DE3150642C2 - Einrichtung zur Nachrichtenverbindung mittels Retroreflexion und Modulation von elektromagnetischer, insbesondere optischer Strahlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nachrichtenverbindung mittels Retroreflexion und Modulation von elektromagnetischen, insbesondere optischen Signalen in beliebiger Azimutrichtung, mit einem mit lotrechter Achse angeordneten, mindestens einen Tripelspiegel aufweisenden Retroreflektor. einem diesen gegenüberstehender,, bezüglich der lotrechten Achse geneigt angeordneten Umlenkspiegel zur Horizontal-Vertikal-Umlenkung der Strahlung, und einen dazwischen angeordneten optischen Modulator.

Eine Einrichtung dieser Art ist aus DE-OS 22 23 633 bekannt. Bei ihr besteht der Umlenkspiegel aus einem &Q stationären, pyramidenstumpfförmigen Reflektorkörper, der aus allen Horizontalrichtungen einfallende Strahlung lotrecht nach unten auf den Reflektor umlenken kann, welcher aus einer Vielzahl von im Array angeordneten Tripelspiegeln besteht. Von den Tripelspiegeln reflektierte Strahlung wird vom Umlenkspiegel wieder in die Horizontalrichuing umgelenkt. Der Modulator ist eine rotierende Sektorblende. Die bekannte Einrichtung soll z. B. zur Freund-Feind-Kennung eingesetzt werden, in dem die von einer Abfragestation kommenden optischen Abfragesignale mit einer gleichförmigen Modulationsfrequenz versehen und als Kennung zur Abfragestation retroreflektiert werden.

Die an sich vorteilhafte Eignung der Einrichtung, jederzeit in beliebiger Richtung einfallende Strahlung zu retroreflektieren, ist für alle digitalen Informationen mit willkürlich wechselnden Bit-Raten und Datentransferdigitalisierte Sprache-ungünstig. Wenn es darum geht, eine Anpeilung, Ortung oder gar Abfrage der Einrichtung von unbefugter Stelle aus zu verhindern, sind für IFF Benutzung die Mangel offensichtlich. Hinsichtlich der Modulationsbandbreite und Sicherheit sind hier somit enge Grenzen gesetzt Sprechkanäle, Pulsmodulation sowie Amplitudenmodulation sind unmöglich bzw. auf die Trägheit der Änderung des Modulationsgrades begrenzt Auch PPM-Moden können nicht bewerkstelligt werden, weil es sich hier nur um Verschlußmechariismen mit kontinuierlich ändernden Verschlußzeiten handelt Die Kennungsbandbreite ist gering. Es ist weiterhin in manchen Fällen erwünscht die von einer Abfragestation her einfallende Strahlung, mit einer passenden Modulation zu versehen, nicht nur zur Abfragestation selbst sondern zn eine andere Station, d. h. in einem anderen Azimutwinkel als dem Einfallswinkel, weiterzuleiten. Ferner soll eine moderne Freund/Feind-Abfrage z. B. PCM, PPM oder Puls-Delta-Mod. sichergestellt werden und die Einrichtung selbst nicht ein ideales Vermessungsziel für den Nichtfreund oder Unbefugten darstellen. Schließlich soll sie weniger abhängig von der Wellenlänge des Lichtes sein, wodurch sich bei Verwendung von Glas als Material für Tripelspiegel Grenzen ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der genannten Art so auszubilden, daß die Azimutrichtung, mit der eine Kommunikation durch Retroreflexion und Moduktion --r'olgt. willkürlich steuerbar ist und eine Anrufanordnung vorhanden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Umlenkspiegel um die lotrechte Achse drehbar und mittels einer Steuereinrichtung in die jeweilige Azimutrichtung einstellbar ist.

