DE3328335C2

DE3328335C2 - Datenfernüberwachungssystem

Info

Publication number: DE3328335C2
Application number: DE3328335A
Authority: DE
Inventors: Anton 8028 Taufkirchen Harasim; Gunther Dipl.-Phys. Dr. 8012 Ottobrunn Sepp
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-08-05
Filing date: 1983-08-05
Publication date: 1987-01-22
Also published as: GB2145894B; GB2145894A; IT8422189A0; US4731879A; DE3328335A1; IT1176543B; GB8419532D0

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Datenfernüberwachungssystem mittels Laser und moduliertem Retroreflektor für Daten-Fernüberwachung schwer erreichbarer Räume, Ziele etc. mit einer Einrichtung zur gleichzeitigen Freund-Feind-Erkennung und mit Einrichtungen zum Schutz vor Entdeckung und Freundabfrage, bei der ein Flüssigkristall-Modulator spezieller Ausbildung - je nach Zweck und Aufbau des Systems - vor einem Retroreflektor angeordnet und mit der Information moduliert wird. Die Information wird von einer räumlich entfernten Laserstation dadurch abgefragt, daß ein Laserstrahl auf den Retromodulator gerichtet und retroreflektiert und gleichzeitig moduliert wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Datenfernüberwachungssystem mittels eines Lasersenders sowie einer Laserempfangseinrichtung zum Empfangen von Laserlichtsignalen zur Freund-Feind-Erkennung (IFF) in einer Abfragestation und einem durch Flüssigkristall modulierbaren Retroreflektor in einer Antwortstation, bei welcher der modulierbare Retroreflektor nur von einem entsprechend codierten Laserstrahl aktiviert wird.
Datenfernüberwachungssysteme zur Fernüberwachung wurden bisher als sogenannte drahtgebundene Einrichtungen hergestellt und eingebaut bzw. verwendet. Hier weist die Installation nicht nur erhebliche Schwierigkeiten auf, sondern solche Einrichtungen sind sehr leicht zu orten und zu stören. Auch HF-Systeme zu diesem Zweck sind leicht ortbar und zu stören.
Auch ist ein Lasersystem zur Flugkörperlenkung mit moduliertem Reflektor bekannt DE-OS 25 33 697, bei dem ein Laserstrahl von einem an einem Flugkörper befestigten Retroreflektor zum Sender zurückreflektiert wird und Informationen zur Flugkörperlenkung vom Retroreflektorort zum Sendeort dadurch übertragen wird, daß vor dem Retroreflektor ein Modulator angeordnet ist, dessen Transmission durch die zu übertragende Information gesteuert wird. In einer anderen Einrichtung (US-PS 41 34 008) wird dieses Verfahren zur Übermittlung eines IFF-Antwortcodes auf einen am Ort des Retroreflektors empfangenen IFF-Anfragecode zu dessen Identifizierung verwendet.
Zur Modulation des retroreflektierten Signals werden hierbei Kerr- oder Pockelszellen bzw. PLZT-Keramiken (Blei-Lanthan-Zirkon-Titanat) benutzt, d. h. Modulatoren, die hohe Betriebsspannungen benötigen und entweder sehr aufwendig sind oder die nur eine relativ niedrige Modulationsfrequenz erlauben. Weiterhin sind diese Verfahren entweder nur zur Informationsübertragung ohne gleichzeitige IFF-Beantwortung oder nur zur IFF-Beantwortung ausgelegt. Überdies kann der Retromodulator immer oder zumindest während einer Informations- oder IFF-Code-Übertragung durch einen feindlichen Such-Laserstrahl geortet und abgefragt werden. Auch sind keine Mittel gegen die Störung der Übertragung durch Laserstrahl- Szintillation infolge atmosphärischer Turbulenz vorgesehen.
Durch die DE-OS 29 39 959 ist eine Vorrichtung zum Empfangen von codierten Lichtsignalen und zum Aussenden von modulierten Lichtsignalen in Richtung der einfallenden Signale bekannt, bei der ein mechanischer Verschluß verhindern soll, daß der Retromodulator durch einen Feind beleuchtet werden kann. Eine Ortung des IFF-Gerätes dieser Vorrichtung ist jedoch trotzdem möglich, und zwar dann, wenn der Feinlaser während einer IFF-Abfrage durch einen "Freund" das IFF-Gerät ebenfalls beleuchtet. Das Lasergerät ist in diesem Falle vom sichtbaren bis zum Infrarotbereich - also für alle Wellenlängen -aktiv. Eine gleichzeitige IFF-Erkennung und Informationsabfrage bzw. -übermittlung ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs genannten Art zu schaffen, das die genannten Nachteile nicht mehr aufweist und das nicht nur leicht zu installieren ist, sondern vor allem nur sehr schwer geortet werden kann, während der Informationsübertragung eine gleichzeitige Freund-Feind-Erkennung durchführt und einen relativ breitbandigen, jedoch einfachen mit niedrigen Spannungen und Strömen zu betreibenden und damit Batteriebetrieb zulassenden Modulator verwendet.