DE2853520A1

DE2853520A1 - Fokussiertes dopplerradar

Info

Publication number: DE2853520A1
Application number: DE19782853520
Authority: DE
Inventors: Albert Vasgen Jelalian; Wayne Hartung Keene; Charles Michael Sonnenschein
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-12-12
Filing date: 1978-12-12
Publication date: 1979-06-13
Also published as: JPS5489780A; GB2010629A; JPS5942834B2; GB2010629B; DE2853520C2; CA1106947A; US4167329A

Description

München, den 30. November I978 / WTl. Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 229

Raytheon Company, lAl Spring Street, Lexington, MA 02173 Vereinigte Staaten von Amerika

Fokussiertes Dopplerradar

Radar- und Sonarsysteme werden vielfach zum Messen der Entfernung zu Streuobjekten oder Reflektoren von Stahlungsenergie verwendet "wie auch zum Messen von Radialkomponenten der Geschwindigkeit der Streuobjekte oder Reflektoren unter Ausnutzung der DopplerfrequenzverSchiebung. Diese Messungen lassen sich sowohl mit elektromagnetischer Strahlung als auch mit Sonarstrahlung durchführen. Man hat für spezielle Anwendungsfälle verschiedene Wellenlängen und Modulationsmuster vorgesehen, und im Falle der Messung von Turbulenzen in klarer Luft wird elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von 10 Mikron bevorzugt, wie sie beispielsweise mit Hilfe eines Kohlendioxidlasers erzeugt werden kann. Derartige Laser arbeiten entweder kontinuierlich oder als Impulslaser.

Schwierigkeiten treten auf, wenn bei geringer Entfernung gute Entfernungsauflösung und eine gute Dopplerauflösung angestrebt werden. Wie bekannt, erfordert eine präzise

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Dopplermessung ein Signal mit kontimiwii cfer Welle oder wenigstens ein Langimpulssignal. Im Gegensatz dazu erfordert eine gute Entfernungsauflösung mit Hilfe eines Impulslaserradars verhältnismäßig kurze Impulse. Bei mittleren Entfernungsbereichen kann gewöhnlich ein Kompromiß erzielt werden, bei welchem die Länge der Laserimpulssignale groß genug ist, um gute Dopplermeßergebnisse zu erhalten, während sie auch noch ausreichend kurz ist, um gute Entfernungsmeßergebnisse zu erzielen. Bei sehr kurzen Entfernungen jedoch von beispielsweise 300 m hätte ein brauchbar kurzer Laserimpuls eine Dauer, die langer als die Gesamtlaufzeit vom Radarsender zum Reflektor und wieder zurück zum Sender ist. Wenn aber gleichzeitig ausgesendete und empfangene Signalimpulse am Radarsender vorhanden sind, dann ist eine Entfernungsmessung über eine kurze Strecke entweder völlig ausgeschlossen oder doch zumindest erheblich verschlechtert. Diese Probleme stellen sich besonders für Messungen in unmittelbarer Nähe einer Start- oder Landebahn eines Flughafens, denn diese Messungen können durchaus in den oben genannten Bereich von 300 m fallen.

Wegen der genannten Schwierigkeiten liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Radarsystem zu schaffen, das in der Lage ist, Streuobjekte oder Reflektoren in sonst klarer Luft sowie deren Geschwindigkeit gegenüber dem Sender in verhältnismäßig geringer Entfernung vom Sender festzustellen.

Die Lösung erfolgt dadurch, daß die Brennweite des optischen Systems auf die Entfernung des Streuobjektes einstellbar ist und daß zwischen das optische System und den Empfänger eine Einrichtung zum Messen einer Geschwindigkeitskomponente des Streuobjektes eingefügt ist.

Es wird also ein Radarsystem geschaffen, das einen Laser mit einem optischen Fokussiersystem kombiniert, wobei eine variable Brennweite eingestellt werden kann, so daß die Strahlung vom Laser auf unterschiedliche Abstände zum Radar fokussiert werden

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kann., wobei die Schärfentiefe den Entfernungsauflösungsbereich bestimmt, während der Brennpunktabstand maßgebend ist für die Entfernung der Streuobjektmitte oder des Reflektors. Dadurch ist in sehr geringen Entfernungen, wie den vorstehend genannten 3OO ^m vor dem Radar, dieses in der Lage, mit einemkontiniLaiichen Signal zu arbeiten, welches ausgezeichnete Dopplerauflösung unabhängig von der Entfernungsmessung liefert, denn die Entfernungsmessung wird durch das Fokussieren des Laserstrahls bewirkt. Da die Schärfentiefe eine Funktion der Brennweite ist, auf die das Radar eingestellt ist, wächst der Entfernungsauflösungsbereich oder das Bereichsintervall mit zunehmenden Werten der Brennweite. Somit enthält das erfindungsgemäße System Schaltungseinrichtungen, mit denen ein Übergang von einem Dauersignal auf ein Impulssignal vorgenommen werden kann, weichletzteres dann bei grösseren Entfernungen eingesetzt wird, da das Entfernungsauflösungsvermögen eines gepulsten Signals dann dasjenige eines Dauersignals übertrifft.

Das erfindungsgemäße Radarsystem weist außerdem Schaltungseinrichtungen zum Messen der Radialkomponente der Geschwindigkeit von in der Luft enthaltenen Streuobjekten auf, so daß auch die Radialkomponente der Geschwindigkeit der diese Streuobjekte tragenden Luft festgestellt werden kann.. Der Geschwindigkeitswert wird aus einer Messung der Dopplerfr equenzver Schiebung gewonnen, welche dem Licht aufgeprägt wird, das von den sich bewegenden Streuobjekten reflektiert wird. Ein Interferometer kombiniert die zum Radar zurückreflektierten Signale mit einem Bezugsstrahl, und ein Detektor erzeugt das Differenz- oder Schwebungsfrequenzsignal. Die Schwebungsfrequenz ist gleich der Dopplerverschiebung. Ein Kammfilterkreis sorgt für das Herausziehen numerischer Werte für die Dopplerfrequenz und die Geschwindigkeit aus dem Schwebungsfrequenzsignal. Der ausgesendete Lichtstrahl kann außerdem noch mit Hilfe eines Spiegelsnach Art einer Abtastung abgelenkt werden, woraus dann noch Richtungsangaben bezüglich der Streuobjekte gewonnen werden.

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Es ist von Interesse,die Unterschiede zwischen dem hier betrachteten optischen Radar und einem gewöhnlichen Radar wie einem solchen, das mit einer Betriebsfrequenz von 1 bis 10 GHz arbeitet, bei Impulsdopplerbetriebsart zu betrachten. Das erfindungsgemäße 'Radar befaßt sich mit der Entfernungs- und Geschwindigkeitsmessung von Schwebepartikeln. Diese Schwebepartikel sind Teilchen wie Blütenstaub oder anderer Staub, zum Beispiel vulkanischer Staub, die wegen ihrer geringen Teilchengröße mehrere Jahre in der Luft in Schwebe gehalten werden. Mit Hilfe einer Strahlwellenlänge von 10 Mikron ist es jedoch möglich, derartige Schwebepartikel festzustellen. Sie werden zusammen mit der Luft durch den Wind geführt und haben somit dieselbe Geschwindigkeit wie der Wind.

