DE3885291T2

DE3885291T2 - Verfahren zur messung des einfallswinkels von strahlung und detektor zur ausführung des verfahrens.

Info

Publication number: DE3885291T2
Application number: DE88910419T
Authority: DE
Inventors: Kurt Nissborg
Original assignee: Forsvarets Forskningsanstalt (FOA)
Current assignee: Forsvarets Forskningsanstalt (FOA)
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1994-02-24
Anticipated expiration: 2008-11-26
Also published as: EP0375744A1; AU2717888A; DE3885291D1; EP0375744B1; SE8704740L; US5023441A; WO1989004973A1; JPH02502855A; SE8704740D0; SE466718B

Description

Die vorliegende Ertindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung des Einfallswinkels kurzer Lichtimpulse mit Wellenlängen von Ultraviolett bis Infrarot, das infolge des Durchtretens einer turbulenten Atmosphäre gefleckt ist, im Verhältnis zu einer Bezugsrichtung, und einen Detektor zur Auführung des Verfahrens. Der Hintergrund für die Erfindung ist, daß bei bestimmter elektromagnetischer Strahlung, z.B. Laserlicht mit unterschiedlichen Wellenlängen van Ultraviolett bis Infrarot, eine Unregelmäßigkeit, Geflecktheit auftritt, die unter anderem durch Turbilenz in der Atmosphäre verursacht wird. Die Geflecktbeit schwankt mit einer Frequenz von bis zu 100 Hz. Experimente die durchgeführt worden sind, haben ergeben, daß dieses Phänomen das eine grobe Schwankung bei dem Strahlungseinfall der Strahlung, die auf einen Detektor fällt, bedeutet, während der Erfassung eines einzelnen oder weniger kurzer Strahlungsimpulse Probleme aufwirft. Auf der einen Seite kann die Wahrscheinlichkeit der Erfassung beträchtlich abnehmen und auf der anderen Seite können sich Schwierigkeiten bei der zuverlässigen Erfassung des Winkels zur Strahlungsquelle mit hoher Auflösung ergeben.
Das letztere Problem wird durch die Erfindung gelöst, indem ihr die Konstruktion verliehen wird, die aus den folgenden Ansprüchen hervorgeht.
Im folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung, die einen erfindungsgemäßen Detektor zeigt, der empfindlich ist für den Einfallswinkel, detaillierter beschrieben.
Die Grundlage für die Idee der Erfindung liegt darin, dar man zwei Detektorelemente 1, 2 mit ihren Detektorebenen in einem bestimmten Winkel zueinander und so nahe zueinander anbringt, daß die Korrelation zwischen dem Strahlungseinfall der Strahlung auf sie hoch ist. Kurz gesagt, beide Detektorelemente messen auf denselben Fleck in der gefleckten Strahlung.
Die Korrelation zwischen der durch die Detektorelemente 1,2 erfaßten Bestrahlung hängt vom Befestigungsabstand zwischen den beiden Detektorelementen ab. Die Wellenlänge, der Beleuchtungsabstand und der atmosphärische Zustand spielen hier ebenfalls eine Rolle. Zum Beispiel sind die Bestrahlungen vollständig unkorreliert, wenn die Detektorelemente 1,2 in einem Abstand von mehr als 5 cm befestigt sind, wenn die Wellenlänge 1 um und der Beleuchtungsabstand 2000 m beträgt. (Dies errechnet sich aus λ L, λ = die Wellenlänge und L = der Beleuchtungsabstand). Wenn der Abstand ungefähr 4 mm beträgt, ist die Korrelation zwischen den Signalen aus den Detektorelementen ungefähr 0,9, was einen Mindestwert darstellt, wenn man brauchbare Ergebnisse durch die Erfindung erhalten will. Das Beispiel gilt für eine mäßig turbulente Atmosphäre.
Wenn man versucht, einen geringen durchschnittlichen Abstand zwischen den beiden Detektorelementen 1,2 zu erzielen, kann es günstig sein, rechteckige oder auf irgendeine andere Weise längliche Detektorelemente zu verwenden, die mit den Längsseiten gegeneinander befestigt werden. Im Bezug auf die Korrelation ist es besser, je näher die Elemente angebracht sind. Experimente sind bei 1 um durchgeführt worden, wobei die Detektorelemente die Abmessungen 0,6 x 2,5 mm hatten, die aus Gründen des Herstellungsverfahrens mit den Längs seiten ungefähr 1,4 mm voneinander beabstandet befestigt wurden.
Die Detektorelemente 1, 2 können von völlig herkömmlicher Art sein, die je nach der Wellenlänge und Impulslänge der zu erfassenden Strahlung ausgewählt werden. Das durch die Strahlung verursachte Signal aus jedem Detektorelement hängt vom Einfallswinkel der Strahlung ab. Jeder Detektor hat einen Empfindlichkeitsstrahl, innerhalb dessen die Empfindlichkeit für einfallende Strahlung auf eine für jede Detektorart spezielle Weise schwankt. Wenn die Förm des Empfindlichkeitsstrahls für die verwendeten Detektorelemente bekannt ist, kann die Richtung der einfallenden Strahlung auf eine gewünschte Bezugsrichtung durch einen Winkel a mit Hilfe einer geeigneten Signalverarbeitung bezogen werden. Wenn man z.B. einen herkömmlichen Detektor der Art verwendet, der einen Empfindlichkeitsstrahl aufweist, der im wesentlichen eine kosinusförmige Abhängigkeit vom Einfallswinkel hat, so hängt das Signal S&sub1;, S&sub2; aus jedem Detektorelement, das aus der Strahlung entsteht, vom Einfallswinkel für die Strahlung nach dem Kosinussatz ab.
Der Kosinussatz besagt: S&sub1; = E cos α
S&sub2; = E cos (β - α)
wobei S&sub1; = Das Signal aus Detektorelement 1,
S&sub2; = Das Signal aus Detektorelement 2,
E = die Leistungsdichte (W/m²) der einfallenden Strahlung,
α = der gesuchte Winkel = der Winkel mit der Normale der Detektorebene 1,
β = der bekannte Winkel zwischen den Detektorebenen.
Wenn man dies in Bezug auf α auflöst, so erhält man
Somit ist es einfach, den Einfallswinkel für die Strahlung in Bezug auf eine vorgegebene Bezugsrichtung zu berechnen.