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 niedergelegten Maßnahmen gelöst. Die weiteren Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In der nachfolgenden Beschreibung ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert und im wesentlichen in den Figuren der Zeichnung grafisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Laser-Retromodulator- Fernüberwachungssystem mit IFF;
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt einer Flüssigkristallzelle;
Fig. 3 ein Transmissions-Spannungsdiagramm einer Flüssigkristallzelle;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels mit einer Vorrichtung zum Schutz vor Entdeckung und einer Einrichtung zur Erhöhung der Arbeitstemperatur;
Fig. 5 einen Querschnitt eines Flüssigkristallelementes zur Übertragung von Fernsehbildern;
Fig. 6 ein Diagramm bezüglich des Funktionsverlaufs der frequenzabhängigen dielektrischen Anisotropie einer Zweifrequenzmischung in der Flüssigkristallzelle;
Fig. 7 ein Blockschaltbild der Sensorschaltung für eine Einrichtung mit Zweifrequenzmischungsmodulator;
Fig. 8 ein Blockschaltbild einer Schaltung zur Verbesserung des Klirrfaktors des LC-Modulators;
Fig. 9 eine schematische Darstellung von Draufsicht und Querschnitt einer Flüssigkristallzelle mit zwei logarithmisch empfindlichen Fotodetektoren zur Verbesserung des Klirrfaktors des LC-Modulators.
Ortungs- und Lenksysteme, die mit Lasern arbeiten, erlauben eine außerordentlich wirkungsvolle Methode der Freund- Feind-Erkennung (IFF). Bei den bisher üblichen Radar-Verfahren wird das zum potentiellen Ziel ausgesandte Signal in geeigneter Weise codiert. Freund-Ziele sind nun mit einem speziellen Radar-Empfänger ausgestattet, der dieses Signal erkennt und ein vorgeschriebenes Identifizierungssignal wieder über Funk ausstrahlt, wobei dies meistens ungerichtet geschieht und somit auch von feindlichen Überwachungsempfängern geortet werden kann.
Für sogenannte Laser-Ortungsverfahren werden die Freund- Ziele mit optischen IFF-Empfängern und Retroreflektoren versehen. Fällt hier ein Ortungs- bzw. Leitstrahl auf das vermeintliche Ziel, so wird dies automatisch auch als gleichzeitige IFF-Anfrage interpretiert. Der IFF-Empfänger decodiert das im Laserstrahl des Senders enthaltende Codezeichen und steuert - gegebenenfalls über einen Antwortcodegenerator -einen Modulator. Dieser befindet sich vor einem Retroreflektor und ist nur synchron mit dem Antwortcodemuster durchlässig. Infolgedessen empfängt die das vermeintliche Ziel anmessende Bodenstation automatisch das IFF-Codezeichen, während auf ein eventuelles feindliches Lasersystem der Retroreflektor nicht ansprechen kann.
Das rückgesteuerte Lasersignal ist immer zweifelsfrei identifizierbar, da es wegen der Retroreflexion um mehrere Größenordnungen stärker ist als ein von einem diffus reflektierenden Ziel zurückgestreutes Signal. Dabei kann es wegen der außerordentlich geringen Divergenz des retroreflektierten Strahls (<0,1 mrad) nur von der Bodenstation selbst empfangen werden, was natürlich die Geheimhaltung des IFF-Codes wesentlich erleichtert.
Die Fig. 1 zeigt nun in einem Blockschaltbild den Aufbau eines Ausführungsbeispiels eines vorgeschlagenen Datenfernüberwachungssystems mit gleichzeitiger Freund- Feind-Erkennung. Die Laser-Sendeeinrichtung 20 (der Abfragestation) erzeugt gemäß Fig. 1 mittels IFF-Code-Generator 21, Verstärker 22 und durch Peltier-Temperaturregelung wellenlängenstabilisiertem Halbleiterlaser 23 einen mit dem IFF-Code modulierten Laser-Sendestrahl 11. Dieser wird durch eine Akquisitions- und Tracking- Einrichtung 24 durch eine Zoom-Sendeoptik 25 bezüglich Divergenz und Senderichtung nach Maßgabe des Steuergeräts 12 geformt und durch die freie Atmosphäre 13 auf die Reflektoreinrichtung 40 (der Antwortstation) gerichtet. Der zur Laser-Empfangseinrichtung 