DE69429125T2

DE69429125T2 - Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion von mehreren einzelnen Lasermodulationsfrequenzen

Info

Publication number: DE69429125T2
Application number: DE69429125T
Authority: DE
Inventors: William F. Matthews
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1994-03-17
Publication date: 2002-06-06
Anticipated expiration: 2014-03-18
Also published as: EP0616439B1; EP0616439A3; CA2119224A1; IL109029A0; DE69429125D1; NO940937D0; KR940023038A; US5338925A; EP0616439A2; JPH075249A; NO940937L

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Detektion einer Vielzahl von einzelnen bzw. diskreten Lasermodulationsfrequenzen und sie bezieht sich insbesondere auf eine derartige Vorrichtung, welche eine Detektorschaltung mit Mitteln bzw. Einrichtungen zum Löschen bzw. Aufheben einer Hintergrundstrahlung aufweist.
Eine tragbare Lasermodulationsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik zur Detektion von Energiepulsen kurzer Dauer ist aus der US-A-5142142 bekannt.
Bei moderner Kriegsführung stützen sich viele Waffen auf Laserstrahlen bzw. sind darauf angewiesen, um Ziele ausfindig zu machen und zu verfolgen. Die Verwendung von Lasern auf diese Weise hat viele Vorteile, unter welchen die Schwierigkeit für das Ziel ist, die Tatsache zu detektieren, daß es angepeilt bzw. als Ziel ausgewählt wurde. Es wird daher beträchtliche Zeit und Kosten für eine Laserdetektion aufgewandt. Es ist bekannt, daß aufgrund der Natur von Lasern Laserziel- bzw. -zielerfassungssysteme entweder nur bei einer beschränkten Anzahl von Frequenzen arbeiten oder daß aufgrund von konventionell verwendeten Modulationstechniken die Frequenzen schwierig zu ändern sind, sobald sich eine Waffe in Produktion befindet.
Gegenwärtig erfordern Laserdetektionssysteme kostspielige, passive und analoge Schaltkreise bzw. Schaltungen sowie eine digitale Signalverarbeitungsausrüstung. Der wesentliche Nachteil von konventionellen Systemen sind die Kosten zum Erhalt einer guten bzw. hohen Leistung bei Vorhandensein von Hintergrundlichtstrahlung. Beispielsweise ist, da die meisten Laser bei Frequenzen von sichtbarem Licht arbeiten, die Detektion des Vorhandenseins eines Lasers bei Tageslicht aufgrund des Vorhandenseins von Sonnenlicht schwierig. Sonnenlicht bewirkt einen sehr starken Hintergrund, gegenüber welchem ein Laser zu diskriminieren ist. Um eine derartige Diskriminierung mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis bzw. Rauschabstand zu erzielen, um verwendbar bzw. nützlich zu sein, sind kostspielige optische Komponenten und Schaltungen und Techniken, wie die oben zitierten, erforderlich.
Demgemäß ist es sehr wünschenswert, eine Schaltung bzw. einen Schaltkreis zur Verfügung zu stellen, welcher die Schwierigkeiten einer Laserlichtdiskriminierung bzw. -unterscheidung gegenüber Hintergrundstrahlung unter Verwendung von relativ kostengünstigen bzw. billigen Schaltkreiskomponenten und Techniken beseitigt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Detektion einer Mehrzahl von diskreten Lasermodulationsfrequenzen zur Verfügung zu stellen, welche im wesentlichen vollständig die obengenannten Nachteile des Standes der Technik beseitigt.
Dieses Ziel wird zumindest teilweise durch eine Vorrichtung erzielt, wie sie nachfolgend in Anspruch 1 beansprucht ist.
Andere Ziele und Vorteile werden Fachleuten aus der folgenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung bei einer Lektüre im Zusammenhang mit den beigeschlossenen Ansprüchen und den daran angeschlossenen Zeichnungen ersichtlich werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Zeichnung, welche nicht maßstabsgemäß ist, beinhaltet:
Fig. 1, welche zur Klarheit als Fig. 1A und 1B gezeigt ist, ist ein Schaltungsdiagramm einer Vorrichtung für ein gleichzeitiges Detektieren einer Mehrzahl von diskreten bzw. einzelnen Lasermodulationsfrequenzen, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Eine Vorrichtung, welche allgemein mit 10 in Fig. 1 bezeichnet ist und die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert, beinhaltet wenigstens eine Detektorschaltung 12, welche Mittel bzw. Einrichtungen 14 zum Löschen bzw. Aufheben von Hintergrundstrahlung aufweist, eine Signalverstärkerstufe 16, welche für ein Empfangen und Verstärken eines Signals von der Detektorschaltung 12 adaptiert ist, und eine Vielzahl von Detektionsschaltungen 18 für diskrete bzw. einzelne Frequenzen, wobei die Detektionsschaltungen für diskrete Frequenzen einen gemeinsamen Eingang 20 und eine Vielzahl von Ausgängen 22 aufweisen.
In der bevorzugten Ausführungsform beinhaltet die Detektorschaltung 12 einen Fotodetektor D1, welcher Licht, welches den Fotodetektor D1 beleuchtet, in ein repräsentatives, elektronisches Signal umwandelt, welches alle der Modulationsfrequenzen des beleuchtenden bzw. strahlenden Lichts enthält. Zusätzlich ist der Fotodetektor D1 direkt mit einem Signalvorverstärker U1 gekoppelt. Weiters beinhaltet die Detektorschaltung 12 die Mittel bzw. Einrichtungen 14 zum Löschen von Hintergrundstrahlung. Vorzugsweise sind die Mittel 14 eine Stromgegenkopplungsschaltung, welche den Detektor-Hintergrundstrom aufhebt bzw. löscht. In dieser Ausführungsform beinhalten die Mittel 14 einen Transistor Q1, welcher den Kollektor desselben mit der Verbindung bzw. dem Anschluß des Fotodetektors D1 und dem Eingang des Vorverstärkers Ü1 angeschlossen bzw. verbunden aufweist.
Im Betrieb repräsentiert unter Bedingungen eines geringen Hintergrundstroms der Transistor Q1 eine hohe Impedanz und der Fotodetektor D1 arbeitet bei einem optimalen Signal- Rausch-Verhältnis in der niedrigen, dynamischen Impedanz beim Eingang des Vorverstärkers U1, wie es durch den Breitband-Feedbackweg über den Widerstand R3 aufgebaut ist. Wenn der Untergrund bzw. Hintergrund ansteigt und der Fotodetektor-Hintergrundstrom signifikant bzw. beträchtlich wird, leitet der Transistor Q1 den Hintergrundstrom niedriger Frequenz von dem Eingang des Vorverstärkers U1 mit einem minimalen Effekt auf den Betriebspunkt des Vorverstärkers U1 um. Derart wird die Sättigung des Vorverstärkers U1 verhindert. Ein RC-Filter 24, welches mit dem Emitter des Transistors Q1 verbunden ist, verhindert die Löschung bzw. Aufhebung in den interessierenden Lasermodulationsbändern. Die Detektorschaltung 12 gibt derart ein Signal an die Ausgangs- bzw. Ausgabeleitung 26 derselben aus, welche alle der diskreten bzw. einzelnen Lasermodulationsfrequenzen mit einem relativ hohen Signal-Rausch-Verhältnis bzw. Rauschabstand beinhaltet.
Die Ausgabeleitung 26 wirkt als eine Signaleingangsverbindung zu der Signalverstärkerstufe 16. In dieser Ausführungsform beinhaltet die Signalverstärkerstufe 16 erste bzw. zweite, seriell angeschlossene Signalverstärker U2 bzw. U3. Die Verstärker U2 und U3 verstärken das Signal von der Detektorschaltung 12 und stellen eine Ausgabe zur Verfügung, welche funktionell für den gemeinsamen Eingang 20 der Detektionsschaltungen 18 für die diskrete bzw. einzelne Frequenz akzeptabel ist. Das zur Verfügung gestellte Signal beinhaltet alle der Lasermodulationsfrequenzen.
Das dem gemeinsamen Eingang 20 zur Verfügung gestellte Signal wird gleichmäßig parallel zu einer Vielzahl von Signaldetektionsschaltungen bzw. -schaltkrelsen U5, U6, U7 und U8 verteilt, welche jeweils für eine vorgewählte, mittlere bzw. zentrale Frequenz und eine vorgewählte Bandbreite programmiert oder eingestellt sind. In der gezeigten Ausführungsform sind die Signaldetektionsschaltungen U5, U6, U7 und U8 konventionelle bzw. bekannte Phasenregelkreis-Tondecodierer. Die Bandbreite für jede Detektionsschaltung U5, U6, U7 und U8 wird durch die Kapazitäten bzw. Kondensatoren