ITRM990683A1 - Dispositivo e procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti a raggi laser. - Google Patents
Dispositivo e procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti a raggi laser. Download PDFInfo
- Publication number
- ITRM990683A1 ITRM990683A1 IT000683A ITRM990683A ITRM990683A1 IT RM990683 A1 ITRM990683 A1 IT RM990683A1 IT 000683 A IT000683 A IT 000683A IT RM990683 A ITRM990683 A IT RM990683A IT RM990683 A1 ITRM990683 A1 IT RM990683A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- grating
- image
- cross
- detector
- laser
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 230000004807 localization Effects 0.000 title claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 26
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100234408 Danio rerio kif7 gene Proteins 0.000 description 1
- 101100221620 Drosophila melanogaster cos gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000661 Mercury cadmium telluride Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101100398237 Xenopus tropicalis kif11 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N cadmium;mercury;tellurium Chemical compound [Cd]=[Te]=[Hg] MCMSPRNYOJJPIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005562 fading Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
- G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
- G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/789—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using rotating or oscillating beam systems, e.g. using mirrors, prisms
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/4804—Auxiliary means for detecting or identifying lidar signals or the like, e.g. laser illuminators
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/495—Counter-measures or counter-counter-measures using electronic or electro-optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
- Laser Surgery Devices (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Closed-Circuit Television Systems (AREA)
Description
DESCRIZIONE
a corredo di una di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:
"DISPOSITIVO PROCEDIMENTO PER IL RICONOSCIMENTO E LA LOCALIZZAZIONE DI SORGENTI DI RAGGI LASER"
L'invenzione concerne un dispositivo per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti di raggi laser con un rivelatore sensibile alle radiazioni, disposto nel campo di un'ottica formatrice di immagini, e con un sistema elettronico di interpretazione di segnali collegato al rivelatore nonché un procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti di raggi laser con un tale dispositivo.
Siccome nel campo militare vengono impiegati strumenti laser per scopi diversi, per la protezione e l'avviamento di contromisure contro minacce sono necessari sensori in grado di scoprire tali sorgenti laser. Tali dispositivi sono noti, ad esempio, dalla DE 33 23 828 C2 oppure dalla DE 35 25 518 C2. Questi dispositivi servono a rilevare e a localizzare sorgenti laser ad impulsi quali vengono usate, ad esempio, per dispositivi di illuminazione di obiettivi o per telemetri. In genere, la radiazione laser impiegata a questo scopo sta nella gamma infrarossa vicina e quindi non può essere percepita dall'occhio umano. I cosiddetti segnalatori laser noti presuppongono che gli impulsi laser estremamente corti cadano direttamente sul rivelatore in modo che, con un'apertura di ricezione di pochi millimetri, la sua sensibilità sia sufficiente.
In una serie di altri impieghi, armi come le granate e i missili vengono deviate per mezzo di un raggio laser che, all'inizio, non viene diretto direttamente sul bersaglio ma prima sulla granata o sul missile in cui si trova un sensore laser. Per mezzo di questo sensore si devia poi il volo lungo l'asse del raggio, laddove il fante, deviando in modo mirato il raggio, conduca la granata oppure il missile sul bersaglio su un'orbita da lui desiderata. Questo tipo di guida viene chiamato guida agganciata al fascio (beamrider). Siccome, in questo tipo di impieghi, il raggio laser è diretto proprio nella fase terminale direttamente sul bersaglio, la radiazione laser, vista dal bersaglio, può essere rilevata, durante la fase di avvicinamento di ciascun proiettile, soltanto indirettamente come radiazione diffusa oppure come radiazione riflessa. Queste quote di radiazioni indirette sono però molto più deboli della radiazione diretta. Inoltre, siccome in genere si impiegano laser a linea continua e rispettivamente laser pulsati con elevata frequenza di ripetizione di impulsi e piccola potenza massima di impulsi, la sensibilità dei sensori di segnalazione laser finora conosciuti in genere non è sufficiente a riconoscere questa minaccia. In modo aggravante, a ciò si aggiunge il fatto che, all'aperto, la radiazione laser debole deve essere rilevata contro l'intenso sfondo di radiazione della luce diurna e rispettivamente contro l'illuminazione di sorgenti luminose chiare, artificiali.
