DE3231025C2

DE3231025C2 - Einrichtung zur Identifizierung von gepulster Laserstrahlung

Info

Publication number: DE3231025C2
Application number: DE3231025A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Phys. Dr. 8035 Stockdorf Dietrich
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1982-08-20
Publication date: 1985-09-12
Also published as: DE3231025A1

Abstract

Die Einrichtung zur Erkennung von gepulster Laserstrahlung weist mindestens einen ersten und einen zweiten Strahlungsdetektor und jeweils einen den Strahlungsdetektoren vorgeschalteten ersten bzw. zweiten Filter auf, wobei der erste bzw. die zweiten Filter in einem oder mehreren schmalbandigen Spektralbereich(en) der Laserstrahlung transparent ist bzw. sind. Der zweite Filter ist für die Spektralbereiche undurchlässig, in denen der erste bzw. die ersten Filter transparent ist bzw. sind und in dazu eng benachbarten schmalbandigen Spektralbereichen transparent. Die Spektralbereiche für die Transparent der ersten und zweiten Filter haben jeweils etwa die gleiche Bandbreite. Durch Bildung der Differenz zwischen den vom zweiten und von einem ersten Strahlungsdetektor (1, 2) empfangenen Strahlungsintensitäten können Lichtimpulse aus Lasern von anderen Lichtimpulsen unterschieden werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Identifizierung von gepulster Laserstrahlung mit einem ersten und einem zweiten Strahlungsdetektor.

Aus der DE-OS 28 30 308 ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur exakten Ermittlung des Einfallswinkels einer optischen Impulsstrahlung bekannt. Zur Unterdrückung von Hintergrundstrahlupg, insbesondere im IR-Bereich, sind getrennte Gleichlicht- und Pulslichtdetektoren vorgesehen und so verschaltet, daß Gleichlichtquellen keinen Falschalarm auslösen können.

Ein Lasermelder ist weiterhin aus »Internationale Wehrrevue«, 3, 67 (1976, S. 429-432) bekannt. Das Ermitteln des Vorhandenseins einer Laserstrahlung erfolgt dabei durch ein Paar Pin-Dioden, die so angeordnet sind, daß ihre Ausgänge eine Funktion der Spektraldifferenzen ihrer Eingänge und der zeitlichen Merkmale des Signals sind. Die Ortung des Lasergerätes geschieht durch Abbildung auf einer 100 x 100 Ladungskopplungselementen-Gruppe (LKE-Gruppe) und Digitalspeicherung des Ergebnisses einer Rahmensubstraktion im Augenblick der Erfassung eines Lasersignals durch die Pin-Dioden.

Aus der DE-AS 28 52 224 ist eine Warnvorrichtung für militärische Objekte vor Laser- und/oder IR-Strahlung bekannt, die eine Unterscheidung zwischen einem IR-Scheinwerfer und Laserstrahlung verschiedener Art ermöglicht. Die Laserstrahlung wird dabei aufgrund einer Zeitdiskriminierung, die im wesentlichen eine Pulslängenmessung beinhaltet, erkannt. Eine eindeutige Unterscheidung zwischen Laserimpulsen und anderen Lichtimpulsen, die zumindest eine lasertypische Wellenlänge enthalten, ist ciadurch jedoch nicht möglich.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, eine Einrichtung zur Identifizierung von gepulster Laserstrahlung zu schaffen, welche durch Ausnutzung dei monochromatischen Eigenschaften eine Laserstrahlung insbesondere aus Laserzielgeräten erkennt und damit rechtzeitig vor einem evtl. Angriff auf das Zielobjekt warnt. Diese Aufgabe löst eine nach dem Patentanspruch ausgebildete Einrichtung zur Erkennung von gepulster Laserstrahlung.

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Laserstrahl-Warnsystem mit zwei Detektoren 1 und 2, denen unterschiedliche spektrale Filter F] und F₂ vorgeschaltet sind. Das Filter F₁ vor dem Detektor 1 ist schmalbandig transparent für Strahlung aus Lasern, welche zur Entfernungsmessung geeignet sind; dies sind insbesondere die Linien von CO₂- und Neodym-YAG-Lasern. Alle übrigen Wellenlängen werden durch das Filter Fi gesperrt. Das Filter F₂ vor dem Detektor 2 sperrt alle Wellenlängen für die das Filter F₁ durchlässig ist; die Durchlaßbereiche s.^;nd ebenfalls schmalbandig und liegen jeweils in der Nähe der Wellenlängen, in denen der Filter F₁ durchlässig ist. Ein Beispie) tür die Filtercharakteristiken ist in den Fig. 2a und b dargestellt, wobei zur Veranschaulichung sowohl die Bandbreiten als auch die Abstände der jeweils korrespondierenden Durchlaßbereiche A] und Ai bzw. A₂ und A₂ usw. größer als erforderlich dargestellt sind. Die Fig. 2c und d zeigen die jeweils normierten Intensitäten eines Laserentfernungsmessers mit der Wellenlänge A₁ und des kontinuierlichen Spektrums, z. B. der Plank'-schen Strahlung.