Die Impulsbetriebsweise, die an früherer Stelle in Verbindung mit größeren Entfernungen genannt wurde und durch die mit einem Impulslasersignal Dopplerdaten erhalten werden, ist von einem gewöhnlichen Impulsdopplerradar, das im Frequenzbereich von 1 bis 10 GHz arbeitet, zu unterscheiden. Das gewöhnliche Impulsdopplerradar verwendet einen frequenzkonstanten Überlagerer, um eine Folge von kohärenten Echosignalen festzustellen. Diese Kohärenz hängt vom Verhältnis der Wellenlänge zur Zielobjektgröße ab. Während beim konventionellen Radar Wellenlängen im Dezimeterbereich eingesetzt werden, ist die Wellenlänge der Strahlung beim Radar nach der Erfindung wesentlich, und zwar in etwa um den Faktor 10 , kleiner. Daraus folgt, daß das herkömmliche Impulsdopplerradar eine Kohärenz des Trägersignals von Impuls zu Impuls benötigt, wobei zahlreiche Impulse für eine Dopplermessung erforderlich sind. Im Gegensatz dazu erhält man mit dem erfindungsgemäßen Radar eine Dopplermessung bei jedem Echoimpuls, da zahlreiche Dopplerschwingungen innerhalb der Dauer eines jeden Echoimpulses auftreten und folglich keine Kohärenz von Impuls zu Impuls mehr erforderlich ist.

Die Schärfentiefe und die Entfernungsauflösung für kurze Entfernungen erhält man mit Hilfe eines Detektors für optische

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Signale, der ein Amalgam aus Cadmium und Tellur enthält und dessen Durchmesser ein Mehrfaches der Wellenlänge beträgt. Die Kombination eines Bezugssignals des Lasers mit einem empfangenen optischen Signal bringt ein Schwebungsfrequenzsignal hervor, dessen Größe vom Abstand des Streuobjektes zum Brennpunkt abhängt. Ein starkes Schwebungsfrequenzsignal erhält man von einem Streuobjekt, das sich im Brennpunkt befindet, während ein außerhalb des Schärfentiefenbereichs liegendes Streuobjekt im Detektor nur noch ein sehr schwaches Signal hervorruft. Das fokussierte Signal erzeugt eine ebene Wellenfront, die sich mit der ebenen Wellenfront des reflektierten Signals am Detektor verbindet und ein starkes Signal hervorbringt. Das Signal von einem Streuobjekt außerhalb des Brennpunktes hat eine gekrümmte Wellenfront, wodurch aufbauende und destruktive Interferenzsignale an der Front des Detektors hervorgerufen werden, was zur Folge hat, daß die Amplitude des vom Detektor abgegebenen Signals geringer ist. Das Radar spricht somit nur auf Signale aus einem speziellen Entfernungsbereich an, auf den es fokussiert ist. Bei großen Entfernungen, bei denen der Schärfentiefenbereich groß ist, wird die Entfernungsauflösung durch die Breite des übertragenen Impulses bestimmt.

Die Schärfentiefe ändert sich mit dem Quadrat der Brennweite des Radar. So ist beispielsweise bei einer Strahlungswellenlänge von 10 Mikron und Verwendung eines optischen Systems, dessen halbe Brennweite 300 mm beträgt, bei einer Entfernung von 300 m die Schärfentiefe oder das Entfernungsauflösungsvermögen 52 m. Bei einer zehnmal so großen Entfernung von 3°°0 m ist jedoch der Schärfentiefenbereich um den Faktor 100 auf 5200 m angewachsen. In Anbetracht des vorhergehenden Beispiels ist eine Brennweite von 600 m als obere Grenze des Bereiches zu betrachten, in welchem die Entfernungsbestimmung durch Fokussieren vorgenommen wird, während bei größeren Entfernungen dann der Impulsradarbetrieb eingesetzt wird, und der betreffende Entfernungsbereich nachfolgend als Impulsbereich bezeichnet ist.

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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung in "Verbindung mit Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines mit der Erfindung

verwendbaren optischen Systems einschließlich der Zeitsteuerschaltung, der Entfernungssehalteinrichtung und der Dopplerschalteinrichtung, welche zum Fokussieren einer Linse des optischen Systems benötigt werden und zur Weiterverarbeitung der empfangenen optischen Echosignale dienen, um daraus Doppler- und Entfernungsdaten zu gewinnen;

Fig. 2 die relative Breite ausgesendeter Impulssignale im Vergleich zur Brennweite oder der Brennpunktentfernung beim oberen Grenzwert des Fokussierbereiches;

Fig. 3 ein Blockdiagramm einer Entfernungseinheit aus der Fig. 1, die für den Übergang zwischen Betrieb mit kontinuierlichem Signal und Impulsbetrieb sorgt;

Fig. k eine Schemaskizze der Fokussiereinheit aus

Fig. 1 einschließlich der Linsen des optischen Systems, mit deren Hilfe der fokussierte Radarstrahl erzeugt wird;

Fig. 5 eine Blockdarstellung eines Modulators aus Fig. 1; und

Fig. 6 das Schemabild einer optischen Ablenk- oder Abtasteinrichtung zur Verwendung mit optischen Systemen gemäß Fig. 1 zum Erzeugen eines optischen Abtaststrahls.

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Fig. 1 zeigt ein Radarsystem 20 mit einer Optikeinheit 22, einer Entfernungseinheit 23 und einem Datenprozessor 24. Die Optikeinheit enthält einen Laser 26, einen Modulator 28, einen Verstärker 29, ein Interferometer 30 mit drei Strahlteilern 31 bis 33, einen Spiegel 34 und eine Halbwellenplatte 35» einen Polarisationsdreher 36, Spiegel 37 und 38, die mechanisch und optisch über Leitungen 39 und 40 mit dem Polarisationsdreher 36 gekoppelt sind, eine Antriebseinheit 4l zum Einstellen der Spiegel 37 und 38 und des Polarisationsdrehers 36, einen Detektor 42, eine Konkavlinse 44, die mechanisch über eine Verbindung 46 mit einer Fokussiereinheit 48 verbunden ist, und eine Konvexlinse 50, die von der Fokussiereinheit 48 getragen wird. Die Linse 50 richtet einen Lichtkegel 52 auf einen Brennpunkt, der sich auf einer Ansammlung von Schwebstoffen 54 befindet, welche Strahlungsenergie zur Linse 50 zurückreflektieren. In der Zeichnung ist eine zweite Ansammlung von Schwebstoffen 56 an einer Stelle gezeigt, die sich außerhalb eines gewissen Brennpunktbereiches zwischen der Ansammlung der Schwebstoffe 54 und der Linse 50 befindet. Das gestrichelt angegebene Rechteck 58 beschreibt einen zylindrischen Bereich, welcher den Schärfentiefenbereich umfaßt. Wellenfronten 60 und 62 von reflektierten Wellen bewegen sich, von den Schwebstof fansammlungen 54 und 56 ausgehend, in Richtung auf die Linse 50.

Der Datenprozessor 24 enthält einen Verstärker 64, einen Satz Bandpaßfilter 65, von denen vier Filter beispielsweise dargestellt sind und die einzelnen Filter zusätzlich durch die Kennziffern A bis D bezeichnet sind, Amplitudendetektoren 66A bis D, Analog-Digital-Wandler 67A bis D und einen Wählschalter 68. Jedes Filter 65 mit seinem zugehörigen Detektor 66 und Wandler 67 bilden einen Signalverarbeitungskanal, mit dem Daten ermittelt werden können, die einem speziellen Dopplerspektralbereich angehören, wobei die Signalverarbeitungskanäle nacheinander mit Hilfe des Schalters 68 angewählt werden. Der Datenprozessor 24 enthält außerdem eine Addierschaltung 70, einen Speicher 72, einen Adressengenerator 73 ΌΒ-d. eine Anzeige 74 für die Dopplerspektraldaten

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als Funktion der Entfernung der Streuobjekte von der Linse 50 und auch in Abhängigkeit vom Ablenkwinkel des wahlweise verwendbaren Abtasters, der noch in Verbindung mit der Fig. 4 beschrieben wird, wobei dann der Ablenkwinkel der Anzeige ^h über die Leitung 75 mitgeteilt wird.

