EP4483211A1 - Verfahren, sende-empfangsstation, identifikationsmittel und system zum identifizieren eines objekts - Google Patents

Verfahren, sende-empfangsstation, identifikationsmittel und system zum identifizieren eines objekts

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EP4483211A1
EP4483211A1 EP22712842.8A EP22712842A EP4483211A1 EP 4483211 A1 EP4483211 A1 EP 4483211A1 EP 22712842 A EP22712842 A EP 22712842A EP 4483211 A1 EP4483211 A1 EP 4483211A1
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EP
European Patent Office
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signal
pulse
pulses
source
identification means
Prior art date
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Pending
Application number
EP22712842.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hüseyin VURAL
Denise Keil
Nils Bartels
Daniel Hampf
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Pending legal-status Critical Current

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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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Definitions

  • the invention relates to a method for identifying an object, in particular a satellite in space, a transceiver station for identifying an object and an identification means, a system for identifying an object, in particular a satellite in space, and a computer program product and a Data processing system to carry out such a method.
  • Radio transmitters in combination with GPS receivers. These radio signals can be received using large radio telescopes.
  • An alternative is the use of pulsed, coded optical laser diodes on the satellite and detection by means of a telescope and single photon detector at a ground station.
  • DE 102013101730 A1 describes a method for uniquely identifying an object, in which a unique identification means is arranged on or in an object designed as a spacecraft.
  • a transmission signal comprising electromagnetic waves is transmitted from a transmission station to the identification means of the spacecraft located in space.
  • an identification signal having electromagnetic waves sent back by the identification means of the spacecraft in response to the transmission signal is received.
  • the spacecraft can then be identified on the basis of the identification signal.
  • US 2016/0173196 A1 describes a system and method for identifying a passive target, with a transmitting source and receiving unit comprising a laser for detecting a laser beam reflected at the target. At least one retroreflector with a wave plate is used as an identification filter. Using a polarization modulator, pulse sequences with different polarizations can be generated, with the polarization of the reflected pulse train being analyzed. The variety of variants of the identification pattern can be increased by emitting laser beams with different wavelengths and by attaching wavelength-sensitive retroreflectors. Disclosure of Invention
  • the object of the invention is to specify a method for identifying an object, in particular a satellite in space, which is robust, angle-tolerant, inexpensive and resource-saving in relation to air turbulence and which allows a large number of objects to be uniquely identified.
  • a further object is to specify a transceiver station for carrying out such a method.
  • a further object is to specify an identification means for carrying out such a method.
  • a further object is to specify a system for carrying out such a method.
  • a further object is to specify a computer program product for carrying out such a method.
  • a method for identifying an object in particular a satellite in space, which comprises at least one transceiver station with a source for generating a pulse train of pulses of electromagnetic radiation and at least one identification means arranged on the object, the Source sends the pulses of the pulse train as a transmission signal in the direction of the object and from the at least one means of identification of the object an electromagnetic reception signal is directed back to the transmission-reception station in response to each transmission signal.
  • At least two polarization states of the received signal are detected with at least two detectors, offset in time by the transit time of the received signal from the object to the transceiver station, and an actual identification pattern of the object is formed by aggregating the detected intensities of the polarization states of several consecutive received signals, with a temporal Shift of the individual received signals is detected relative to a trigger signal synchronized with the pulse train of the source and the identification pattern is expanded to include the information on the time shift of the received signal
  • the pulses of the pulse train generated by the source can be converted into a multiple pulse, but at least a double pulse with different states of polarization.
  • Various methods of generating multiple pulses are described below. It can then be advantageous if the time shift of the individual pulses of the multiple pulse can be determined in relation to a trigger signal synchronized with the pulse train of the source. In this case, each individual pulse from the multiple pulse forms a received signal.
  • the trigger signal is expediently generated by the pulse train of the source.
  • a photodiode that detects part of the pulse train.
  • a photodiode can be arranged behind a partially transparent mirror.
  • the actual identification pattern is accumulated over a number of pulses of the pulse train emitted by the source and if necessary averaged.
  • the object is then expediently identified by comparing the actual identification pattern with a target identification pattern.
  • the data forming the actual identification pattern can also be evaluated and compared with target parameters as a single parameter (e.g. the angle of the main axis of the polarization ellipsoid resulting from two polarization states).
  • the source for generating pulses in a pulse train can expediently comprise an ultra-short pulse laser.
  • the advantage of using laser radiation compared to radiation from radio transmitters is that laser radiation can be bundled much better and can therefore be focused into a small solid angle. In the case of large distances to objects, such as with satellites in space, significantly greater signal strengths and thus system ranges can be achieved. Furthermore, interference can occur when using radio transmitters, which is why only limited radio licenses (each for a specific frequency) can be issued. Since the laser radiation is directional, there are no problems with interference and no licensing is currently required.
  • the reflected received signal can be detected with a telescope and a detector in a time-resolved manner, and the distance of the retroreflector, and thus the distance of the object, from the source can be calculated from the propagation time of the signal from the source to the detector using a time measuring device that is synchronized with the source .
  • this or another time measuring unit synchronized with the source, the time shift of the individual received signals of a multiple pulse relative to one another or in comparison to the transit time of a single pulse can be detected. This time shift is used to be able to clearly assign the received signal within the identification pattern.
  • the object is equipped with at least one passive optical assembly as an identification means, which has at least one retroreflector and other passive optical components, for example polarization optics such as polarizers, wave plates or wavelength-dependent transmission filters.
  • This module changes the properties of the transmitted signal reflected as a received signal, namely a combination of wavelength-dependent transmission, polarization and time profile of the reflected intensity, of an incoming transmission signal that is also modulated in these properties, so that the object, in particular satellites, can be clearly identified by measurement of these properties is possible in the reflected received signal.
  • the received signal is directed back by this optical assembly in the direction of the source, limited only by the diffraction of the transmitted signal. This increases the range and signal strength of the transmission signal and thus also of the reception signal.
  • the at least one identification means of the object can advantageously comprise a retroreflector assembly with a retroreflector and a first optical element, in particular a ⁇ /4 wave plate, and a second optical element, in particular a wire grid polarizer or a ⁇ /4 wave plate, wherein an optical axis of the second optical element is rotated at an angle from an optical axis of the first optical element.
  • the polarization state of the received signal can be changed in a suitable manner, so that the identification means and thus the object can be identified using the received signal.
  • this can optionally be carried out with different wavelengths of the transmission signal in order to increase the number of combinations or identification patterns by the different wavelengths.
  • wavelength-sensitive elements are arranged in the identification means.
  • At least two mutually spaced identification means can be arranged on the object and due to a propagation time difference of the reflected signal from each identification means, time-separated received signals can be returned as a multiple pulse in response to each transmitted signal to the transceiver station. This way describes a way to convert the pulses generated by the source into multiple pulses.
  • the at least two mutually spaced identification means can, for example, be mounted at a distance as two or more purely passive optical assemblies, for example a combination of retroreflectors, optical filters, polarization optics, on the object to be detected, for example a satellite.
  • the distance is expediently so large that the received signal reflected back by the two identification means can be detected individually with a high degree of probability due to the difference in transit time of the pulses.
  • the source can have a laser.
  • the source can have a pulsed laser that emits laser pulses with a pulse length of at most 1 nanosecond and a pulse repetition rate of at least 100 pulses per second.
  • laser pulses can be emitted with a pulse duration that is small compared to the maximum transit time difference of the light reflected by the at least two identification means.
  • the laser can emit short laser pulses, for example picosecond pulses, in order to be able to temporally resolve the signal from various retroreflector assemblies which are mounted on the satellite.
  • a high repetition rate and a low beam divergence of the laser are advantageous in order to be able to accumulate the detected identification pattern in a short time and thus increase the number of detected photons reflected back by the retroreflector.
  • the transmitting/receiving station can include a polarization state generator which is designed in such a way that each pulse of the pulse train generated by the source is converted into a multiple pulse and each individual pulse from the multiple pulse is transmitted as a transmission signal with a different transmission signal polarization state can.
  • This way of converting pulses generated by the source into multiple pulses can be combined with the previously mentioned way by using several identification means on the object. The number of pulses within the received signal multiple pulse then results correspondingly from the number of pulses within the transmitted signal multiple pulse, multiplied by the number of identification means.
  • the transmission signals transmitted as multiple pulses with different polarization states can then be transmitted as exactly two transmission signals, one transmission signal then having a right-hand circular polarization state (RC) and the other transmission signal having a left-hand circular polarization state (LC).
  • RC right-hand circular polarization state
  • LC left-hand circular polarization state
  • the individual pulses of the transmission signal can be changed in their polarization state with suitable optical assemblies such as ⁇ /4-wave plate or wire grid polarizers, in order to be able to identify the identification medium with which the signals interacted.
  • the multiple pulses with different polarization states can be emitted with a spacing that is large compared to the spacing of the multiple pulses that are reflected as a reaction to each transmitted signal from the at least two identification means.
  • an actual identification pattern of the object can be generated by combining the intensities I 1 , I 2 , I 3 , I 4 detected during the determination of the polarization of at least two multiple pulses reflected back by the identification means that are offset in time due to the multiple pulses of the transmission signal , is formed.
  • a transportable transceiver station can be provided on a ship, an airplane or the like.
  • the method according to the invention can advantageously be used to identify a satellite in space, with the identification means being arranged on the satellite and the transmitting/receiving station being located on the earth's surface.
  • the method it is also possible for the method to be used, for example, to identify aircraft or ground vehicles or ships, in which case the transceiver station can also be located on the ground or on aircraft or satellites in these areas of use.
  • the intensity of the received signal can be detected as a function of a transit time between transmission of the transmission signal and reception of the reception signal and/or as a function of a wavelength of the reception signal.
  • the transmission signal can be transmitted in at least two different transmission phases with different wavelengths.
  • a laser with two different wavelengths can be used as the source, for example, which transmits transmission signals of different wavelengths at different transmission phases.
  • two lasers with different wavelengths can also be used, which each emit pulses with a time delay.
  • the received signals can be assigned to the various transmission phases and the respective propagation times can be determined.
  • the at least one identification means can have at least one spectral filter, with which a transmission beam with at least one wavelength can be filtered out.
  • transmission beams with a number of wavelengths can be assigned to different identification means.
  • symmetry parameters can be determined from the measured intensities of the received signal in order to determine the actual identification pattern.
  • the symmetry parameters can be used to create dimensionless and normalized variables for evaluating the intensities of the received signal. This allows identification patterns to be defined in a suitable manner, by means of which the object can be identified.
  • a transmitting and receiving station for identifying an object, in particular a satellite in space, with at least one source of electromagnetic radiation for emitting a pulsed transmission signal as a pulse train to the object and with a telescope for receiving from it Object reflected received signals, wherein the receiving station comprises a polarization state analyzer for determining the received signal polarization states of the received signals reflected back from the object.
  • the polarization state analyzer comprises a time measurement unit to detect the polarization and the time shift of the pulses of a multi-pulse to a reference time synchronized with the pulse train of the source.
  • the transmitting/receiving station set up as a ground station has, for example, a laser as the source, which emits laser light parallel to the optical axis of a telescope.
  • the laser should emit short laser pulses (picosecond pulses) in order to be able to temporally resolve the signal from various retroreflector assemblies on the satellite.
  • a high repetition rate and a low beam divergence of the laser are advantageous in order to be able to detect many photons reflected back by the retroreflector in a short time.
  • the source has a laser which is designed to emit laser pulses with a pulse length of at most 1 nanosecond and a pulse repetition rate of at least 100 pulses per second.
  • the reflected light is collected with a telescope, bundled and sent via the polarization state analyzer (PSA) to at least two detectors, for example a single-photon detector each, depending on the polarization state.