Pertanto, compito della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo nonché un procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti di raggi laser che non solo rileva in modo sicuro la luce prodotta direttamente da un laser pulsato o da un laser a linea continua ma anche la luce indiretta diffratta, riflessa o diffusa dall'apertura di uscita del laser oppure da oggetti che vengono illuminati dal laser, le distingue dalla luce diurna oppure da altre sorgenti di radiazioni come luce laser ed eventualmente segnala con elevata precisione la direzione della sorgente laser. Questo compito viene risolto con un dispositivo secondo la rivendicazione 1 e rispettivamente con un procedimento secondo la rivendicazione 12.
L'invenzione si basa sull'impiego di un reticolo a croce con cui la radiazione coerente e incoerente viene riprodotta in modo diverso su un rivelatore sensibile alle radiazioni. Con questo accorgimento, le sorgenti di luce puntiformi a banda larga dal punto di vista spettrale, cioè incoerenti dal punto di vista del tempo, come ad esempio le lampade o i proiettori, non vengono più riprodotte come punti nel piano focale del rivelatore, ad esempio di una telecamera CCD, ma vengono riprodotte come immagini lineari del loro spettro. Al contrario, i laser come sorgenti a banda stretta dal punto di vista spettrale, cioè coerenti, vengono riprodotti come modelli puntiformi attraverso il reticolo a croce e quindi sono distinguibili dalle sorgenti di radiazioni incoerenti.
Per la localizzazione di una sorgente luminosa riconosciuta come laser va determinato il luogo di ordine zero dell'immagine di diffrazione sul rivelatore. A seconda del tipo di reticolo a croce impiegato, ciò può avvenire in modo diverso. Nel caso più semplice, la macchia luminosa puntiforme con la massima intensità è l'ordine zero dell'immagine di diffrazione e quindi è identico alla posizione della sorgente di luce laser sul campo. Conoscendo l'allineamento momentaneo dell'asse ottico e della distanza focale dell'ottica si conosce, quindi, anche la direzione della sorgente di radiazione nello spazio osservato.
Una maggiore sicurezza nella determinazione della posizione di una sorgente laser viene raggiunta rilevando il centro di simmetria di ciascun modello di punti luminosi. A sua volta, ciò può aver luogo in modo semplice per il fatto che i singoli punti luminosi vengono diaframmati successivamente per mezzo di un valore di soglia regolabile, ad esempio mediante un cono fotometrico prefissato oppure mediante riduzione della sensibilità del rivelatore. Siccome, in un reticolo a croce, i punti dell'immagine dello stesso ordine hanno anche la stessa intensità e questi sono disposti simmetricamente intorno allo stesso ordine zero, i punti dell'immagine dello stesso ordine, in presenza di valore di soglia crescente, spariscono contemporaneamente in modo che dai luoghi dei punti d'immagine di volta in volta spariti si possa determinare il centro di simmetria e quindi la posizione di ordine zero.
Un'altra possibilità per la determinazione della posizione di ordine zero è data dal fatto che il reticolo a croce viene ruotato intorno all'asse ottico. In questo caso, tutti i punti dell'immagine di ordine maggiore girano intorno al punto dell' immagine di ordine zero che, nell'immagine, rimane tranquillamente nella rispettiva posizione e quindi è facilmente riconoscibile.
Inoltre, dalla distanza dei singoli punti luminosi di un modello simmetrico si può determinare facilmente la lunghezza d'onda del laser, cosa che consente una caratterizzazione supplementare di ciascun tipo di minaccia.
L'invenzione viene descritta più dettagliatamente in seguito con riferimento all'esempio di esecuzione rappresentato schematicamente nei disegni. In essi:
La figura 1 mostra la struttura di principio di un ricevitore di segnalazione laser con reticolo a croce collocato a monte, la figura 2 mostra una struttura di principio di un ricevitore di segnalazione laser con amplificatore di luce residua integrato ,
la figura 3 mostra la struttura di principio di un ricevitore di segnalazione laser con sistema ottico di rinvio collocato a monte per il rilevamento circostante e
le figure 4a e 4b mostrano le immagini di diffrazione prodotte con un reticolo a croce di una a) sorgente di radiazione puntiforme incoerente e b) una sorgente di radiazione puntiforme coerente.