Der Speicher 72 ist als Satz von Speicherzellen, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, dargestellt, wobei die Zeilen in der Fig. 1 mit den Ziffern f 1 bis f4 gekennzeichnet sind, zum Speichern von Frequenzdaten. Es sind vier Zeilen beispielsweise dargestellt, die jeweils einem der vier Dopplersignalverarbeitungskanäle zugeordnet sind. Die Spalten haben die Kennzeichnung rl bis r5, und jede Spalte ist einem speziellen Entfernungsbereich, ausgehend von der Linse 50, zugeordnet, für den dann Dopplerdaten aufgenommen werden. Es versteht sich, daß anstelle der in der Zeichnung dargestellten fünf Spalten wesentlich mehr Zeilen und Spalten im Speicher enthalten sind. Jede Zelle entspricht also einem gespeicherten Viert eines Spektralbereichs der Dopplerdaten, die bei einem bestimmten Entfernungswert aufgefangen werden.

Fig. 1 läßt erkennen, daß das die Schärfentiefe andeutende Rechteck 5^ kleiner als die Brennweite oder der Abstand der Schwebstoffansammlung von der Linse 50 ist. Dies entspricht einer Darstellung der Nahbereichssituation, bei welcher die Schärfentiefe kleiner als der Abstand des Brennpunktes ist, auf den die Optikeinheit 22 eingestellt ist. Für Impulsbetrieb wird der Modulator durch ein Signal an seinem Eingang Tl betätigt, so daß der ununterbrochene Lichtstrahl von Laser 26 so moduliert wird, daß er in Impulsform Strahlungsenergie abgibt, die dann von einem Verstärker 29 auf ein geeignetes Energieniveau angehoben wird, das ausreicht, um die Streuobjekte wie etwa in der Luft enthaltene Schwebstoffansammlungen 5^ und 56, anzustrahlen. Xm Kurzentfernungsbetrieb, bei welchem mit kontinuierlichen

Wellen gearbeitet wird, werden der Modulator 28 und der Verstärker 29 durch einen optischen Pfad oder Bypass umgangen, zu wel-

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chem der Spiegel 37, die Verbindung 39» der Polarisationsdreher 36, die Verbindung 4O und der Spiegel 38 gehören. Der optische Bypass wird dadurch in Wirkung gebracht, daß die Spiegel 37 und 38 in eine Stellung im optischen Pfad von Strahlteiler 31 über den Modulator zum Strahlteiler 32 eingerückt werden. Dieses Einrücken erfolgt mit Hilfe einer Antriebseinheit 4l, die aufgrund eines Signals auf der Leitung 77 die optische Gruppe aus den Spiegeln 37 und 38 und dem Polarisationsdreher 36 vorschiebt. Die Verwendung des optischen Umgehungspfades oder Bypass verhindert eine Überhitzung des Modulators 28, die dann auftreten könnte, wenn der Laser 26 ein Dauersignal abgibt. Diese Überhitzung führt zu einer Veränderung der optischen Eigenschaften des Modulators 28. Wie nachfolgend noch in Verbindung mit Fig. beschrieben wird, führt der Modulator 28 eine Drehung des Polarisationsvektors des auf ihn fallenden optischen Signals durch, weshalb im optischen Umgehungspfad der Polarisationsdreher 26 ■ verwendet wird, der dem Polarisationsvektor des Signals auf der Leitung 39 dieselbe Drehung erteilt, so daß das Ausgangssignal des Interferometers 30, welches auf der Leitung 76 erscheint, stets dieselbe Polarisation hat, ob es sich nun um ein optisches Signal in Impulsform oder in kontinuierlicher Form handelt. Es sei noch bemerkt, daß der optische Bypass auch den Verstärker umgeht 1 ^{was zur} Folge hat, daß das Signal mit kontinuierlicher Welle von geringerer Intensität ist, als das in Impulsform auftretende Signal. Es wird aber eine ausreichende Gesamtenergie für eine Dopplermessung während der Zeit eines Meßintervalls trotzdem erzeugt, was darauf zurückzuführen ist, daß das optische Signal auf der Leitung 76 ununterbrochen ist und somit ausreichend Energie führt im Vergleich zu dem relativ kurz dauernden Signal von höherer Intensität, das im Impulsbetrieb für Messungen in weiterer Entfernung hervorgebracht wird.

Es wird zunächst der Betrieb mit kontinuierlicher

Welle betrachtet. Hierbei breitet sich der Lichtstrahl von Laser 26 über den oberen Ast des Interferometers 30 aus und zwar durch die Strahlenteiler 31 und 32, die Spiegel 37 und 38 zur Linse 44,

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durch die der Strahl aufgeweitet wird, so daß er die Linse 50 ausleuchtet. Die Linse 50 hat bei einem typischen Ausführungsbeispiel einen Durchmesser von etwa 30 cm und liefert einen gerichteten Strahl, wie er in der Fig. 1 durch den Lichtkegel 52 dargestellt ist, der auf den Brennpunkt im Bereich der Schwebeteilchen 54 gerichtet ist. Die Strahlteiler des Interferometers aus

30 bestehen/Germanium, so daß sie für das vom Laser 26 kommende Licht durchlässig sind. Sie sind so beschichtet, daß ein Teil des Lichtes von ihrer Oberfläche reflektiert wird, während der übrige Teil unmittelbar durch sie hindurchgeht. Während also ein Teil des vom Laser 26 kommenden Lichtes durch den Strahlteiler

31 zum Polarisationsdreher 36 gelangt, wird ein anderer Teil des Laserlichtes vom Strahlteiler 31 auf den Spiegel 34 und von diesem durch den Strahlteiler 33 hindurchgelenkt und dient als Bezugsstrahl, der auf den Detektor 42 fällt. Die Halbwellenplatte 35 dreht den Polarisationsvektor des Bezugsstrahls, so daß dessen Polarisation mit derjenigen des von den Schwebeteilchen reflektierten Lichtstrahls übereinstimmt. Die Wellenfronten 78 des Bezugsstrahls sind mit ausgezeichneten Linien in der Fig. 1 dargestellt, während die Wellenfronten 60 strichpunktiert angedeutet sind und die Wellenfronten 62 gestrichelt wiedergegeben sind. Die Fokussierung des Lichtkegels 52 erzielt man durch Verschieben der Linse 44 gegenüber der festen Stellung der Linse 50, wozu die Fokussiereinheit 48 dient, deren Funktion in Verbindung mit der Fig. 4 noch eingehender beschrieben wird. Normale zur Wellenfront 60 fallen mit den Strahlen des Lichtkegels 52 zusammen und werden durch die Linsen 50 und 44 zum Strahlteiler 32 geleitet, der die Wellenfront 60 über den Strahlteiler 33 zum Detektor 42 leitet. Sowohl die Wellenfront 60 als auch die Wellenfront 78 erscheinen auf der Oberfläche des Detektors 42 als ebene Wellenfront. Auch die Wellenfront 62 wird über die Linsen und Strahlteiler zum Detektor 42 geleitet, jedoch mit einer bedeutsamen Abweichung. Da die Schwebeteilchen 56 nicht im Brennpunkt liegen, wie dies für die Schwebeteilchen 54 zutrifft, stimmen die Normalen auf der Wellenfront 62 nicht mit der Richtung

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der Strahlen des Lichtkegels 52 überein, woraus sich ergibt, daß die Wellenfront 62, die auf der Vorderseite des Detektors 42 auftrifft, auf einer gekrümmten Fläche und nicht auf einer ebenen Fläche liegt.