  • PSA polarization state analyzer
  • the detector can thus register the received signal with high sensitivity.
  • the polarization state may comprise a timing unit synchronized to the source pulse train. Time shifts of the individual multiple pulses compared to a reference time can be measured with the aid of the time measuring unit.
  • the polarization state analyzer can completely detect the polarization of the multi-pulse for each pulse emitted by the source.
  • the polarization state analyzer spatially separates the received signal depending on the polarization state and a detector for receiving the received signal is provided for each polarization state.
  • each detector can be designed as a single-photon detector.
  • spatial separation can be achieved using beam splitters with polarization filters or, even better, polarization cubes.
  • the polarization state analyzer can include at least one beam splitter with a polarization filter and at least two fast photodetectors.
  • a time measuring unit can be present for detecting a transit time between the transmission of the transmission signal and the reception of the reception signal.
  • the transit time of the photon, measured between a photodiode at the output of the laser and the detector on the telescope, can be assigned to each detected photon using the time measuring unit.
  • the source can have a laser which is designed to emit laser pulses with a pulse length of at most 1 nanosecond and a pulse repetition rate of at least 100 pulses per second.
  • the polarization state generator can be designed to split each transmission signal of the pulse train into multiple pulses with different polarization states.
  • Such a polarization state generator can expediently comprise at least one beam splitter, in particular at least two beam splitters, a wave plate and a delay line.
  • the delay path is designed in such a way that the pulse interval of the multiple pulse generated with the aid of the polarization state generator is greater than the maximum propagation time difference of the light reflected back by a number of identification means arranged on the object.
  • the polarization state generator can be designed to set the polarization state of one pulse of the multiple pulse as right circularly polarized (RC) and the polarization state of another pulse of the multiple pulse as left circularly polarized (LC).
  • RC right circularly polarized
  • LC left circularly polarized
  • the circularly polarized laser beam then hits the satellite and is reflected back to the transceiver station as a received signal by one or more retroreflector assemblies.
  • the source can be designed to emit a transmission signal with at least two different wavelengths.
  • the source can have at least two lasers with different wavelengths.
  • a laser with two different wavelengths can be used as the source, for example, which transmits transmission signals of different wavelengths at different transmission phases.
  • two lasers with different wavelengths can also be used, which each emit pulses with a time delay. In this way, the received signals can be assigned to the various transmission phases and the respective propagation times can be determined.
  • an identification means for identifying an object in particular a satellite in space, is proposed, at least comprising at least one retroreflector assembly, which retroreflector assembly is formed, a received signal polarization state and/or a wavelength of a received signal in response to adjust a received transmission signal and return the reception signal in anti-parallel to the transmission signal.
  • the object to be identified is equipped with a passive-optical assembly as an identification means, which has at least one retroreflector and other passive-optical components, for example polarization optics such as polarizers, wave plates or wavelength-dependent transmission filters.
  • This module changes the properties of the transmitted signal reflected as a received signal, namely a combination of wavelength-dependent transmission, polarization and time profile of the reflected intensity, of an incident source that is also modulated in these properties, so that the satellite can be clearly identified by measuring these properties in the reflected reception signal is possible.
  • the transmission signal can advantageously be a pulsed laser beam.
  • the retroreflector assembly can have a retroreflector and a first optical element, in particular a ⁇ /4 wave plate, arranged first in a direction of incidence of the transmission signal, and a second optical element arranged behind the first optical element in the direction of incidence, in particular a wire grid polarizer or a ⁇ /4 wave plate.
  • a first optical element in particular a ⁇ /4 wave plate
  • a second optical element arranged behind the first optical element in the direction of incidence, in particular a wire grid polarizer or a ⁇ /4 wave plate.
  • an optical axis of the second optical element can be rotated by an angle relative to an optical axis of the first optical element, as a result of which the received signal polarization state of the received signal can be set.
  • the retroreflector assembly conveniently consists of a metal coated retroreflector, an outer ⁇ /4 waveplate and another optical element, a wire grid polarizer or another ⁇ /4 waveplate, mounted between the outer waveplate and the retroreflector.
  • the optical axis of the optical element is rotated at an angle with respect to the optical axis of the outer ⁇ /4 waveplate.
  • the identification means can include at least one spectral filter, with which a transmission beam with at least one wavelength can be filtered out. In this way, transmission beams with a number of wavelengths can be assigned to different identification means.
  • a system for identifying an object comprising at least one such transceiver station and at least one such identification means which is arranged on the object.
  • a computer program product for identifying an object, in particular a satellite in space, with a system which has at least one transmitting and receiving station with at least one source for generating a pulse train of pulses of electromagnetic radiation and at least one comprises identification means arranged on the object, the source sending the pulses of the pulse train as a transmission signal in the direction of the object and an electromagnetic reception signal being directed back from the at least one identification means of the object in response to each transmission signal to the transmission/reception station.
  • the computer program product includes at least one computer-readable storage medium, which includes program instructions that can be executed on a computer system and cause the computer system to perform a method as described above.
  • At least two polarization states of the received signal are detected with at least two detectors, offset in time by the transit time of the received signal from the object to the transceiver station, and an actual identification pattern of the object is formed by aggregating the detected intensities of the polarization states of several consecutive received signals.
  • a time shift of the individual received signals compared to a trigger signal synchronized with the pulse train of the source is also recorded, and the identification pattern is expanded to include the information on the time shift of the received signal (52).
  • the intensity of at least two polarization states of the received signal is determined in a time-resolved manner with regard to the multiple pulses.
  • an actual identification pattern of the object is formed by combining the detected intensities of the polarization state of the received signal.
  • the object is identified by comparing the actual identification pattern with a target identification pattern.
  • the computer program product comprises software code sections loadable directly into the memory of a digital computer, with which the method is executed when the software code sections are executed by the computer.
  • the computer program product can be formed by a computer program or can comprise at least one additional component in addition to the computer program.
  • the at least one additional component can be in the form of hardware and/or software.
  • An example of the at least one additional component configured as hardware is a storage medium that is readable by the digital computer and/or on which the software code sections are stored.
  • An example of the at least one additional component, which is designed as software, is a cloud application program, which is designed to distribute the software code sections to different processing units, in particular different computers, of a cloud computing system, with each of the processing units for Running one or more software code sections is formed.
  • the method as described above can be executed with the software code sections if the software code sections are executed by the processing units of the cloud computing system.
  • a data processing system for executing a data processing program comprises computer-readable program instructions in order to execute a method for identifying an object, in particular as described above.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a system for identifying an object, in particular a satellite in space, according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a transceiver station of the system according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a system with two identification means for identifying an object, with a polarization state analyzer for simultaneously measuring different polarization states of the received signal, and a polarization state generator for generating double pulses from each pulse of the pulse train emitted by the source;
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a retroreflector assembly of an identification means of the system according to FIG. 1;
  • FIG. 5 measured intensities of a received signal for a system according to FIG. 3;
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a system 100 for identifying an object 10, in particular a satellite 10 in space, according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the system 100 comprises a transceiver station 30 arranged on the earth's surface 200, from which a transmission signal 50, for example a laser beam, is sent to a satellite 10, on which two identification means 12 are arranged.
  • a received signal 52 is sent back by these identification means 12 and is received and evaluated by the transceiver station 30 .
  • the identification means 12 are preferably passive optical assemblies with retroreflectors.
  • Figure 2 shows a schematic representation of a transceiver station 30 of the system 100 according to Figure 1.
  • the transceiver station 30 has a source 32 of electromagnetic radiation for emitting a transmission signal 50 to the object 10 and a telescope 34 for receiving a reception signal 52 reflected back from the object 10 .
  • the source 32 emits a linearly polarized transmission signal 50 .
  • the source 32 can have a laser which is designed in particular to emit laser pulses with a pulse length of at most 1 nanosecond and a pulse repetition rate of at least 100 pulses per second.
  • the laser pulses emitted by the laser form a laser pulse train.
  • a partial intensity of the laser pulses is detected by a detector 42 to generate a trigger signal.
  • the trigger signal is used to synchronize the time shift of the pulses from the received signal 52 with the pulses emitted by the source.
  • the transmission signal 50 leaving the source 32 passes through a polarization state generator 36 which is provided in order to provide the transmission signal 50 with different transmission signal polarization states.
  • the polarization state generator 36 generates a double pulse, the first pulse of the double pulse being provided with a first transmission signal polarization state and the second pulse of the double pulse mi being provided with a second transmission signal polarization state.
  • the polarization state generator 36 is designed to set, for example, right-hand circular polarization as the first transmission signal polarization state RC of the transmission signal 50 and left-hand circular polarization as the second transmission signal polarization state LC.
  • the polarization state generator 36 can advantageously be designed in such a way that each transmission signal 50 of the pulse train is divided into multiple pulses with different polarization states.
  • the polarization state generator 36 can, for example, comprise at least two beam splitters 70, 72, a wave plate and a delay line 71.
  • the polarization state generator 36 may include a polarization beam splitter 70, as shown in Figure 3, for splitting the laser beam into two arms.
  • a delay line 71 is provided in one arm in order to delay the two pulses divided by the beam splitter 70 with respect to one another in terms of time.
  • the polarization state generator 36 includes a further polarization beam splitter 72 to recombine the two beam paths.
  • the delay line 71 is so long that the pulses have a transit time difference that is greater than the maximum caused by a plurality of identification means 12 arranged on the object 10.
  • a polarization state analyzer 38 is provided at the output of the telescope 34 in order to select a plurality of received signal polarization states RC, LC of the received signal 52 reflected by the object 10 and forward them spatially separately to different detectors 40 .
  • Such a polarization state analyzer 38 is also shown in more detail in FIG.
  • the state of polarization and the time information are transmitted to the evaluating computer 46 via a time measuring unit 44 .
  • the detectors 40 are provided for receiving the received signal 52 and can in particular be embodied as a single-photon detector.
  • the time measurement unit 44 is electrically connected to each detector 40 and is provided for detecting a transit time t of the transmission signal 50 between the transmission of the transmission signal 50 and the reception of the reception signal 52 .
  • the propagation time t of an incoming received signal 52 is also transmitted to the computer 46 .
  • the source 32 can also be designed to emit a transmission signal 50 with at least two different wavelengths in order to have further possible combinations for identifying the object 10, which can interact with the identification means 12 of the object 10 in a suitable manner.
  • the source 32 can have at least two lasers 32 with different wavelengths for this purpose.
  • the object can also be identified at at least two different wavelengths via a plurality of transceiver stations 30 whose transmission signal 50 is generated using lasers 32 of different wavelengths.
  • electromagnetic radiation with different wavelengths can be generated by using non-linear crystals (e.g. for frequency doubling).
  • the computer 46 can be part of a data processing system for executing a data processing program which comprises computer-readable program instructions in order to carry out a method for identifying the object 10 .
  • a computer program product can include at least one computer-readable storage medium, which includes program instructions that can be executed on the computer 46 and cause the computer 46 to carry out the method.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a retroreflector assembly 13 of an identification means 12 of the system 100 according to Figure 1.
  • the identification means 12 includes a retroreflector assembly 13 which is designed to set a received signal polarization state RC, LC of a received signal 52 in response to a received transmitted signal 50 and to send the received signal 52 back antiparallel to the transmitted signal 50 .
  • the retroreflector assembly 13 includes a retroreflector 14, which is designed as a metal-coated triple prism.
  • the retroreflector assembly 13 also comprises a first optical element 16 in the form of a ⁇ /4 wave plate arranged first in an incidence direction 24 of the transmission signal 50, and a second optical element 18 arranged behind the first optical element 16 in the direction of incidence 24, in Form of a wire grid polarizer or another ⁇ /4 wave plate.
  • a true zeroth-order waveplate is advantageously used, which has a low dependence of the phase shift on the temperature and the angle of incidence.