L'esempio di esecuzione di un ricevitore di segnalazione laser rappresentato nella figura 1 per la zona infrarossa vicina e intermedia prevede una telecamera con cosiddetto "focal pian array (FPA)", cioè un rivelatore a matrice 1 superficiale, disposto nel piano focale di un' ottica formatrice di immagine 2 . Un tale det ectorar ray è costituito, tipicamente, da singoli rivelatori 256 x 256 ed è provvisto di un sistema elettronico selezionatore integrato 5. I singoli rivelatori del FPA integrano la radiazione incidente per un tempo di integrazione fisso o variabile di, ad esempio, 16 ms in senso parallelo. In questo modo, questi rivelatori si differenziano dai singoli rivelatori degli altri sensori di segnalazione laser che sono adattati con una breve costante temporale dell'ordine di nanosecondi esclusivamente per il rilevamento di sorgenti di radiazioni pulsate con la stessa durata d'impulsi. Due diversi tipi di rivelatori a matrice con diversi procedimenti di selezione e di trasmissione per l'ulteriore elaborazione dei segnali sono noti come "chaìrge-coupleddevices (CCD) " e come "complement ary metaloxyd semiconductor (CMS) che, in questo caso, possono trovare impiego entrambi.
Nella gamma infrarossa vicina di 0,75 - 1,1 μπι possono trovare impiego telecamere reperibili in commercio con rivelatori al silicio, quali vengono impiegate per la ripresa di immagini nel campo visivo (eventualmente con amplificatore di luce residua collocato a monte) . Per la gamma di lunghezze d'onde tra 1 e 5 pm sono disponibili telecamere a infrarossi con rivelatori al siliciuro di platino (Pt:Si) oppure all' antimoniuro di indio (In:Sb) e nella gamma di lunghezza d'onda tra 9 e 12 pm sono disponibili rivelatori al tellururo di mercurio-cadmio. Alcuni di questi rivelatori necessitano di un raffreddamento supplementare .
Davanti a questa telecamera viene collocato ora, secondo l'invenzione, un reticolo a croce 3 ed eventualmente un filtro spettrale 4. Con quest'ultimo, la larghezza di banda ottica del sistema viene limitata alla gamma spettrale in cui si presumono sorgenti laser. A sua volta, ciò riduce l'influsso della radiazione di fondo. A seconda del tipo di interpretazione del segnale, il reticolo a croce 3 può essere girato per mezzo di un motore 6 intorno all'asse ottico della telecamera.
Il significato del filtro a croce va illustrato più dettagliatamente in seguito con riferimento alle figure 4a e 4b:
Se si sovrappongono due reticoli lineari tradizionali uguali, allora di ottiene un reticolo a croce bidimensionale. Se si proietta , attraverso un tale reticolo, un punto luminoso su uno schermo e rispettivamente sul piano focale di una telecamera, allora si ottiene, in caso di luce a banda larga, un'immagine di diffrazione riprodotta nella figura 4a in cui, intorno ad un punto rotondo, si raggruppa un gran numero di spettri di diffrazione colorati in ordine regolare in modo che la loro direzione longitudinale sia diretta sul punto centrale, laddove la quota ad onda più corta dello spettro si trova internamente e la quota ad onda più lunga si trova esternamente. In caso di luce monocromatica, l'apparizione passa nella figura 4b in cui si formano macchie luminose puntiformi, disposte nei punti d'intersezione di una rete quadrata quasi rettilinea. La posizione dei punti dell'immagine e la distribuzione della loro intensità in un reticolo a croce vengono ottenute mediante calcoli reticolari di Fraunhofer. I punti di intersezione di due famiglie iperboliche formano i luoghi dei massimi d'interferenza nella diffrazione su un reticolo puntiforme piatto. Se la costante del reticolo viene indicato con ci e l'angolo di incidenza nel piano parallelo ad un reticolo viene indicato con cko nonché l'angolo di incidenza nel piano parallelo all'altro reticolo viene indicato con &o, allora per l'angolo pC e rispettivamente β delle immagini di diffrazione in questi due piani disposti perpendicolarmente fra loro si ottiene il seguente rapporto:
Per l'impiego secondo l'invenzione di un reticolo a croce in un sensore di segnalazione laser sono importanti ora le seguenti proprietà:
- Le sorgenti monocromatiche dei punti vengono riportate come reticolo puntiforme con nitidi massimi di intensità nel piano d'immagine della telecamera e le sorgenti di punti a banda larga vengono riportate come linee allungate e, in questo modo, possono essere distinte l'una dall'altra.
