DE2826468A1

DE2826468A1 - Laserentfernungsmesser

Info

Publication number: DE2826468A1
Application number: DE19782826468
Authority: DE
Inventors: David Ian Greenwood; Jeffery John Harris
Original assignee: British Aircraft Corp Ltd
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1977-06-17
Filing date: 1978-06-16
Publication date: 1979-01-04
Also published as: FR2394817A1; FR2394817B1; JPS5456472A; US4457621A; JPS61182868U; DE2826468C2; JPH02707Y2; GB1589817A

Description

e Dip¹.-Ing. Curt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch 2826468 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

_Datum: 1 a JUN! 1978

Unser Zeichen: l62 8l K/Bu

British Aircraft Corporation Limited, London, England

Laserentfernungsmesser

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Bei allen passiven Überwachungssystemen, die eine Bedrohungseinschätzung eines potentiellen Zieles durchzuführen haben, ist im allgemeinen eine Entfernungsinformation erforderlich und diese kann nur durch einen zusätzlichen getrennten Entfernungsmesser erlangt werden. Es ist außerdem höchst erwünscht, daß die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung durch Benutzung eines getrennten Entfernungsmessers so niedrig wie möglich gehalten wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Laserentfernungsmesser und zwar insbesondere, aber nicht ausschließlich, zur Benutzung in Verbindung mit einem passiven Überwachungssystem, bei welchem ein Überwachungsabtaster im Azimuth gedreht und gleichzeitig in der Höhe geneigt wird, um ein Abtastmuster zu erzielen.

Gemäß der Erfindung weist ein Laserentfernungsmesser in Kombination einen Laserstrahlgenerator, eine Drehsteuervorrichtung zur Abtastung des durch den Generator erzeugten Strahls im Azimuth und eine Höhensteuervorrichtung auf, die den Strahl in der Höhe neigt, wobei die beiden Steuervorrichtungen so aufeinander abgestimmt sind, daß ein bestimmtes Abtastmuster erzeugt wird und daß die Hilfssteuervorrichtung den Strahl in der Höhe relativ zu der augenblicklichen Höhenstellung ablenkt, welch letztere in jedem Moment durch die Höhensteuervorrichtung bestimmt ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Höhensteuervorrichtung einen Höhenneigungsreflektor im Strahlpfad auf, und die Hilfssteuervorrichtung besteht aus einem acoustooptischen Deflektor im Strahlpfad zwischen dem Höhenneigungsreflektor und dem Lasergenerator.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines ./.

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Laserentfernungsmessers gemäß der Erfindung.

Der Laser 1 erzeugt Impulse im Bereich von 100 mJ bei 1,06*1 um und dieser Laser 1 ist auf einem drehbaren Azimuthtisch 2 so montiert, daß sein Strahl durch ein zylindrisches Teleskop 4 nach oben gerichtet wird und in diesem Teleskop wird der Kreisquerschnitt des Strahls in einen Rechteckquerschnitt umgeformt und auf ein Rechteckprisma 5 gerichtet.

Dann durchläuft der Strahl eine anamorphotisehe Linse 6, die den Strahl wie dargestellt umformt, bevor er durch einen acousto-optischen Deflektor 7 hindurchläuft. Beim Austritt aus diesem Deflektor durchläuft der Strahl eine weitere anamorphotische Linse 8,die den Strahl wieder sammelt. Dann tritt der Strahl in ein weiteres rechtwinkliges Prisma 9 ein, von wo aus er durch ein weiteres zylindrisches Teleskop 10 nach einem weiteren rechtwinkligen Prisma 11 gerichtet und dann auf einen in Kardangelenken 13 aufgehängten Höhenneigungsreflektor 12 zugeführt. Das Teleskop 10 erzeugt die gewünschte Divergenz des Strahles in der Höhe.

Der Höhenneigungsreflektor 12 wird synchron mit dem Azimuthtisch 2 über nicht dargestellte Mittel so angetrieben, daß ein schraubenförmiges Abtastmuster des ausgesandten Laserstrahls erzeugt wird, welches bei 14 angedeutet ist. Der vom Ziel zurückkehrende Strahl 15 wird durch den gleichen Reflektor 12 auf einen Cassegrain-Empfänger Id gerichtet, der ein empfindliches Element 17 aufweist.

Um die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung zu vermindern, ist der Lasergenerator so ausgebildet, daß er mit einem einzigen Entfernungsimpuls pro Ziel arbeitet, wobei die Divergenz des Strahles 14 in der Größenordnung von 3 mrad-liegt.

Wie erwähnt, besteht die Hauptanwendung des Entfernungsmessers darin, ihn in Verbindung mit einem passiven über-

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wachungssystem jener Art einzusetzen, wo ein Überwachungsabtaster im Azimuth gedreht wird und gleichzeitig eine Höhenbewegung durchgeführt wird, so daß ein schraubenförmiges bzw. spiralförmiges Abtastmuster entsteht. Wenn eine Benutzung in Verbindung mit einem solchen System stattfindet, dann werden Azimuth-Tisch 2 und Höhenneigungsreflektor 12 veranlaßt, sich synchron zu der Überwachungsabtastvorrichtung zu bewegen.

Die Benutzung des Entfernungsmessers in dieser Weise führt zu zwei einander widersprechenden Forderungen. Einerseits muß die Strahldivergenz wenigstens gleich dem Divergenzwinkel des Überwachungsabtaststrahles sein, wenn der Entfernungsmesser die gleiche Höhenerstreckung wie der Überwachungsabtaster haben soll. Andererseits soll im Hinblick auf ein möglichst günstiges Entfernungsmeßverhalten der Entfernungsmesserstrahl eine möglichst kleine Divergenz besitzen.

