DE60119572T2 - Sensorabtastsystem mit mehreren rotierenden teleskop-baugruppen - Google Patents

Sensorabtastsystem mit mehreren rotierenden teleskop-baugruppen Download PDF

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DE60119572T2
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    • H04N5/00Details of television systems
    • H04N5/30Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33Transforming infrared radiation

Description

  • Diese Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung unter dem Vertrag Nr. FO4701-97-C-0028 getätigt, der durch die Luftwaffe der Vereinigten Staaten gewährt wurde. Die Regierung hat bestimmte Rechte an dieser Erfindung.
  • Diese Erfindung betrifft ein Abtastsensorsystem und einen Ansatz, die bei einer Fernerfassung verwendbar sind.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Ein Abtastsensorsystem erfasst Lichtenergie im ultravioletten, sichtbaren, und/oder infraroten Bereich und leitet die Energie zu einem Sensor. Der Sensor wandelt die Lichtenergie für eine nachfolgende Auswertung in elektrische Signale um. Bei einem ersten Ausgestaltungsansatz verbleibt der Sensor in seiner räumlichen Orientierung relativ fixiert. Die Lichtenergie wird durch einen bewegbaren Abtastmechanismus, wie zum Beispiel ein drehbares Teleskop, zu dem Sensor geleitet, der in eine interessierende Richtung gerichtet ist. Lichtenergie, die aus dieser Richtung empfangen wird, wird durch den optischen Strahlengang des Teleskops, das zumindest einige bewegbare Elemente aufweist, zu dem Sensor umgeleitet. Der optische Strahlengang kann ebenfalls ausgestaltet sein, das Bild zu vergrößern oder in anderer Weise zu verändern.
  • Bei einem Einsatz wird ein Abtastsensorsystem an Bord einer Plattform (wie zum Beispiel eines Raumflugkörpers) angebracht, die über der Erde oder anderen Himmelskörpern wandert. Das Abtastsensorsystem wandert entlang einer Bahn oberhalb der Oberfläche des Körpers. Das Teleskop tastet seitlich (d.h. Querbahn, „cross track") ab, so dass das Sensorsystem eine Szene entlang eines Streifens der Oberfläche abtasten kann, die auf der Bahn der Plattform zentriert ist.
  • Einige Ausgestaltungen sind für den Abtastteil eines solchen Abtastsensorsystems entwickelt worden. Ein doppelseitiges Schaufelradabtastsystem weist einen doppelseitigen, flachen Spiegel auf, der um eine Achse senkrecht zu dem einfallenden Licht gedreht wird. Dieses Schaufelradsystem hat den Nachteil, dass die Ausleuchtzone des Strahls auf dem Abtastspiegel mit dem Abtastwinkel variiert, mit dem Ergebnis, dass es schwierig sein kann, ihn zu bündeln, dass es eine große Trägheit aufweist und dass es ein großes Drehmoment erfordert, das durch den Abtastmotor ausgeübt wird. Es kann ebenfalls schwierig sein, das Schaufelradsystem gegenüber Streulicht abzuschirmen, und mit dem Abtastwinkel gibt es Polarisations- und Gesamtsystemantwortänderungen. Eine andere Ausgestaltung verwendet einen einseitigen Verbindungswinkel-Kopfspiegel, der um eine Achse gedreht wird, die senkrecht oder nicht senkrecht zu dem einfallenden Strahl sein kann. Diese Konfiguration erzeugt eine Bilddrehung bezüglich eines Abtastwinkels, was zu Bildregistrierungsproblemen führen kann. Sie kann ebenfalls eine beträchtliche inaktive Abtastperiode aufweisen. Ein anderer Abtastansatz ist ein einseitiges, drehbares Teleskop, das die Nachteile einer langen inaktiven Abtastperiode und einer Schwierigkeit beim Befestigen und einer Halterung aufweist.