In besonders vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bezüglich der lotrechten Achse hintereinander mindestens zwei unabhängig voneinander drehbare Umlenkspiegel angeordnet, von denen der jeweils dem Retroreflektor näher liegende Umlenkspiegel teildurchlässig ausgebildet ist. Diese können bei Verzicht auf Signalweiterführung auch parallel geführt se'.n. was zur Erhöhung der Reichweite bzw. Verbesserung des Signal/Rausch-Verhaltens beiträgt. Der Stör- und Betriebssicherheit ist im besonderen Rechnung zu tragen. In Erweiterung des Verfahrens können aus der Ableitung der Spiegelstellung auch Peilungen vorgenommen werden, wobei die Entfernungsmessung vom Abfrager mittels Laser und Laufzeitmessung vorgenommen wird und die Daten der Entfernung dann in Pulscodeverfahren der erfindungsgemäßen Einrichtung mitgeteilt werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung der angegebenen Art. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Einrichtung von einer Abfragestation her elektromagnetische Strahlung zuerst mit einer impulscodierten Information eine Nachricht übertragen wird. Diese endet mit einem Befehl zum Nachführen des

Umlenkspiegels in die Abfrage-Azimutrichtung, wonach vorzugsweise vom Abfrager mit einer festen Impulsfrequenz ausreichend hoher Leistungsdichte zugesendet wird und mindestens ein Modulator nach erfolgter Nachführung des Umlenkspiegels mit der zu übertragenden Antwort-Nachricht angesteuert wird. Die Modulatoren können Oberflächeneffektmodulatoren sein und falls mehrere vorhanden sind, können diese im Gegentakt betrieben werde.

Oberflächeneffektmodulatoren modulieren durch Streueffekte. Besitzt ein Modulator eine typische Bandbitite von z.B. 50 oder 100kHz, so bietet das Gegentaktverfahren eine höhere Modulationsfrequenz, z. B. die doppelte. Im Gleichtakt betrieben, bewirkt sie einen verbesserten Modulationsgrad, was insbesondere für kurze Nachrichtenstrecken von Bedeutung ist. Eine weitere vorteilhafte Betriebsart ist für den Nahbereich die Beschaltung eines Modulators mit Vorspannung zur Zerstreuung und die Beschaltung des weiteren mit der Nachricht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsformen in den Zeichnungen nähe·' erläutert

F i g. 1 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einem Blockschema der angeschlossenen Signalverarbeitungseinrichtungen.

Fig.2 bis 4 zeigen schematische Längsschnitte weiterer Ausführungsformen der Erfindung.

Die in F i g. 1 im Längsschnitt gezeigte Einrichtung weist ein unteres Gehäuse 10 auf, in welchem ein Tripelspiegel 12 als Retroreflektor mit lotrechter Achse 14 angeordnet ist. Der Tripelspiegel 12 hat in bekannter Weise drei rechtwinklig aufeinanderstehende Reflektorflächen, die zusammen die Ecken eines Würfels bilden. Der Tripelspiegel 12 kann aus einem prismenförmigen Körper aus Glas od. dgl. bestehen, dessen Oberfläche die Reflektorflächen bilden. Insbesondere bei einem großdimensionierten Retroreflektor ist es aber auch vorteilhaft, ihn als Hohlspiegel auszubilden, mit dem zu.,ätzlichen Vorteil, daß Absorptions- und Reflexionseigenschaften dann wellenlängenunabhängig sind.

Das Gehäuse 10 ist in geeigneter Weise so gelagert, daß die optische Achse 14 in gewünschter Weise lotrecht gehalten werden kann.

Auf dem Gehäuse 10 ist ein erstes drehbares Gehäuse 18 mitiels geeigneter Lager 20 um die lotrechte Achse 14 drehbar gelagert. Die Drehung des Gehäuses W kann durch einen Motor 22 über einen Zahnkranz 23 gesteuert werden. Im ernten drehbaren Gehäuse 18 ist ein unter 45° zur Achse 14 geneigter Umlenkspiegel 24 angeordnet. Die ihm gegenüberliegende Wandung des Gehäuses 18 ist als für die jeweilige optische Strahlung durchlässiges Fenster 26 ausgebildet.