Le sorgenti luminose superficiali a banda larga producono un mosaico intasato su tutta la superficie dell'immagine; in questo modo, la radiazione di fondo viene resa omogenea su tutta la superficie dell'immagine, cosa che facilita il riconoscimento di figure puntiformi di sorgenti laser.
- l'ordine zero del modello di diffrazione sta sul raggio principale, cioè passa senza diffrazione lungo il reticolo. Questa direzione è anche la direzione di simmetria del modello di diffrazione di ordini maggiori.
In questo modo, la direzione verso la sorgente di radiazione può essere rilevata nettamente dal modello di diffrazione.
L'angolo di diffrazione si sposta con la lunghezza d'onda Δλ secondo la formula Aa=n/d.AÀ (la stessa cosa dicasi per l'angolo β), cioè la lunghezza d'onda della sorgente luminosa può essere determinata dalla posizione angolare dei massimi di diffrazione. - Ruotando il reticolo a croce ruota anche il modello di punti luminosi intorno all'asse di simmetria. In questo modo si può determinare nettamente la direzione della sorgente luminosa rispetto all'asse ottico della telecamer a.
Per illustrare i rapporti nel riconoscimento di due sorgenti laser di diversa lunghezza d'onda, si indica un esempio numerico :
Presupponendo lunghezze d'onde di λι=1,064μιη (ad esempio Nd :YAG-Laser ) e λ2=0,904μιη (ad esempio B.GaAs-Diodo laser), una costante di reticolo d=l(^m e un angolo di incidenza <*ο=βο=0/ l'angolo di diffrazione per la lunghezza d'onda maggiore è pari a α=β=6,1° e per la lunghezza d'onda minore è pari a 5,4°. In caso di ordini maggiori, l'angolo di diffrazione si moltiplica. In caso di distanze reticolari minori, la scomposizione di lunghezza d'onda aumenta e, allo stesso tempo, aumenta anche l'angolo di diffrazione. Con quasi 600 linee e righe di un rivelatore a matrice (detektoarray ) e con un angolo di esplorazione della telecamera di 90°, la scompisizione angolare di un pixel è di 0,15°. In una costante reticolare di 2μπι, 1a scomposizione spettrale di un pixel nel primo ordine di diffrazione è di 5 nm circa. Per il confronto, la larghezza di banda spettrale di un diodo laser di un'arma agganciata al raggio è di 3 nm circa.
Quindi, se il a matrice (detektorarr ay ) registra più punti luminosi isolati, allora dalla loro distribuzione locale nell'immagine si può dedurre se si tratta degli ordini maggiori di un sorgente laser coerente. Ciò può essere dedotto dalla simmetria del modello di punti luminosi e dalla luminosità identica di tutti i punti luminosi appartenenti un ordine determinato. Il compito può essere risolto elettronicamente, ad esempio, per il fatto che i segnali di ogni singolo pixel nel piano focale relativo alla sua intensità vengono confrontati con i segnali di ciascun pixel attiguo. In questo caso, se si nota che l'intensità di un pixel è nettamente maggiore di quella dei pixel attigui, si annotano le loro coordinate e i valori dei loro segnali. L'immagine complessiva può essere ridotta, in questo modo, ad un modello di punti di singoli pixel di maggiore intensità. Ora si possono eliminare disturbi di segnali per il fatto che si debbono osservare solo quei pixel che formano quadrati concentrici. Se poi rimane un modello di punti regolare, allora è molto probabile l'esistenza di una sorgente laser.
Dal diametro dei quadrati si può ricavare quindi anche la lunghezza d'onda della sorgente laser e, ad esempio, la si può paragonare con una biblioteca di minacce per trovare un'altra conferma della minaccia. Se ora si confrontano i modelli puntiformi così ottenuti di una serie di immagini di una telecamera fra loro, allora si possono calcolare e inseguire i movimenti della sorgente laser rispetto al bersaglio. Più sorgenti laser possono essere differenziate, classificate ed osservate separatamente in modo rapido anche secondo questa semplice disposizione. Per un esperto pratico di elaborazione elettronica dei segnali, questo compito può essere risolto con un semplice microprocessore senza aver bisogno di una speciale elaborazione dell'immagine in un computer .
