entsprechende Entfernungsdifferenz

zwischen den Öffnungszeitpunkten der beiden Auftastimpulsgeber, die zwischen den beiden Auftastperioden hin- und hergeschaltet werden.

Das Auswechseln der Auftastzeitperioden in dieser Weise ist durch die Mäanderkurve Z in Fig. 4 angedeutet, und veranlaßt einen Wechsel-Kontrast für jedes Ziel innerhalb AR, wobei der Wechsel-Kontrast die Amplitude £c+J - £^C~J ^liat· Die Amplitude der Zielkontraständerung ist also größer als die bei einer Auftastbetriebsart allein. In Fig. 4 sind die Maxima des Kontrasts mit \\ für £c+] max und -1 für £c-Jmax angegeben. Wenn die Werte £c+J und [C-J für das Ziel in Fig. gleich sind, äußert sich das Umschalten der Auftastperiode in einer Verdopplung des Kontrasts gegenüber einer Betriebsart allein und ferner in einer wahlweisen Modulation jedes reflektierenden Objekts im Entfernungsintervall Δ R (in Fig. 4 das Ziel), während der Hintergrund und jede gestreute

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Strahlung unmoduliert bleiben. Die Zeitdifferenz kann klein gegenüber jeder Auftastzeitperiode eingestellt werden, d. h. die Anzahl der reflektierenden Gegenstände innerhalb Δΐΐ klein gegenüber der Anzahl innerhalb der entsprechend größeren Entfornungsintervalle, aus denen Energie während jeder Auftastperiode gesammelt wird, gemacht werden.

Die Eigenschaft der wahlweisen Modulation eines Ziels oder von Zielen, während der Hintergrund unmoduliert bleibt, ist ein sehr wichtiges Merkmal der Erfindung. Unabhängig von dem verwendeten Überwachungssystern und dem zugehörigen Gichtgerät ist ein moduliertes Ziel gegen einen konstanten Hintergrund gesehen besser sichtbar für einen Beobachter oder besser erfaßbar durch eine automatische Beobachtungseinrichtung als ein nichtmoduliertes Ziel bei konstantem Hintergrund. Diese Technik ist für die Anwendung mit einer Anzahl automatischer Erfassungssysteme zusätzlich zur visuellen Erfassung geeignet, und die Zielmodulationsfrequenz kann entsprechend der jeweiligen Anwendung gewählt werden. Für eine visuelle Überwachung ist eine Modulationsfrequenz von ca. 5 Hz geeignet, da bei dieser Frequenz das Ziel am deutlichsten sichtbar für einen menschlichen Bediener ist. Automatische Erfassungssysteme können selbstverständlich beträchtlich schnellere Modulationsfrequenzen verwenden, insbesondere bei Benutzung einer elektrischen oder mechanischen Abtast- oder Strobe-Einrichtung. Die vorteilhafteste Frequenz hinsichtlich Zielauflösung ist diejenige Modulationsfrequenz, die am günstigsten gegenüber Zielschwund oder -fading und zeitlichen Schwankungen des Hintergrunds ist, was von der Szene und dem Ziel abhängt. Ein typischer Hintergrund ist ein

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amici

Landgebiet oder See- oder Luftraum, und typische Ziele sind reflektierende Gegenstände. Häufig wird daher Licht von einem in einem Überwachungssystem verwendeten gepulsten Laser vom Ziel reflektiert, jedoch vom Hintergrund durch die Atmosphäre gestreut v/erden.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der wiederholte gegenseitige Wechsel des überwachten Entfernungsintervalls durch einen entsprechenden wiederholten gegenseitigen Wechsel der Auftastzeitperiode erfolgt. Die Erfindung ist jedoch auf diese Art des Entfernungsintervallwechsels keineswegs beschränkt. Eine wahlweise verwendbare Einrichtung für Entfernungsintervallwechsel hat zwei Detektoren, deren jeder innerhalb einer bestimmten Zeitperlode aufgetastet wird, um unterschiedliche Entfernungsintervalle zu definieren. Der Wechsel des überwachten Entfernungsintervalls wird dann durch Wechsel des aufgetasteten Detektors vorgenommen, von dem die Bildaufzeichnungseinrichtung ihre Signale empfängt. Eine weitere alternative Wechselmöglichkeit besteht in der Verbindung des Detektorausgangs mit einem einstellbaren Zeitverzögerungsglied. Das Verzögerungsglied liefert Signale vom Detektor zu einer Auftasteinrichtung, die eine feste Auftastzeitperiode definiert. Durch Änderung der Verzögerung des Verzögerungsglieds wird dann die Auftastzeitperiode für die nacheinander einer Bildaufzeichnungseinrichtung zugeführten Signale geändert. Es sind aber auch andere elektronische Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Entfernungsintervallwechsels ohne weiteres denkbar. Es ist sogar z. B. möglich, einen Verschluß vorzusehen, um den Detektor während eines geeigneten Abschnitts einer Laser-

