DE3103520A1

DE3103520A1 - Laserradarsystem

Info

Publication number: DE3103520A1
Application number: DE19813103520
Authority: DE
Inventors: Wilfred Dr. 8012 Ottobrunn Krause
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1981-02-03
Filing date: 1981-02-03
Publication date: 1982-08-12
Also published as: DE3103520C2

Description

Laserradarsysrem
Die Erfindung betrifft ein Laserradarsystem mit einem Teleskop für Sende- und Empfangsbetrieb, welches über einen drehbaren Sektorenspiegel abwechselnd mit dem Ausgang eines Impulslasers und dem Eingang eines Strahlendetektors in Verbindung steht, wobei die Drehzahl des Sektorenspiegels mit der Impulswiederholfrequenz des Impulslasers synchronisierbar ist.
Bei Laserradarsystemen, die in Satelliten installiert sind oder die vom Boden aus einen passiven Satelliten anmessen, kann es aus Platz- und Gewichtsgründen von Vorteil sein, das Empfangsteleskop zusätzlich als Sendeteleskop auszunützen. Bei einem derart benutzten Teleskop entfällt die bei getrennten Teleskopen erforderliche zusätzliche Achsharmonisierung. Dafür müssen am Ausgang des Sende- und Empfangsteleskops getrennte Strahlengänge für die Sendeimpulse und die Empfangsimpulse vorhanden sein.
Die Trennung der Strahlengänge kann im Falle von Impulsradar mit Hilfe eines rotierenden Sektorenspiegels vorgenommen werden.
Ein optisches System zur Aussendung und zum Empfang von elektromagnetischer Strahlung ist beispielsweise aus der DE-AS 1 240 681 bekannt. Bei diesem System ist die kreisförmige Querschnittsfläche der Optik derart in zwei Gebiete aufgeteilt, daß das zur Aussendung bestimmte Gebiet, dessen Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des zum Empfang bestimmten Gebietes, durch ein von der Mittelachse des Systems abliegendes kreisförmiges Randgebiet innerhalb der Gesamtquerschnittsfläche gebildet wird und der restliche Teil der Gesamtquerschnittsfläche als Empfangsgebiet verbleibt. Durch eine derartige Strahlenteilung büßt jedoch die Empfangsoptik einen Teil ihrer nutzbaren Gesamtöffnung ein. Daher sind Strahlenteiler in Form von Sektorenspiegeln, wie sie beispielsweise aus der DE-OS 28 28 145 bekannt sind, für Laserradarsysteme vorteilhafter.
Voraussetzung für die Anwendbarkeit eines rotierenden Sektorenspiegels ist jedoch, daß die Impulslaufzeit zum Ziel, also z.B.
zu einem Retroreflektor oder einem topographischen Ziel, und zurück, genügend lang ist, d.h. die Impulslaufzeit darf nicht kürzer als die Umlaufzeit des Sektorenspiegels sein.
Zwar ist bei der Anwendung in Satelliten die Impulslaufzeit genügend lang, jedoch besteht daneben der Wunsch, das Radarsystem entweder am Boden für den Test- oder Justierbetrieb bei kurzen Zielentfernungen in Betrieb zu nehmen oder, im Falle von Laserradar-Bodenstationen, das System zusätzlich für Entfernungsmessungen an der Erdoberfläche auszunutzen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Laserradarsystem der oben genannten Art so zu verbessern, daß es sowohl in den oben erläuterten Nah- als auch Fernbereichen problemlos einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein nach den Patentansprüchen ausgebildetes Laserradarsystem bzw. durch das beschriebene Verfahren zum Betrieb des Laserradarsystems gelöst.
Die erfindungsgemäß vorgenommene Kombination zwischen einem an sich bekannten Sektorenspiegel und einem Strahlenteiler erlaubt auf einfache Weise sowohl Radarmessungen über kurze sowie auch über große Distanzen, wobei im erstgenannten Fall das Radarsystem dadurch betriebsfähig wird, daß der strahlenteilende Bereich des Sektorenspiegels im gemeinsamen Treffpunkt der optischen Strahlengänge des entsprechend angeordneten Impulslasers, Strahlendetektors und Teleskops arretiert wird. Werden in dieser Arbeitsstellung des Sektorenspiegels Winkeljustierungen am Gesamtsystem vorgenommen, dann bleiben diese Justierungen auch erhalten, wenn der Sektorenspiegel zur Anmessung weit entfernter Ziele in Rotation versetzt wird, da erfindungsgemäß der Strahlenteiler und der Rotationsspiegel eine mechanische Einheit bilden.
Anhand eines schematisch dargestellten Laserradarsystems (Fig. 1) und eines erfindungsgemäßen Sektorenspiegels (Fig. 2) soll das Funktionsprinzip des Erfindungsgegenstandes näher erläutert werden.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Laserradarsystem werden durch einen Impulslaser 1 Impulse erzeugt, die über den Sektorenspiegel 2 in das für einen Sende- und Impfangsbetrieb doppelt ausgenutzte Teleskop 3 eingespeist werden. Die Impulse werden am Ziel reflektiert, vom Teleskop 3 empfangen und gelangen zum Strahlendetektor 4.
Für Radarmessungen über kurze Entfernungen, bei denen die Impulslaufzeiten kürzer als die Umlaufzeit des Sektorenspiegels sind, wird dieser so arretiert, daß der strahlenteilende Bereich 2.1 sowohl den Impulslaser als auch den Strahlendetektor mit dem Teleskop optisch verbindet.
Für große Entfernungen, bei denen die Impulslaufzeiten länger sind als die Umlaufzeit des Sektorenspiegels wird der Sendeimpuls über den im Spektralbereich des Lasers vollständig reflektierenden Spiegelbereich 2.2 des synchron mit der Impulswiederholfrequenz rotierenden Sektorenspiegels in das Teleskop eingespeist. Die empfangene Strahlung gelangt durch die transparenten Bereiche, - bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel also im wesentlichen durch die Aussparungen zwischen den Bereichen 2.1 und 2.2 - auf den Strahlendetektor 4.
Der Sektorenspiegel 2 kann beispielsweise aus einem bei- der Laserwellenlänge transparenten Material bestehen, das zur Erlangung der reflektierenden bzw. strahlenteilenden Eigenschaften entsprechend beschichtet wird. Die erforderliche Transmission des strahlenteilenden Bereichs hängt von den jeweiligcr. Parametern des Gesamtsystems einschließlich der Fiembedingungen am Boden ab.
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Claims