30 zurückreflektierte Laser-Empfangsstrahl 41 wird vom Laserempfänger 31 mit Interferenzfilter 32, Empfangsoptik 33, Fotodetektor 34 und Verstärker 35 aufgefangen und aufbereitet. Die zu übertragende Information wird in der Retromodulatoreinrichtung 60 durch den Wandler 61, der z. B. ein Mikrofon oder eine TV-Kamera sein kann, aufgenommen und treibt über den Verstärker 65den LC-Modulator 62 an, der sich zwischen dem Retroreflektor 64 und dem Interferenzfilter 63 befindet. Als Retroreflektor 64 dient eine retroreflektierende Folie oder ein Tripelspiegel. Der retroreflektierte und modulierte Laser- Empfangsstrahl 41 wird vom Laserempfänger 31 mit Interferenzfilter 32, Empfangsoptik 33, Fotodetektor 34 und Verstärker 35 registriert, vom IFF-Codefilter 36 gefiltert und dem Steuergerät 12 sowie einem Demodulator 37 mit Wandler 38 zugeführt, der die übertragene Information wieder darstellt.
Um eine Beeinträchtigung der Übertragung durch atmosphärische Turbulenz im Frequenzbereich 0 bis ~ 1 kHz zu vermeiden, sind Frequenzshifter 66 und 39 vorgesehen, die das zu übertragende Frequenzband um etwa 1 kHz nach oben und nach dem Empfang wieder zurück verschieben.
Soll eine Datenübertragung stattfinden, veranlaßt das Steuergerät 12 eine Suchphase, in welcher die Zoom-Optik 25 einen relativ divergenten Laser-Sendestrahl 11 erzeugt, der durch die Strahlsteuerung 26 einen vorher bestimmten Raumwinkelbereich abtastet, in welchem sich die Reflektoreinrichtung 40 befindet. Nach der ersten Detektion des Laser-Empfangsstrahls 41 leitet das Steuergerät 12 die Ziel-Trackingphase ein, indem es die Zoom-Sendeoptik 25 auf die geringstmögliche Divergenz des Laser-Sendestrahles 11 einstellt und die Strahlsteuerung 26 z. B. durch Abtasten eines kleinen Raumwinkelbereiches um die Reflektoreinrichtung herum laufend so nachregelt, daß die Intensität des Laser-Empfangsstrahls 41 immer maximiert wird.
Durch diese Maßnahmen wird nicht nur erreicht, daß das Auffinden und Tracken auch einer bewegten Reflektoreinrichtung automatisch erfolgt, sondern auch das Orten des Laser-Sendestrahls 11 während der Übertragung durch einen feindlichen Laserempfänger ist sehr erschwert, da die Divergenz des Laser-Sendestrahls 11 bei nicht zu großen Entfernungen zwischen Lasereinrichtung 10 und Reflektoreinrichtung 40 so klein gemacht werden kann, daß der Laser-Sendestrahl 11 während der Trackingphase nahezu vollständig oder zumindest zu einem großen Teil von der Reflektoreinrichtung abgedeckt wird. Um diesen Effekt zu optimieren, wird die wirksame Apertur der Retromodulatoreinrichtung 60 im Zentrum der scheibenförmigen Reflektoreinrichtung 40 angeordnet. Die laufende Nachregelung des Laser-Sendestrahls 11 erlaubt dann trotz der sehr kleinen Strahldivergenz die Datenfernübertragung z. B. von einer in einem Raum befindlichen, an einem bewegten Körper befestigten Reflektoreinrichtung 40 zu einer Lasereinrichtung 10 in einem parkenden, mit sich bewegenden Personen besetzten Pkw. Das Orten des Laser-Sendestrahls 11 ist durch die geringe Strahldivergenz auf einen sehr engen Raumwinkel begrenzt. Auch das Orten der durch die Atmosphäre 13 immer erzeugten Streustrahlung ist sehr erschwert, da aufgrund der hohen Strahlbündelung die Gesamtintensität des Laserstrahls entsprechend klein gehalten werden kann.
Zum Schutz gegen Entdeckung und Abfrage durch ein feindliches Lasersystem besitzt die Reflektoreinrichtung 40 eine IFF-Wachschaltung 50 mit zwei Laserempfängern 51, 51 a mit Interferenzfiltern 52, 52 a, Empfangsoptiken 53, 53 a, Fotodetektoren 54, 54 a und Verstärkern 55, 55 a. Das schmalbandige Interferenzfilter 52 läßt die vom wellenlängenstabilisierten Halbleiterlaser herrührende Strahlung durch, während das breitbandige Interferenzfilter 52 a diese Strahlung nicht, jedoch alle Strahlungen anderer Wellenlänge durchläßt. Dasselbe läßt sich erreichen, wenn man einer gemeinsamen Empfangsoptik 53 ein gleichzeitig als Strahlteiler wirkendes schmalbandiges Interferenzfilter 52 nachschaltet, welches das Laserlicht auf den Fotodetektor 54 durchläßt, alles übrige Licht auf den Fotodetektor 54 a ausspiegelt.