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pulsperiode abzudunkeln. Jedoch können mechanische Verschlüsse Schwierigkeiten bei der Phasenverriegelung auf die Laserperiode machen, weshalb sie nicht vorzugsweise als Auftasteinrichtungen verwendet werden sollten.

Gemäß Fig. 1, auf die noch einmal eingegangen werden soll, wird für das oben beschriebene AusfUhrungsbeispiel der Erfindung ein Detektor 3 zur Laserimpulserfassung vorgesehen. Ein derartiger Detektor kann vorteilhafterweise mit einer Abtasteinrichtung kombiniert werden, um den Detektor über eine Szene für die Erzeugung eines zweidimensionalen Bildes abzutasten oder zu verfolgen. Abtasteinrichtungen sind für sich in der Elektronik gut bekannt, wobei eine übliche Anordnung die Flying-Spot-Technik (Lichtpunktabtastung) für die Erzeugung eines Fernsehrasters verwendet. Ein lichtempfindliches Element wie ein Detektor kann zweckmäßigerweise mit einem Abtastteleskop kombiniert werden, um ein Rastermuster einer Szene in zwei Dimensionen zu erzeugen. Wahlweise kann der Detektor mit einer 36O°- umlaufenden oder eindimensionalen Abtasteinrichtung kombiniert werden, wie sie in manchen Radaranlagen verwendet wird. Weitere wahlweise Abtastartordnungen können ebensogut eingesetzt werden.

Eine besonders wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist das Vorsehen einer Einrichtung für ein zielsuchendes Uberwachungssystem. Ausweislich Fig. 2 und jj werden die Entfernungsdifferenz AR(R₁-Rj) und die entsprechende Zeitdifferenz ^t(t,-t4) konstantgehalten, während R₁ und R] zusammen von einem Minimum zu einem Maximum, wie es die Empfindlichkeit des Uberwachungssystems erlaubt, variiert werden. Dieses Vorgehen sieht effektiv für die Entfernungs-

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differenz AR ein Entfernungs-"Fenster" vor, das über die volle Entfernung abzutasten ist, innerhalb der das Überwachungssystem Ziele erfassen kann. Dieses Abtasten ist eindimensional und in Längsrichtung der Laserlicntausbreitung, und zwar im Gegensatz zur ein- oder zweidimensionalen Abtastung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, auf die im unmittelbar vorhergehenden Absatz Bezug genommen worden ist. Das eindimensionale Abtasten der Entfernungsdifferenz ΔR wird notwendigerweise über eine Zeitdauer durchgeführt, die beträchtlich länger als die Entfernungsintervall-Wechselperiode ist. Das Abtasten wird durch Gleichlauf der beiden Abtastzeitperioden zusammen über die Laserpulsperiode durchgeführt. Wahlweise kann eine entsprechende Einrichtung zur Auftastzeitperiodenänderung für eine andere Auftasttechnik als im vorvorhergehenden Absatz beschrieben verwendet werden.

Der Vorteil des Abtastens der Entfernungsdifferenz AR ergibt sich, weil Uberwachungssysteme häufig zur Suche von Zielen mit unbekanntem Ort verwendet werden. Wenn ΛΒ. wie beschrieben abgetastet wird, werden alle vorhandenen Ziele moduliert, wenn sie innerhalb dieser sich bewegenden Entfernungsdifferenz auftreten. Entsprechend können die Ziele aufgrund ihrer Modulation mit Hilfe des Beobachtungspersonals oder einer automatischen Beobachtungseinrichtung geortet werden. Dieses eindimensionale Abtasten in Längsrichtung des Laserstrahls kann von ein- oder zweidimensionalen Querabtasten wie oben beschrieben begleitet sein, so daß eine Zielsuche in einem Gebiet oder sogar innerhalb eines ganzen Volumens möglich ist. Ferner kann, sobald ein Ziel oder Ziele geortet worden sind, eine Rückkopplungsschleife zur Ab-

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taststeuereinrichtung vorgesehen werden, so daß das Überwachungssystem dann auf das Ziel entsprechend der Erfassung bzw. Demodulation eines modulierten Signals verriegelt wird.