  • Das U.S. Patent 4,255,765 offenbart einen Theodoliten zur Zielverfolgung und Zielmessung, der ein einziges Teleskop aufweist. Das einzige Teleskop weist einen primären Spiegel auf, der sich um eine Achse dreht, die nicht parallel zu der Orientierung des empfangenen, einfallenden Lichts ist. Das empfangene, einfallende Licht wird zu einem Spiegel reflektiert, der sich um eine Achse dreht, die mit der Drehachse des Teleskops zusammenfällt, wobei die Drehungen unabhängig sind. Der Theodolit umfasst ebenfalls eine Strahlstreueinrichtung vor dem Spiegel, die sich mit dem Teleskop dreht und die das Licht zu einer Fernsehkamera reflektiert.
  • Es gibt ein Bedürfnis nach einem verbesserten Abtastsensorsystem, und insbesondere nach einem, das eine relativ kurze inaktive Periode aufweist und das leicht mechanisch implementiert wird. Die vorliegende Erfindung erfüllt dieses Bedürfnis und ermöglicht im Weiteren zugehörige Vorteile.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Abtastsensorsystem bereit, das aufweist: einen Lichtsensor; ein Abtastteleskop, das zumindest zwei primäre Teleskopspiegel, die um eine Primärspiegeldrehachse gehalten sind, wobei jeder der zumindest zwei primären Teleskopspiegel orientiert ist, um einfallendes Licht entlang einem Einstrahlweg zu empfangen, der nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse ist, und um das einfallende Licht entlang eines optischen Weges zu leiten, und zumindest einen zusätzlichen Teleskopspiegel aufweist, der angeordnet ist, um abwechselnd einen ersten reflektierten Lichtstrahl von einem ersten primären Teleskopsiegel der primären Teleskopspiegel und danach einen zweiten reflektierten Lichtstrahl von einem zweiten primären Teleskopspiegel der primären Teleskopspiegel zu empfangen, und um den reflektierten Lichtstrahl entlang des optischen Weges zu leiten; einen primären Spiegelantrieb, der betrieblich ist, um die zumindest zwei primären Spiegel um die Primärspiegeldrehachse mit einer momentanen Primärspiegelwinkeldrehrate zu drehen; einen Halbwinkel-Entdrehspiegel, der angeordnet ist, um den reflektierten Lichtstrahl in den optischen Weg zu reflektieren, wobei die Kombination des Abtastteleskops und des Entdrehspiegels den Lichtstrahl entlang des optischen Wegs in Richtung des Sensors leitet; und einen Entdrehspiegelantrieb, der betrieblich ist, um den Entdrehspiegel um eine Entdrehspiegelachse, die parallel zu der Primärspiegeldrehachse orientiert ist, mit einer Entdrehwinkeldrehrate zu drehen, die halb so groß wie die momentane Primärspiegelwinkeldrehrate ist.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Systems ist gut ausgeglichen und symmetrisch bezüglich der größten sich bewegenden Komponenten. Die primären Teleskopspiegel sind relativ nahe zu einer Drehachse angeordnet, wodurch sich die Trägheit der Abtastteleskopanordnung verringert. Andere Vorteile bezüglich verfügbarer Abtastteleskope umfassen verringerte Polarisationsvariationen und eine Antwort als Funktion eines Abtastens, ein Fehlen einer Bilddrehung, eine inhärente Band-zu-Band-Registrierung, eine verbesserte Streulichtunterdrückung, ein begrenztes Szenen-Ausleuchtzonenwachstum als Funktion eines Abtastwinkels, und die Möglichkeit eines verbesserten Bündelns.
  • Bei einem bevorzugten Ansatz sind exakt zwei primäre Teleskopspiegel vorgesehen, die um 180 Grad zueinander um die Primärspiegeldrehachse gehalten werden, und die zwei primären Spiegel liegen sich in diametral gegenüberliegenden Richtungen gegenüber. Der Einfallstrahlweg ist senkrecht zu der Primärspiegeldrehachse orientiert. Es können zumindest zwei zusätzliche Teleskopspiegel vorgesehen sein, von denen sich einer mit dem primären Teleskopspiegel dreht und von denen einer stationär ist. Das Abtastteleskop kann eine anastigmatische Spiegelgruppe aufweisen. Die Entdrehspiegelachse fällt vorzugsweise mit der Primärspiegeldrehachse zusammen.