  • the optical axis 22 of the second optical element 18 is rotated by an angle ⁇ with respect to the optical axis 20 of the first optical element 16, as a result of which the received signal polarization state RC, LC of the received signal 52 can be set.
  • the transmit signal 50 is incident at an angle of incidence and an angle of rotation ⁇ of the first optical element 16 against the direction of incidence 24 of the retroreflector assembly 13 .
  • various retroreflector assemblies 13 can be implemented, which can be identified by polarimetric analysis of the received signal 52.
  • the identification means can comprise at least one spectral filter, with which a transmission beam 50 with at least one wavelength can be filtered out.
  • the retroreflector assembly 13 can adjust a wavelength of a received signal 52 in response to a received transmit signal 50 and retransmit the receive signal 52 in anti-parallel to the transmit signal 50 .
  • the method according to the invention for identifying the object 10, in particular a satellite in space, with the system 100, which comprises the transceiver station 30 with the source 32 of electromagnetic radiation and at least one identification means 12 arranged on the object 10, has the features described below steps up.
  • the source 32 uses a laser to generate a pulse train of electromagnetic radiation. Furthermore, from each pulse within the pulse train, the source 32 generates a multiple pulse from a plurality of successive transmission signals with different transmission signal polarization states. For example, a pulse with a first transmit signal polarization state RC and another pulse with a different transmit signal polarization state LC can be transmitted.
  • the source 32 sends the transmission signal 50 prepared as a multiple pulse with the electromagnetic radiation and different transmission signal polarization states within the multiple pulse in the direction of the object 10.
  • An electromagnetic reception signal 52 is transmitted by the at least one identification means 12 of the object 10 in response to each of the transmission signals 50 within of the multi-pulse directed back to the transmitting and receiving station 30.
  • the intensity of the polarization states I 1 , I 2 , I 3 , I 4 of the received signal 52 is detected from at least one first received signal polarization state RC, LC and at least one second, different received signal polarization state RC, LC.
  • This detection of the intensities is expediently carried out by aggregating the number of photons measured over a number of pulses in a pulse train, with both the state of polarization and the time shift of the received signal 52 being determined in comparison to the propagation time of a single pulse.
  • An actual identification pattern of the object 10 is formed by combining the detected intensities I 1 , I 2 , I 3 , I 4 of the received signal 52 .
  • the object 10 is then identified by comparing the actual identification pattern with a target identification pattern.
  • symmetry parameters can be determined from the measured intensities I 1 , I 2 , I 3 , I 4 of the received signal 52, as shown in FIGS.
  • the intensity I 1 , I 2 , I 3 , I 4 of the received signal 52 is detected as a function of a transit time t between the transmission of the transmitted signal 50 and the reception of the received signal 52 and/or as a function of a wavelength of the received signal 52 .
  • different identification means 12 on an object 10 can be distinguished.
  • the transmission signal 50 can be transmitted in at least two different transmission phases with different wavelengths.
  • the source 32 can advantageously have a laser, which emits laser pulses with a pulse length of at most 1 nanosecond and a pulse repetition rate of at least 100 pulses per second, in particular for measuring the propagation time t and for realizing different polarization states.
  • the intensities I 1 , I 2 , I 3 , I 4 for each retroreflector CCR1 , CCR2 result from the number of photons detected in the interval ⁇ 1 , ⁇ 2 , ⁇ 3 , ⁇ 4 for the received signal measured using the two detectors 40 - Polarization states RC and LC, aggregated over several pulses of the pulse train emitted by the source.
  • Photons and their propagation time t are detected as a function of the time of arrival and the detector in the polarization state analyzer 38 .
  • the two retroreflectors CCR1, CCR2 can be distinguished due to the different distances to the transceiver station 30 via the deviation ⁇ t from the transit time mean value t. Therefore each detected photon (in FIG. 5 as x-symbols and deviations dT from the mean propagation time t) can be assigned to one of the two retroreflector assemblies CCR1, CCR2.
  • the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 of the retroreflector assembly 13 described in FIG. 4 can be calculated for different angles ⁇ and depending on whether a wire grid polarizer or a ⁇ /4 wave plate is mounted in the assembly. This can be done, for example, using Müller matrix arithmetic according to Russell A. Chipman, “Handbook of Optics, Chapter 22: Polarimetry, Optical Society of America, McGraw-Hill, New York, 1995, and is described below as an example.
  • the Müller matrix of a waveplate (“linear retarder”) M LR ( ⁇ , ⁇ ) with a fast axis (“fast axis”) along 0 and the phase shift ⁇ (e.g. 90° for a ⁇ /4 waveplate) is given by: M LR ( ⁇ , ⁇ )
  • the Müller matrix of a polarizer M P ( ⁇ ) with the polarization axis along 0 is:
  • MCCR,WP( ⁇ , ⁇ ) M LR (- ⁇ ,90°) M LR (-( ⁇ + ⁇ ) , 90°) M CCR M LR (( ⁇
  • M CCR , P ( ⁇ , ⁇ ) M LR (- ⁇ , 90°) M P (-( ⁇ + ⁇ )) M CCR M P ( ⁇ + ⁇ ) M LR ( ⁇ , 90°)
  • I 1 M P (0°)M LR (+45° , 90°)M CCR WP/P ( ⁇ , ⁇ )(l,0,0,1) ⁇ n 1
  • the angles a were chosen in such a way that the values of the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 are as far apart as possible in order to avoid the assemblies (also under taking measurement errors into account) as easily as possible.
  • the 12 different retroreflector assemblies can be clearly identified using the values for the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 .
  • the result is a profile of the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 that is largely independent of the angle of incidence ⁇ .
  • the course of the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 is largely independent of the rotation angle Q.
  • the angle-independent curves of the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 show that the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 represent robust parameters for identifying objects using the method according to the invention.
  • the symmetry parameters P 1 , P 2 , P 3 determined from the intensity measurements can therefore be used to create actual identification patterns which, by comparison with stored target identification patterns that can be determined in advance by calculation, enable unknown objects, in particular satellites in space, to be identified .
  • the method according to the invention can also be extended to a number of wavelengths. The number of retroreflector assemblies can then be increased by means of spectral filters. At two wavelengths, up to four retroreflector assemblies would be sufficient to make 20474 satellites identifiable. Reference sign
  • PBS polarization beam splitter

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts (10), eine Sende-Empfangsstation (30), Identifikationsmittel (12) und ein System zum Identifizieren des Objekts, welches eine Sende-Empfangsstation (30) mit einer Quelle (32) zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie ein an dem Objekt (10) angeordnetes Identifikationsmittel umfasst. Die Quelle (32) sendet Pulse des Pulszuges in Richtung des Objekts (10). Von dem Identifikationsmittel (12) wird ein Empfangssignal (52) in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) zur Sende-Empfangsstation (30) zurückgestrahlt. Zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt zur Sende-Empfangsstation (30) werden zwei Polarisationszustände des Empfangssignals (52) mit zwei Detektoren (40) erfasst und ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale (52) gebildet. Es wird auch eine zeitliche Verschiebung der Empfangssignale (52) gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) erfasst.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN, SENDE-EMPFANGSSTATION, IDENTIFIKATIONSMITTEL UND SYSTEM ZUM IDENTIFIZIEREN EINES OBJEKTS
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, eine Sende-Empfangsstation zum Identifizieren eines Objekts sowie ein Identifikationsmittel, ein System zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, sowie ein Computer-Programm-Produkt und ein Datenverarbeitungssystem, um ein solches Verfahren auszuführen.
Durch die zunehmende, auch kommerzielle Nutzung des Weltraums besteht großes Interesse an Verfahren zur bodengestützten Erkennung von Weltraumobjekten. Dies vereinfacht nicht nur den Betrieb von Satelliten, sondern auch die Weltraumlageerfassung, die sogenannte „Space Situational Awareness“, die Kollisionsvermeidung und das Wiederauffinden von Satelliten ohne präzise Bahndaten. Der größte Beitrag zur Weltraum lageerfassung stammt derzeit aus Radarmessungen. Radarmessungen können große Satelliten anhand der äußeren Abmessungen direkt bildgebend erkennen. Für Kleinstsatelliten, wie beispielsweise sogenannte CubeSats, ist dies jedoch im Allgemeinen nicht möglich, zumal teils zahlreiche Satelliten während eines einzelnen Raketenstarts im Weltraum ausgebracht werden. Die Betreiber dieser Kleinsatelliten erhalten oft nur verzögert Bahndaten und diese sind nicht immer einem speziellen Satelliten zugeordnet. Um Weltraumobjekte von der Erde aus leichter identifizieren zu können, gibt es derzeit keine Standardtechnologie. Eine existierende Möglichkeit besteht darin, Satelliten mit Radiosendern, in Kombination mit GPS Empfängern, auszustatten. Diese Radiosignale können mittels großer Radioteleskope empfangen werden. Eine Alternative ist der Einsatz gepulster, kodierter optischer Laserdioden am Satelliten und die Detektion mittels Teleskop und Einzelphotonendetektor an einer Bodenstation.
Die DE 102013101730 A1 beschreibt ein Verfahren zur eindeutigen Identifikation eines Objekts, bei dem ein eindeutiges Identifikationsmittel an oder in einem als Weltraum-Flugkörper ausgebildeten Objekt angeordnet wird. Es wird ein elektromagnetische Wellen aufweisendes Sendesignal von einer Sendestation zu dem Identifikationsmittel des sich im Weltraum befindenden Weltraum-Flugkörpers gesendet. In einer Empfangsstation wird ein von dem Identifikationsmittel des Weltraum-Flugkörpers in Reaktion auf das Sendesignal zurückgesandtes elektromagnetische Wellen aufweisendes Identifikationssignal empfangen. Anhand des Identifikationssignals ist dann ein Identifizieren des Weltraum-Flugkörpers möglich.
Die US 2016/0173196 A1 beschreibt ein System und Verfahren zur Identifikation eines passiven Ziels, mit einer einen Laser umfassenden Sendequelle und Empfangseinheit zur Detektion eines am Ziel reflektierten Laserstrahls. Als Identifikationsfilter wird wenigstens ein Retroreflektor mit Wellenplatte verwendet. Mithilfe eines Polarisationsmodulators können Pulsabfolgen mit unterschiedlicher Polarisation generiert werden, wobei die Polarisation des zurückreflektierten Pulszuges analysiert wird. Die Vanantenvielfalt des Identifikationsmusters kann durch Aussenden von Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und durch Anbringen von wellenlängensensitiven Retroreflektoren erhöht werden. Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber Luftturbulenzen robustes, winkeltolerantes, günstiges und ressourcenschonendes Verfahren zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum anzugeben, welches es erlaubt, eine Vielzahl von Objekten eindeutig zu identifizieren.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Sende-Empfangsstation zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Identifikationsmittel zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Computer-Programm-Produkt zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts vorgeschlagen, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation mit einer Quelle zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt angeordnetes Identifikationsmittel umfasst, wobei die Quelle die Pulse des Pulszuges als Sendesignal in Richtung des Objekts sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel des Objekts ein elektromagnetisches Empfangssignal in Reaktion auf jedes Sendesignal gerichtet zur Sende-Empfangsstation zurückgestrahlt wird.
Zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt zur Sende-Empfangsstation werden wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals mit wenigstens zwei Detektoren erfasst und ein Ist- Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale gebildet, wobei neben den Polarisationszuständen auch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Triggersignal erfasst wird und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals erweitert wird
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können die von der Quelle erzeugten Pulse des Pulszuges in einen Mehrfachpuls, mindestens jedoch einen Doppelpuls mit unterschiedlichen Polarisationszuständen, umgewandelt werden. Verschiedene Methoden zur Erzeugung von Mehrfachpulsen sind nachfolgend beschrieben. Es kann dann vorteilhaft sein, wenn die zeitliche Verschiebung der einzelnen Pulse des Mehrfachpulses gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Triggersignal bestimmt werden kann. Dabei bildet jeder einzelne Puls aus dem Mehrfachpuls ein Empfangssignal.