Das erfindungsgemäße Überwachungssystem kann zwei (und mehr) Laser verschiedener Ausgangswellenlänge verwenden. Beide Auftastbetriebsarten, die jeweils einem Entfernungsintervall entsprechen, können dann gleichzeitig betrieben werden. Jede Betriebsart wird in einem gesonderten Kanal durchgeführt, bevor ihre Ergebnisse zu einer gemeinsamen Bildaufzeichnungseinrichtung gelangen. Jeder Kanal wird getrennt ausgetastet, um ein eigenes Entfernungsintervall zu definieren, und die Bildaufzeichnungseinrichtung wird zwischen den Kanälen hin- und hergeschaltet, um Betriebsarten mit positivem und negativem Kontrast zu ergeben. Eine entsprechende Doppelauftasttechnik kann ebenfalls verwendet werden, und zwar ausgehend von den verschiedenen oben angedeuteten Auftasteinrichtungen.

Eine Mehrlaseranordnung besitzt den Vorteil, daß eine größere Leistung zur Beleuchtung des Ziels verwendet wird und daß die Demodulation bzw. Erfassung jedes Laserausgangssignals getrennt optimalisiert werden kann. Eine kürzere Wellenlänge ist geeignet für die Erzeugung atmosphärisch gestreuten Lichts, während eine längere Wellenlänge sich besser zum Durchdringen von Luft, Nebel oder Rauch eignet. Die Wahl der Laserwellenlänge hängt notwendigerweise von der Art des gesuchten Ziels und den wahrscheinlich vorhandenen atmosphärischen Bedingungen ab. Die Wellenlänge jedes Lasers wird so gewählt, daß die Empfindlichkeit entsprechend den jeweils auftretenden Vorgängen für die Rückführung von

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Laserenergie zum Detektor maximiert wird. Es können Umstände auftreten, bei denen die Art des gesuchten Ziels eine ungewöhnliche Wellenlängenwahl veranlaßt. Sollte z. B. eine Aerosolwolke zu erfassen sein, so wird wahrscheinlich gestreutes Licht eine bessere Signalrückführung als reflektiertes Licht ergeben.

Mit zwei oder mehr Lasern verschiedener Wellenlänge kann die verfügbare Leistung gleichzeitig erfaßt werden, vorausgesetzt, daß die Laserimpulse so in ihrer Phase eingestellt werden, daß sie eine gegenseitige Störung vermeiden, oder daß jede Laserwellenlänge gesondert erfaßt wird. Ein derartiges Vorgehen erlaubt ein schnelleres Abtasten, da verschiedene Entfernungsintervalle gleichzeitig durchsucht werden können. Ebenso kann eine Mehrlaseranordnung verwendet werden, um mehrere Ziele unter demselben Winkel zu erfassen, sofern diese Ziele sich nicht gegenseitig verdecken. Außerdem 1st es ziemlich einfach, einzelne Systeme mit Raumfiltern auszurüsten, um eine Vorzugsempfindlichkeit gegenüber Zielen bestimmter Geometrie zu verleihen.

Das bisher beschriebene Überwachungssystem verwendet einen Wechsel zwischen zwei Entfernungsintervalleh, um eine Modulation eines Zielbilds zu erzielen. Dieses Prinzip kann auf einen gegenseitigen Wechsel zwischen mehreren Entfernungsintervallen in der folgenden Weise ausgedehnt werden. Es seien z. B. vier Entfernungsintervalle in der Reihenfolge zunehmender Entfernung vom Überwachungssystem betrachtet, also A, B, C und D, die entsprechende Zielbilder durch Reflexion, also A₁, B₁, C₁ und D₁, sowie Zielbilder als Umriß, also A«, B₂, C₂ und D₂, erzeugen. Wenn die Entfernungsintervall-Wechseleinrichtung so aufgebaut ist, daß das Überwa-

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chungssystem zyklisch wiederholt die Entfernungsintervalle in der Reihenfolge A, B, C und D vorsieht, dann zeichnet die Bildaufzeichnungseinrichtung gemäß der folgenden Tabelle 1 auf:

Gewähltes Ent fernungsintervall	Aufgezeichnete Bilder
A	^Al
B	A₂ B₁
C	A₂ B₂ C₁
D	A₂ B₂ C₂ D₁