  • Die zur Zeit am meisten bevorzugte Ausgestaltung weist ein Paar von identischen außeraxialen Abtastteleskopen auf, die Rücken-an-Rücken in einem doppelseitigen, drehbaren Abtastmechanismus orientiert sind. Da die doppelseitige Abtastteleskopanordnung um die Primärspiegeldrehachse gedreht wird, sammelt jedes Abtastteleskop abwechselnd Energie von verschiedenen Teilen der Szene und leitet sie auf einen einzelnen, drehbaren Halbwinkelspiegel. Der Halbwinkelspiegel wird gedreht und unabhängig von der Drehung der primären Teleskopspiegel bewegt. Während aktiver Abtastzeiten wird der Halbwinkelspiegel mit einer halb so großen Winkelrate wie die momentane Winkelrate der primären Spiegel gedreht, was es der Szenenenergie ermöglicht, ungeachtet eines Abtastwinkels, zu einem einfach befestigten Ort geleitet zu werden. Diese Konfiguration erfordert, dass die reflektierende Oberfläche des Halbwinkelspiegels parallel zu der Primärspiegeldrehachse der primä ren Teleskopspiegel liegt. Nach einer Reflexion an dem Halbwinkelspiegel wird der Strahl in den verbleibenden Teil des optischen Abbildungssystems und entlang des optischen Wegs zu dem Sensor geleitet.
  • Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden, detaillierteren Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich werden, die anhand eines Beispiels die Grundzüge der Erfindung veranschaulichen. Der Umfang der Erfindung ist jedoch nicht auf dieses bevorzugte Ausführungsbeispiel begrenzt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt eine Enddraufansicht auf ein Abtastsensorsystem dar;
  • 2 stellt eine schematische Schnittansicht des Abtastsensorsystems in 1 entlang der Linie 2-2 und den Strahlweg durch das Abtastsensorsystem dar;
  • 3A3B zeigen einen Vergleich des aktiven Abtastfeldes für den Ansatz der Erfindung (3A) und für ein doppelseitiges Schaufelradabtastsystem (3B) für einen beispielhaften Fall einer 90-Grad-Szene; und
  • 4 stellt eine schematische Enddraufansicht auf das Abtastsensorsystem, wie in 1, mit einem Gehäuse und mit einer Angabe von Eichansichts- und Szenenansichtsfeldern dar.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 und 2 veranschaulichen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Abtastsensorsystems 20, das einen Lichtsensor 22 und ein Abtastteleskop 24 aufweist. Der Sensor 22 wandelt einfallende Lichtenergie in ein elektrisches Signal um und kann abbildender Art oder nicht-abbildender Art sein. Betriebliche Sensoren 22 für ultraviolettes, sichtbares und infrarotes Licht sind im Stand der Technik bekannt.
  • Jedes Abtastteleskop 24 leitet Licht von einer Szene in den Sensor 22. Es sind zumindest zwei Abtastteleskope 24 vorgesehen, von denen jedes einen primären Teleskopspiegel 32 aufweist, der symmetrisch gehalten und um eine Primärspiegeldrehachse 30 gedreht wird. Die Drehbewegung der primären Teleskopspiegel kann eine kontinuierliche Drehung, die zu einer gleichmäßigen Bewegung und einem gradlinigen Antriebssystem führt, ein Abtasten mit einer variablen Rate, ein stufenstarres Abtasten, oder eine Kombination von diesen und/oder anderen Bewegungen sein. In dem bevorzugten Fall sind exakt zwei Teleskope 24 und zwei primäre Teleskopspiegel 32a und 32b vorgesehen, die um 180 Grad um die Primärspiegeldrehachse 30 gedreht zueinander gehalten werden. In diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel blicken die zwei primären Spiegel 32a und 32b in sich diametral gegenüberliegende Richtungen. Die primären Spiegel 32a und 32b kommen in einen aktiven Winkelansichtsbereich und arbeiten abwechselnd. In dem veranschaulichten Fall ist der primäre Spiegel 32a in einer aktiven Abtastperiode, und sein optischer Strahlweg 34 ist veranschaulicht. Zu diesem Zeitpunkt ist der primäre Spiegel 32b in einer inaktiven Abtastperiode, so dass keine optischen Strahlen auf den primären Spiegel 32b einfallen. Bei einer Drehung um 180 Grad wird der primäre Spiegel 32b. aktiv und arbeitet, um die Szene zu sehen (und der primäre Spiegel 32a wird inaktiv). Jeder der zumindest zwei primären Teleskopspiegel ist orientiert, um einfallendes Licht entlang eines Einfallstrahlweges 36 zu empfangen, der nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30 orientiert ist und der in dem veranschaulichten Fall senkrecht zu der Primärspiegeldrehachse 30 ist. Dieses Abtastsensorsystem ist optisch wirksam, wobei es pro vollständiger Drehung zwei vollständige Szenen- und Eichansichten erlaubt.