Dem Laserempfänger 51 ist ein IFF-Codefilter 56 nachgeschaltet. Das nachgeschaltete Steuergerät 42 erkennt somit, ob die empfangene Laserstrahlung die richtige Wellenlänge und den richtigen IFF-Code besitzt, oder ob die Reflektoreinrichtung 40 durch einen feindlichen Ortungs-Laserstrahl getroffen wird. In letzterem Fall wird die Retromodulatoreinrichtung für eine gewisse Zeit desaktiviert. Da in diesem Zustand die Transmission des LC-Modulators 62 minimal ist, ist eine nachfolgende, auch kurzzeitige Ortung nicht möglich bzw. sehr erschwert.
Um ein eventuelles Anpeilen des Laser-Sendestrahls 11 in diesem Fall zu erschweren, stellt das Steuergerät 12 den resultierenden, länger andauernden Signalausfall fest, interpretiert diesen Ausfall als eine durch die IFF-Wachschaltung 50 gesteuerte Desaktivierung des LC-Modulators 62 und unterbricht für eine entsprechende Zeit den Laser- Sendestrahl 11.
Der IFF-Codegenerator 21 erzeugt ein periodisch moduliertes IFF-Codesignal, dessen obere Grenzfrequenz groß gegen die der Modulationsperiode entsprechende Grundfrequenz ist, welche ihrerseits gleich der oberen Grenzfrequenz des LC-Modulators 62 ist. Dadurch wird erreicht, daß das untere Frequenzband von 0 bzw. bei Frequenzverschiebung mittels des Frequenzshifters 66 von 1 kHz bis zur Grenzfrequenz des LC-Modulators 62 zur Informationsübertragung benutzt werden kann, ohne daß diese durch das obere, den IFF-Code tragende Frequenzband gestört wird; der Fall, daß während einer der Grenzfrequenz des LC-Modulators 62 entsprechenden Periodendauer keine Laserintensität auf die Reflektroreinrichtung 40 fällt und damit keine Laserintensität retroreflektiert werden kann, ist somit ausgeschlossen.
Das Steuergerät 42 erkennt nun innerhalb einer oder weniger Modulationsperioden das IFF-Codesignal. Es führt diese Prüfung laufend durch und aktiviert oder desaktiviert eine gewisse Zeit entsprechend die Retromodulatoreinrichtung 60 bzw. den LC-Modulator 62 und die übrigen Bausteine mit hohem Leistungsbedarf. Dadurch wird nicht nur eine erhebliche Verminderung der benötigten Stromversorgungsleistung während der unbenutzten Zeit und damit Batteriebetrieb erreicht, sondern auch die Abfrage von Daten und IFF-Code von der Reflektoreinrichtung 40 durch ein feindliches Lasersystem während einer regulären Datenübertragung wird verhindert. Die Abfrage des IFF-Codes ist insbesondere deshalb ausgeschlossen, weil das IFF-Codesignal wegen seiner hohen Bandbreite vom LC-Modulator 62 gar nicht übertragen werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, daß der IFF-Codegenerator 21 ein quarzstabilisierter Oszillator und die IFF-Codefilter 35 und 56 der Frequenz des Oszillators entsprechende Bandfilter sind, deren Bandbreite der Grenzfrequenz des LC-Modulators 62 entsprechen. Durch das IFF-Codefilter 56 wird das Signal-Rausch-Verhältnis bei der Datenrückgewinnung in der Laser-Empfangseinrichtung 30 maximiert.
Als IFF-Codesignal kann auch eine Pulse-Code-Modulation (PCM) z. B. in Form einer Pseudo-Rauschverteilung verwendet werden.
Zur Optimierung dieses Systems wird nun der LC-Modulator 62 durch Flüssigkristallzellen gebildet. Eine solche Flüssigkristallzelle setzt sich nach einem Ausführungsbeispiel - wie es in der Fig. 2 schematisch dargestellt ist - aus zwei oder mehreren hintereinander angeordneten und durch Abstandshalter 23 b voneinander getrennten Glasplatten 23 a zusammen. Diese Glasplatten 23 a sind mit leitfähigen und transparenten Elektroden beschichtet. In dem oder den Zwischenräumen wird nun eine Flüssigkristallschicht 23 c eingebracht, die aus einem nematischen Flüssigkristall mit möglichst hoher Anisotropie im Brechungsindex und einer cholestrinischen Flüssigkeit, deren Konzentration "c" durch die Gleichung
c ≈ konst. n/λ
festgelegt wird, besteht. Hierbei bedeutet:
n = mittlerer Brechungsindex des Flüssigkristalls,
λ = Wellenlänge, bei der maximale Streuung bzw. Absorption sein soll,
konst. = charakteristische Konstanz des cholestrinischen Dotierungsstoffes.