Im Ausbreitungswege der optischen Strahlung, im gezeigten Beispiel auf dem Umlenkspiegel 24 ist ein großflächiger optischer Modulator 16 angeordnet, dessen Reflexionsfähigkeit durch Anlegen eines elektrischen Signals steuerbar ist. Besonders vorteilhaft ihm Rahmen der Erfindung, insbesondere für einen großflächigen Retroreflektor ist die Verwendung von Oberflächeneffektmodulatoren als optische Modulatoren.

Ein solcher Modulator weist eine flexible Membran auf, die eine spiegelnde Oberfläche besitzt, so daß ein parallel einfallendes Strahlungsbündel 44 ebenso parallel wieder reflektiert wird. Die Membran besteht entweder aus einer hinreichend dünnen und flexiblen Metallfolie oder aus einem dielektrischen Material.

Diese Membran ist mittels Stützvorsprüngen nur an regelmäßig verteilten Flächenbereichen abgestützt Eine mit eiaem gewünschten Modulationssignal beaufschlagbare Auslenkeinrichtung übt auf die nicht abgestützten Flächenbereiche der Membran eine Kraft derart aus, daß die nicht abgestützten Bereiche eine Streureflexion des Strahlungsbündels 44 bewirken, so daß kein parallel verlaufendes Reflexionsstrahlungsbündel auf den Retroreflektor 12 fallen kann.

ίο Die Einrichtung weist ferner einen an geeigneter Stelle, z. B. oberhalb des Gehäuses 18 angeordneten Empfänger für die optische Strahlung auf, der so ausgebildet ist daß er die Einfallsrichtung der Strahlung ermittelt Derartige Empfänger sind an sich bekannt und der Empfänger ist in der Zeichnung daher nur schematisch als Bestandteil 34 des Blockschemas dargestellt An dem Empfänger 34 ist ein Decoder 36 für eine der Strahlung durch Pulscodierung aufgeprägte Information sowie die Steuereinheit 38 zum Ansteuern des Motors 22 zum Drehen des Gehäuses 18 in die gewünschte Azimutrichtung angeschlossen.

Eine Modulationssteuereinheit 40 erzeugt die Modulationssignale für den Modulator 16, und ist ihrerseits steuerbar einerseits durch den Decoder 36, der insbesondere die Freigabe bzw. Betriebsbereitschaft des Modulators 36 steuern kann, und andererseits durch eine Einheit 42 zum Erzeugen von einer gewünschten Nachricht od. dgl. entsprechenden Codesignalen.

Die Einrichtung wird vorzugsweise wie folgt betrieben: Der Sender einer Abfragestation sendet optische Strahlung, die mit einer zu übermittelnden Nachricht einem Erkennungs- und/oder Abfragecode od. dgl. moduliert ist Am Ende der übertragenen Nachricht wird eine Schiußcodierung gesendet Nach der Schlußcodierung schaltet die Abfragestation um auf Aussendung eines mit Festfrequenz, z. B. 30 oder 50 kHz, modulierten Signales. Das Signal mit der Schlußcodierung wird vom Empfänger 34 empfangen und die Nachricht im Decoder 36 entschlüsselt Bei Empfang der Schlußcodierung ermittelt der Empfänger 34 den Einhlls-Azimutwinkel des Signals und gibt ihn in die Azimut-Steuereinrichtung 38 ein. Damit wird, sobald das Schlußzeichen empfangen wird, das Gehäuse 18 mit dem Umlenkspiegel 24 mittels der Azimut-Steuereinrichtung 38 und des Motors 22 in die ermittelte Azimutabfragerichtung gedreht. Diese Azimutrichtung wird auch bei durchgehendem Träger nachgeführt

Gleichzeitig wird von der Modulationseinheit 40 der Betrieb des optischen Modulators 16 freigegeben. Die Strahlung 44 von der Abfragestation gelangt nun über den Umlenkspiegel 24, d. h. über den optischen Modulator 16, zum Retroreflektor 12 und wird über dtn Modulator 16 zurück als Ar.twortstrahlung zur Abfragestation zurückreflektiert. Dieser Antwortstrahlung 46 wird durch den Modulator 16 ein Pulscode entsprechend einer von der Einheit 42 erzeugten Nachricht aufmoduliert, wobei diese codierte Modulation in einfacher Weise aus einer Unterdrückung von einzelnen Impulsen, mit denen die Eingangsstrahlung 44 moduliert ist, bestehen kann.