Die ebenen Wellenfronten 6O und 78 können additiv- über die gesamte Fläche des Detektors 42 zusammenwirken, wenn sie in Phase sind, dagegen subtraktiv, wenn die Wellenfronten 6O und 7& außer Phase sind. Wenn man annimmt, daß sich die Luft, welche die Schwebeteilchen 54 enthält, etwas bewegt, dann erfahren die von den Schwebeteilchen reflektierten Wellen eine Dopplerverschiebung gegenüber den auf die Teilchen von der Linse 50 abgestrahlten Wellen. Daraus ergibt sich, daß die von den Wellenfronten 6O und 78 dargestellten Wellen auf der Vorderseite des Detektors 42 unterschiedliche Frequenzen haben, so daß die Wellenfronten 60 und 78 periodisch additiv und periodisch wieder subtraktiv miteinander zusammenwirken und somit ein Schwebungsfrequenzsignal auf der Leitung 80 hervorbringen, die vom Detektor 42 wegführt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als empfindliches Material des Detektors 42 ein Amalgam aus Cadmium und Tellur verwendet, das entsprechend der Intensität der Summe der Wellenfronten 60 und 78 eine Spannung abgibt.

Die Wellenfront 62 trifft dagegen mit gekrümmter Fläche auf der Oberfläche des Detektors 42 auf, wobei die Abmessungen des Detektors 42 ein Vielfaches der Wellenlänge der die Wellenfront 62 bildenden reflektierten Strahlung ist. Die gegenseitige Einwirkung der gekrümmten Wellenfront 62 mit der ebenen Wellenfront 78 ergibt in miteinander abwechselnden Bereichen ein additives und ein subtraktives Zusammenwirken über die Oberfläche des Detektors 42, was vergleichbar ist mit dem Phänomen der Newton* sehen Ringe bei der optischen Betrachtung dünner Filme· Das Ergebnis ist eine verhältnismäßig geringe Signalspannung auf der Leitung 80 aufgrund des Auf tr ef fens der Wellenfrönt 62, während die Wellenfront 60 ein sehr starkes Signal hervorruft. Auf diese Weise kann die optische Einheit 22

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zwischen Schwebstoffansammlungen unterscheiden, die innerhalb des Schärfentiefenbereiches liegen, der mit dem Rechteck 58 angedeutet ist, tind solchen, die außerhalb dieses Schärfentiefenbereiches angesiedelt sind. Die optische Einheit 22 gewährleistet somit eine Entfernungsbestimmung, wobei das Auflösungsvermögen bezüglich der Entfernung mit der Länge des Schärfentiefenbereiches übereinstimmt. Der jeweilige Bereichswert, auf den die optische Einheit 22 eingestellt ist, ist durch die Fokussiereinheit 48 festgelegt, die die Linse kk in eine bestimmte Stellung bringt und damit die gewünschte Brennweite aus der Kombination der Linsen kk und 50 bildet. Die Schwebungsfrequenz des Signals auf der Leitung 80 ist gleich der Dopplerfrequenzverschiebung, die der von den Schwebtmgsteilchen $k reflektierten Welle aufgeprägt ist. Sie entsteht durch den Wind, der die Schwebungsteilchen ^k bewegt, so daß die Schwebungsfrequenz auf der Leitung 8O ein Haß für die Windgeschwindigkeit im Bereich des Brennpunktes der optischen Einheit 22 ist.

Bei dem beschriebenen kontinuierlichen Betrieb, der sich vom Impulsbetrieb der Optikeinheit 22 unterscheidet, wird jedes vom Strahlteiler 32 zum Strahlteiler 33 übertragene Licht mit dem Licht im unteren Ast des Interferometers 30 ani Strahlteiler 33 kombiniert und trägt zur Bildung des vorgenannten Bezugsstrahls bei. Das Dopplersignal auf der Leitung 80 erscheint ununterbrochen und -wird über den Verstärker 6k auf die Filter 65 geleitet. Der Verstärker 6k enthält ein Bandpaßfilter, das die Schwebungsfrequenzkomponente des Signals auf der Leitung 80 herausfiltert, so daß diese, welche der Dopplerfrequenzverschiebung entspricht, an die Filter 65 weitergegeben werden kann.

Das Signal auf der Leitung 80 ist ein ununterbrochenes oder ein pulsierendes Signal, was davon abhängt, ob der Polarisationsdreher 36 oder der Modulator 28 bei der Bildung des von der Optikeinheit ausgesendeten Signals mitwirkt. Für beide Fälle ergibt sich jedoch, daß die Bewegung der Schwebeteilchen in der Luft ein ununterbrochenes Dopplerfrequenzspektrum hervorruft, welches die tat-

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sächliche Windgeschwindigkeit wiedergibt. Vollständige Dopplerdaten lassen sich folglich dadurch erhalten, daß nicht nur die Hauptdopplerfrequenz ermittelt wird, welche die tatsächliche Windgeschwindigkeit wiedergibt, sondern daß auch verschiedene Anteile des vorher genannten kontinuierlichen Spektrums untersucht werden. Die Filter 65, die Schwingkreise enthalten können, haben geringfügig überlappende Durchlaßbänder, wobei die jeweiligen Durchlaßbänder entsprechende Bereiche des Dopplerspektrums erfassen. Abhängig vom Schwebungsfrequenzsignal, das vom Verstärker 6k zugeführt wird, erzeugt jedes Filter 65 ein Analogsignal, dessen Amplitude durch den jeweils zugehörigen Detektor 66 festgestellt wird. Die Signale der Detektoren 66 werden von den Wandlern 67 abgetastet und gemäß einem Abtastsignal auf der Leitung 82 in Digitalsignale umgewandelt, die dem Schalter 68 zugeführt werden. Die Steuersignale zum Betreiben des Systems 20, um Entfernungsdaten hervorzubringen, werden von der Entfernungseinheit 23 hervorgebracht. Zu diesem Signalen gehört das Abtastsignal auf der Leitung 82, das Signal an der Eingangsklemme Tl und das Brennpunktsteuersignal auf der Leitung 83* Im Kurzentfernungsbereich mit der ununterbrochenen Strahlungswelle wird somit die Entfernung einer Schwebstoffansammlung wie der Ansammlung 5k durch das Brennpunktsteuersignal auf Leitung 83 angezeigt, wobei die Fokussiereinheit 48 die Stellung der Linse kk so einstellt, daß der Lichtkegel 52 mit seinem Brennpunkt auf die Entfernung der Schwebstoffansammlung 5k abgestimmt wird. Für den Meßbereich großer Entfernungen, welcher Impulsbetrieb des Systems 20 bedingt, erzeugt die Entfernungseinheit 23 an der Eingangsklemme Tl ein Signal, durch das ein Impuls von Strahlungsenergie freigegeben wird. Zu einem bestimmten Zeitaugenblick danach startet die Entfernungseinheit 23 die Abtastsignale auf der Leitung 82 in einer Folge, um so die Wandler 67 abzutasten und eine Abtastfolge von Dopplerdaten zu erhalten, wobei der Erscheinungsaugenblick des Abtastsignals auf Leitung 82 ein Maß ist für die Entfernung des festgestellten Echosignals. Dies entspricht der Entfernungsfeststellung bei einem gewöhnlichen Impulsradar.

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Die Auftrittsaugenblicke der aufeinanderfolgenden Abtastsignale auf der Leitung 82 sind mit der Ansprechzeit der Filter 65 abgestimmt. Da die Ansprechzeit eines Filters 65 umgekehrt proportional zur Bandbreite des Filters ist, ist die Wiederholungsfrequenz der Abtastsignale auf der Leitung 82 verhältnismäßig niedrig, wenn schmale Bandfilter 65 eingesetzt werden, dagegen relativ hoch, wenn die Bandfilter 65 ein breites Durchlaßband haben. Dies stimmt mit den bekannten theoretischen Überlegungen der Dopplermessung überein, wonach ein großes Meßintervall eine höhere Auflösung der Dopplerspektrallinien ermöglicht als ein kurzes Meßintervall. Bei den kürzeren Entfernungen des sogenannten Fokussierbereiches, in welchem mit einer kontinuierlichen Welle gearbeitet wird, läßt sich die Abtastfolge unabhängig von der Entfernungsauflösung wählen, da die Entfernungsauflösung nur vom Schärfentiefenbereich der Optikeinheit 22 abhängt. Bei. den größeren Entfernungen, in denen mit Impulsbetrieb gearbeitet wird und die Messung der Entfernung der einzelnen Streuobjekte von der Laufzeit der Strahlungsenergie zu den Streuobjekten abhängt, wird eine bessere Entfernungsauflösung erzielt, wenn höhere Abtastfolgegeschwindigkeiten unter Verwendung breitbandiger Filter 65 eingesetzt wird, während eine langsame Abtastfolge und schmale Bandpaßfilter 65 zu einer schlechteren Entfernungsauflösung führen.