Dadurch wird gewährleistet, dass die Zeit zur Erfassung eines vollständigen Identifikationsmusters so kurz wie möglich ist. Der Einfluss von etwaigen das Identifikationsmuster störenden Turbulenzen zwischen Sende- Empfangsstation und dem Objekt können so minimiert werden.
Zweckmäßigerweise wird das Triggersignal durch den Pulszug der Quelle generiert. Beispielsweise über eine Photodiode, die einen Teil des Pulszuges detektiert. Beispielsweise kann eine solche Photodiode hinter einem teildurchlässigen Spiegel angeordnet sein.
Es ist vorteilhaft, wenn das Ist-Identifikationsmuster über mehrere Pulse des von der Quelle ausgesandten Pulszuges akkumuliert wird und gegebenenfalls gemittelt wird.
Die Identifikation des Objekts erfolgt dann zweckmäßigerweise durch Vergleich des Ist-Identifikationsmusters mit einem Soll- Identifikationsmuster. Andererseits können die das Ist-Identifikationsmuster bildenden Daten auch ausgewertet werden und als einzelne Kenngröße (z.B. dem Winkel der Hauptachse des sich über zwei Polarisationszustände ergebenden Polarisationsellipsoids) mit Soll-Kenngrößen verglichen werden.
Zweckmäßigerweise kann die Quelle zur Erzeugung von Pulsen in einem Pulszug einen Ultrakurzpulslaser umfassen. Der Vorteil bei der Verwendung von Laserstrahlung gegenüber der Strahlung von Radiosendern ist, dass Laserstrahlung sehr viel besser gebündelt werden kann und so gerichtet in einen kleinen Raumwinkel fokussierbar ist. Bei großen Entfernungen zu Objekten, wie bei Satelliten im Weltraum, können so wesentlich größere Signalstärken und damit Reichweiten des Systems erreicht werden. Ferner können bei der Verwendung von Radiosendern Interferenzen auftreten, weshalb nur begrenzt Radiolizenzen (jeweils für eine bestimmte Frequenz) vergeben werden können. Da die Laserstrahlung gerichtet ist, treten keine Probleme durch Interferenzen auf und es ist derzeit keine Lizensierung notwendig.
Als Identifikationsmittel kann es vorteilhaft sein, einen Retroreflektor, Tripelspiegel oder Tripelprisma, zu verwenden, um das von der Quelle ausgesandte Licht antiparallel wieder zu seiner Quelle zurück zu reflektieren.
Das reflektierte Empfangssignal kann mit einem Teleskop und einem Detektor zeitaufgelöst detektiert und über eine Zeitmesseinrichtung, die mit der Quelle synchronisiert ist, kann aus der Laufzeit des Signals von der Quelle zum Detektor der Abstand des Retroreflektors, und damit des Objekts, von der Quelle berechnet werden.
Ferner kann mithilfe dieser oder einer anderen mit der Quelle synchronisierten Zeitmesseinheit die zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale eines Mehrfachpulses zueinander bzw. im Vergleich zur Laufzeit eines einzelnen Pulses erfasst werden. Diese zeitliche Verschiebung wird genutzt, um das Empfangssignal innerhalb des Identifikationsmusters eindeutig zuordnen zu können.
Erfindungsgemäß wird das Objekt mit wenigstens einer passiv optischen Baugruppe als Identifikationsmittel ausgerüstet, die mindestens einen Retroreflektor, sowie weitere passiv optische Komponenten, beispielsweise Polarisationsoptiken wie Polarisatoren, Wellenplatten oder wellenlängen- abhängige Transmissionsfilter, aufweist. Durch diese Baugruppe werden Eigenschaften des als Empfangssignal reflektierten Sendesignals, nämlich einer Kombination aus wellenlängenabhängiger Transmission, Polarisation und zeitlichem Verlauf der zurückgestrahlten Intensität, eines ebenfalls in diesen Eigenschaften modulierten, einstrahlenden Sendesignals so verändert, dass eine eindeutige Erkennung des Objekts, insbesondere Satelliten, durch Messung dieser Eigenschaften im reflektierten Empfangssignal möglich ist.
Das Empfangssignal wird von dieser optischen Baugruppe gerichtet in Richtung der Quelle zurückgesendet, und zwar nur begrenzt durch die Beugung des Sendesignals. Dies erhöht Reichweite und Signalstärke des Sendesignals und damit auch des Empfangssignals.
Vorteilhaft wird so ein rein passives optisches Verfahren vorgeschlagen, welches keine elektrische Versorgung aus dem Satelliten benötigt. Es wird auch keine komplexe Schaltungselektronik benötigt, die anfällig für Ausfälle ist, da die Elektronik auf dem Satelliten zwangsläufig ionisierender Weltraumstrahlung ausgesetzt ist.
Das wenigstens eine Identifikationsmittel des Objekts kann vorteilhaft eine Retroreflektor-Baugruppe mit einem Retroreflektor und einem ersten optischen Element, insbesondere einer λ/4-Wellenplatte, sowie einem zweiten optischen Element, insbesondere einem Drahtgitter-Polarisator oder einer λ/4-Wellenplatte, umfassen, wobei eine optische Achse des zweiten optischen Elements um einen Winkel gegen eine optische Achse des ersten optischen Elements verdreht ist. Dadurch kann der Polarisationszustand des Empfangssignals auf geeignete Weise geändert werden, sodass das Identifikationsmittel und damit das Objekt anhand des Empfangssignals identifiziert werden kann. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dieses optional mit unterschiedlichen Wellenlängen des Sendesignals durchgeführt werden kann, um die Zahl der Kombinationen bzw. Identifikationsmuster entsprechend um die unterschiedlichen Wellenlängen zu erhöhen. Dabei sind wellenlängensensitive Elemente in den Identifikationsmitteln angeordnet.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens zwei zueinander beabstandete Identifikationsmittel an dem Objekt angeordnet sein und aufgrund eines Laufzeitunterschieds des reflektierten Signals von jedem Identifikationsmittel zeitlich voneinander getrennte Empfangssignale als Mehrfachpuls in Reaktion auf jedes Sendesignal zur Sende-Empfangsstation zurückgestrahlt werden. Dieser Weg beschreibt eine Möglichkeit, die von der Quelle erzeugten Pulse in Mehrfachpulse umzuwandeln.
Die wenigstens zwei zueinander beabstandeten Identifikationsmittel können beispielsweise als zwei oder mehrere rein passiv optische Baugruppen, beispielsweise eine Kombination aus Retroreflektoren, optischen Filtern, Polarisationsoptiken, am zu detektierenden Objekt, beispielsweise einem Satelliten, mit einem Abstand montiert werden. Dabei ist der Abstand zweckmäßigerweise so groß, dass das von beiden Identifikationsmitteln zurückreflektierte Empfangssignal aufgrund des Laufzeitunterschieds der Pulse mit hoher Wahrscheinlichkeit einzeln erfasst werden kann.
Die Wahrscheinlichkeit der selektiven Erfassung der Empfangssignale ergibt sich durch den üblicherweise zu erwartenden Laufzeitunterschied zwischen den Identifikationsmitteln. Dieser Laufzeitunterschied hängt vom Winkel des Sende-ZEmpfangseinheit zum Objekt ab und kann, je nach Rotation und Position des Objekts, variieren. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Quelle einen Laser aufweisen. Insbesondere kann die Quelle einen gepulsten Laser aufweisen, der Laserpulse mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde emittiert.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können Laserpulse ausgesandt werden, mit einer Pulsdauer, die klein ist im Vergleich zum maximalen Laufzeitunterschied des von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln reflektierten Lichts.
Für die beschriebene Anwendung kann der Laser kurze Laserpulse, beispielsweise Pikosekunden-Pulse, aussenden, um das Signal von verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen, welche am Satelliten montiert sind, zeitlich auflösen zu können.
Zusätzlich sind eine hohe Repetitionsrate und eine geringe Strahldivergenz des Lasers von Vorteil, um in kurzer Zeit die erfassten Identfikationsmuster akkumulieren und so die Zahl der detektierten, vom Retroreflektor zurückreflektierten Photonen vergrößern zu können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Sende- Empfangsstation einen Polarisationszustandsgenerator umfassen, der derart ausgebildet ist, dass jeder von der Quelle erzeugte Puls des Pulszuges in einen Mehrfachpuls umgewandelt und jeder einzelne Puls aus dem Mehrfachpuls als Sendesignal mit jeweils unterschiedlichem Sendesignal-Polarisationszustand ausgesendet werden kann. Diese Art der Umwandlung von von der Quelle erzeugten Pulsen in Mehrfachpulse kann mit der zuvor genannten Weise durch Verwendung mehrerer Identifikationsmittel an dem Objekt kombiniert werden. Die Zahl der Pulse innerhalb des Empfangs-Signal-Mehrfachpulses ergibt sich dann entsprechend aus der Zahl der Pulse innerhalb des Sende-Signal- Mehrfachpulses, multipliziert mit der Zahl an Identifikationsmitteln.
Zweckmäßigerweise können dann die als Mehrfachpuls mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ausgesandten Sendesignale als genau zwei Sendesignale ausgesandt werden, wobei dann das eine Sendesignal einen rechts zirkularen Polarisationszustand (RC) und das andere Sendesignal einen links zirkularen Polarisationszustand (LC) aufweist.
Dadurch lassen sich die einzelnen Pulse des Sendesignals mit geeigneten optischen Baugruppen wie λ/4-Wellenplatte oder Drahtgitter-Polarisatoren in ihrem Polarisationszustand verändern, um auf diese Weise das Identifikationsmittel, mit welchem die Signale in Wechselwirkung standen, identifizieren zu können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können die Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen mit einem Abstand ausgesandt werden, der groß ist im Vergleich zu dem Abstand der Mehrfachpulse, die als Reaktion auf jedes Sendesignal von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln zurückgestrahlt werden.
Günstigerweise kann dann der Abstand der als Sendesignale ausgesandten Mehrfachpulse an den Abstand der von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln zurückgestrahlten Mehrfachpulse derart angepasst wird, dass die von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln zurückgestrahlten Mehrfachpulse gerade noch aufgelöst werden können. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Ist- Identifikationsmuster des Objekts durch Kombination der bei der Bestimmung der Polarisation erfassten Intensitäten I1, I2 , I3, I4 von wenigstens zwei aufgrund der Sendesignal-Mehrfachpulse zeitlich zueinander versetzten von den Identifikationsmitteln zurückgestrahlten Mehrfachpulsen, gebildet wird.
Aufgrund der großen Entfernung zwischen einem Satelliten und einer Bodenstation als Sende-Empfangsstation ist es möglich, dass nicht die gesamte reflektierte Intensität des Sendesignals als Empfangssignal erfasst wird, sondern nur ein Ausschnitt des Beugungsbildes der vom Retroreflektor reflektierten Laserstrahlung. Auch damit lassen sich vorteilhaft Intensitäten des Empfangssignals in geeigneter Weise bestimmen, die zur Identifikation des Objekts herangezogen werden können. Statt einer stationären Sende-Empfangsstation kann eine transportable Sende-Empfangsstation auf einem Schiff, einem Flugzeug oder dergleichen vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann, wie beschrieben, vorteilhaft zum Identifizieren eines Satelliten im Weltraum angewendet werden, wobei die Identifikationsmittel am Satelliten angeordnet sind und die Sende- Empfangsstation sich auf der Erdoberfläche befindet. Ebenso ist es jedoch möglich, dass das Verfahren beispielsweise zum Identifizieren von Flugzeugen oder Bodenfahrzeugen oder Schiffen eingesetzt wird, wobei sich die Sende-Empfangsstation bei diesen Einsatzgebieten ebenfalls am Boden oder auch auf Flugzeugen oder Satelliten befinden kann.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Intensität des Empfangssignals abhängig von einer Laufzeit zwischen Aussenden des Sendesignals und Empfangen des Empfangssignals und/oder abhängig von einer Wellenlänge des Empfangssignals erfasst werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Sendesignal in wenigstens zwei verschiedenen Sendephasen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgesendet werden. Dabei kann als Quelle beispielsweise ein Laser mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden, der zur verschiedenen Sendephasen Sendesignale verschiedener Wellenlänge sendet.