  • Es können zusätzliche primäre Spiegel 32 vorgesehen sein, wobei alle primären Spiegel 32 symmetrisch um die Primärspiegeldrehachse 30 angeordnet sind. Es dürfen jedoch nicht weniger als zwei primäre Spiegel 32 vorgesehen sein.
  • Die zwei oder mehreren Teleskope 24 können im Wesentlichen identisch sein, so dass der Sensor 22 bei jeder 360-Grad-Drehung der Spiegel 32 die Szene durch identische Optiken für zwei aktive Perioden sieht. Die Teleskope 24 können stattdessen hinsichtlich einiger ausgewählter optischer Eigenschaften verschieden sein. Beispielsweise können die zwei primären Spiegel 32a und 32b verschiedene Ansichtsfelder (Vergrößerungen) aufweisen, so dass der Sensor 22 während eines ersten aktiven Abschnitts des Abtastens eine Weitwinkelansicht und während eines zweiten aktiven Abschnitts des Abtastens eine vergrößerte Engwinkelansicht sieht. In einem anderen Beispiel können die zwei primären Spiegel 32a und 32b für verschiedene Wellenlängen der Lichtenergie in den Einfallstrahlweg 36 optimiert werden, die von der Szene ankommt.
  • Die primären Spiegel 32a und 32b sind innerhalb eines Gehäuses 38 befestigt, das entsprechende Öffnungen 40, hier Öffnungen 40a und 40b, aufweist, um durch diese einen Eintritt von Licht, das entlang des Einfallstrahlwegs 36 läuft, zu ermöglichen. Ein primärer Spiegelantrieb 42 ist betrieblich, um kontinuierlich die zumindest zwei primären Spiegel 32a und 32b um die Primärspiegeldrehachse 30 mit einer momentanen Primärspiegelwinkeldrehrate zu drehen. (Der Ausdruck „momentan" bezieht sich auf die Drehrate zu jedem Zeitpunkt während einer aktiven Abtastperiode, da sich die Drehrate ändern kann.) Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der primäre Spiegelantrieb 42 ein Elektromotor, der an dem Gehäuse 38 angebracht ist und das Gehäuse 38 um die Drehachse 30 dreht, wobei seine primären Spiegel 32 und andere Strukturen darin befestigt sind.
  • Die primären Spiegel 32 reflektieren den Strahlweg 34 zu entsprechenden sekundären Spiegeln 44, die angetriebene Spiegel oder nicht angetriebene Spiegel sein können. Die sekundären Spiegel 44 sind innerhalb des Gehäuses 38 befestigt und drehen sich mit ihm. Es ist ein sekundärer Spiegel 44 für jeden der primären Spiegel 32 vorgesehen. In dem veranschaulichten Fall ist ein sekundärer Spiegel 44a vorgesehen, der den reflektierten Lichtstrahlweg 34 von dem primären Spiegel 32a empfängt, wenn er sich in seiner aktiven Abtastperiode befindet, und es ist ein sekundärer Spiegel 44b vorgesehen, der seinen reflektierten Lichtstrahlweg von dem primären Spiegel 32b empfängt, wenn er sich in seiner aktiven Abtastperiode befindet.