So ist beispielsweise die DopplerfrequenzverSchiebung beim System 20 etwa I80 kHz pro Meter je Sekunde, so daß sich bei der Bewegung der in der Luft enthaltenen SchwebstoffanSammlungen Dopplerfrequenzverschiebungswerte im Bereich von einigen 100 kHz bis 10 MHz ergeben. Mit einer Impulsbreite von 10 MikrοSekunden, wie sie der Modulator 28 hervorbringt, erscheinen auf der Leitung 80, die vom Detektor k2 abgeht, wenigstens einige vollständige Schwingungen des Schwebungsfrequenzsignals. Nimmt man nun an, daß die Bandbreite eines Filters 65 100 kHz ist, dann treten innerhalb der Ansprechzeit des Filters 65 so ausreichend viele Schwingungen der Dopplerfrequenzverschiebung im Schwebungsfrequenzsignal auf der Leitung 80 auf, daß das Filter 65 ein Signal

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für den Detektor 66 erzeugt, das gut feststellbar ist. Unter der Voraussetzung einer Bandbreite des Filters 65 von 100 kHz und einer entsprechenden Ansprechzeit von etwa 10 MikrοSekunden, umfaßt- die Entfernungsauflösung eine Spanne von I5OO m. Das Abtastsignal auf der Leitung 82 kann dann mit einer Folge von 100 kHz auftreten und erzeugt Dopplerdaten von aneinandergereihten Entfernungsbereichsspannen, während eine langsamere Abtaatfolge möglich ist, wenn lediglich Dopplerdaten benötigt werden, die bestimmte Entfernungsbereichsspannen erfassen, die voneinander einen Abstand einhalten und innerhalb eines allgemein interessierenden Erfassungsberaiches liegen.

Die Entfernungseinheit 23 erzeugt eine Folge von Digitalzahlen auf der Leitung 8%, welch® aufeinanderfolgende Frequenzbänder der einzelnen Signalkanäle bedeuten, die auf den Auswahlschalter 68 "gelangen= Die Leitung 8% ist mit dem Auswahlschalter 68 verbunden, damit nacheinander,einseine Signals der jeweiligen Wandler 67A bis D/ ausgewählt und isi .den Speicher J2, eingespeichert werden könnea. Zu diesem Zweck ist die Leitung 8% außerdem mit dem Speicher 72 ,verbunden, , damit, die entsprechende Zeile des Speichers 72 für den Speichervorgang der Frequerazdaten adressiert wird» Über die Lex-tmig 85 gibt die En.tferaungseinheit 23 Digitalsignale ab₀ welch© den Entfernungen der Signale entsprechen, die von den Wandlern 67 durch: Abtasten abgenommen werden« Die Leitung 85 mündet am Speicher 72 iß die Leitung 84, so daß auf diese Weise die vollständig© Adresse für die einzelnen Speicherzellen des Speichers 72 gebildet wird, desm das Entfernungssignal auf der Leitiäsig. 85 bestimmt die jeweilige Spalte iui Speicher 72, in

.Um bei der BopplerspefetralmessTaag ©ine holier© Genauigkeit zu erreichen, wird dmrcli das System 20 eine F©lgs von.. Entfernungsdurchläufen angewendet ο Innerhalb des Kurseatfermoagsbereiches jedes Durchlauf es erseragt die Emtfersramgseisiheit 23 das bereits genannte Fokus si er signal auf der Leitung 83, das an die Fokussiereinheit 48 geht und die Brennweite kontinuierlich von der

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kürzesten Entfernrings eins teilung bis zu dem Entfernungswert verändert, bei welchem der übergang vom Betrieb mit kontinuierlicher Welle auf den Impulsbetrieb vorgenommen wird. Danach wird die Brennweite konstant gehalten, der optische Umgehungspfad mit den Spiegeln 37 und 38 wird vom Modulator· 28 zurückgezogen, und die Entfernungseinheit 23 erzeugt an der Eingangsklemme Tl Signale, durch die der Modulator 28 in Impulsbetrieb arbeitet und Impulse der Strahlungsenergie aussendet,, um auf diese Weise die Entfernungsbereiche bis zur größtmöglichen Entfernung zu durchlaufen.

Beim Auftreten des ersten Entfernungsdurchlaufes werden die Dopplerdaten im Speicher 72 gespeichert« Bei jedem weiteren nachfolgenden Entfernungsdurchlauf werden die in jeder einzelnen Speicherzelle gespeicherten Daten mit Hilfe des Addierers 70 dem nächsten Afotastwert von Dopplerdatezi. welcher dieser jeweiligen Speicherzelle zugeordnet ist, hinzuaddiert, und der Summenwert dieser Daten ir®m ersten und zweiten Entfernungsdurchlauf wird dann wieder in die Speicherzelle eingegeben. Dieser Vorgang wird bei jedem BntfersrangsdiarchXauf wiederholt, so daß jedes Mal zu den la. einer bastimmien Speicherzelle enthaltenen Datenwert die entspreciiendesi Daten des nächsten. Entfernungsdurchlaufes hinzuaddiesrt werden., so- daß mach einer Folge von beispielsweise zwanzig Durchlaufen die in den Speicherzellen des Speichers 72 gespeicherten Digitalzahlen einen Durchschnittswert der Dopplerdaten darstellen, die innerhalb einer Gruppe von zwanzig Entfernungsmeßdurchläufen aufgenommen wurden. Die Daten des Speichers 72 werden dann der Anseige 7^ zugeführt, welche eine (nicht gezeigte) Teilerschaltung enthält und diese Daten für eine Darstellung des Durchschnittswertes der Spektraldaten als Funktion von Frequenz und Entfernung durch die Anzahl der Entfernung sdurchläufe geteilt darstellt« Der Adressiergenerator erzeugt auf Taktimpulse C4 von der Entfernungseinheit 23 hin Adressensign&le, die dem Speicher ?2 und der Anzeige 7^ zugeleitet werden, so daß jeweils die Daten spezieller Speicherzellen auf der Anzeige 7^ dargestellt werden. Es sei im Hinblick auf abgewandelte Ausführungsformen noch bemerkt, daß die Gruppe

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von Dopplerspektralverarbeitungskanälen, die auf den Schalter geführt ist, durch einen schnellen Fourier-Uinsetzer (nicht gezeigt) ersetzt werden kann, wobei dann das vom Verstärker 6k kommende Signal mit einer Folge von wenigstens dem Zweifachen der Frequenz der Dopplerverschiebung (Nyquist-Kriterium) abgetastet und dem schnellen Fourier-Uinsetzer zugeführt wird. Die Ausgangsleitungen dieses schnellen Fourier-Umsetzers würden; dann eine Gruppe von Digitalsignalen führen, die den von den Wandlern 67 abgegebenen Signalen über die Spektraldaten ähneln.