Die cholestrinische Dotierung des nematischen Flüssigkristalls bewirkt eine kurze Ausschaltzeit. Die Einschaltzeit wird durch die angelegte Spannungshöhe und durch die Dicke der Flüssigkristallschicht beeinflußt. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist eine Dicke von 6 µm vorgesehen worden. Dadurch können die Spannungspegel im Bereich der CMOS-Spannungen gehalten werden. Eine derart aufgebaute Flüssigkristallzelle 23 arbeitet im Streumode und ohne Polarisatoren. Die Streuung ist bei gegebener Wellenlänge maximal, wenn die oben angegebene Gleichung erfüllt ist. Der nutzbare Wellenlängenbereich wird durch die optische Anisotropie der Flüssigkristallsubstanz begrenzt. Außerhalb dieses Wellenlängenbereichs ist die Modulation sehr schwach bzw. nicht mehr detektierbar. Eine Ortbarkeit der Retromodulatoreinrichtung 60 ist dadurch und durch die in Anspruch 23 beschriebene Maßnahme, welche eine elektromagnetische Abstrahlung verhindert, für einen Außenstehenden praktisch unmöglich.
Bei Abwesenheit einer Ansteuerspannung bzw. bei kleinen Ansteuerspannungen unterhalb einer Schwellspannung wird das einfallende Licht stark gestreut, so daß ein dahinter angeordneter Retroreflektor 64 nicht wirkt. Wird eine Spannung an die LC-Zelle angelegt, die die Schwellspannung U&sub1;&sub0; (Fig. 3) knapp überschreitet, so wird die Zelle nahezu transparent. Zwischen den beiden Zuständen U&sub1;&sub0; und U&sub9;&sub0; existiert ein nahezu linearer Bereich, der zur Modulation von Analogspannungen ausgenutzt wird.
Im allgemeinen zeigen cholestrinisch dotierte Flüssigkristall-Substanzen ein Hystereseverhalten, das sich auf die Modulation störend auswirkt. Das Durchfahren des gestrichelt eingezeichneten Astes in Fig. 3 wird jedoch dadurch vermieden, daß nur etwa 90% des linearen Kennlinienstücks ausgenutzt wird. Eine Ansteuerspannung größer als U&sub9;&sub0; wird bei der in Fig. 4 angegebenen Schaltung durch einen AGC 360 (automatic gain control) vermieden. Der Arbeitspunkt U&sub5;&sub0; des LC-Modulators 62 wird hierbei mit Hilfe des Rechteckoszillators 340 (Fig. 4) eingestellt.
Sollte eine Flüssigkristallzelle 230 nicht ausreichen, um eine hohe Modulationstiefe zu erreichen, so werden mehrere solcher Zellen 230 hintereinander angeordnet.
Das in Fig. 4 gezeigte Schaltschema zeigt eine Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit einer Einrichtung 380 zum Schutz vor Entdeckung durch Suchgeräte, die aus den Detektoren 380 a, 380 b, dem Komparator 380 c, dem Frequenzdetektor 380 d und dem Analog-Gate 380 e besteht, die die einstellbare und hochfrequente Pulsfrequenz des sendenden Lasers erkennt und die Modulationsschaltung aktiviert. Weiterhin ist eine Einrichtung zur Erhöhung des Arbeitstemperaturbereichs des LC-Modulators 62 in Form eines Temperatursensors 310 vorgesehen, die auf die Spannungsversorgung bzw. den Spannungsregler 320 des Rechteckoszillators 62 e wirkt und somit den Arbeitspunkt U&sub5;&sub0; des LC-Modulators 62 proportional mit der jeweiligen Temperatur verschiebt.
Fig. 8 zeigt eine Rückkoppelschaltung des LC-Modulators 62 zur Verbesserung des Klirrfaktors. Zwei Fotodetektoren 510, 511 mit logarithmisch linearer Empfindlichkeit/Spannungscharakteristik sind unmittelbar neben dem Retroreflektor 64 am LC-Modulator 62 angebracht. Der Fotodetektor 10 sitzt vor einem LC-modulierten Bereich (hier z. B. Einfülloch 230 f), während der Fotodetektor 511 außerhalb eines mit Flüssigkristallmischung gefüllten Bereiches sitzt. Die vom Fotodetektor 510 empfangene modulierte Strahlung, die vom Laser-Sendestrahl 11, aber auch vom Umgebungslicht stammen kann, wird über ein RC-Glied 525 geglättet, so daß eine der mittleren Transmission des LC-Modulators 62 im Idealfall entsprechende Spannung zur Verfügung steht. Die beiden gegeneinander geschalteten Fotodetektoren 510, 511 ergeben am Eingang des Differenzverstärkers 520 eine Spannung, die dem Quotienten des eingestrahlten Lichtes entspricht. Mit dem Regler 530 wird dieser Wert auf den Arbeitspunkt U&sub5;&sub0; eingestellt. Jede Temperaturverschiebung des Arbeitspunktes wird automatisch über das Stellglied 540, das auf den Rechteckoszillator 62 e wirkt, nachgeregelt. Mit dem Differenzverstärker 521 wird das modulierte Helligkeitssignal mit dem Ansteuersignal des LC-Modulators 62 (Fig. 4) verglichen. Jede Abweichung vom Sollwert wird über ein Stellglied 541 des AGC 360 (Fig. 4) ausgeregelt. Mit diesem Verfahren lassen sich eventuell auftretende Nichtlinearitäten der Kennlinie des LC-Modulators 62 kompensieren und damit sein Klirrfaktor beträchtlich erniedrigen.