  • Das Abtastteleskop 24 umfasst des Weiteren einen zusätzlichen Teleskopspiegel, in diesem Fall einen tertiären Spiegel 46, der angeordnet ist, um abwechselnd einen ersten reflektierten Lichtstrahl entlang des Strahlweges 34, der von einem ersten primären Teleskopspiegel der primären Teleskopspiegel 32, in dem veranschaulichten Fall dem ersten primären Spiegel 32a, reflektiert wird, und danach einen zweiten reflektierten Lichtstrahl (nicht gezeigt) zu empfangen, der von einem zweiten primären Teleskopspiegel der primären Teleskopspiegel 32, in dem veranschaulichten Fall dem zweiten primären Spiegel 32b, reflektiert wird. In dem bevorzugten Fall sind der primäre Spiegel 32, der sekundäre Spiegel 44 und der tertiäre Spiegel 46 angeordnet und gekrümmt, um eine anastigmatische Spiegelgruppe 50 zu bilden. Das heißt, der primäre Spiegel 32a, der sekundäre Spiegel 44a und der einzelne tertiäre Spiegel 46 bilden eine anastigmatische Spiegelgruppe, wenn der primäre Spiegel 32a aktiv ist und den Lichtstrahl entlang des optischen Strahlweges 34 reflektiert. Der primäre Spiegel 32b, der sekundäre Spiegel 44b und der einzelne tertiäre Spiegel 46 bilden eine zweite anastigmatische Spiegelgruppe, wenn der primäre Spiegel 32b aktiv ist und den Lichtstrahl entlang des optischen Strahlweges 34 reflektiert.
  • Es ist nur ein tertiärer Spiegel 46 veranschaulicht, aber es können zusätzliche Spiegel, wie zum Beispiel ein Umlenkspiegel 48, vorgesehen sein, der zusammen in Kombination mit den anderen Spiegeln des Teleskops 24 den reflektierten Lichtstrahl in den Lichtsensor 22 entlang des optischen Strahlweges 34 leitet. Der Lichtsensor kann angeordnet sein, um den Lichtstrahl, parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30, entlang des optischen Strahlweges 34 an diesem Punkt oder bei jeder anderen ausgewählten Position zu empfangen.
  • Das Abtastteleskop 24 umfasst des Weiteren einen Halbwinkel-Entdrehspiegel 52, der angeordnet ist, um den Lichtstrahl an einem Ort in dem optischen Strahlweg 34 zwischen dem primären Spiegel 32 und dem tertiären Spiegel 46 zu reflektieren. Der Entdrehspiegel 52 ist ein flacher Spiegel, der nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten reflektierend sein kann. Ein Entdrehspiegelantrieb 54 ist betrieblich, um den Entdrehspiegel 52 um eine Entdrehspiegelachse 56 zu drehen. Die Entdrehspiegelachse 56 ist vorzugsweise parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30 der primären Spiegel 32 orientiert. Vorzugsweise, und wie gezeigt, fällt die Entdrehspiegelachse 56 mit der Primärspiegeldrehachse 30 zusammen.
  • Wenn die Entdrehspiegelachse 56 nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30 orientiert ist, dreht sich das Bild, das bei dem Sensor 22 empfangen wird, da sich der primäre Spiegel 32 wendet. Diese Bedingung wird für die meisten Abbildungsanwendungen nicht bevorzugt, aber sie kann in anderen Abbildungsanwendungen akzeptabel sein, und sie liegt innerhalb des Umfangs der Erfindung. Falls die Entdrehspiegelachse 56 parallel zu der Primärspiegeldrehachse 30 ist, aber nicht mit ihr zusammenfällt, dreht sich das Bild nicht, das an dem Sensor 22 empfangen wird. Falls die Entdrehspiegelachse 56 mit der Primärspiegeldrehachse 30 zusammenfällt (ein spezieller Fall von parallelen Achsen 56 und 30), dreht sich das Bild nicht, das an dem Sensor 22 empfangen wird, und das System kann ein bisschen besser ausgeglichen sein als in dem parallel-aber-nicht-zusammenfallenden Fall. Die letztere Konfiguration wird am meisten bevorzugt.