Die Ausgangssignale D₁ und D₂ der Detektoren 1 und 2 setzen sich aus den kurzen Impulsen der einfallenden Laserstrahlung und der zeitlich langsam veränderlichen Hintergrundstrahlung zusammen. Die mittels Verstärker 3 und 4 verstärkten Detektorsignale werden Hochpaßfiltern 5 und 6 zugeführt, welche die kurzen Laserimpulse vom zeitlich langsam veränderlichen Signal der Hintergrundstrahlung abtrennen. Die Amplituden der Filterausgangssignale S₁ und S₂ werden nun verglichen, wobei zur Erzielung eines hohen Dynamikbereichs die Signale S₁ und S₂ mittels entsprechender Einrichtungen 7 und 8 logarithmiert werden. Ein Subtrahierglied 9 ermittelt dann die Differenz

A = log (S₁) - log (S₂).

Wurden die Signale S₁ und S₂ durch Auftreffen eines inkohärenten Lichtblitzes, z. B. eines elektrischen Blitzes, eines durch eine chemische Reaktion ausgelösten Lichtblitzes usw. ausgelöst, mit einem gegen das Laserspektrum breitbandigen quasikontinuierlichen Spektrum, dann gilt bei hinreichend kleinem Abstand der Filtertransmissionslinien A₁ und A₁ bzw. A₂ und A₂... bzw. A, und X₁ für die in diesem Transmissionsbereich durchgelassenen Intensitäten /, und I]:

Für die entsprechenden Signale S₁ und S₂ gilt dann:

— Σ/;

-C/ Σ

/-1

wobei α und a⁷ Proportionalitätsfaktoren sind, die bei gleich empfindlichen Detektorkanälen ebenfalls gleich sind. Für inkohärente Lichtblitze gilt dann S₁-S₂ und damit A-O. Am nachgeschalteten SchwellendiskriminatorlO liegt am Ausgang immer dünn ein Impuls L an, wenn A >1 war, d. h. die Detektoren vor einem Laserimpuls getroffen wurden.

Die Filtercharskteristik der Filter F₁ und F₂ kann auf unterschiedliche Weise realisiert werden. Vor den Detektoren können, wie in Fig. 1, jeweils ein Filter mit der gewünschten Filtercharakteristik angeordnet sein. Es können jedoch auch Detektoren mit großflächigen Sensorschichten verwendet werden, die in max. n-Bereiche aufgeteilt sind, wobei vor jedem Bereich ein Filter angeordnet ist, der für eine Wellenlänge A, bzw. λ) (1 < / < n) durchlässig ist und alle anderen Wellenlängen sperrt. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, daß je zwei Detektoren gemäß Fig. 1 aus einem Array von max. η Einzeldetektoren bestehen, wobei jedem Einzeldetektor ein Filter vorgeschaltet ist, der für die Wellenlänge A,- bzw. λ] (1 < /' < η) durchlässig ist und sonst sperrt. Die Signale der Einzeldetektoren werden einzeln verstärkt und zu einem gesamten Detektorsignal D^ und D₂ addiert, welche in der oben beschriebenen Weise verarbeitet werden.

Aufgrund der Struktur und mit Hilfe der verwendeten Spezialfilter ist das System in der Lage. Lichtblitze gleieher Dauer von Lasern und anderen Lichtquellen eindeutig zu unterscheiden, was bei den bekannten Systemen nicht möglich ist.