I reticoli a croce possono essere realizzati o come reticoli di trasmissione o come reticoli di riflessione. Questi possono essere concepiti sia come reticoli di ampiezza sia come reticoli di fase. Il vantaggio dei reticoli di fase sta nella loro trasmissione notevolmente maggiore, dato che nei reticoli di ampiezza, la radiazione sulla parte del reticolo che proietta di volta in volta la sua ombra va perduta.
Un caso speciale di reticolo è dato dal cosiddetto reticolo a seni con un andamento di cos2 locale della trasmissione di ampiezza in caso di impiego di un reticolo di ampiezza oppure dell'indice di rifrazione in un reticolo di fase. In questo tipo di reticolo si ha soltanto l'ordine zero e l'ordine /-1 nello spettro di diffrazione. Inoltre, questi reticoli, a causa della loro elevata efficienza nella trasmissione di luce nel primo ordine, sono particolarmente adatti a rilevare sorgenti laser deboli.
Nella produzione dei reticoli s'impone sempre di più la produzione olografica di reticoli. In questo caso, due onde formatesi per divisione di raggi laser con piccola differenza di direzione cadono su uno strato di vernice sensibile alla luce, dando luogo ad un modello di frangia d'interferenza che può essere trasformato in strutture reticolari. In questo modo, i reticoli a croce possono essere prodotti esponendo due volte tali modelli di frangia di interferenza disposti perpendicolarmente fra loro. Con questa tecnica si possono produrre, per il servizio di trasmissione, sia reticoli di ampiezza sia reticoli di fase; questi ultimi vengono ottenuti sbiadendo in modo noto la struttura di ampie zza. La diversa esposizione dello strato nelle bande chiare e scure può essere trasformata anche in una variazione di spessore dello strato (profilo scanalato) ed essere impiegata come reticolo di fase in trasmissione .
Per l'impiego in un segnalatore laser per la banda infrarossa visibile e vicina da 0,35 a 2,5 μπι si adattano particolarmente bene i reticoli di fase a seni in trasmissione. Questi possono essere applicati, ad esempio, su vetro di quarzo ed essere impiegati come elementi di testa di trasmissione davanti ad una telecamera. Nella gamma infrarossa superiore a 2 μπι, davanti ad una telecamera si possono applicare o ologrammi di trasmissione di ampiezza per il servizio di trasmissione o reticoli di riflessione per il servizio di riflessione. Nella gamma infrarossa di 10 μπ\ (laser a CO2) si impiegano prevalentemente reticoli di riflessione. Paticolarment e utili per un segnalatore laser sono i cosiddetti reticoli Echelette che presentano un profilo scanalato a forma di denti di sega. L'inclinazione dei solchi viene scelta in modo che, per una lunghezza d'onda "Blaze" desiderata (Blaze = Intensità massima), la direzione di riflessione e la direzione di diffrazione coincidono. Indi viene preferito anche il relativo ordine ri.
Un'altra possibilità di ottimizzazione dei reticoli a croce è data dalla progettazione della profondità di modulazione e della costante reticolare e rispettivamente della frequenza locale del reticolo. I reticoli con bassa frequenza locale hanno, notoriamente, molti ordini di diffrazione, le cui intensità si comportano come i quadrati delle funzioni Bessel. Grazie ad una forte modulazione, l'intensità negli ordini superiori aumenta di conseguenza. Se si riduce la modulazione, l'intensità negli ordini superiori diminuisce a vantaggio degli ordini minori. Il compito dell'ottimizzazione dei segnalatori laser consiste ora nel rendere massima l'intensità nei primi ordini. Teoricamente, questo massimo è del 33% per un reticolo lineare. Per un reticolo a croce si ottiene che per i quattro ordini interessanti rimane, di volta n volta, il 10%. Il restante 60% della luce incidente si distribuisce sugli altri ordini.
La efficienza di diffrazione nei reticoli a croce può essere notevolmente aumentata mediante aumento della frequenza locale. Per frequenze locali di 400-500 coppie di linee/mm circa nei reticoli olografici con fasi di trasmissione ci si trova nella gamma di transisione tra ologrammi sottili e spessi. Qui si hanno ordini molto meno maggiori. Se si utilizzano frequenze locali ancora maggiori, ad esempio 700 coppie di linee/mm, allora gli ordini maggiori si lasciano sopprimere quasi completamente. La quota di luce di ordine zero può essere mantenuta sotto il 20%, per cui ciascuna delle quattro immagini di diffrazione del primo ordine riceve circa il 20% della luce .