Bei einem so schwach divergierenden Strahl wird es um ihn kompatibel mit dem augenblicklichen Sichtstrahl des Überwachungsabtasters zu bringen, notwendig, den Strahl in der Höhe relativ zu der augenblicklichen Höhenlage des Höhenneigungsreflektors abzulenken und da die meisten Ziele sich schnell bewegende Plugzeuge sind, die mit Geschwindigkeiten bis zu 500 MR pro Sekunde relativ zum Entfernungsmesser vorbeistreichen, ist es wesentlich, daß die Verzögerung zwischen Entdeckung des Ziels und Aussendung des Entfernungsmeßimpulses so klein als möglich ist. Je größer die Verzögerung desto größer muß die Strahldivergenz gewählt werden, um die Zielbewegung zu berücksichtigen.

Diese Probleme werden durch die Erfindung unter Verwendung des acousto-optischen Deflektors 7 überwunden, der im Bragg' sehen Bereich arbeitet und der eine Direktzugriffsablenkzeit von wenigen Mikrosekunden hat. Dieser Deflektor 7 kann ein Kristall mit einer gekrümmten akustischen Wellenfront aufweisen, die

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durch einen einzigen piezo-elektrischen Wandler erzeugt wird oder der Wandler kann ein Kristall mit ebenen akustischen Wellenfronten aufweisen, die durch mehrere getrennte piezoelektrische Wandler erzeugt werden und der Ablenkwinkel hängt in beiden Fällen von der Frequenz des Signales ab, das den Wandlern zugeführt wird. Der Laserstrahl ist im Querschnitt langgestreckt um sich den Erfordernissen des acousto-optischen Deflektors in Bezug auf seine zulässige Energiedichte anpassen zu können, und um eine optische Beschädigung zu vermeiden und eine hohe Brechungswirksamkeit zu erhalten und gleichzeitig einen minimalen akustischen Leistungsbedarf.

Im Betrieb wird dann wenn durch das überwachungssystem ein Ziel festgestellt wird, der Lasergenerator 1 getriggert, um mit der gewählten Azimuthkoordinate auszusenden und ein Signal dessen Frequenz derart gewählt ist, daß der jeweilige Ablenkwinkel in dem acousto-optischen Deflektor 7 erzeugt wird, wird dem Deflektor angelegt, um den Laserstrahl relativ zu dem Augenblickswinkel des Neigungsreflektors 12 nach der richtigen Höhenkoordinate abzulenken.

Die jeweilige Winkelverzögerung zwischen Sender-und Empfängerachse des Entfernungsmessers muß derart eingebaut werden, daß eine Durchschnittsflugzeit für die Photonen berücksichtigt ist und außerdem muß eine Voreinstellung getroffen werden, zwischen diesen Achsen und den Achsen des Überwachungssystems, um die Verzögerung zwischen Auffinden des Zieles und Triggerung des Lasergenerators zu berücksichtigen.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. Cu rt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch 2826468 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d Datum: 1 £ JUNI 1978 Unser Zeichen: l62 8l K/Bu Patentansprüche

1. Laserentfernungsmesser mit einem Lasergenerator und einer Drehlagerung zur Abtastung des vom Generator erzeugten Strahls im Azimuth und mit einer Höhensteuerung durch die der Strahl in Höhenrichtung geneigt wird, wobei die beiden Steuereinrichtungen so aufeinander abgestimmt sind, daß ein Abtastmuster erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet , daß eine Hilfssteuereinrichtung vorgesehen ist, um den Strahl in der Höhe relativ zu der augenblicklichen Höhenlage abzulenken, die in jedem Moment durch die Höhenneigungssteuerung bestimmt ist.

2. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Höhensteuervorrichtung einen Höhenneigungsreflektor im Pfad des Strahles aufweist und daß die Hilfssteuereinrichtung einen acousto-optischen Deflektor aufweist, der im Strahlpfad zwischen dem Höhenneigungsreflektor und dem Lasergenerator angeordnet ist.

3. Laserentfernungsmesser 2, dadurch gekennzeich net, daß der acousto-optische Deflektor ein Kristall mit gekrümmten akustischen Wellenfronten aufweist, die durch einen einzigen piezo-elektrischen Wandler erzeugt werden, wobei der Ablenkwinkel von der Frequenz des angelegten Steuersignals abhängt.

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ORIGINAL INSPECTED

4. Laserentfernungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der acousto-optische Deflektor ein Kristall mit ebenen Wellenfronten aufweist, die durch eine Reihe getrennter piezo-elektrischer Wandler erzeugt werden.

5. Laserentfernungsmesser nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß eine Optik vorgesehen ist, um den Querschnitt des Laserstrahles in der Höhe zu strecken, bevor der Strahl den acoustooptischen Deflektor durchläuft, wobei der Strahl nach Durchlaufen des acousto-optisehen Deflektors wieder in seine ursprüngliche Querschnittsform zurückgeführt wird.

6. Laserentfernungsmesser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß är mit einem passiven Überwachungssystem kombiniert ist, bei welchem ein Überwachungsabtaster im Azimuth gedreht und gleichzeitig die Höhenneigung so abgetastet wird, daß ein Abtastmuster entsteht und daß die Steuervorrichtung für Drehung und Höhenneigung des Entfernungsmessers so angeordnet sind, daß sie synchron zu der überwachungsabtastvorrichtung arbeiten und daß der Überwachungsabtaster ein Signal dsr Hilfssteuervorrichtung des Entfernungsmessers liefert, wenn ein Ziel festgestellt wird, so daß der Strahl um einen entsprechenden Betrag aus der Momentanlage abgelenkt wird, die von der Höhensteuervorrichtung geliefert wird.

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