Alternativ können auch zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden, die jeweils zeitversetzt Pulse aussenden. Dadurch können die Empfangssignale den verschiedenen Sendephasen zugeordnet werden und die jeweiligen Laufzeiten bestimmt werden.
Das wenigstens eine Identifikationsmittel kann dazu wenigstens einen spektralen Filter aufweisen, mit welchem ein Sendestrahl mit wenigstens einer Wellenlänge herausgefiltert werden kann. So können Sendestrahlen mit mehreren Wellenlängen unterschiedlichen Identifikationsmitteln zugeordnet werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können zur Bestimmung des Ist-Identifikationsmusters aus den gemessenen Intensitäten des Empfangssignals Symmetrieparameter bestimmt werden. Die Symmetrieparameter können dazu dienen, dimensionslose und normierte Größen für die Auswertung der Intensitäten des Empfangssignals zu schaffen. Damit lassen sich auf geeignete Weise Identifikationsmuster definieren, mittels welcher das Objekt identifiziert werden kann. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Sende- Empfangsstation zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, vorgeschlagen, mit wenigstens einer Quelle von elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden eines gepulsten Sendesignals als Pulszug zu dem Objekt und mit einem Teleskop zum Empfangen von von dem Objekt zurückgestrahlten Empfangssignalen, wobei die Empfangsstation einen Polarisationszustandsanalysator zur Bestimmung der Empfangssignal-Polarisationszustände der vom Objekt zurückgestrahlten Empfangssignale umfasst. Der Polarisationszustandsanalysator umfasst eine Zeitmesseinheit, um die Polarisation und die zeitliche Verschiebung der Pulse eines Mehrfachpulses zu einer mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Referenzzeit zu erfassen.
Die als Bodenstation eingerichtete Sende-Empfangsstation weist beispielsweise einen Laser als Quelle auf, der Laserlicht parallel zur optischen Achse eines Teleskops emittiert. Für die beschriebene Anwendung sollte der Laser kurze Laserpulse (Pikosekunden-Pulse) aussenden, um das Signal von verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen am Satelliten zeitlich auflösen zu können. Zusätzlich sind eine hohe Repetitionsrate und eine geringe Strahldivergenz des Lasers von Vorteil, um in kurzer Zeit viele vom Retroreflektor zurückreflektierte Photonen detektieren zu können.
Zweckmäßig ist es, wenn die Quelle einen Laser aufweist, der zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist. An der Sende-Empfangsstation wird das zurückreflektierte Licht mit einem Teleskop gesammelt, gebündelt und über den Polarisationszustands- analysator (PSA) je nach Polarisationszustand zu wenigstens zwei Detektoren, beispielsweise jeweils einem Einzelphotonen-Detektor, gesendet.
Der Detektor kann so das Empfangssignal mit hoher Empfindlichkeit registrieren.
Zweckmäßigerweise kann der Polarisationszustand eine Zeitmesseinheit umfassen, die mit dem Pulszug der Quelle synchronisiert wird. Mithilfe der Zeitmesseinheit können zeitliche Verschiebungen der einzelnen Mehrfachpulse gegenüber einer Referenzzeit gemessen werden.
Zweckmäßig ist es, wenn als Detektoren schnelle Photodioden oder Photomultiplier verwendet werden mit einer Auswerteelekronik, die Zeitbereiche im Sub-Nanosekundenbereich bzw. Pikosekundenbereich auflösen kann. So kann die Polarisation der Mehrfachpulse innerhalb des von der Quelle generierten Pulszuges zeitlich erfasst werden.
Besonders günstig ist es, wenn der Polarisationszustandsanalysator die Polarisation des Mehrfachpulses für jeden von der Quelle ausgesandten Puls vollständig erfassen kann.
Dazu ist es besonders günstig, wenn der Polarisionszustandsanalysator das Empfangssignal je nach Polarisationzustand räumlich trennt und für jeden Polarisationszustand ein Detektor zum Empfangen des Empfangssignals vorgesehen ist. Insbesondere kann jeder Detektor als Einzelphotonen-Detektor ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine räumliche Trennung durch Strahlteiler mit Polarisationsfilter oder noch besser Polarisationswürfel erfolgen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann der Polarisationszustandsanalysator wenigstens einen Strahlteiler mit Polarisationsfilter, sowie wenigstens zwei schnelle Photodetektoren umfassen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann eine Zeitmesseinheit zur Erfassung einer Laufzeit zwischen Aussenden des Sendesignals und Empfangen des Empfangssignals vorhanden sein. Dabei kann jedem detektierten Photon mittels der Zeitmesseinheit die Laufzeit des Photons, gemessen zwischen einer Fotodiode am Ausgang des Lasers und dem Detektor am Teleskop, zugeordnet werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann die Quelle einen Laser aufweisen, der zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann der Polarisationszustandsgenerator ausgebildet sein, um jedes Sendesignal des Pulszuges in Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen aufzuteilen.
Zweckmäßigerweise kann ein solcher Polarisationszustandsgenerator wenigstens einen Strahlteiler, insbesondere wenigstens zwei Strahlteiler, eine Wellenplatte und eine Verzögerungsstrecke umfassen.
Dabei ist es günstig, wenn die Verzögerungsstrecke derart ausgebildet ist, dass der Pulsabstand des mithilfe des Polarisationszustandsgenerator generierten Mehrfachpulses größer ist, als der maximale Laufzeitunterschied des durch mehrere auf dem Objekt angeordnete Identifikationsmittel zurückgestrahlten Lichtes.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann der Polarisationszustandsgenerator ausgebildet sein, um den Polarisationszustand eines Pulses des Mehrfachpulses als rechts zirkular polarisiert (RC) und den Polarisationszustand eines anderen Pulses des Mehrfachpulses als links zirkular polarisiert (LC) einzustellen.
Dabei trifft der zirkular polarisierte Laserstrahl dann auf den Satelliten und wird von einer oder von mehreren Retroreflektor-Baugruppen als Empfangssignal zur Sende-Empfangsstation zurückreflektiert.
Dadurch lassen sich die einzelnen Pulse des Sendesignals mit geeigneten optischen Baugruppen wie λ/4-Wellenplatte oder Drahtgitter-Polarisatoren in ihrem Polarisationszustand verändern, um auf diese Weise das Identifikationsmittel, mit welchem die Signale in Wechselwirkung standen, identifizieren zu können. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann die Quelle ausgebildet sein, ein Sendesignal mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auszusenden. Insbesondere kann die Quelle wenigstens zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Dabei kann als Quelle beispielsweise ein Laser mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden, der zu verschiedenen Sendephasen Sendesignale verschiedener Wellenlänge sendet. Alternativ können auch zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden, die jeweils zeitversetzt Pulse aussenden. Dadurch können die Empfangssignale den verschiedenen Sendephasen zugeordnet werden und die jeweiligen Laufzeiten bestimmt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Identifikationsmittel zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum vorgeschlagen, wenigstens umfassend wenigstens eine Retroreflektor-Baugruppe, welche Retroreflektor-Baugruppe ausgebildet ist, einen Empfangssignal-Polarisationszustand und/oder eine Wellenlänge eines Empfangssignals in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal einzustellen und das Empfangssignal antiparallel zum Sendesignal zurückzusenden.
Erfindungsgemäß wird das zu identifizierende Objekt mit einer passiv optischen Baugruppe als Identifikationsmittel ausgerüstet, die mindestens einen Retroreflektor, sowie weitere passiv optische Komponenten, beispielsweise Polarisationsoptiken wie Polarisatoren, Wellenplatten oder wellenlängen-abhängige Transmissionsfilter, aufweist. Durch diese Baugruppe werden Eigenschaften des als Empfangssignal reflektierten Sendesignals, nämlich einer Kombination aus wellenlängenabhängiger Transmission, Polarisation und zeitlichem Verlauf der zurückgestrahlten Intensität, einer ebenfalls in diesen Eigenschaften modulierten, einstrahlenden Quelle so verändert, dass eine eindeutige Erkennung des Satelliten durch Messung dieser Eigenschaften im reflektierten Empfangssignal möglich ist. Das Sendesignal kann günstigerweise ein gepulster Laserstrahl sein.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Identifikationsmittels kann die Retroreflektor-Baugruppe einen Retroreflektor und ein, in einer Einfallsrichtung des Sendesignals zuerst angeordnetes erstes optisches Element, insbesondere eine λ/4-Wellenplatte, sowie ein in der Einfallsrichtung hinter dem ersten optischen Element angeordnetes zweites optisches Element, insbesondere einen Drahtgitter-Polarisator oder eine λ/4-Wellenplatte, umfassen. Dabei kann eine optische Achse des zweiten optischen Elements um einen Winkel gegen eine optische Achse des ersten optischen Elements verdreht sein, wodurch der Empfangssignal- Polarisationszustand des Empfangssignals einstellbar ist.
Die Retroreflektor-Baugruppe besteht günstigerweise aus einem metallbeschichteten Retroreflektor, einer äußeren λ/4-Wellenplatte und einem weiteren optischen Element, einem Drahtgitter-Polarisator oder einer weiteren λ/4-Wellenplatte, welches zwischen der äußeren Wellenplatte und dem Retroreflektor montiert wird. Die optische Achse des optischen Elements ist gegenüber der optischen Achse der äußeren λ/4-Wellenplatte um einen Winkel verdreht. Durch die Auswahl der zentralen optischen Komponente, Drahtgitter-Polarisator oder λ/4-Wellenplatte sowie des Winkels lassen sich verschiedene Retroreflektor-Baugruppen herstellen, welche polarimetrisch mittels Ferndetektion identifizierbar sind. Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Identifikationsmittel wenigstens einen spektralen Filter umfassen, mit welchem ein Sendestrahl mit wenigstens einer Wellenlänge herausfilterbar ist. So können Sendestrahlen mit mehreren Wellenlängen unterschiedlichen Identifikationsmitteln zugeordnet werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem Verfahren, wie oben beschrieben, vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine solche Sende-Empfangsstation und wenigstens ein solches Identifikationsmittel, welches an dem Objekt angeordnet ist.
Vorteilhaft wird so ein rein passives optisches Verfahren vorgeschlagen, welches keine elektrische Versorgung aus dem Satelliten benötigt. Es wird auch keine komplexe Schaltungselektronik benötigt, die anfällig für Ausfälle ist, da die Elektronik auf dem Satelliten zwangsläufig ionisierender Weltraumstrahlung ausgesetzt ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computer-Programm- Produkt zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem System vorgeschlagen, welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation mit wenigstens einer Quelle zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt angeordnetes Identifikationsmittel umfasst, wobei die Quelle die Pulse des Pulszuges als Sendesignal in Richtung des Objekts sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel des Objekts ein elektromagnetisches Empfangssignal in Reaktion auf jedes Sendesignal gerichtet zur Sende-Empfangsstation zurückgestrahlt wird. Dabei umfasst das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium, welches Programm befehle umfasst, die auf einem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren, wie oben beschrieben, auszuführen. Dabei werden zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt zur Sende-Empfangsstation, wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals mit wenigstens zwei Detektoren erfasst und ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale gebildet. Neben den Polarisationszuständen wird auch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Triggersignal erfasst und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals (52) erweitert.