I laser impiegati per usi militari e di sicurezza tecnica sono limitati a poche gamme di lunghezze d'onda relativamente piccole tra 800-850 nm, 1050-1070 nm, 1450-1650 nm e 9,5-11,5 pm. Per attenuare adeguatamente la fastidiosa radiazione di fondo è vantaggioso che, oltre al reticolo a croce impiegato, si collochi anche un filtro spettrale davanti dell'obiettivo che forma l'immagine. Con una larghezza del filtro di, ad esempio, 10-20 nm nella gamma infrarossa vicina si può ridurre lo sfondo di un fattore da 10 a 20.
La sensibilità limite di telecamere CCD reperibili in commercio per rilevare una sorgente laser a linea continua in presenza di un tempo di integrazione di 20 ms attraverso il reticolo a croce è pari a 6 pW circa. I segnali conseguenti ad una radiazione diffusa di un beam-riders da una distanza di 10-1 Km stanno, comparativamente, nella gamma lpW -lnW, cioè nell'ambito di dimostrazione di un segnalatore laser secondo l'invenzione. Un altro aumento di sensibilità per telecamere CCD è possibile mediante prolungamento del tempo di integrazione, mediante raffreddamento del rivelatore e mediante collocamento di uno stadio di moltiplicazione di elettrodi (ad esempio, di un micro-channel-plate con un'amplificazione di 10.000 volte) davanti al det ectorarr ay (rivelatore a matrice) . Quest'ultima possibilità è rappresentata nell'esempio di esecuzione secondo la figura 2. Qui, davanti ad una prima lente 22.1, nel cui piano focale vi è un detect orarray (rivelatore a matrice) 21 collegato con un microprocessore 25, è disposto uno schermo fluorescente 26, un moltiplicatore di elettroni 27, un fotocatodo 28, un'altra lente 23 e un filtro spettrale 24. In questo caso , gli elementi 26, 27 e 28 formano un cosiddetto amplificatore di luce residua, la cui immagine poi viene riprodotta sul detectorarray 21 (rivelatore a matrice).
Il campo di rilevamento necessario di un segnalatore laser sarà diverso a seconda dell'uso. Per molti usi saranno sufficienti obiettivi normali con un angolo di campo di 40° - 55°. Per un rilevamento ad angolo giro, ad esempio per un elicottero, normalmente si installano quattro segnalatori laser di questo tipo in diversi punti del rivestimento, laddove ciascun segnalatore laser copre un angolo di 90°.
Un'altra possibilità per il rilevamento ad angolo giro è indicata nella figura 3. Qui, davanti ad un segnalatore lser secondo la figura 1 oppure 2 con un det ector array 31 di un'ottica formatrice d'immagine 32 e con un reticolo a croce 33 è disposto uno specchio convesso 34 che rileva la luce di un piano I allineato orizzontalmente in un angolo di apertura orizzontale di 90° dell'immagine (ad esempio, di 60° sopra il piano I e di 30° sotto il piano I) e riporta la zona così rilevata in un toro II sul rivelatore 31. Ogni direzione dalla zona così rilevata corrisponde poi ad un punto dell'immagine sul toro II.
Il procedimento qui descritto per rilevare sorgenti laser può essere realizzato e rispettivamente combinato con i più svariati apparecchi da presa. In particolare, al posto di rivelatori a matrice, si possono impiegare anche singoli rivelatori specificamente concepiti con apparecchio di scansione ottico (scanner) collocato a monte.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti di raggi laser con un rivelatore sensibile alle radiazioni, disposto nel campo di un'ottica formatrice d'immagini, e con un sistema elettronico di interpretazione di segnali collegato con il rivelatore, caratterizzato dal fatto che tra la sorgente di radiazione laser e l'ottica (2) è disposto un reticolo a croce (3) in modo che gli ordini di diffrazione del reticolo a croce (3) vengono riprodotti sul rivelatore (1) .
- 2 . Dispositivo secondo la il reticolo a croce (3) è realizzato a guisa di reticolo di trasmissione o di riflessione.
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il reticolo a croce (3) è realizzato a guisa di reticolo di ampiezza o di reticolo di fase.
- 4. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che il reticolo a croce (3) è ruotabile intorno al'asse ottico dell'ottica di fonazione delle immagini.