Wird der Modulator 16 angesteuert, so werden die zu diesem Zeitpunkt auf den Modulator Xf. einfallenden Pulse mit einem Streuwinkel in den Retroreflektor reflektiert und nach dreimaliger Reflexion um 60° abermals über den Nvodulator gestreut, so daß in diesem Falle das Antwortsignal 46 aus dem Retroreflektor eine z. B. lOOmal breitere Keule rücksendet.
Statt des optischen Modulators 16 auf der Oberfläche

des Spiegels 24 kann auch eine andere Art von optischem Modulator im Wege der optischen Strahlung verwendet werden. Zum Beispiel kann vor der Eintrittsfläche des Retroreflektors 12 ein optischer Modulator angeordnet sein, dessen Lichtdurchlässigkeit durch ein Modulationssignal steuerbar ist. Die Verwendung eines halbleitenden Fotoelektretmaterials zum Modulieren eines Lichtbündels ist an sich z. B. aus der DE-AS 19 !7 147 bekannt.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung.

In dieser Ausführungsform ist eine zusätzliche Irisblende vor der Eintrittsfläche des Retroreflektors 12 angeordnet. Diese wird auf die gleiche Weise angesteuert, wie es in Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben wurde. Sie verhindert die Peilbarkeit des Geräteortes mittels fremder Laser.

Auf dem ersten drehbaren Gehäuse 18 ist ein zweites drehbares Gehäuse 28 drehbar gelagert, dessen Drehung mittels eines zweiten Motors 30 gesteuert werden kann. Im Gehäuse 28 ist ein zweiter Umlenkspiegel 32 gegenüber einem für die optische Strahlung durchlässigen Fenster 35 angeordnet.

Ein Teil der vom Retroreflektor 12 reflektierten Strahlung, die durch den Modulator 16' moduliert wurde, geht durch den in diesem Fall teildurchlässigen Umlenkspiegel 24 hindurch zum oberen Umlenkspiegel 32 und wird von diesem als Weitergabestrahlung 48 in einen anderen Azimutwinkel umgelenkt. Dieser wird ebenfalls von der Azimutsteuereinrichtung 38 für den Motor 30 bestimmt und eingestellt. Beispielsweise kann der Empfänger 34 die Einfailsrichtung von Abfragestrahlung von zwei verschiedenen Abfragestationen bestimmen und gleichzeitig mit beiden in Kommunikation treten. Selbstverständlich kann auch von der dritten Station her auf den oberen Umlenkspiegel 32 einfallende Strahlung vom Reirorcfick'or 12 über den unteren Umlenkspiegel 24 zur ersten Abfragestation weitergeleitet und mit einer Modulation versehen werden. Dieses Verfahren kann auch zur Ortsbestimmung zwischen zwei oder zu einem Partner benutzt werden.

Die Ausführungsform von Fig. 3 entspricht im wesentlichen der Ausführungsform von F i g. 2.

Der einzige Unterschied besteht in der Art und Anordnung des optischen Modulators. In F i g. 3 besteht der Retroreflektor aus drei rechtwinklig zueinander stehenden Reflexionsflächen. die jeweils pus einem Oberflächeneffektmodulator 16" bestehen. Davon abgesehen ist die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung nach F i g. 3 gleich der der Einrichtung nach Fig.2.