Claims

1. Verfahren zum Messen des Einfallswinkels (α) kurzer Lichtimpulse mit Wellenlängen von Ultraviolett bis Infrarot, das infolge des Durchtretens einer turbulenten Atmosphäre gefleckt ist, im Verhältnis zu einer Bezugsrichtung, mit den Verfahrensschritten, zwei Detektorelemente (1, 2) so nahe beieinander zu lagern, dar beide Detektorelemente im wesentlichen die gleiche Bestrahlung empfangen, und in einer solchen Richtung, daß die Normalen des jeweiligen Detektorelements einen bekannten Winkel (β) zueinander bilden, den Einfallswinkel (α) unter Verwendung von Signalen (S&sub1;, S&sub2;) aus den Detektorelementen (1, 2) zu berechnen, die von der Form der Empfindlichkeitsstrahlen der Detektorelemente (1, 2) abhängen, und von dem bekannten Winkel (β) zwischen den Detektorelementen zu berechnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente (1, 2) so nahe zueinander gelagert sind, daß die Korrelation zwischen ihren jeweiligen gemessenen Bestrahlungsstärken größer als 0,9 ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dar die Detektorelemente rechteckig gewählt werden und mit ihren Längsseiten gegeneinander gelagert werden, um einen kurzen durchschnittlichen Abstand zwischen ihnen zu ergeben

4. Detektor für das Messen des Einfallswinkels (α) kurzer Lichtimpulse mit Wellenlängen von Ultraviolett bis Infrarot, die infolge des Durchtretens einer turbulenten Atmosphäre gefleckt sind, in Verhältnis zu einer Bezugsrichtung, welcher Detektor aus zwei Detektorelementen (1, 2) besteht, die so nahe zueinander gelagert sind, dar beide Detektorelemente im wesentlichen die gleiche Bestrahlung erfahren, und in einer solchen Richtung befestigt sind, daß die Normalen des jeweiligen Detektorelements einen bekannten Winkel (β) zueinander bilden, so daß der Einfallswinkel (α) unter Verwendung von Signalen (S&sub1;, S&sub2;) aus den Detektorelementen (1, 2) berechenbar ist, die von der Form der Empfindlichkeitsstrahlen der Detektorelemente (1, 2) abhängen, und von dem bekannten Winkel (β) zwischen den Elementen berechnet werden kann.

5. Detektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dar die Detektorelemente (1, 2) so nahe benachbart zueinander gelagert sind, daß die Korrelation zwischen-ihren je gemessenen Bestrahlungsstärken größer als 0,9 ist.

6. Detektor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente (1, 2) rechteckig sind und mit ihren Längsseiten gegeneinander befestigt sind, um einen geringen durchschnittlichen Abstand zwischen ihnen zu ergeben.