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la rotazione del reticolo a croce (3) avviene in modo continuo con numero di giri prestabilito .
- 6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che viene impiegato un reticolo a croce, ad esempio un reticolo a seni, che produce soltanto l'ordine zero o il primo ordine.
- 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che tra il reticolo a croce (23) e l'ottica formatrice di immagini (22.1) è disposto un amplificatore di luce residua.
- 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che davanti al reticolo a croce (3, 23) è disposto un filtro spettrale (4, 24).
- 9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che davanti al reticolo a croce (33) è disposta un'ottica di rinvio (34), in particolare uno specchio convesso.
- 10. Procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti di raggi laser con un dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'immagine prodotta sul rivelatore viene perlustrata dal sistema di interpretazione di segnali secondo punti luminosi, la cui posizione viene registrata all'interno del campo, e dal fatto che viene rilevato il luogo di un punto dell'immagine che riproduce l'ordine zero del modello di punti luminosi riprodotto.
- 11. Procedimento secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che per mezzo di un valore di soglia variabile si diaframmano in successione le immagini dei punti luminosi di volta in volta con la minima intensità e dai luoghi dei punti luminosi diaframmati si rileva il centro di simmetria del modello di punti luminosi.
- 12. Procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti di raggi laser con un dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'immagine prodotta sul rivelatore viene perlustrata dal sistema di interpretazione di segnali secondo almeno un punto luminoso puntiforme che determina l'ordine zero di un model lo di punti luminos i formatore d' immagine , la CU I pos i z ione viene registrata all'interno del campo.
- 13. Procedimento secondo una dell e rivendicazioni da 10 a 12, caratterizzato dal fatto che la posizione del punto luminoso dell'ordine zero o il centro di simmetria del modello di punti luminosi viene rilevata in relazione al centro dell'immagine e da ciò si rileva la posizione angolare della sorgente di raggi laser in relazione all'asse ottico dell'ottica formatrice d'immagine.
- 14 . Procedimento secondo una delle rivendicazioni da 10 a 13, caratterizzato dal fatto che, in presenza di reticolo a croce disattivato, l'immagine sul rivelatore viene perlustrata secondo punti luminosi puntiformi, disposti a forma quadrata, la cui distanza reciproca dai vicini seguenti viene rilevata e confrontata con un valore di campo prestabilito .
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19851010A DE19851010B4 (de) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Einrichtung zur Erkennung und Lokalisierung von Laserstrahlungsquellen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ITRM990683A1 true ITRM990683A1 (it) | 2001-05-04 |
Family
ID=37591654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
IT000683A ITRM990683A1 (it) | 1998-11-05 | 1999-11-04 | Dispositivo e procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti a raggi laser. |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19851010B4 (it) |
FR (1) | FR2888333B1 (it) |
IT (1) | ITRM990683A1 (it) |
NL (1) | NL1013383C2 (it) |
SE (1) | SE529775C2 (it) |
TR (1) | TR199902712A1 (it) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007024051B4 (de) * | 2007-05-22 | 2018-02-01 | Airbus Defence and Space GmbH | Vorrichtung und Verfahren zur Erkennung und Lokalisierung von Laserstrahlungsquellen |
FR2924230B1 (fr) * | 2007-11-22 | 2010-01-15 | Sagem Defense Securite | Dispositif de contre-mesure pour guidage infrarouge. |
DE102008056868B3 (de) * | 2008-11-12 | 2010-06-24 | Eads Deutschland Gmbh | Lasererfassungsvorrichtung und Lasererfassungsverfahren |
DE102011015478B4 (de) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Eads Deutschland Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung und Analyse von Laserstrahlung |
WO2013134846A1 (en) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of National Defence | Portable device for analysing a plurality of widely spaced laser beams |