  • Der Entdrehspiegelantrieb 54 ist vorzugsweise ein Elektromotor. In 2 ist der Entdrehspiegelantrieb 54 als ein von dem primären Spiegelantrieb 42 verschiedener Motor abgebildet, jedoch kann der gleiche Motor mit geeignetem Getriebe verwendet werden, um sowohl die primären Spiegel 32 als auch den Entdrehspiegel 52 anzutreiben. In beiden Fällen wird der Entdrehspiegelantrieb 54 ausgewählt, den Entdrehspiegel 52 während aktiver Abtastperioden mit einer Winkelrate zu drehen, die exakt halb so groß wie die momentane Drehrate der primären Spiegel 32 ist, die durch den primären Spiegelantrieb 42 erzeugt wird. (Während inaktiver Abtastperioden kann eine schnellere Antriebsrate für den Entdrehspiegel 52 verwendet werden, wenn er für die nächste aktive Abtastperiode in seine Ausgangsposition zurückgesetzt wird.) Der Lichtstrahl, der entlang des optischen Strahlwegs 34 verläuft, erreicht den Entdrehspiegel 52 durch eine Öffnung 58 in der Grundfläche des Gehäuses 38.
  • Beim Betrieb des Abtastteleskops 24 wird der primäre Spiegel 32 durch die Drehung des primären Spiegels 32 um die Primärspiegeldrehachse 30 über die Szene abgetastet. Die Halbwinkeldrehung des Entdrehspiegels 52 in dem optischen Strahlweg 34 dreht die Drehung des optischen Strahlwegs 34 zurück (hebt sie auf), die durch die Drehung des primären Spiegels 32 um die Primärspiegeldrehachse 30 erzeugt wird. Der tertiäre Spiegel 46, der Umlenkspiegel 48 und der Sensor 22 können daher bezüglich einer Drehung um die Primärspiegeldrehachse 30 stationär bleiben, ein beträchtlicher Vorteil, der die Drehmasse und -trägheit des drehbaren Teils des Abtastsensorsystems 20 verringert. In einem ersten aktiven Abtastabschnitt der Drehung des primären Spiegels 32 um die Primärspiegeldrehachse 30 dreht sich der Entdrehspiegel 42 aus einer Ausgangsposition in die gleiche Richtung wie die Drehung des primären Spiegels 32a, aber mit einer Drehrate, die halb so groß wie die momentane Drehrate ist. Während einer ersten inaktiven Periode, bei der kein primärer Spiegel 32 angeordnet ist, um die Szene zu sehen, wird der Entdrehspiegel 52 gedreht, um ihn in die Ausgangsposition zurückzusetzen. Diese Drehung in die Ausgangsposition wird aufgrund der kleinen Größe und des leichten Gewichts des Entdrehspiegels 52 leicht erreicht. Danach dreht sich der Entdrehspiegel 52 während einer zweiten aktiven Abtastperiode in die gleiche Drehrichtung wie der primäre Spiegel 32b, aber mit einer Drehrate, die halb so groß wie seine momentane Drehrate ist.
  • 1 und 2 veranschaulichen eine Ausgestaltung des Abtastteleskops 24. Andere Arten von außeraxialen Abtastteleskopausgestaltungen können ebenso verwendet werden und liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung. Beispielsweise kann das Abtastteleskop ein Zweispiegelteleskop verwenden, wobei der Halbwinkel-Entdrehspiegel in seinen Ausgangsstrahl eingesetzt wird. Der Halbwinkel-Entdrehspiegel kann stattdessen in den optischen Weg zwischen dem primären Spiegel und dem sekundären Spiegel eines Dreispiegelteleskops eingesetzt werden. Das Abtastteleskop kann zusätzliche Spiegel umfassen. Der Ansatz der 1 und 2 wird bevorzugt, da der drehbare Teil des Abtastteleskops 24 symmetrisch und ausgeglichen ist, so dass er nicht dazu neigt, das Abtastteleskop bei seiner Drehung schwanken zu lassen.