Die Intensität von wenigstens zwei Polarisationszuständen des Empfangssignals wird im Hinblick auf die Mehrfachpulse zeitlich aufgelöst bestimmt. Dabei wird ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Kombination der erfassten Intensitäten des Polarisationszustandes des Empfangssignals gebildet. Das Identifizieren des Objekts erfolgt durch Vergleich des Ist-Identifikationsmusters mit einem Soll- Identifikationsmuster.
Das Computerprogrammprodukt umfasst direkt in den Speicher eines digitalen Computers ladbare Softwarecodeabschnitte, mit denen das Verfahren ausgeführt wird, wenn die Softwarecodeabschnitte von dem Computer ausgeführt werden.
Das Computerprogrammprodukt kann durch ein Computerprogramm gebildet sein oder neben dem Computerprogramm mindestens einen zusätzlichen Bestandteil umfassen. Der mindestens eine zusätzliche Bestandteil kann als Hardware und/oder als Software ausgebildet sein. Ein Beispiel für den mindestens einen zusätzlichen Bestandteil, der als Hardware ausgebildet ist, ist ein Speichermedium, das von dem digitalen Computer lesbar ist und/oder auf dem die Softwarecodeabschnitte gespeichert sind.
Ein Beispiel für den mindestens einen zusätzlichen Bestandteil, der als Software ausgebildet ist, ist ein Cloud-Anwendungs-Programm, welches zum Verteilen der Softwarecodeabschnitte auf verschiedene Verarbeitungseinheiten, insbesondere verschiedene Computer, eines Cloud-Computing-Systems ausgebildet ist, wobei jede der Verarbeitungseinheiten zum Ausführen eines oder mehrerer Softwarecodeabschnitte ausgebildet ist.
Insbesondere kann mit den Softwarecodeabschnitten das Verfahren wie oben beschrieben ausgeführt werden, wenn die Softwarecodeabschnitte von den Verarbeitungseinheiten des Cloud-Computing-Systems ausgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Datenverarbeitungssystem zur Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms vorgeschlagen, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere wie oben beschrieben, auszuführen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine schematische Übersicht eines Systems zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sende-Empfangsstation des Systems nach Figur 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Systems mit zwei Identifikationsmitteln zum Identifizieren eines Objekts, mit einem Polarisationszustandsanalysator zur gleichzeitigen Messung verschiedener Polarisationszustände des Empfangssignals, sowie einem Polarisationszustandsgenerator zur Erzeugung von Doppelpulsen aus jedem Puls des von der Quelle emittierten Pulszuges;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Retroreflektor-Baugruppe eines Identifikationsmittels des Systems nach Figur 1 ;
Fig. 5 gemessene Intensitäten eines Empfangssignals für ein System gemäß Figur 3;
Fig. 6 berechnete Symmetrieparameter für zwölf verschiedene Retroreflektor-Baugruppen bei senkrechtem Einfall des Sendesignals;
Fig. 7 gemessene Symmetrieparameter für zwölf verschiedene Retroreflektor-Baugruppen bei senkrechtem Einfall des Sendesignals; Fig. 8 gemessene Symmetrieparameter einer Retroreflektor- Baugruppe als Funktion eines Einfallswinkels des Sendesignals; und
Fig. 9 gemessene Symmetrieparameter einer weiteren Retroreflektor- Baugruppe als Funktion eines Rotationswinkels auf die Retroreflektor-Baugruppe.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Übersicht eines Systems 100 zum Identifizieren eines Objekts 10, insbesondere eines Satelliten 10 im Weltraum, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das System 100 umfasst in diesem Beispiel eine auf der Erdoberfläche 200 angeordnete Sende-Empfangsstation 30, von welcher ein Sendesignal 50, beispielsweise ein Laserstrahl, zu einem Satelliten 10 gesendet wird, an welchem zwei Identifikationsmittel 12 angeordnet sind. Von diesen Identifikationsmitteln 12 wird ein Empfangssignal 52 zurückgesendet und von der Sende-Empfangsstation 30 empfangen und ausgewertet. Die Identifikationsmittel 12 sind vorzugsweise passive optische Baugruppen mit Retroreflektoren.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sende-Empfangsstation 30 des Systems 100 nach Figur 1.
Die Sende-Empfangsstation 30 weist eine Quelle 32 von elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden eines Sendesignals 50 zu dem Objekt 10 und ein Teleskop 34 zum Empfangen von einem von dem Objekt 10 rückgestrahlten Empfangssignal 52 auf. Die Quelle 32, sendet ein linear polarisiertes Sendesignal 50 aus. Die Quelle 32 kann einen Laser aufweisen, welcher insbesondere zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist. Die vom Laser ausgesandten Laserpulse bilden einen Laserpulszug.
Eine Teilintensität der Laserpulse wird von einem Detektor 42 erfasst, zur Erzeugung eines Triggersignals. Das Triggersignal wird benutzt um die zeitliche Verschiebung der Pulse aus dem Empfangssignal 52 mit den von der Quelle ausgesandten Pulsen zu synchronisieren.
Das die Quelle 32 verlassende Sendesignal 50 durchläuft einen Polarisationszustandsgenerator 36, welcher vorgesehen ist, um das Sendesignal 50 mit unterschiedlichen Sendesignal-Polarisationszuständen zu versehen. Dabei erzeugt der Polarisationszustandsgenerator 36 einen Doppelpuls, wobei der erste Puls des Doppelpulses mit einem ersten Sendesignal-Polarisationszustand und der zweite Puls des Doppelpulses mi einem zweiten Sendesignal-Polarisationszustand versehen wird. Der Polarisationszustandsgenerator 36 ist ausgebildet, beispielsweise als ersten Sendesignal-Polarisationszustand RC des Sendesignals 50 rechts zirkular polarisiert und als zweiten Sendesignal-Polarisationszustand LC links zirkular polarisiert einzustellen.
Vorteilhaft kann der Polarisationszustandsgenerator 36 derart ausgebildet sein, um jedes Sendesignal 50 des Pulszuges in Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen aufzuteilen. Der Polarisationszustandsgenerator 36 kann dazu beispielsweise wenigstens zwei Strahlteiler 70, 72, eine Wellenplatte und eine Verzögerungsstrecke 71 umfassen.
Der Polarisationszustandsgenerator 36 kann einen wie in Figur 3 dargestellten Polarisationsstrahlteiler 70 umfassen, zur Aufteilung des Laserstrahls in zwei Arme. Dabei ist in einem Arm eine Verzögerungsstrecke 71 vorgesehen, um die beiden durch den Strahlteiler 70 geteilten Pulse zeitlich zueinander zu verzögern. Der Polarisationszustandsgenerator 36 umfasst einen weiteren Polarisationsstrahlteiler 72, um die beiden Strahlwege wieder zu vereinen.
Idealerweise ist die Verzögerungsstrecke 71 so lang, dass die Pulse einen Laufzeitunterschied aufweisen, der größer ist, als der maximale durch mehrere auf dem Objekt 10 angeordnete Identifikationsmittel 12.
Am Ausgang des Teleskops 34 ist ein Polarisationszustandsanalysator 38 vorgesehen, um mehrere Empfangssignal-Polarisationszustände RC, LC des vom Objekt 10 rückgestrahlten Empfangssignals 52 auszuwählen und räumlich getrennt an unterschiedliche Detektoren 40 weiterzuleiten. Ein solcher Polarisationszustandsanalysator 38 ist ebenfalls in Fig. 3 genauer dargestellt. Der Polarisationszustand, sowie die Zeitinformation wird über eine Zeitmesseinheit 44 an den auswertenden Computer 46 übertragen. Die Detektoren 40 sind zum Empfangen des Empfangssignals 52 vorgesehen, und können insbesondere als Einzelphotonen-Detektor ausgebildet sein.
Die Zeitmesseinheit 44 ist mit jedem Detektor 40 elektrisch verbunden und zur Erfassung einer Laufzeit t des Sendesignals 50 zwischen Aussenden des Sendesignals 50 und Empfangen des Empfangssignals 52 vorgesehen. Die Laufzeit t eines eingehenden Empfangssignals 52 wird ebenfalls an den Computer 46 übertragen.
Die Quelle 32 kann weiter ausgebildet sein, ein Sendesignal 50 mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auszusenden, um weitere Kombinationsmöglichkeiten zum Identifizieren des Objekts 10 zu haben, welche mit den Identifikationsmitteln 12 des Objekts 10 in geeigneter Weise wechselwirken können. Insbesondere kann dazu die Quelle 32 wenigstens zwei Laser 32 mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Die Identifikation des Objekts bei wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen kann weiterhin über mehrere Sende-Empfangsstationen 30 erfolgen, deren Sendesignal 50 mit Lasern 32 unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt wird. Weiterhin kann die Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen durch die Nutzung nicht-linearer Kristalle (z.B. zur Frequenzverdopplung) erfolgen.
Der Computer 46 kann Teil eines Datenverarbeitungssystems zur Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms sein, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren des Objekts 10 durchzuführen. Dazu kann ein Computer- Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfassen, welches Programmbefehle umfasst, die auf dem Computer 46 ausführbar sind und den Computer 46 dazu veranlassen, das Verfahren auszuführen. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Retroreflektor-Baugruppe 13 eines Identifikationsmittels 12 des Systems 100 nach Figur 1.
Das Identifikationsmittel 12 umfasst eine Retroreflektor-Baugruppe 13, welche ausgebildet ist, einen Empfangssignal-Polarisationszustand RC, LC eines Empfangssignals 52 in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal 50 einzustellen und das Empfangssignal 52 antiparallel zum Sendesignal 50 zurückzusenden.
Die Retroreflektor-Baugruppe 13 umfasst einen Retroreflektor 14, welcher als metallbeschichtetes Tripelprisma ausgebildet ist. Weiter umfasst die Retroreflektor-Baugruppe 13 ein, in einer Einfallsrichtung 24 des Sendesignals 50 zuerst angeordnetes erstes optisches Element 16 in Form einer λ/4-Wellenplatte, sowie ein in der Einfallsrichtung 24 hinter dem ersten optischen Element 16 angeordnetes zweites optisches Element 18, in Form eines Drahtgitter-Polarisators oder einer weiteren λ/4-Wellenplatte. Für die λ/4-Wellenplatten wird vorteilhaft eine Wellenplatte Echt Nullten Ordnung verwendet, die eine geringe Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Temperatur und dem Einfallswinkel aufweist.
Die optische Achse 22 des zweiten optischen Elements 18 ist um einen Winkel α gegen die optische Achse 20 des ersten optischen Elements 16 verdreht, wodurch der Empfangssignal-Polarisationszustand RC, LC des Empfangssignals 52 einstellbar ist.
Das Sendesignal 50 fällt unter einem Einfallswinkel und einem Rotationswinkel θ des ersten optischen Elements 16 gegen die Einfallsrichtung 24 der Retroreflektor-Baugruppe 13 ein. Durch die Auswahl des zentralen optischen Elements 18 sowie des Winkels a des zweiten optischen Elements 18 lassen sich verschiedene Retroreflektor-Baugruppen 13 realisieren, welche durch polarimetrische Analyse des Empfangssignals 52 identifiziert werden können.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Identifikationsmittel wenigstens einen spektralen Filter umfassen, mit welchem ein Sendestrahl 50 mit wenigstens einer Wellenlänge herausgefiltert werden kann. So kann die Retroreflektor-Baugruppe 13 eine Wellenlänge eines Empfangssignals 52 in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal 50 einstellen und das Empfangssignal 52 antiparallel zum Sendesignal 50 zurücksenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Identifizieren des Objekts 10, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit dem System 100, welches die Sende-Empfangsstation 30 mit der Quelle 32 von elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt 10 angeordnetes Identifikationsmittel 12 umfasst, weist die im Folgenden beschriebenen Schritte auf.