In der Ausbildungsform von F i g. 4 wird die einfallende optische Strahlung 44 vom unter 45"

ίο ausgerichteten Oberfläcneneffektmodulator 16'" in vertikaler Richtung umgelenkt. Ein Teil der vom Modulator reflektierten Strahlung geht durch den teildurchlässigen Umlenkspiegel 24 hindurch zum Retroreflektor 12 und wird dort retroreflektiert. Die zurückgeworfene Reststrahlung wird teilweise vom teildurchlässigen Umlenkspiegel 24 in die Abstrahlrichtung 48 umgelenkt und teilweise tritt sie durch den Umlenkspiegel 24 hindurch und wird vom optischen Modülaicr 56'" \r. Richtung der Abfragestatirm nls Antwortstrahlung 46 ausgesandt. Die Antwortstrahlung 46 weist den doppelten Modulationsgrad auf wie die Weitergabestrahlung 48, da sie zweimal vom optischen Modulator 16'" reflektiert bzw. gestreut wurde. Peiloder Winkeldaten erhält man durch die Ausrichiungsachse des Systems — z. B. mittschiffs, der Stellung des auf den Abfrager ausgerichteten Spiegels und einen beim Abtragesystem vorhandenen, an sich bekannten Schaltkn.;.? zur L'chtlaufzeitmessung. einen Datenumsetzer und Datentransfer per Laser zur erfindungsmä-Ben Station.

Es versteht sich, daß vorteilhaft eine aktive pulscodierbare Quelle, z. B. ein Laser vorhanden ist, womit die Erfindung zu einem in sich geschlossenen System wird.

Ein beispielhafter ergänzender Laser kann mit der Spiegelachse im Azimut gerichtet verbunden sein, er kann vertikal im Mittelpunkt des Retrospiegels gegen den ausrichtbaren Spiegel strahlen oder auch in Verbindung z. B. mit einer Peilvorrichtung z. B. m Verbindung mit einem Kreiselkompaß-Peildiopter, auf sogenannten Tochterkompassen sich befinden.

Ist der Laser in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Einrichtung vorhanden, so ist das Gesamtsystem in an sich bekannter Weise raumfest zu stabilisieren.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Nachrichtenverbingung mittels Retroretlexion und Modulation von elektromagnetischen, insbesondere optischen Signalen in beliebiger Azimutrichtung, mit einem mit lotrechter Achse angeordneten, mindestens einen Tripelspiegel aufweisenden Retroreflektor, einem diesen gegenüberstehenden, bezüglich der lotrechten Achse geneigt angeordneten Umlenkspiegel zur Horizontal-Vertikal-Umlenkung der Strahlung und einem dazwischen angeordneten optischen Modulator, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenkspiegel (24) um die lotrechte Achse (14) drehbar und mittels einer Steuereinrichtung (38) in die jeweilige Azimutrichtung einstellbar ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der lotrechten Achse (14) hintereinander zwei unabhängig voneinander drehbare Umlenkspiegel (24,^2) angeordnet sind, von denen der jeweils dem Retrorenektor (12) näher liegende Umlenkspiegel (24) teildurchlässig ausgebildet ist

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens einen richtungsempfindlichen Empfänger (34) und eine vom Empfänger (34) steuerbare Nachführeinrichtung (38) für den oder die Umlenkspiegel (24,32).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (16) als ein mittels elektromagnetischer Signale ansteuerbarer optischer Modulator, insbesondere aus einem Elektret-Material, ausgebildet ist

5. Verfahren zum Betricö ein«·' Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet. daß der Einrichtung von einem Abfragesender her elektromagnetische Strahlung zuerst mit einer pulscodiei ten Information, die einen Befehl zum Nachführen des Umlenkspiegels in die gewünschte Azimutrichtung enthält, und anschließend unmoduliert oder mit einem festen Code oder Pulsfrequenz moduliert zugesendet wird und der Modulator nach erfolgter Nachführung des Umlenkspiegels mit der zu übertragenden Nachricht angesteuert wird.

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