eingestellt, welche zwischen Erde und den Stiften bzw. Anschlüssen 1 und 2 von jeder Signaldetektionsschaltung angeschlossen sind. Insbesondere Kondensatoren C10 und C11 für die Signaldetektionsschaltung US, Kondensatoren C13 und C14 für die Signaldetektionsschaltung U6, Kondensatoren C16 und C17 für die Signaldetektionsschaltung U7 und Kondensatoren C19 und C20 für die Signaldetektionsschaltung U8. Die zentrale bzw. mittlere Frequenz von jeder der Signaldetektionsschaltungen U5, U6, U7 und U8 wird durch das RC-Netzwerk eingestellt, welches an die Stifte bzw. Anschlüsse 5 und 6 derselben angeschlossen sind. Insbesondere der Widerstand R19 und der Kondensator C22 für die Signaldetektionsschaltung U5, der Widerstand R20 und der Kondensator C23, der Widerstand R21 und der Kondensator C24 für die Signaldetektionsschaltung U7 und der Widerstand R22 und der Kondensator C25 für die Signaldetektionsschaltung U8.
Vorzugsweise wird die Ausgabe von jeder für die Signaldetektionsschaltung U5, U6, U7 und U8 als ein Logikniveausignal für einen Anschluß mit einem Computerprozessor oder eine andere logische Vorrichtung verwendet. Alternativ kann der Ausgang von jeder Signaldetektionsschaltung U5, U6, U7 und U8 direkt mit einer Ausgabeanzeigevorrichtung verbunden sein, welche entweder eine Audiovorrichtung oder eine Videovorrichtung oder beides sein kann. In der speziellen, gezeigten Ausführungsform ist der Ausgang von den Signaldetektionsschaltungen U5, U6, U7 und U8 mit Leuchtdioden D2, D3, D4 bzw. D5 verbunden. Somit wird bzw. werden, wenn ein Signal, welches eine oder mehrere der Modulationsfrequenzen, für welche die Signaldetektionsschaltungen U5, U6, U7 und U8 eingestellt sind, bei dem gemeinsamen Eingang 20 vorhanden ist, die entsprechende Leuchtdiode oder -dioden D2, D3, D4 und D5 beleuchtet. Als ein Resultat wird der Betätiger bzw. Betreiber der Ausrüstung, welche die Vorrichtung 10 installiert hat, nicht nur unmittelbar informiert werden, daß ein Laser die Ausrüstung beleuchtet, sondern er wird auch über die Modulationsfrequenz des Lasers informiert werden.
Es sollte verstanden werden, daß alle der Signaldetektionsschaltungen U5, U6, U7 und U8 in einen einzigen Halbleiterchip bzw. -baustein integriert sein können. Es wird auch verstanden werden, daß, obwohl für die Vorrichtung. 10 in Fig. 1 gezeigt ist, daß sie vier diskrete bzw. einzelne Signaldetektionsschaltungen beinhaltet, jede gewünschte Anzahl von derartigen Schaltungen bzw. Schaltkreisen verwendet werden könnte.
In der speziellen Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung 10 sind die Widerstandskomponenten wie folgt eingestellt: R1, R2, R7, R10, R12 und R13 = 200 tausend Ohm; R3 = 5,1 Megaohm; R4 = 3,3 tausend Ohm; R5 und R6 = 510 Ohm; R8 und R11 = 3 tausend Ohm; R9 = 300 tausend Ohm; R14 = 30 tausend Ohm; R15, R16, R17 und R18 sind jeweils 900 Ohm; R19, R20, R21 und R22 sind 10 tausend Ohm variable Widerstände; R23, R24, R25 und R26 sind jeweils 20 tausend Ohm. Die Kapazitätskomponentenwerte sind wie folgt: C1 = 4,7 Picofarad; C2 = 7 Mikrofarad; C3 = 220 Mikrofarad; C4 = 0,1 Mikrofarad; C6, C7, C12, C13, C15, C18, C21, C25, C28, C29, C30, C31, C32, C33 sind jeweils 0,47 Mikrofarad; C9 = 0,047 Mikrofarad; C10 = 0,33 Mikrofarad; C11 = 0,15 Farad; C14 = 0,27 Mikrofarad; C16 = 0,68 Mikrofarad; C17 = 0,33 Mikrofarad; C19 = 1,5 Mikrofarad; C20 = 0,56 Mikrofarad; C22 = 0,012 Mikrofarad; C23 = 0,018 Mikrofarad; C24 = 0,022 Mikrofarad; und C26 und C27 sind jeweils gleich 4,7 Picofarad.
In der speziellen, in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Fotodetektor D1 ein EG&G Nr. C30810 oder ein Äquivalent; der Transistor Q1 ist ein 2N222A; die Verstärker U1, U2 und U3 sind National Semiconductor LM318 oder ein Äquivalent; dIe 1C-Verstärker US, U6, U7 und U8 sind Signetics NE567 Tondecoder/Phasenregelkreise oder Äquivalente.