Die Quelle 32 erzeugt mithilfe eines Lasers einen Pulszug aus elektromagnetischer Strahlung. Ferner erzeugt die Quelle 32 aus jedem Puls innerhalb des Pulszuges einen Mehrfachpuls aus mehreren aufeinanderfolgenden Sendesignalen mit unterschiedlichen Sendesignal- Polarisationszuständen. Zum Beispiel kann ein Puls mit einem ersten Sendesignal-Polarisationszustand RC und ein anderer Puls mit einem davon verschiedenen Sendesignal-Polarisationszustand LC ausgesendet werden. Die Quelle 32 sendet das als Mehrfachpuls vorbereitete Sendesignal 50 mit der elektromagnetischen Strahlung und unterschiedlicher Sendesignal- Polarisationszustände innerhalb des Mehrfachpulses in Richtung des Objekts 10. Von dem wenigstens einen Identifikationsmittel 12 des Objekts 10 wird ein elektromagnetisches Empfangssignal 52 in Reaktion auf jedes der Sendesignale 50 innerhalb des Mehrfachpulses gerichtet zur Sende- Empfangsstation 30 zurückgestrahlt.
Dabei wird die Intensität der Polarisationszustände I1, I2 , I3, I4 des Empfangssignals 52 jeweils aus wenigstens einem ersten Empfangssignal- Polarisationszustand RC, LC und wenigstens einem zweiten, davon verschiedenen Empfangssignal-Polarisationszustand RC, LC erfasst.
Diese Erfassung der Intensitäten erfolgt zweckmäßigerweise durch Aggregation der Zahl der gemessenen Photonen über mehrere Pulse eines Pulszuges, wobei sowohl der Polarisationszustand, als auch die zeitliche Verschiebung des Empfangssignals 52 im Vergleich zur Laufzeit eines einzelnen Pulses bestimmt wird.
Ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts 10 wird durch Kombination der erfassten Intensitäten I1, I2 , I3, I4 des Empfangssignals 52 gebildet. Das Identifizieren des Objekts 10 erfolgt dann durch Vergleich des Ist- Identifikationsmusters mit einem Soll-Identifikationsmuster. Zur Bestimmung des Ist-Identifikationsmusters können aus den gemessenen Intensitäten I1, I2 , I3, I4 des Empfangssignals 52 Symmetrieparameter bestimmt werden, wie anhand der Figuren 4 bis 8 dargestellt ist.
Die Intensität I1, I2, I3, I4 des Empfangssignals 52 wird abhängig von einer Laufzeit t zwischen Aussenden des Sendesignals 50 und Empfangen des Empfangssignals 52 und/oder abhängig von einer Wellenlänge des Empfangssignals 52 erfasst. Dadurch können verschiedene Identifikations- mittel 12 an einem Objekt 10 unterschieden werden. Dazu kann das Sendesignal 50 in wenigstens zwei verschiedenen Sendephasen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgesendet werden.
Die Quelle 32 kann vorteilhaft einen Laser aufweisen, welcher insbesondere zur Messung der Laufzeit t sowie zur Realisierung unterschiedlicher Polarisationszustände Laserpulse mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde emittiert.
In Figur 5 sind gemessene Intensitäten I1, I2 , I3, I4 eines Empfangssignals 52 von zwei verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen 13 mit den Bezeichnungen CCR1 , CCR2 (CCR = corner cube reflector) für verschiedene Empfangssignal-Polarisationszustände RC, LC dargestellt. Die Intensitäten I1, I2 , I3, I4 für jeden Retroreflektor CCR1 , CCR2 ergeben sich aus der Anzahl an detektierten Photonen jeweils im Intervall τ1, τ2 , τ3, τ4 für die mithilfe der zwei Detektoren 40 gemessenen Empfangssignal- Polarisationszustande RC und LC, aggregiert über mehrere Pulse des von der Quelle ausgesandten Pulszuges.
Es werden Photonen und deren Laufzeit t in Abhängigkeit der Zeit des Eintreffens und des Detektors im Polarisationszustandsanalysator 38 detektiert. Die beiden Retroreflektoren CCR1 , CCR2 lassen sich aufgrund des unterschiedlichen Abstands zur Sende-Empfangsstation 30 über die Abweichung Δt vom Laufzeit-Mittelwert t unterscheiden. Deshalb kann jedes detektierte Photon (in Figur 5 als x-Symbole und Abweichungen dT von der mittleren Laufzeit t) einem der beiden Retroreflektor-Baugruppen CCR1 , CCR2 zugeordnet werden. Für jeden Detektor gibt es vier zeitlich zueinander versetzte, verschiedene Messsignale, da die zwei zeitlich zueinander versetzten Sendesignal-Polarisationszustände mit den zeitlich zueinander versetzen Empfangssignalen der beiden Retroreflektoren kombiniert werden. Für jeden Retroreflektor CCR1 , CCR2 werden somit 4 Intensitäten h, I2, I3,I4 gemessen: I1 = I(Tx = RC, Rx = RC)
I2 = I(Tx = RC, Rx = LC)
I3 = I(Tx = LC, Rx = RC)
I4 = l(Tx = LC, Rx = LC)
Wie in Figur 5 erkennbar, wurde für die erste Retroreflektor-Baugruppe CCR1 nur Intensität I3, das heißt für die Emission von links-zirkular polarisiertem Licht (Tx=LC) und eine Detektion von rechts-zirkular polarisierten Licht (Rx=RC), an einem, in der Figur mit D1 bezeichneten Detektor 40 gemessen. Für die Retroreflektor-Baugruppe CCR2 wurden identische Intensitäten I1 (Tx=RC und Rx=RC) am einen, in der Figur mit D1 bezeichneten Detektor 40, und I4 (Tx=LC und Rx=LC) am anderen, in der Figur mit D2 bezeichneten Detektor 40 gemessen.
Mit den Definitionen Ia = I1 + l2 und Ib = I3 + I4 lassen sich aus diesen IntensitäteIn I1, I2 , I3, I4 folgende Symmetrieparameter P1, P2, P3 ableiten: die jeweils einen Wertebereich von 1 bis -1 haben.
Die Symmetrieparameter P1, P2, P3 der in Figur 4 beschriebenen Retroreflektor-Baugruppe 13 lassen sich für verschiedene Winkel a und, je nachdem, ob ein Drahtgitter-Polarisator oder eine λ/4 Wellenplatte in der Baugruppe montiert wird, berechnen. Dies kann beispielsweise mittels der Müller-Matrix Arithmetik nach Russell A. Chipman, “Handbook of Optics, Chapter 22: Polarimetry, Optical Society of America, McGraw-Hill, New- York, 1995, vorgenommen werden und wird im Folgenden exemplarisch beschrieben. Die Müller-Matrix einer Wellenplatte („Linear Retarder“) MLR(θ , δ) mit einer schnellen Achse („fast axis“) entlang 0 und der Phasenverschiebung δ (z.B. 90° für eine λ/4 Wellenplatte) ist gegeben durch: MLR(θ , δ)
Die Müller-Matrix eines Polarisators MP(θ) mit der Polarisationsachse entlang 0 ist:
Für rückseitig metallbeschichtete Retroreflektoren und kleine Einfallswinkel Φ ist die Müller-Matrix näherungsweise die eines idealen Spiegels:
Die Müllermatrizen der Retroreflektor-Baugruppen MWP (mit zweiter Wellenplatte) und MP (mit Polarisator) ergeben sich damit zu:
MCCR,WP(θ, α) = MLR(- θ ,90°) MLR(-(θ + α) , 90°) MCCR MLR((θ
+ a) , 90°) MLR(0 , 9O°)
MCCR,P(θ, α) = MLR(- θ , 90°) MP(-(θ + α)) MCCR MP(θ + α) MLR( θ , 90°) Dabei ist berücksichtigt, dass der Polarisator und die direkt am Retroreflektor montierte Wellenplatte um den Winkel α der ersten Wellenplatte verdreht sind. Außerdem entspricht ein Winkel von 0 auf dem Weg des Lichtes zum Retroreflektor einem Winkel von -θ auf dem Rückweg, da das optische Bauelement in entgegengesetzter Richtung transmittiert wird.
Für die Intensitäten I1 und I2 wird rechts zirkular polarisiertes Licht mit dem Stokes Vektor (l,0,0,l)T von der Sende-Empfangsstation ausgesandt, wobei das Symbol τ für die Transponierte des Vektors steht. Für die Intensitäten I3 und I4 wird links zirkular polarisiertes Licht mit dem Stokes Vektor (1,0,0, -1)T ausgesandt. Nach der Reflektion durch die Retroreflektor-Baugruppe passiert das Licht im Polarisationszustandsanalysator 38 noch eine λ/4 Platte und einen Polarisator. Die gemessenen Intensitäten sind dann jeweils das erste Element n1 des Stokes Vektors für das Gesamtsystem.
I1 = MP(0°)MLR(+45° , 90°)MCCR WP/P(θ, α)(l, 0,0,1)τ n1
12 = MP(0°)MLR(— 45° , 90°)MCCR WP/P(θ, α)(l,0,0,l)τ n1
13 = MP(0o)MLR(+45o , 90o)MCCR WP/P(θ, α)(l,0,0, — l)τ n1
14 = MP(0°)MLR(— 45o , 90°)MCCR WP/P(θ, α)(l,0,0, — l)T n1
Dadurch ergibt sich für die Symmetrieparameter:
Baugruppen mit zweiter Wellenplatte: P1 = 0, p2 = - p3 = cos(4α) Baugruppen mit Polarisator: Pi = sin(2a), p2 = p3 = - sin(2α).
In der nachfolgenden Tabelle sind berechnete Symmetrieparameter P1, P2, P3 von 12 verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen Nr.1 bis Nr. 12 bei senkrechtem Einfall Φ = 0° der Laserstrahlung aufgelistet. Die Winkel a wurden dabei so gewählt, dass die Werte der Symmetrieparameter P1, P2, P3 möglichst weit auseinander liegen, um die Baugruppen (auch unter Berücksichtigung von Messfehlern) möglichst leicht unterscheiden zu können. In Figur 6 sind die berechneten Symmetrieparameter P1, P2, P3 (mit den Bezugszeichen 60 für den Symmetrieparameter P1, 62 für den Symmetrieparameter P2, 64 für den Symmetrieparameter P3) aus der Tabelle für die zwölf verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen (n = 1 bis 12) bei senkrechtem Einfall Φ = 0° des Sendesignals 50 gegeneinander aufgetragen. Erkennbar lassen sich die 12 verschiedenen Retroreflektor- Baugruppen anhand der Werte für die Symmetrieparameter P1, P2, P3 eindeutig identifizieren. In Figur 7 sind mit einer Testanordnung gemessene Symmetrieparameter P1, P2, P3 (mit den Bezugszeichen 60 für den Symmetrieparameter P1, 62 für den Symmetrieparameter P2, 64 für den Symmetrieparameter P3) für zwölf verschiedene Retroreflektor-Baugruppen mit den in der Tabelle angegebenen Parametern für den Winkel a und das optische Element vor dem Retroreflektor, ebenfalls bei senkrechtem Einfall Φ = 0° des Sendesignals 50, gegeneinander aufgetragen. Die gemessenen Werte der Symmetrieparameter P1, P2, P3 stimmen mit den berechneten Werten offensichtlich gut überein. Damit ist die Identifizierbarkeit der 12 verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen n = 1 bis 12 anhand der Werte für die Symmetrieparameter P1, P2, P3 mit hinreichender Genauigkeit möglich.