In der Fig. 2 ist die Beziehung zwischen dem Impulsbetrieb des Systems 20 für die großen Entfernungen in Vergleich gesetzt zum Betrieb mit kontinuierlicher Welle bei Messungen in Bereichen geringer Entfernung. Die Figur zeigt zwei Schaubilder 88 und 89, die aufeinander ausgerichtet sind, wobei die horizontale Achse jedes Schaubildes den Entfernungsbereich wiedergibt oder ebenfalls die Zeit, die ein Impuls der Strahlungsenergie benötigt, um im Lichtkegel 52 bis zu der entsprechenden Entfernung zu gelangen. Fig. 2 zeigt überdies die Optikeinheit 22 und den Datenprozessor 2k aus Fig. 1. Der Einfachheit halber ist der Lichtkegel 52 in der Fig. 2 nur als Linie dargestellt. Das Schaubild 88 gibt die Laufzeit des Lichtes im Lichtkegel 52 wieder. Für den Betrachtungsfall der kurzen Entfernungen ist das rechte Ende eines ausgesendeten Impulses 90 in der Schaubilddarstellung 88 weggelassen, da das Licht kontinuierlich ausgesendet wird. ITm soviel wie möglich Signalenergie für die Messung der Dopplerfrequenz zu Verfügung zu haben, wird die Dauer des Impulses 90 etwas geringer gewählt als die Zeit, die der Lichtstrahl benötigt, um die doppelte Strecke der Brennweite in diesem Meßbereich für kurze Entfernungen zu durchlaufen. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird der Umschaltpunkt zwischen dem Fokus si erber eich der Nahentfernungsmessung und dem Impulsbereich der Weitentfernungsmessung auf eine Entfernung gelegt, die etwa 90 % der Brennweite entspricht, bei welcher der Schärfentiefenbereich gleich der Brennweite ist. Die Brennweite der Optikeinheit 22 an diesem Umschaltpunkt ist in der Fig. 2 durch die

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gestrichelte Linie 91 angedeutet. Die Schwebeteilchenansammlungen $k und 5& sind in der Darstellung 89 eingezeichnet. Man sieht, daß sie in einer geringeren Entfernung zum Entfernungsmeßsystem liegen als der Punkt maximal brauchbarer Brennweite. Es ist aber beispielsweise eine Schwebeteilchenansammlung 92 an einer Stelle eingezeichnet, deren Entfernung größer als die Strecke der maximal brauchbaren Brennweite ist. Entfernungen, die kleiner sind als die durch die Linie 91 angedeutete, liegen innerhalb des Fokussierbereiches des Systems 20 der Fig. 1, während größere Entfernungen als die durch die Linie 91 angedeutete in den Impulsbereich des Systems 20 fallen.

Fig. 3 zeigt die Entfernungseinheit 23. Sie enthält einen Taktgeber 951 Schalter 96 und 97, Zähler 98 und 99, Speicher 100 und 101, ein monostabiles Flip-Flop 102, einen Komparator I03, Codierer iOk und,105, einen Inverter 106, einen Zeitgeber 107» einen Impulsgenerator IO8 und ein Gatter 109. Der Speicher 100 spricht auf ein Öffnungssignal auf der Leitung 97 von der Fokussiereinheit k8 der Fig. 1 sowie auf ein Digitalsignal des Codierers 104 an, das die Impulsbreite angibt, durch die die Entfernung bestimmt wird, bei der der übergang vom Fokussierbereich auf den Impulsbereich stattfindet. In der Fig. 3 sind auch die Anschlüsse Ck und Tl sowie die Leitungen 85, 83, 77, 82 und 8k eingetragen, von denen die bereits an früherer Stelle in Verbindung mit Fig. 1 genannten Signale übertragen werden.

Der Zähler 98 arbeitet als Bereichszähler, indem er Taktimpulse zählt, und zwar entweder die Impulse Cl oder C2, die dem Zähler 98 über den Schalter 96 zugeführt werden. Der Komparator 103 vergleicht das Digitalsignal, welches die Übergangsentfernung des Speichers 100 darstellt, mit dem Digitalsignal auf der Leitung 85, welches den Zählzustand des Zählers 98 darstellt, und erzeugt ein Signal auf der Leitung 1131 das den logischen Zustand Eins hat, wenn der Bereichszählwert auf der Leitung 85 vom Zähler 98 dem Fert der Übergangsentfernung vom Speicher 100 gleich ist oder diesen übersteigt. Das Signal auf der Leitung

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113 zeigt folglich an, daß mit dem System 20 Messungen im Weitentfernungsbereich vorgenommen werden, in denen das System im Impulsbetrieb arbeitet, während dann, wenn auf der Leitung der logische Signalwert Null auftritt, dies ein Zeichen dafür ist, daß das System 20 mit Aussendung einer kontinuierlichen

Welle im Kurzentfernungsbereich arbeitet. Das Signal auf der Leitung 113 betätigt die Schalter 96 und 97 und wird darüber hinaus dem Flip-Flop 102, dem Gatter 1Q9, der Zeitsteuerung 107 und dem Inverter 106 zugeführt.

Der Taktgeber 95 löscht den Entfernungszähler 98 am Beginn eines jeden Entfernungsdurchlaufes. Danach zählt der Zähler 98 die über Cl abgegebenen Taktimpulse, die ihm über den Schalter 96 zugehen. Die Cl-Tak timpulse treten mit verhältnismäßig langsamer Folge im Vergleich zu den auf der Leitung C2 auftretenden Taktimpulsen auf= Die Cl-Taktimpulse stimmen mit der Folge überein, in der die Linse 44 zum Zwecke der "Veränderung der Brennweite der Optikeinheit 22 verschoben wirdo Während des Betriebszustandes für größere Entfernungen, bei dem die Brennweite der Optikeinheit konstant bleibt, schaltet das für den Weitentfernungsbereich maßgebende Signal auf. der Leitung 113 den Schalter 96 so, daß der Zähler die C2-Impulse zugeleitet erhält. Diese C2-Impulse treten in eiaer Folge auf, die mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Strahltmgsenergie von der Optikeinheit 22 zu den Schwebstoffansammlungen abgestimmt ist.

Im Meßbereich füs* kurze Entfernungen sind die Anschlüsse des Schalters 97 derart durchverbtmdem.,, wie es di© Fig. 3 zeigt, so daß das. Ausgangssignal des Speichers 101 auf die Leitung 83 gelangt. Der Speicher 101 benutzt dem numerischen Wert der Entfernung auf der Leitung 85 als Bingangsadsresse -and gibt aufgrund dieser Adresse auf die Leitung 83 ein Digitalsignal ab, das den Abstand zwischen den Linsen 44 raid 50 bestimmt, so daß eine Brennweite eingestellt wird, die der auf der Leitung 85 erscheinenden Entfernung entspricht«, Ein Schaubild, das die Beziehung zwischen Linsenstellung und Meßentfernung wiedergibt,

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ist in den Block des Speichers 101 eingezeichnet. Der Speicher 101 kann ein Festwertspeicher sein, in dem eine bestimmte Abstandseinstellung der Linsen jedem Entfernungswert auf der Leitung 85 zugeordnet ist. Auf diese Weise ändert sich im KurzentferTtrangameßzustand die Brennweite der Optikeinheit 22 mit dem Entfernungswert,den der Zähler 98 vorgibt.