  • 3A und 3B veranschaulichen als Beispiel für eine 90-Grad-Szenenansicht die Abtasteffizienzvorteile des vorliegenden Ansatzes gegenüber einem doppelseitigen Schaufelradsensor-Abtastsystem. Der vorliegende Abtastansatz eines drehbaren Teleskops deckt 1 Grad einer Szenenansicht für jedes eine Grad einer Winkeldrehung ab. Gemäß dem vorliegenden Ansatz, wie in 3A gezeigt, findet eine erste aktive Abtastperiode 60 bei einer Drehung von 0 Grad bis 90 Grad statt, eine erste inaktive Periode 62 findet bei einer Drehung von 90 Grad bis 180 Grad statt, eine zweite aktive Abtastperiode 64 findet bei einer Drehung von 180 Grad bis 270 Grad statt, und eine zweite inaktive Periode 66 findet bei einer Drehung von 270 Grad bis 360 Grad statt. D.h., ein aktives Abtasten ist während der Hälfte der gesamten Drehperiode von 360 Grad erlaubt. Im Vergleich schreibt das Reflexionsgesetz bei dem doppelseitigen Schaufelradsensor-Abtastsystem vor, dass 2 Grad der Szenenansicht für jedes eine Grad der Winkeldrehung abgedeckt werden. Die resultierenden Abtastperioden sind in 3B gezeigt, wo eine erste aktive Abtastperiode 70 bei einer Drehung von 0 Grad bis 45 Grad stattfindet, eine erste inaktive Periode 72 bei einer Drehung von 45 Grad bis 180 Grad stattfindet, eine zweite aktive Abtastperiode 74 bei einer Drehung von 180 Grad bis 225 Grad stattfindet, und eine zweite inaktive Periode 76 bei einer Drehung von 225 Grad bis 360 Grad stattfindet. D.h., ein aktives Abtasten ist nur während eines Viertels der gesamten Drehperiode erlaubt. Der vorliegende Ansatz erreicht für jede ausgewählte Drehrate eine zweimal so lange aktive Abtastverweilperiode der Szene wie der doppelseitige Schaufelradansatz. Die erhöhte Abtastverweilperiode des vorliegenden Ansatzes überträgt sich ebenso direkt auf eine erhöhte Lichterfassungsfähigkeit des vorliegenden Ansatzes, und dementsprechend in ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis.
  • 4 veranschaulicht ein Beispiel eines möglichen Ansatzes der vorliegenden Erfindung hinsichtlich einer Eichung des Sensors 22. Dieses Beispiel veranschaulicht die Vorteile der vorliegenden Erfindung, aber andere Eichmethoden und -anordnungen sind möglich und liegen innerhalb des Umfangs der Erfindung. Bei dem veranschaulichten Ansatz von 4 kann jeder der zwei primären Teleskopspiegel 32 über einen 180-Grad-Bogen betrachtet werden. Bei den meisten Abtastsensorsystemen 20 ist es wünschenswert, den Sensor 22 unter Verwendung von bordei genen Eichquellen 80a und 80b und ebenso unter Verwendung von externen Eichquellen 82 eichen zu können. Die bordeigenen Eichquellen 80a und 80b sind an den Körper 84 des Raumflugkörpers befestigt oder an einer anderen Struktur, die das Abtastsensorsystem 20 hält, während die externen Quellen 82 durch ein Fenster 86 gesehen werden. Da der primäre Spiegel in 4 im Uhrzeigersinn abgetastet wird, sieht er zuerst die Eichquelle 80a und dann die Eichquelle 80b. Die Szene wird über den Winkel, der als „Szenenansicht" angegeben ist, gesehen. Der primäre Spiegel sieht dann die externe Quelle 82. Der primäre Spiegel 32 ist daher mit einem Eich- oder Szenensehen für den größten Teil des angegebenen 180-Grad-Bogens beschäftigt. Während des Rests des 180-Grad-Ansichtsbereichs, der durch den Winkel R angegeben ist, ist der primäre Spiegel 32 inaktiv, da er weder eine Eichquelle noch die Szene sieht, so dass der Entdrehspiegel 52 zurück in seine Ausgangsposition gesetzt werden kann. Der andere primäre Spiegel folgt dem gleichen Schema, da er in den aktiven Sichtbereich gedreht wird. Daher empfängt der Sensor 22 fast immer ein Signal – entweder ein Eichsignal oder ein Szenensignal – außer für die zwei kurzen Bögen R, wenn der Entdrehspiegel auf das Ende jedes 180-Grad-Sichtbereichs zurückgesetzt wird.