Das Nutzsignal des Mikrofons 61 an dessen Ausgang wird mit Hilfe des Regelverstärkers 360 so weit verstärkt, daß die maximale Ausgangsamplitude den Betrag U&sub9;&sub0;-U&sub1;&sub0; (Fig. 3) nicht übersteigt. Dieses Signal wird dann auf den Frequenzshifter 370 gegeben, der die Übertragungsfrequenz von 0-6 kHz nach 1-7 kHz verschiebt, um so Störungen bei der Übertragung durch die Atmosphäre, die im Frequenzbereich unterhalb 1 kHz besonders ausgeprägt sind, zu vermindern. Das Bias-Rechtecksignal aus dem Oszillator 62 e und das frequenzverschobene Nutzsignal aus dem Frequenzshifter 370 gelangen auf die Addierstufe 62 d und von dort auf den LC-Modulator 62. Zur Erhöhung der Bandbreite wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein räumlicher Multiplex des LC-Modulators 62 vorgeschlagen, wobei dieser Modulator mit einem aus n ×n-Elementen bestehenden Arraydetektor korrespondiert. Jedes Segment der Einrichtung übeträgt dann das maximale Frequenzband, was zu einer n²-fach höheren Gesamtbandbreite führt. Allerdings ist in diesem Fall eine Drehjustierung des Empfänger-Arraydetektors erforderlich (nicht gezeichnet).
Die Übertragung von Fernsehbildern ist mit dem vorbeschriebenen System ebenfalls möglich, wenn anstelle einer nematisch-cholestrinischen Mischung eine ferro-elektrische Flüssigkristallmischung 400 c und zusätzlich eine Anordnung unter Verwendung von Polarisatoren 410 gebildet wird. Die Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau einer solchen Flüssigkristallzelle 400. Mit 400 a sind die mit leitfähigen, transparenten Elektroden beschichteten Glasplatten bezeichnet, mit 400 b die Abstandshalter.
Nun ist es auch möglich, anstelle einer Amplitudenmodulation der Steuerspannung der Flüssigkristallzelle 400 auch eine Frequenzmodulation von digitalen Ansteuerspannungen (0 und 1) durchzuführen. Hier müssen allerdings dann sogenannte Zweifrequenzmischungen verwendet werden. Hierbei wird die frequenzabhängige dielektrische Anisotropie der Mischung ausgenützt, deren charakteristischer Funktionsverlauf in der Fig. 6 dargestellt ist. Ausgenützt wird der Übergang zwischen +Δ&epsi; und -Δ&epsi;, der allerdings bei den bisher bekannten Zweifrequenzmischungen stark temperaturabhängig ist. Deshalb ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 7 eine Sensorschaltung vorgesehen, die nur einen kleinen Anteil der Modulatorfläche 62 a zur Erkennung des augenblicklichen Übergangsbereiches verwendet. Die Fläche dieses kleinen Anteils 62 b beträgt etwa 1/100 der Modulatorfläche 62 a, steht aber in keiner leitenden Verbindung mit dieser großen Fläche.
Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ebenfalls eine Intensitätsmodulation des Lichtes, jedoch mit dem Unterschied, daß anstelle der Amplitudenmodulation der Ansteuerspannung eine Frequenzmodulation derselben erfolgt. Dieses Ausführungsbeispiel erbringt einige Vorteile; so wird die Lichtmodulation über einen großen Wellenlängenbereich, der von der Bandbreite des Polarisators bestimmt wird, ermöglicht. Weiterhin können statt analoge nunmehr nur digitale Bauelemente und kompatible Mikroprozessoren verwendet werden. Im Aus-Zustand ist der Retromodulator dunkel und daher nicht erkennbar. Auch eine größere Reichweite bei gleicher Laserleistung ist durch den größeren Modulationshub zu erzielen.
Durch das hier vorgeschlagene System ist nun eine schwer ortbare und störgeschützte akustische Fernüberwachung schwer zugänglicher Stellen mit gleichzeitiger Freund- Feind-Erkennung geschaffen, das außerdem vielseitig verwendbar ist. So beispielsweise für Ortungs- und Datenübertragungssysteme im militärischen bzw. nachrichtendienstlichen Bereich, im Weltraum oder zur Steuerung und Regelung z. B. in der Vakuumtechnik, aber auch in der Reaktortechnik, da selbstverständlich jede Art der Information - nicht nur akustische oder Bildinformation - zur Steuerung des LC-Modulators 62 verwendet werden kann.