Der Taktgeber 95 erzeugt für den Zeitgeber 10? C3-Taktimpulssignale, aus denen der Zeitgeber I07 eine Folge von Abtastsignalen bildet und auf der Leitung 82 abgibt. Die Folgefrequenz der Abtastsignale kann durch einen Stellknopf 114 am Zeitgeber 107 verändert werden. Der Zeitgeber 107 gibt Taktimpulse an den Zähler 199 ab* der entsprechend dem ausgeführten Beispiel mit den vier Dopplerspektraldatenkanälen, die in der Fig. 1 mit dem Schalter 68 verbunden sind, niodulo-4 zählt. Wenn beispielsweise ?.cfrb Spektraldatenkanäle verwendet werden, dann würde der Zähler 99 modulo-8 zählen» Nimmt man wieder Bezug auf das oben genannte Beispiel mit den vier Spektraldatenkanälen, dann führt der Zeitgeber IO7 eine Folge von vier Taktimpulsen dem Zähler 99 zu, der seinerseits diese vier Impulse zählt und eine Folge von vier Digitalsignalen auf der Leitung 84 hervorbringt, die aufeinanderfolgend die einzelnen Spektraldatenkanäle identifizieren. Die Digitalsignale auf der Leitung 84 betätigen den Schalter 68 in Fig. 1, wie dies an früherer Stelle schon beschrieben wurde, wodurch der jeweilige spezielle Kanal ausgewählt wird, und dienen außerdem als Teil der Adresse für den Speicher 72 zur Identifizierung der entsprechenden Zeilen der Speicherzellen. Der Taktgeber 95 erzeugt ebenfalls C4-Taktimpulse für den bereits erwähnten Betrieb des Adressengenerators 73»

Am Endpunkt des Abschnittes des Entfernungsdurchlaufes im Fokussierbereich wird durc& Umlegen des Schalters 97 aufgrund des Signals auf der Leitung II3 ein vorbestimmter Wert für die Linsenposition vom Codierer IO5 auf die Leitung 83 gegeben anstelle des Positionswertes, der vorher vom Speicher 101 bereitgestellt wurde, wobei die vorbestimmte Stellung die Linse 44

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in eine Lage bringt, in der sie während des Impulsbereiches fest bleibt. Durch diese Positionsfestlegung wird der Schärfentiefenbereich während des Impulsbetriebs auf die mit dem Rechteck 58 in Fig. 1 bezeichnete Zone festgelegt. Während der Zeit, welche benötigt wird, um die Linse kk in die vorbestimmte Stellung zu verschieben, bringt das Flip-Flop 102, das durch das Signal auf der Leitung 113 getriggert wird, einen Impuls von bestimmter Dauer hervor, der die Takteinrichtung während dieser Impulsdauer stoppt. Die Impulsdauer vom Flip-Flop 102 reicht aus, die Linse kk in die vorbestimmte Stellung zu fahren. Während die Takteinrichtung 95 stillsteht, tritt auch keiner der Impulse Cl bis C5 auf, so daß der Zähler 98 nicht weiterzählt, auf der Leitung 82 zum Datenabrufen keine Abtastsignale auftreten, und der Zählzustand auf der Leitung 8k ebenfalls konstant bleibt. Während des Betriebes im Fokussierbereich wird der logische Schaltzustand Null auf der Leitung II3 mit dem Inverter IO6 umgekehrt, so daß der Logikwert Eins auf der Leitung 77 die Antriebseinheit kl in Fig. 1 in Betrieb setzt, wodurch die Umgehungsspiegel 37 und 38 in eine Stellung gebracht werden, in der sie den Laserstrahl auf dem Umgehungspfad um den Modulator 28 und den Verstärker 29 herumleiten. Beim Betrieb im Impulsbereich wird der logische Wert Eins auf der Leitung 113 durch den Inverter IO6 in den logischen Wert Null umgesetzt, wodurch dann die Umgehungsspiegel 37 und 38 wieder aus dem optischen Pfad des Modulators 28 zurückgezogen werden. Die Dauer.des vom Flip-Flop 102 hervorgebrachten Impulses reicht für das Instellungbringen des optischen Umgehungspfades aus, so daß die Takteinrichtung 95 während dieses Einsteilens des Umgehungspfades unterbrochen ist.

Die Takteinrichtung 95 erzeugt C5-Taktimpulse, die den Generator 108 triggern und Impulse erzeugen, die über das Gatter 109 der Klemme Tl zugeführt werden, über die der Modulator 28 in Fig. betrieben wird. Da das Gatter IO9 durch das Signal für große Entfernungen auf der Leitung 113 freigeschaltet wird, wird der Modulator 28 nur während des Impulsbetriebes aktiviert, da das

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Gatter 109 keine Impulse während des Betriebes im Fokussierbereich zum Modulator 28 durchläßt. Das Digitalsignal, das für die Impulsbreite maßgebend ist und vom Codierer 104 zugeführt wird, wird dem Generator 108 zur Steuerung der Impulsdauer der von der Optikeinheit 22 ausgesendeten Strahlungsenergieimpulse zugeleitet und dient außerdem als ein Teil der Adresse für den Speicher 100.

Der Speicher 100 enthält mehrere Abschnitte, wobei je ein Abschnitt jedem Wert der Linsenöffnung zugeordnet ist, die durch das Signal auf der Leitung 97 identifiziert ist. Das Signal auf der Leitung 97 ist außerdem Bestandteil der Adresse des Speichers 100 für die Auswahl des entsprechenden Abschnittes im Speicher. Jeder Abschnitt im Speicher 100 hat vorzugsweise die Gestalt eines Festwertspeichers, in dem ein Wert der Übergangsentfernung mit. jedem Wert der Impulsbreite zusammengefügt ist.

In der Fig. 4 ist die Fokussiereinheit 48 dargestellt, in welcher nahe vor der Konvexlinse 50 eine Blende 28 angebracht ist, mit der die Linsenöffnung eingestellt werden kann. Diese Irisblende 128 ist auf einer Steuereinheit 130 angeordnet, über die durch Drehen an einem Knopf 132 die Stellung der Blende verändert werden kann. Die Steuereinheit 130 erzeugt einen Digitalzahlenwert auf der Leitung 97ι der den Durchmesser der Linsenöffnung angibt. Die Fokussiereinheit 48 weist darüber hinaus einen feststehenden Träger 136 auf, an dem die Steuereinheit 130 sitzt und auf der die konvexe Linse 50 befestigt ist. Ferner sitzt daran ein Gleitsupport 138, mit dem die konkave Linse 44 verstellt werden kann. Der Gleitsupport I38 läßt sich entlang einer Schiene l40 verstellen, die am Träger I36 befestigt ist, was mit Hilfe einer Antriebsspindel 142 erfolgt, die über einen Schrittmotor 144 angetrieben wird, der an der Schiene l40 angebracht ist. Die Fokussiereinheit 48 ist ferner mit einem Codierer l46, einer Subtrahiervorrichtung 148, einem Taktgeber 150 und einem Gatter 152 ausgestattet. Der Codierer 146 wird vom Motor l44 angetrieben und zählt Teilumdrehungen, wobei er auf der

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Leitung 154 Digitalzahlen erzeugt, die ein Maß für die Stellung des Trägers 138 auf der Schiene l40 sind, was gleichbedeutend ist mit der Stellung der Linse 44 gegenüber der Konvexlinse 50. Das Eingangssignal zur Brennweiteneinstellung auf der Leitung 83 wird einem Subtrahierer 148 eingegeben, der die Digitalzahl auf der Leitung 154 von der Digitalzahl auf der Leitung 83 abzieht. Ist das Ausgangssignal des Subtrahierers l48 positiv, bedeutet dies, daß das Signal auf der Leitung 83 größer als das auf der Leitung 154 ist, und das Gatter 152 liefert einen Taktimpuls an die Leitung I56, wodurch die Entfernung vergrößert wird. Ist dagegen das vom Subtrahierer l48 abgegebene Signal negativ, so bedeutet dies, daß das Signal auf der Leitung 83 kleiner als das Signal auf der Leitung 154 ist. Das Gatter 152 gibt dann die Taktimpulse an die Leitung 158 ab, womit die Entfernung verringert wird. Das Gatter 152 gibt keinerlei Taktimpulse ab, wenn die Zahlen auf den Leitungen 83 und 154 gleich sind, was einem Null-Signal vom Subtrahierer 148 entspricht. Auf diese Weise wird die Brennweit© nach der Größe der Digitalzahl auf der Leitung 83 eingestellt, die gemäß der Beschreibung der Fig. 3 vom Speicher 101 nach Maßgabe der gewünschten Entfernung erzeugt wird.