  • Obwohl zu Veranschaulichungszwecken ein spezielles Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben worden ist, können verschiedene Modifizierungen und Erweiterungen gemacht werden, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Dementsprechend ist die Erfindung außer durch die abhängigen Ansprüche nicht begrenzt.

Claims (7)

  1. Abtastsensorsystem (20) mit: einem Lichtsensor (22); einem Abtastteleskop (24), das aufweist: zumindest zwei primäre Teleskopspiegel (32a, 32b), die um eine Primärspiegeldrehachse (30) gehalten werden, wobei jeder der zumindest zwei primären Teleskopspiegel (32a, 32b) orientiert ist, um einfallendes Licht entlang eines Einfallstrahlwegs (36) zu empfangen, der nicht parallel zu der Primärspiegeldrehachse (30) ist, und um das einfallende Licht entlang eines optischen Wegs (34) zu leiten, und zumindest einen zusätzlichen Teleskopspiegel (46), der angeordnet ist, um abwechselnd einen ersten reflektierten Lichtstrahl von einem ersten primären Teleskopspiegel der primären Teleskopspiegel (32a, 32b) und danach einen zweiten reflektierten Lichtstrahl von einem zweiten der primären Teleskopspiegel (32a, 32b) zu empfangen und um den reflektierten Lichtstrahl entlang des optischen Wegs zu leiten; einen primären Spiegelantrieb (42), der betrieblich ist, um die zumindest zwei primären Spiegel (32a, 32b) um die Primärspiegeldrehachse (30) mit einer momentanen Primärspiegelwinkeldrehrate zu drehen; einem Halbwinkel-Entdrehspiegel (52), der angeordnet ist, um den reflektierten Lichtstrahl in den optischen Weg zu reflektieren, wobei die Kombination des Abtastteleskops (24) und des Entdrehspiegels (52) den Lichtstrahl entlang des optischen Wegs in Richtung des Sensors (22) leitet; und einen Entdrehspiegelantrieb (54), der betrieblich ist, um den Entdrehspiegel (52) um eine Entdrehspiegelachse (56), die parallel zu der Primärspiegeldrehachse (30) orientiert ist, mit einer Entdrehwinkeldrehrate zu drehen, die halb so groß wie die momentane Primärspiegelwinkeldrehrate ist.
  2. Abtastsensorsystem (20) nach Anspruch 1, wobei die primären Teleskopspiegel (32a, 32b) symmetrisch um die Primärspiegeldrehachse (30) gehalten werden.
  3. Abtastsensorsystem (20) nach Anspruch 1, wobei exakt zwei primäre Teleskopspiegel (32a, 32b) vorgesehen sind, die um 180° zueinander um die Primärspiegeldrehachse (30) gehalten werden, und wobei die zwei primären Spiegel (32a, 32b) in diametral gegenüberliegende Richtungen blicken.
  4. Abtastsensorsystem (20) nach Anspruch 1, wobei die Entdrehspiegelachse (56) mit der Primärspiegeldrehachse (30) zusammenfällt.
  5. Abtastsensorsystem (20) nach Anspruch 1, wobei das Abtastteleskop (24) eine anastigmatische Spiegelgruppe (32, 44, 46) aufweist.
  6. Abtastsensorsystem (20) nach Anspruch 1, das des Weiteren zumindest zwei weitere, zusätzliche Teleskopspiegel (44a, 44b) umfasst, wobei jeder der zumindest zwei weiteren, zusätzlichen Teleskopspiegel (44a, 44b) einem der primären Teleskopspiegel (32a, 32b) entspricht, um den reflektierten Lichtstrahl davon zu empfangen, und wobei sich die zumindest zwei weiteren, zusätzlichen Teleskopspiegel (44a, 44b) mit den primären Teleskopspiegeln (32a, 32b) drehen.
  7. Abtastsensorsystem (20) nach Anspruch 1, wobei zumindest zwei zusätzliche Teleskopspiegel (44a, 44b, 46) vorgesehen sind, und wobei zumindest einer der zwei zusätzlichen Teleskopspiegel (46) stationär ist.
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