Claims

1. Datenfernüberwachungssystem mittels eines Lasersenders sowie einer Laserempfangseinrichtung zum Empfangen von Laserlichtsignalen zur Freund-Feind-Erkennung (IFF) in einer Abfragestation und einem durch Flüssigkristall modulierbaren Retroreflektor in einer Antwortstation, bei welcher der modulierbare Retroreflektor nur von einem entsprechend codierten Laserstrahl aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Sendeeinrichtung (10) mit einem wellenlängenstabilisierten Halbleiterlaser (23) versehen ist, welcher von einem IFF-Codegenerator (21) und indirekt von einem Steuergerät (12) angesteuert wird, dessen Strahlung auf die als Retroreflektor ausgebildete Reflektoreinrichtung (40) der Antwortstation gerichtet wird, wobei der zurückreflektierte Empfangsstrahl (41) in der Laser-Empfangseinrichtung (30) detektiert, gefiltert und dem Steuergerät (12) über einen Demodulator (37) zugeführt wird und ein Wandler (38) für die Datenübertragung vorhanden ist und daß die Reflektoreinrichtung (40) mit einer IFF- Wachschaltung (50) versehen ist, welche die Retromodulatoreinrichtung (60) mit Flüssigkristallmodulator (LC-Modulator) (62) desaktiviert, wenn sie von einer feindlichen Laserabfragestrahlung getroffen wird, und aktiviert, solange sie gleichzeitig mit der Datenübertragung den Freundanfragecode feststellt, wobei der IFF-Codegenerator (21) ein periodisch moduliertes IFF-Codesignal erzeugt, dessen Grenzfrequenz (z. B. 100 kHz) groß gegen dessen Grundfrequenz (z. B. 5 kHz) und dessen Grundfrequenz gleich der Grenzfrequenz des Flüssigkristallmodulators (62) gewählt wird.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkristall(LC)-Modulator (62) aus zwei oder mehreren hintereinander angeordneten und durch Abstandshalter (230 b) voneinander getrennten Glasplatten (230 a) gebildet wird, wobei in den entstandenen Zwischenräumen eine Flüssigkristallmischung (230 c) aus einem nematischen Flüssigkristallgemisch mit hoher optischer Anisotropie und einer cholestrinischen Flüssigkeit von der Konzentration c≈konst · n/λ eingebracht ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der LC-Modulator (62) aus zwei oder mehreren hintereinander angeordneten und durch Abstandshalter (230 b, 400 b) voneinander getrennten Glasplatten (230 a, 400 a) gebildet wird, wobei in den entstandenen Zwischenräumen eine ferroelektrische Flüssigkristallmischung (400 c) eingebracht und zusätzlich vor und nach der Flüssigkristallzelle (400) ein Polarisator (410) angeordnet ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (40) einen Wandler (61) für die Datenübertragung sowie ein Interferenzfilter (63) vor einem Retroreflektor (64) aufweist und die Laser-Empfangseinrichtung (30) in der Abfragestation einen Laserempfänger (31) mit Interferenzfilter (32), Empfangsoptik (33), Fotodetektor (34) und Verstärker (35) sowie ein IFF-Codefilter (36) enthält.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während einer Ziel- Akquisitionsphase das Steuergerät (12) mittels der Zoom-Sendeoptik (25) einer Ziel-Akquisitions- und Tracking-Einrichtung (24) eine große Divergenz des Laser-Sendestrahls (11) einstellt und eine Strahlsteuerung (26) zu einem Suchmodus veranlaßt, bei welchem der Laser-Sendestrahl (11) einen vorgegebenen Raumwinkelbereich abtastet.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach der ersten Detektion des Laser-Empfangsstrahls (41) das Steuergerät (12) eine Ziel-Trackingphase einleitet, indem es die Zoom-Sendeoptik (25) auf die geringstmögliche Divergenz des Laser-Sendestrahles (11) einstellt und die Strahlsteuerung (26) so einregelt, daß die Intensität des Laser-Empfangsstrahls (41) maximiert wird.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die IFF-Wachschaltung (50) einen Laserempfänger (51) mit schmalbandigem, der Wellenlänge des Halbleiterlasers (23) entsprechendem Interferenzfilter (52), Empfangsoptik (53), Fotodetektor (54) und Verstärker (55) sowie ein IFF-Codefilter (56) aufweist, dessen Ausgang von einem Steuergerät (42) überwacht wird, das bei Vorliegen eines Empfangssignals die Retromodulatoreinrichtung (60) mit Wandler (61), Verstärker (65) und LC-Modulator (62) aktiviert.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die IFF-Wachschaltung (50) einen zusätzlichen Laserempfänger (51 a) mit breitbandigem, jedoch für die Wellenlänge des Halbleiterlasers (23) nicht durchlässigem Interferenzfilter (52 a), Empfangsoptik (53 a) und Verstärker (54 a) aufweist, dessen Ausgang vom Steuergerät (42) überwacht wird, das bei Vorliegen eines Empfangssignals den LC-Modulator (62) und den Wandler (61) für eine gewisse Zeit desaktiviert.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12) während der Ziel-Trackingphase bei einem eine gewisse Zeit andauernden Ausfall des Laser-Empfangsstrahls (41) das Aussenden des Laser-Sendestrahls (11) für eine gewisse, der Desaktivierungszeit des LC-Modulators (62) entsprechende Zeit unterbricht.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der LC-Modulator (62) im Aus-Zustand nur eine minimale Transmission aufweist.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die IFF-Wachschaltung (50) innerhalb einer oder weniger Perioden der Grundfrequenz des IFF-Codesignals dieses erkennt, diese Prüfung laufend durchführt und dem Prüfergebnis entsprechend den LC-Modulator (62) aktiviert oder desaktiviert.