Tabelle 1 zeigt, daß bei der wiederholten Entfernungsintervall-Wechselfolge A, B, C und D A₁ oder A„ in allen vier ausgewählten Intervallen,B₁ oder Bg in drei, C₁ oder Cg in zwei und D₁, das reflektierte Bild des am weitesten vom Beobachtungssystem entfernten Intervalls, nur in einem Intervall erfaßt wird, wobei nur D_p ausgeschlossen ist. Alle vier Entfernungsintervalle werden daher mit variierender Wiederkehr erfaßt. Dieses Vorgehen kann auf eine beliebige Anzahl von Entfernungsintervallen angewendet werden. Die Folge der ausgewählten Entfernungsintervalle ist nicht kritisch und kann sogar zufällig sein. Darüber hinaus können eines oder mehrere der Intervalle bei jeder Wechselfolge weggelassen werden, wenn nur nach einer geeigneten Anzahl von Wechselfolgen genug Laserenergie gesammelt wird, um die Ziele in jedem zu überwachenden Entfernungsintervall zu orten.

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Es versteht sich, daß die Erfindung auf das vorangegangene Ausführungsbeispiel und dessen Abwandlungen nicht beschränkt ist, sondern weitere Ausführungen, insbesondere im Hinblick auf die sehr differenzierte Optoelektronik, möglich sind, um einen jeweils geeigneten Intervallwechsel gemäß der Erfindung vorzusehen.

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Claims

-so- Patentansprüche

1.J Lasergestütztes Überwachungssystem,

mit einem Laser für (zyklisches) Pulsen, mit einem Detektor zur Erfassung von Laserimpulsen nach Reflexion oder Streuung von einer Szene,

mit einer Detektorsignal-Auftasteinrichtung zum Bestimmen mindestens eines Entfernungsintervalls innerhalb der Szene zur Überwachung durch die Überwachungseinrichtung und

mit einer Bildaufzeichnungseinrichtung zur Aufzeicnnung von Bildern aus jedem bestimmten Entfernungsintervall,

gekennzeichnet durch eine Umschalteinrichtung (5) zum wiederholten gegenseitigen Wechsel des Entfernungsintervalls, aus dem das aufgezeichnete Bild stammt.

2. Überwachungssystem nach Anspruch 1,

wobei die Detektorsignal-Auftasteinrichtung jeweils während eines einzelnen Abschnitts der Pulsperiode in Betrieb ist, wobei dieser Abschnitt aus mehreren Abschnitten ausgewählt ist,

dadurch gekenn zeichnet, daß die Umschalteinrichtung (5) zum Wechsel des ausgewählten Abschnitts (23 oder 24) ausgebildet ist.

3. Überwachungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein einstellbares Verzögerungsglied, das dem Detektorsignal eine einstellbare Zeitverzögerung verleiht, die aus mehreren Zeitverzögermngen ausgewählt ist,

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ORIGINAL INSPECTED

wobei die Umschalteinrichtung (5) zum Wechsel der ausgewählten Zeitverzögerung ausgebildet ist.

4. Uberwachungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
mindestens zwei Detektoren (3),

deren jeder für ein zyklisches Auftasten in mindestens einem entsprechenden Abschnitt (23 oder 24) einer Pulsperiode (t,-tf-) ausgebildet 1st und

deren jeder einen entsprechenden Signalkanal zur Einspeisung von Signalen jeweils über einen Kanal in die Bildaufzeichnungseinrichtung (7) bildet,

wobei die Umschalteinrichtung (5) für den Wechsel des Signale zuführenden Kanals ausgebildet ist.

5. Uberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

gekennzeichnet durch

zwei Laser (1),

deren jeder für ein zyklisches Pulsen mit einer bestimmten Ausgangslänge vorgesehen ist,

wobei die Detektorsignal-Auftasteinrichtung (4) so ausgebildet ist, daß sie mindestens ein Entfernungsintervall (tj-t,-) für jeden Laser (1) bestimmt, und

die Umschalteinrichtung (5) einen Wechsel zwischen den bestimmten Entfernungsintervallen vornimmt.

6. Uberwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche ,

zur Aufzeichnung von Bildern von zwei Entfernungsintervallen mit einer Entfernungsdifferenz dazwischen,

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¹II/ Q

gekennzeichnet durch

eine Abtasteinrichtung zur gleichzeitigen Änderung der Entfernungsintervalle (t,-t,-),

so daß die Entfernungsdifferenz (AR)über einen Bereich innerhalb der Zielerfassungsgrenzen des Überwachungssystems abtastbar ist,

wobei die Abtastung eindimensional und in Längsrichtung der Laserlichtausbreitung gerichtet ist.

309*3^0004,