Laserradarsystem PATENTANSPROCHE Laserradarsystem mit einem Teleskop (3) für Sende- und Empfangsbetrieb, welches über einen drehbaren Sektorenspiegel (2) abwechselnd mit dem Ausgang eines Impulslasers (1) und dem Eingang eines Strahlendetektors (4) in Verbindung steht, wobei die Drehzahl des Sektorenspiegels mit der Impulswiederholfrequenz des Impulslasers synchronisierbar ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß a) der Sektorenspiegel (2) mindestens einen vollständig transparenten (2.3), mindestens einen strahlenteilenden (2.1) und mindestens einen vollständig reflektierenden Bereich (2.2) aufweist, und daß b) der Impulslaser (10) und der Strahlendetektor (4) derart angeordnet sind, daß sie über den eingeschwenkten strahlenteilenden Bereich (2.2) gleichzeitig mit dem Teleskop (3) in Verbindung stehen.
2. Laserradarsystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sektorenspiegel (2) zwei gegenüberliegende, um eine gemeinsame Achse (5) rotierende, in der Rotationsebene liegende, ebene Spiegelflächen (2.1, 2.2) aufweist, von denen die eine im Spektralbereich des Impulslasers strahlenteilend und die andere vollständig reflektierend ist und welche zwischen sich mindestens einen vollständig transparenten Bereich (Aussparungen 2.3) aufweisen.
3. Laserradarsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , daß die Durchmesser der Spiegelflächen (2.1, 2.2) des strahlenteilenden und/oder des vollständig reflektierenden Bereichs mindestens doppelt so groß sind wie die Querschnittsabmessungen des auf diese Spiegelflächen projizierten Laserstrahls.
4. Verfahren zum Betrieb eines Laserradarsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß a) bei Impulslaufzeiten, welche länger sind als die Umlaufzeit des Sektorenspiegels, der Sende- und Empfangsbetrieb über die vollständig transparenten und reflektierenden Bereiche des Sektorenspiegels erfolgt, und daß b) bei Impulslaufzeiten, welche kürzer sind als die Umlaufzeit des Sektorenspiegels ausschließlich der strahlenteilende Bereich des Sektorenspiegels für den Sende- und Empfangsbetrieb verwendet wird.