Zusätzlich wurde die Winkel-Abhängigkeit der Symmetrieparameter, sowohl in Bezug auf den Einfallswinkel Φ, als auch auf die Rotation 9 für ausgewählte Retroreflektor-Baugruppen vermessen. Dies ist von Bedeutung, da die Ausrichtung des Objekts, insbesondere des Satelliten, bei der Identifikation im Allgemeinen nicht bekannt ist.
In Figur 8 sind gemessene Symmetrieparameter P1, P2, P3 (mit den Bezugszeichen 60 für den Symmetrieparameter P1, 62 für den Symmetrieparameter P2, 64 für den Symmetrieparameter P3) der einzelnen Retroreflektor-Baugruppe n = 6 als Funktion des Einfallswinkels Φ des Sendesignals 50 aufgetragen. Es ergibt sich ein weitgehend vom Einfallswinkel Φ unabhängiger Verlauf der Symmetrieparameter P1, P2, P3.
In Figur 9 sind gemessene Symmetrieparameter P1 , P2, P3 der weiteren einzelnen Retroreflektor-Baugruppe n = 1 als Funktion des Rotationswinkels Q auf die Retroreflektor-Baugruppe aufgetragen. Auch hier ergibt sich ein weitgehend vom Rotationswinkel Q unabhängiger Verlauf der Symmetrieparameter P1, P2, P3. Die winkelunabhängigen Verläufe der Symmetrieparameter P1, P2, P3 zeigen, dass die Symmetrieparameter P1, P2, P3 robuste Parameter für eine Identifizierung von Objekten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren darstellen.
Mittels der aus den Intensitätsmessungen bestimmten Symmetrieparameter P1, P2, P3 lassen sich demnach Ist- Identifikationsmuster erstellen, welche durch Vergleich mit gespeicherten Soll-Identifikationsmustern, die durch Berechnung vorab bestimmt werden können, eine Identifizierung unbekannter Objekte, insbesondere Satelliten im Weltraum ermöglichen.
Die Anzahl unterscheidbarer Objekte hängt von der Anzahl n unterscheidbarer Retroreflektor-Baugruppen (z.B. n=12 für 12 verschiedene Baugruppen) und der Anzahl k an Baugruppen, die an dem Objekt montiert und über die Laufzeit unterscheidbar sind, ab. Die Anzahl an Kombinationen kann über den Binomialkoeffizienten berechnet werden. Für zwei am Objekt montierte Baugruppen ergeben sich 78 Kombinationen. Werden ein oder zwei Baugruppen montiert, ergeben sich 78+12 = 90 Kombinationen. Für bis zu drei Baugruppen ergeben sich 364+78+12 = 454 Kombinationen. Um die Anzahl an Kombinationen weiter zu erhöhen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf mehrere Wellenlängen erweitert werden. Durch spektrale Filter kann dann die Anzahl an Retroreflektor-Baugruppen erhöht werden. Bei zwei Wellenlängen würden bis zu vier Retroreflektor-Baugruppen ausreichen, um 20474 Satelliten identifizierbar zu machen. Bezugszeichen
10 Objekt
12 Identifikationsmittel
13 Retroreflektor-Baugruppe
14 Retroreflektor
16 Erstes optisches Element
18 Zweites optisches Element
20 Optische Achse
22 Optische Achse
24 Einfallsrichtung
30 Sende-Empfangsstation
32 Quelle
34 Teleskop
36 Polarisationszustandsgenerator
38 Polarisationszustandsanalysator
40 Detektor
42 Photodiode für Triggersignal
44 Zeitmesseinheit
46 Computer
48 Montierung
50 Sendesignal
52 Empfangssignal
60 Symmetrieparameter P1
62 Symmetrieparameter P2
64 Symmetrieparameter P3
70 Polarisationsstrahlteiler (PBS)
71 Verzögerungsstrecke
72 Polarisationsstrahlteiler (PBS)
73 Polarisationsstrahlteiler
100 System
200 Erdoberfläche

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem System (100), welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation (30) mit einer Quelle (32) zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt (10) angeordnetes Identifikationsmittel (12) umfasst, wobei die Quelle (32) die Pulse des Pulszuges als Sendesignal (50) in Richtung des Objekts (10) sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel (12) des Objekts (10) ein elektromagnetisches Empfangssignal (52) in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) gerichtet zur Sende-Empfangsstation (30) zurückgestrahlt wird, wobei zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt (10) zur Sende-Empfangsstation (30), wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals (52) mit wenigstens zwei Detektoren (40) erfasst werden und ein Ist- Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale (52) gebildet wird, wobei neben den Polarisationszuständen (52) auch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale (52) gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) erfasst wird und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals (52) erweitert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die von der Quelle (32) erzeugten Pulse des Pulszuges in einen Mehrfachpuls, mindestens jedoch einen Doppelpuls mit unterschiedlichen Polarisationszuständen umgewandelt werden, insbesondere wobei die zeitliche Verschiebung der einzelnen Pulse aus dem Mehrfachpuls gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei zueinander beabstandete Identifikationsmittel (12) an dem Objekt (10) angeordnet sind und aufgrund eines Laufzeit- unterschieds des reflektierten Sendesignals von jedem Identifikations- mittel zeitlich voneinander getrennte Empfangssignale als Mehrfachpuls in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) zur Sende- Empfangsstation (30) zurückgestrahlt werden und so die von der Quelle (32) erzeugten Pulse in Mehrfachpulse umgewandelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Laserpulse ausgesandt werden, mit einer Pulsdauer, die klein ist im Vergleich zum maximalen Laufzeitunterschied des reflektierten Sendesignals aufgrund der Anordnung der wenigstens zwei Identifikationsmittel (12).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sende-Empfangsstation (30) einen Polarisationszustandsgenerator (36)umfasst, so ausgebildet, dass jeder von der Quelle (32) erzeugte Puls des Pulszuges in einen Mehrfachpuls umgewandelt und jeder einzelne Puls aus dem Mehrfachpuls als Sendesignal (50) mit jeweils unterschiedlichem Sendesignal-Polarisationszustand ausgesendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei genau zwei Sendesignale (50) ausgesandt werden, und dabei eines der Sendesignale (50) den Polarisationszustand RC und das andere Sendesignal (50) den Polarisationszustand LC aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5-6, wobei die Sende-Signal-Mehrfachpulse mit unterschiedlichen
Polarisationszuständen mit einem Abstand ausgesandt werden, der groß ist im Vergleich zu dem Abstand der Empfangs-Signal- Mehrfachpulse, die als Reaktion auf jedes Sendesignal (50) von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln (12) zurückgestrahlt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Abstand der als Sendesignale (50) ausgesandten Mehrfachpulse an den Abstand der von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln (12) zurückgestrahlten Empfangs-Signal-Mehrfachpulse derart angepasst wird, dass die von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln (12) zurückgestrahlten Mehrfachpulse gerade noch aufgelöst werden können.
9. Sende-Empfangsstation (30) zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit wenigstens einer Quelle (32) von elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden eines gepulsten Sendesignals (50) als Pulszug zu dem Objekt (10) und mit einem Teleskop (34) zum Empfangen von von dem Objekt (10) zurückgestrahlten Empfangssignalen (52), wobei die Empfangsstation einen Polarisationszustandsanalysator (38) zur Bestimmung der Empfangssignal-Polarisationszustände der vvoomm Objekt (10) zurückgestrahlten Empfangssignale (52) umfasst, wobei der Polarisationszustandsanalysator (38) eine Zeitmesseinheit (44) umfasst, um die Polarisation und die zeitliche Verschiebung der Pulse eines Mehrfachpulses zu einer mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Referenzzeit zu erfassen.
10. Sende-Empfangsstation nach Anspruch 9, wobei der Polarisations- zustandsanalysator (38) wenigstens einen Strahlteiler (73) mit Polarisationsfilter, sowie wenigstens zwei schnelle Photodetektoren (40) umfasst.
11. Sende-Empfangsstation nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Zeitmesseinheit (44) zur Erfassung einer Laufzeit (t) zwischen Aussenden des Sendesignals (50) und Empfangen des Empfangssignals (52) vorhanden ist.
12. Sende-Empfangsstation nach einem der Ansprüche 9-11 , wobei die Quelle (32) einen Laser aufweist, der zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Puls- repetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist.
13. Sende-Empfangsstation nach einem der Ansprüche 9-12, wobei ein Polarisationszustandsgenerator (36)vorhanden ist, der ausgebildet ist, um jedes Sendesignal (50) des Pulszuges in Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen aufzuteilen.
14. Sende-Empfangsstation nnaacchh Anspruch 13, wobei der
Polarisationszustandsgenerator (36)wenigstens zwei Strahlteiler (70, 72), eine Wellenplatte und eine Verzögerungsstrecke (71 ) umfasst.
15. Sende-Empfangsstation nach einem der Ansprüche 13-14, wobei der Polarisationszustandsgenerator (36) ausgebildet ist, den Polarisationszustand eines Pulses des Mehrfachpulses als rechts zirkular polarisiert (RC) und den Polarisationszustand eines anderen Pulses des Mehrfachpulses als links zirkular polarisiert (LC) einzustellen.
16. Identifikationsmittel (12) zzuumm Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, wenigstens umfassend wenigstens eine Retroreflektor-Baugruppe (13), welche als Retroreflektor-Baugruppe (13) ausgebildet ist, um einen Empfangssignal-Polarisationszustand und/oder eine Wellenlänge eines Empfangssignals (52) in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal (50) einzustellen und das Empfangssignal (52) antiparallel zum Sendesignal (50) zurückzusenden.
17. Identifikationsmittel nach Anspruch 16, wobei die Retroreflektor- Baugruppe (13) einen Retroreflektor (14) und ein, in einer Einfallsrichtung (24) des Sendesignals (50) zuerst angeordnetes erstes optisches Element (16), insbesondere eine λ/4-Wellenplatte, sowie ein in der Einfallsrichtung (24) hinter dem ersten optischen Element (16) angeordnetes zweites optisches Element (18), insbesondere einen Drahtgitter-Polarisator oder eine λ/4-Wellenplatte, umfasst, wobei eine optische Achse (22) des zweiten optischen Elements (18) um einen Winkel (α ) gegen eine optische Achse (20) des ersten optischen Elements (16) verdreht ist, wodurch der Empfangssignal- Polarisationszustand des Empfangssignals (52) einstellbar ist.
18. System (100) zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend wenigstens eine Sende-Empfangsstation (30) nach einem der Ansprüche 9 bis 15 und wenigstens ein Identifikationsmittel (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, welches an dem Objekt (10) angeordnet ist.
19. Computer-Programm-Produkt zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem System (100), welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation (30) mit wenigstens einer Quelle (32) zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt (10) angeordnetes Identifikationsmittel (12) umfasst, wobei die Quelle (32) die Pulse des Pulszuges als Sendesignal (50) in Richtung des Objekts (10) sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel (12) des Objekts (10) ein elektromagnetisches Empfangssignal (52) in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) gerichtet zzuurr Sende- Empfangsstation (30) zurückgestrahlt wird, wobei das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfasst, welches Programmbefehle umfasst, die auf einem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren auszuführen, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt (10) zur Sende-Empfangsstation (30), wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals (52) mit wenigstens zwei Detektoren (40) erfasst werden und ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender
Empfangssignale (52) gebildet wird, und wobei neben den Polarisationszuständen auch eine zeitliche
Verschiebung der einzelnen Empfangssignale (52) gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) erfasst wird und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals (52) erweitert wird.
20. Datenverarbeitungssystem zzuurr Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, auszuführen.
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