In der Fig. 5 ist der Modulator 128 aus der Fig. 1 gezeigt, der einen Kristall 160 aus Cadmium-Tellurid enthält, der zwischen einem Paar von Elektroden 162 liegt, die an eine Spannungsquelle l64 angeschlossen sind, so daß der Kristall quer zu seiner Längsachse von einem elektrischen Feld durchsetzt wird. Bezüglich eines Koordinatensystems 166 wird das elektrische Feld unter 45 zwischen der X-Achse und der Y-Achse aufgeprägt. Ist kein elektrisches Feld vorhanden, dann durchläuft ein Lichtstrahl, dessen elektrischer Vektor in Richtung der Y-Achse orientiert ist, den Kristall 16O auf seiner Längsachse mit gleicher Geschwindigkeit wie ein Lichtstrahl, dessen elektrisches Feld nach der X-Achse orientiert ist. Liegt dagegen ein elektrisches Feld an, dann ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit eines Lichtstrahls, dessen elektrischer Vektor entlang der Y-Achse orientiert ist,

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anders als die eines Lichtstrahls, dessen elektrischer Vektor nach der X-Achse ausgerichtet ist. Der Kristall l60 ist so angeordnet, daß der elektrische Vektor des Lichtstrahls vom Laser 26 in Fig. 1 in einer unter 45 zur X-Achse ausgerichteten Ebene liegt. Ohne elektrisches Feld bleibt die Polarisierungsrichtung des Lichtstrahls -während dessen Durchgang durch den Kristall 16O unverändert. Wird jedoch dem Kristall I60 ein elektrisches Feld aufgeprägt, dann wird der elektrische Vektor des Lichtstrahls um die Längsachse des Kristalls 16O gedreht, -während der Lichtstrahl den Kristall durchläuft.

Der Modulator 28 enthält außerdem einen Polarisator I68, dessen Durchlaßebene senkrecht zum elektrischen Vektor des auf den Kristall 16O gerichteten Lichtstrahls orientiert ist. Wird nun kein elektrisches Feld am Kristall 16O angelegt, dann behält der elektrische Vektor des Lichtstrahls während des Durchgangs durch den Kristall I60 seine Richtung und trifft querpolarisiert auf den Polarisator 168, der den Lichtstrahl blockiert, so daß keinerlei Licht den Modulator 28 am Ausgang verläßt. Die Abmessung des Kristalls in Längsrichtung ist so gewählt, daß bei Anlegen eines elektrischen Feldes am Kristall I60 der elektrische Vektor um 90 gedreht wird, so daß er dann mit der Durchlaßebene des Polarisators I68 zusammenfällt und Licht aus dem Modulator 28 austreten kann. Die Spannungsquelle 164 wird durch ein Impulssignal an der Klemme Tl eingeschaltet, wobei dieses Impulssignal bereits in Verbindung mit der Beschreibung der Bereichseinheit 23 anhand der Fig. 1 und 3 erwähnt wurde. Fehlt also das Impulssignal an der Klemme Tl, dann blockiert der Modulator 28 den Lichtstrahl, während bei Vorhandensein des Impulssignals an der Klemme Tl der Modulator 28 für einen Lichtstrahl durchlässig wird.

Die Fig. 6 zeigt eine zusätzliche Einrichtung, in der eine Ablenkvorrichtung 171 enthalten ist, die in den Lichtkegel 52 der Fig. 1 eingebracht wird, so daß die Lichtstrahlen von der

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Ablenkvorrichtung kegelförmig in den Raum austreten. Der in der Fig. 6 vereinfacht als Linie dargestellte Lichtkegel 52 wird unter einem Winkel zur Normalen.170 des Ablenkspiegeis auf den Spiegel geworfen, wobei der Spiegel 172 um eine Achse gedreht wird,, die ebenfalls unter einem Winkel gegen die Normale 170 angestellt ist. Die Drehachse fällt mit der Achse der Welle 17^ eines Motors 176 zusammen, wobei die Motorachse 174 und der Spiegel 172 verschwenkbar miteinander verbunden sind, so daß die Ausrichtung der Spiegelnormalen 170 gegenüber der Motorwelle 17^t und damit der Abtastkegelwinkel wählbar ist. Der Motor I76 dreht den Spiegel 172, so daß ein Strahl 178, der an der Spiegelfläche 172 reflektiert wurde, sich auf einer Kreisbahn bewegt, wie dies durch die Pfeile I80 angedeutet ist.

Ein am Gelenk zwischen Spiegel 172 und Welle 17^t angebrachter Codierer l82 gibt ein dem Kegelwinkel entsprechendes Signal ab. Ein weiterer Codierer l8*fc, der mechanisch über die angedeutete Verbindung 186 mit der Welle 17^ verbunden ist, erzeugt ein Signal entsprechend der Augenblicksabtastwinkelstellung des Strahls I78, nämlich die Größe der Drehung des Strahls I78 um den Abtastkegel. Diese beiden Signale werden, wie aus Fig. entnehmbar, über die Leitung 75 dem Prozessor 2k zugeleitet, der sie für die Anzeige der Entfernung eines Streuobjektes in Abhängigkeit von dem Abtastwinkel, unter welchem das Streuobr jekt beobachtet wurde, verwertet.

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ι ■ ® ■ * Leerseife

Claims

Patentansprüche

1. Radarsystem mit einem Energiestrahlerzeuger und einem optischen System, das den Energxestrahl in einem Brennpunkt zusammenfassen kann und den Energxestrahl auf ein Streuobjekt richtet, sowie mit einer Empfangseinrichtung für vom Streuobjekt reflektierte Strahlungsenergie, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweite des optischen Systems (22) auf die Entfernung des Streitobjektes (5^) einstellbar ist und daß zwischen das optische System (22) und den Empfänger eine Einrichtung zum Messen einer Geschwindigkeitskomponente des Streuobjektes (5^) eingefügt ist.

2. Radarsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich mit Änderung der Brennweite die Schärfentiefe des optischen Systems ändert, daß der Energxestrahl (52) als Impulsstrahl ausgesendet wird und daß die Impulsdauer der Zeitdauer gleich ist, die die Strahlungsenergie benötigt, um eine Strecke eines Entfernungsberexchsabschnittes zu durchlaufen, die etwa der Brennweite entspricht.

3. Radarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangseinrichtung Mittel zum Kombinieren der empfangenen Strahlungsenergie mit einem Bezugsstrahl des optischen Systems und Mittel zum Gewinnen eines Dopplerfrequenzsignals aus dieser Kombination aufweist.

4. Radarsystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung Einrichtungen zum Messen der Größe der Dopplerspektralkömponenten in einer Vielzahl von Frequenzbändern aufweist·

5· Radarsystem nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (171)» die mit dem optischen System (22) optisch verbunden ist zürn Ablenken des Strahlungsenergiestrahls, wobei die

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Ablenkeinrichtung einen Signalgeber für die Signalisierung der Winkelausrichtung des abgelenkten Strahls und weitere Mittel, die mit der Abtasteinrichtung und der Brennweiteneinsteileinrichtung verbunden sind, aufweist zur Darstellung der Brennweite in Abhängigkeit von der Strahlrichtung.

6. Radarsystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Brennweitenverstelleinrichtung einen Speicher (101) enthält, der Linseneinstelldaten in Abhängigkeit von der Brennweite enthält.

7· Radarsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung ein Kammfilter zur Ableitung von Komponenten aus dem Dopplerspektrum enthält.

8. Radarsystem nach. Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine optisch mit dem optischen System (22) gekoppelte Einrichtung (I7i) zvun Ablenken des EnergieStrahls in einem kegelförmigen Ablenkmuster, wobei die Einrichtung Mittel aufweist, die mit den Dopplerausleseeinrichtungen gekoppelt sind zum Messen der Entfernung eines vom Strahl erfaßten Streuobjektes, sowie durch mit der Ablenkeinrichtung und der Entfernungsmeßeinrichtung gekoppelte Einrichtungen zur Darstellung der Entfernung des Streuobjektes in Abhängigkeit von der Richtung des AbtastStrahls.

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