DE102012221164A1 (de) * | 2012-10-12 | 2014-04-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Einrichtung und Verfahren zur Erkennung von Laserstrahlung |
DE102012022258B4 (de) | 2012-11-14 | 2017-03-16 | Airbus Ds Electronics And Border Security Gmbh | Sensor zur Erkennung und Lokalisierung von Laserstrahlungsquellen |
US9626588B1 (en) * | 2014-03-23 | 2017-04-18 | Patrick Antaki | Detecting and locating lasers pointed at aircraft |
US11047742B2 (en) | 2019-11-19 | 2021-06-29 | The Boeing Company | Coherent light detection system and method |
GB202004950D0 (en) | 2020-04-03 | 2020-05-20 | Secr Defence | Computer implemented method for detecting pulsed radiation |
DE102022116517A1 (de) | 2022-07-01 | 2024-01-04 | Esg Elektroniksystem- Und Logistik-Gmbh | Vorrichtung zur detektion einer einfallsrichtung und einer wellenlänge einfallender laserstrahlung |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3323828C2 (de) * | 1983-07-01 | 1986-01-16 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Laserwarnsensor |
GB2253902B (en) * | 1984-02-18 | 1993-03-24 | Ferranti Plc | Detector apparatus for detecting coherent monochromatic point-source radiation |
DE3525518A1 (de) * | 1984-12-20 | 1986-07-10 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Laserwarnsensor mit richtungserkennung |
JPH07234105A (ja) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Wacom Co Ltd | 光点位置計測方法 |
US5770850A (en) * | 1997-04-30 | 1998-06-23 | At&T Corp | Sensor array tracking and detection system having an alignment positioner |
US5771092A (en) * | 1997-05-08 | 1998-06-23 | Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minister Of National Defence | Wavelength agile receiver with noise neutralization and angular localization capabilities (WARNALOC) |
-
1998
- 1998-11-05 DE DE19851010A patent/DE19851010B4/de not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-10-25 NL NL1013383A patent/NL1013383C2/nl not_active IP Right Cessation
- 1999-11-02 SE SE9903966A patent/SE529775C2/sv not_active IP Right Cessation
- 1999-11-04 FR FR9913821A patent/FR2888333B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-04 IT IT000683A patent/ITRM990683A1/it unknown
- 1999-11-04 TR TR1999/02712A patent/TR199902712A1/xx unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
TR199902712A1 (xx) | 2007-10-22 |
SE9903966L (sv) | 2006-05-09 |
DE19851010A1 (de) | 2007-06-14 |
FR2888333A1 (fr) | 2007-01-12 |
DE19851010B4 (de) | 2010-10-07 |
SE529775C2 (sv) | 2007-11-20 |
NL1013383C2 (nl) | 2015-03-18 |
FR2888333B1 (fr) | 2008-06-27 |
NL1013383A (nl) | 2015-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102829868B (zh) | 成像光谱仪绝对辐射定标方法 | |
US7809182B2 (en) | Method and device for suppressing electromagnetic background radiation in an image | |
CN109387284B (zh) | 成像光谱仪辐射参数和成像参数定标装置及方法 | |
US6313908B1 (en) | Apparatus and method using a holographic optical element for converting a spectral distribution to image points | |
JP5201825B2 (ja) | 距離画像取得装置及び方法 | |
ITRM990683A1 (it) | Dispositivo e procedimento per il riconoscimento e la localizzazione di sorgenti a raggi laser. | |
US11913880B2 (en) | Spectrometer device | |
CN102378904A (zh) | 具有内部预色散的中阶梯光栅光谱仪装置 | |
EP1515162B1 (en) | Device for detecting optical and optoelectronic objects | |
JP2006162601A (ja) | 表面特性を特定する装置 | |
US20190079189A1 (en) | Sensor System and Method to Operate a Sensor System | |
JP2020139953A (ja) | 宇宙飛行体において入射レーザビームを検出する方法および装置 | |
RU2544305C1 (ru) | Лазерная локационная система | |
JP2002171519A (ja) | 赤外線カラー画像形成装置 | |
US5592285A (en) | Optical source position and direction sensor | |
McGill et al. | Holographic circle-to-point converter with particular applications for lidar work | |
CN109556716A (zh) | 一种基于衍射效应的成像光谱仪及其超光谱成像方法 | |
AU658125B1 (en) | Detector apparatus for detecting coherent point-source radiation | |
US11175181B2 (en) | Device for imaging and delivering spectroscopic information | |
EP3405760B1 (en) | Hyperspectral sensor with ambient light detector | |
RU2310219C1 (ru) | Прибор для дневного и ночного наблюдения и прицеливания | |
US11047742B2 (en) | Coherent light detection system and method | |
CA2288305A1 (en) | Device for recognizing and locating laser radiation sources | |
US20230296432A1 (en) | Compact wide field imager for laser detection | |
Cabib et al. | Accurate infrared scene simulation by means of microlithographically deposited substrate |