Claims

1. Laserdetektionsvorrichtung, umfassend eine Laserdetektorschaltung (12), welche ein Ausgangs- bzw. Ausgabesignal in Antwort auf ein Beleuchtungslicht generiert, und eine Signalverstärkerstufe (16), die adaptiert ist, um das durch die Laserdetektorschaltung (12) generierte Ausgabesignal zu empfangen und zu verstärken und ein verstärktes Ausgabesignal zur Verfügung zu stellen, welche Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß:

das Ausgabesignal alle Lasermodulationsfrequenzen des Beleuchtungslichts enthält bzw. aufweist;

die Laserdefektorschaltung (12) Mittel zum Diskriminieren bzw. Unterscheiden gegenüber Hintergrundstrahlung (14) aufweist; und

ein Satz von einzelnen bzw. diskreten Modulationsfrequenz-Detektionsschaltungen (U5, U6, U7, U8), wobei jede diskrete Modulationsfrequenz-Detektionsschaltung Mittel zum Bereitstellen eines Ausgabesignals (22, D2, D3, D4, D5) umfaßt, das für die Anwesenheit einer vorausgewählten Lasermodulationsfrequenz in dem verstärkten Ausgabesignal anzeigend bzw. indikativ ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Laserdetektorschaltung umfaßt: einen Fotodetektor (D1), welcher Fotodetektor (D1) von der Art ist, um eine elektronische Signalausgabe zu erzeugen, die alle Modulationsfrequenzen des Beleuchtungslichts umfaßt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, weiters umfassend: einen Signalvorverstärker (U1), der eine elektronische Signalausgabe von dem Fotodetektor (D1) als die Eingabe dafür aufweist, welcher Signalvorverstärker (U1) seriell an den Fotodetektor (D1) angeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die Hintergrungstrahlungs- Diskriminierungsmittel (14) ein Transistor (Q1) sind, der den Kollektor desselben bei der Verbindung des Fotodetektors (D1) und des Vorverstärkers (U1) verbunden aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, worin die Hintergrundstrahlungs- Diskriminierungsmittel (14) weiters ein RC-Netzwerk (R4, C2) umfassen, welches zwischen der Ausgabe des Vorverstärkers (U1) und dem Emitter des Transistors (Q1) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Signalverstärkerstufe (16) erste und zweite, seriell verbundene Signalverstärker (U2, U3) aufweist, wobei die Ausgabe der Signalverstärkerstufe (16) alle Modulationsfrequenzen des Beleuchtungslichts enthält.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin der Satz von diskreten Modulationsfrequenz-Detektionsschaltungen bzw. -kreisen (U5, U6, U7, U8) parallel angeschlossen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin jede der Mehrzahl von diskreten Modulationsfrequenz-Detektionsschaltungen (U5, U6, U7, U8) ein Phasenregelkreis- Tondecoder ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin jede der Modulationsfrequenz-Detektionsschaltungen (U5, U6, U7, U8) einen Ausgang umfaßt, der an eine Ausgabeanzeigevorrichtung (D2, D3, D4, D5) angeschlossen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Ausgabeanzeigevorrichtungen (D2, D3, D4, D5) lichtemittierende Dioden sind.