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung, mit der sowohl gepulste Laserstrahlung erkannt als auch deren Einfallswinkel ermittelt werden kann. Das System besteht aus 4 Detektorenll,12,13 und 14 mit gleichartigen, je einen Verstärker, ein Hochpaßfilter und eine Logarithmierschaltung aufweisenden Signalverarbeitungskanälen der vorher beschriebenen Art. Den Detektoren 11,13 und 14 sind jeweils Filter vom TVp F\ mit gleicher spektraler Charakteristik vorgeschaltet. Analog zu der Ausführung gemäß Fig. 1 befindet sich vor dem DetektorH ein Filter vom TVp F₂. Mit einem Subtrahierglied 15 sowie einem nachgeschalteten Schwellenwertdetektor 16 wird aus den Ausgangssignalen log (S₁) und log (S₂) das Signal L erzeugt, wenn die Detektoren von einer gepulsten Laserstrahlung beleuchtet wurden. Aus den Signalen log (S₁), log (S₃) und log (S₄) bestimmt ein Laufzeitdifferenzrechnerl7 die zeitliche Zuordnung dieser Signale in Form zweier Laufzeitdifferenzen, z. B.:

A Z₃₄ = Laufzeitdifferenz zwischen S₃ und S₄ A f_3i| = Laufzeitdifferenz zwischen S₃ und 5,.

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Damit die Laufzeitdifferenzmessung nur dann durchgeführt wird, wenn die Detektoren durch einen Laserimpuls beleuchtet wurden, also ein Signal L am Ausgang des Schwellendiskriminators vorhanden ist, ist der Rechner 17 mit dem Schwellendiskriminator 16 verbunden.

Bei bekannter räumlicher Anordnung der Detektoren 11.13 und 14 und den ermittelten Laufzeitdifferenzen.

z. B. A /34 und A t_3mi, bestimmt ein nachgeschalteter Rechnerle die Raumwinkel φ, ψ, unter denen der Laserimpuls eingefallen ist.

Bei einem Abstand der Detektoren 11,13 und 14 von beispielsweise jeweils 2 m und einer Zeiiauflösung des Laufzeitdifferenz-Rechners von l),5 μββο ist eine Winkekuflösung für die einfallende Laserstrahlung von ±2° möglich.

Da zwischen den Detektoren 1 und 2 bzw. 11 und 12 Laufzeitdifferenzen vermieden werden sollten, ist es vorteilhaft, diese Detektoren in geringem Abstand anzuordnen.

Die Genauigkeit der Ortsbestimmung der Laserlichtquelle ist nur abhängig von der Genauigkeit des Zeitmeßgerätes und der Basis des Systems, aber in weiten Grenzen völlig unabhängig von der Signalamplitude des Laserlichies. Zur Ortsbestimmung der Laserlichtquelle sind keine extrem teuren Breitband-IR-Array-Detektoren erforderlich, wie z. B. bei dem System gemäß »Intern. Wehrrevue«, 3,67,1976, S. 429. Außerdem liegt die erreichbare Ortsauflösung weit über der, die mit Array-Detektoren erreichbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur Identifizierung von gepulster Laserstrahlung mit einem ersten und einem zweiten Strahlungsdetektor, gekennzeichnet durch

a) jeweils einen, den Strahlungsdetektoren (1, 2; 11,12) vorgeschalteten ersten (F₁) bzw. zweiten (F₂) Filter, wobei

aa) der erste Filter (F,) in einem oder mehreren schmalbandigen Spektralbereichen der Laserstrahlung transparent ist,

ab) der zweite Filter (F₂) fur die Spektralbereiche (i,, /I₂, A₃) undurchlässig ist, in denen der erste \s Filter (F₁) transparent ist, und in dazu eng benachbarten schmalbandigen Spektralbereichen (AJ, A₂, A₃) transparent ist,

ac; die Spektralbereiche für die Transparenz des ersten und des zweiten Filters (Fi, F₂) jeweils etwa die gleiche Bandbreite aufweisen und

ad) die Breite der schmalbandigen Spektralbereiche (A₁, A₂, A₃; ΑΙ, A₂, A₃) und die Abstände der eng benachbarten schmalbandigen Spektralbereiche in der Größenordnung der Linienbreite der Spektrallinien der Laserstrahlung liegen,

b) den Strahlungsdetektoren (1, 2; 11, 12) jeweils nachgeschaltete Hochpaßfilter (5, 6) zur Abtrennung der Hintergrundstrahlung mit im Vergleich zu den Laserimpulsen langsamen Intensitätsänderungen,

c) den Hochpaßfiltern (5, 6) jeweils nachgeschaltete Logarithmierglieder (7, 8) sowie

d) eine Einrichtung (9; 15) zur Differenzbildung zwischen den logarithmischen Impulsanteilen.