12. System nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wandler (61) ein Frequenzshifter (66) nachgeschaltet ist, welcher das zu übertragende Frequenzband um etwa 1 kHz zu höheren Frequenzen verschiebt, und daß dem Wandler (38) ein entsprechender Frequenzshifter (39) vorgeschaltet ist, welcher das übertragene Frequenzband um denselben Betrag wieder zurückverschiebt.

13. System nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der IFF-Codegenerator (21) ein quarzstabilisierter Oszillator und das IFF-Codefilter (36) ein der Frequenz des Oszillators entsprechendes Bandfilter ist.

14. System nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (61) ein Mikrofon und der Wandler (38) ein Lautsprecher ist.

15. System nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (61) eine Fernsehkamera und der Wandler (38) ein Fernsehmonitor ist.

16. System nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlsteuerung (26) zwei motorisch angetriebene Drehkeilkompensatoren (260) aufweist.

17. System nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Retroreflektor (64) eine Retroreflektorfolie verwendet wird.

18. System nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Apertur der Retromodulatoreinrichtung (60) im Zentrum einer scheibenförmigen Reflektoreinrichtung (40) angeordnet ist.

19. System nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserempfänger (51, 51 a) eine gemeinsame Empfangsoptik (53) und ein als Strahlteiler angeordnetes schmalbandiges, der Wellenlänge des Halbleiterlasers (23) entsprechendes Interferenzfilter (52) aufweisen.

20. System nach einem der Ansprüche 2 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Flüssigkristallmischungen, die ein Zweifrequenzverhalten zeigen, die Ansteuerspannung sowohl in der Amplitude als auch in der Frequenz moduliert werden kann.

21. System nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallmischung aus einem nematischen Flüssigkristall, einer cholestrinischen Dotierungssubstanz und einem dichroitischen Farbstoff besteht, die nach dem guest-host-Effekt arbeiten.

22. System nach einem der Ansprüche 2 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Glasseite (410) des LC-Modulators (62) mit einer transparenten, leitfähigen Elektrode (230 e) versehen ist, die in leitendem Kontakt zu einer metallischen Abschirmung oder zumMetallgehäuse steht.

23. System nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwei logarithmisch empfindliche Fotodetektoren (510, 511) derart an der dem Retroreflektor (64) zugewandten Seite des LC-Modulators (62) angeordnet sind, daß der eine innerhalb, der andere außerhalb eines mit Flüssigkristall gefüllten Bereiches ist, und daß das Ausgangssignal der gegeneinander geschalteten Fotodetektoren (520, 511) einem Differenzverstärker (520) mit Regler (530) zugeführt wird.