KR20010015537A - Measuring head - Google Patents
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Abstract
본 발명은 특히 장거리 무기의 발사를 시뮬레이팅하기 위한 시뮬레이터용 측정헤드에 관한 것이다. 본 발명의 측정헤드는 발사를 시뮬레이트하기위해 펄스 레이저빔으로 타겟을 조사하는 조사 방사체(10), 상기 타겟에 반사된 레이저광 용 수신기(11),및 상기 타겟의 공간 및 순간적인 위치를 결정하기 위한 신호 처리 요소(12)를 갖는다. 상기 조사 방사체(10)에 의해 방사된 레이저빔은 균일하게 한정된 입체각(방사각)을 조사하고 수평으로 편향될 수 있는 수직 레이저 라인이다. 이것은 수개의 타겟이 비교적 큰 측정 필드에서 고 해상도로 검출될 수 있게 한다. 상기 수신기(11)는 방사각에 일치하는 입체각과 수직으로 지향된 고 해상도 검출기 라인(14)을 가진다. 상기 검출기 라인(14)은 교대로 배치된 다수의 검출기 요소(141)로 구성된다. 독립 채널(121)은 신호처리를 위해 개개의 검출기요소(141)The invention relates in particular to a measuring head for a simulator for simulating the firing of a long range weapon. The measuring head of the present invention determines the irradiator 10 for irradiating a target with a pulsed laser beam to simulate firing, the receiver 11 for laser light reflected on the target, and the spatial and instantaneous position of the target. Has a signal processing element 12. The laser beam emitted by the irradiation radiator 10 is a vertical laser line capable of irradiating a uniformly defined solid angle (radiation angle) and deflecting horizontally. This allows several targets to be detected at high resolution in a relatively large measurement field. The receiver 11 has a high resolution detector line 14 directed perpendicular to a solid angle corresponding to the radiation angle. The detector line 14 consists of a number of detector elements 141 which are alternately arranged. Independent channels 121 have individual detector elements 141 for signal processing.
에 할당된다. 상기 조사 방사체(10)와 상기 수신기(11)는 검출기 라인의 방사각과 관측각이 항상 일치하도록 서로 동기된다.Is assigned to. The irradiation radiator 10 and the receiver 11 are synchronized with each other such that the emission angle and the observation angle of the detector line always coincide.
Description
공지된 이런 형태(DE 31 14 000 A1)의 측정헤드의 경우에 펄스 레이저빔을 방사하는 조사 방사체(emitter)는 예컨데 제어 장비에 의해 트리거 될 수 있는 일련의 5개 레이저 다이오드, 초점 광학 시스템, 및 광축에 관해 역 방향으로 회전하는 한 쌍의 웨지(wedge) 프리즘을 가진다. 펄스 레이저빔은 이 빔이 점 대 점의 공간 각 섹터에 위치된 측정 범위를 라인 대 라인으로 주사될 수 있도록 하는 방법으로 수평방향으로는 레이저 다이오드의 연속적인 트리거링에 의해 그리고 수직방향으로는 웨지 프리즘을 회전시킴으로써 편향된다. 제어 장비에 의하여 개개의 다이오드의 펄스-코딩된 트리거링이 또한 레이저빔에 정보를 부과하기 위해 수행될 수 있다. 타겟에서 반사된 레이저빔은 광학 시스템의 빔의 경로에 제공된 빔 분할기를 통해 수신 요소에 도달한다. 상기 수신요소에는 상기 타겟에 의해 반사된 레이저 광으로 진행하는데 필요한 시간을 결정하는 장치가 상기 타겟의 거리의 계산을 수행하기 위해 연결된다. 더욱이 트리거된 레이저 다이오드 각각에 반사된 레이저광의 할당에 기초하여 상기 타겟의 수평각 위치를 결정하기 위한 장치가 수신요소에 연결된다. 상기 웨지 프리즘의 순간적인 회전 위치로부터 컴퓨터는 광축으로부터 타겟의 위치와, 계속해서 정면과 방위각에서 탄도 무기의 관의 구경축으로부터 타겟의 위치를 계산한다.In the case of this known type of measuring head (DE 31 14 000 A1), an irradiation emitter which emits a pulsed laser beam is for example a series of five laser diodes, a focusing optical system, which can be triggered by control equipment, and It has a pair of wedge prisms that rotate in the reverse direction about the optical axis. Pulsed laser beams allow the beams to be scanned line-to-line across the measuring range located in point-to-point spatial angular sectors by continuous triggering of the laser diode in the horizontal direction and wedge prism in the vertical direction. It is deflected by rotating. Pulse-coded triggering of individual diodes by the control equipment can also be performed to impose information on the laser beam. The laser beam reflected at the target reaches the receiving element via a beam splitter provided in the path of the beam of the optical system. The receiving element is connected to the device for determining the time required to proceed with the laser light reflected by the target to perform the calculation of the distance of the target. Furthermore, an apparatus for determining the horizontal angle position of the target based on the assignment of the reflected laser light to each triggered laser diode is connected to the receiving element. From the momentary rotational position of the wedge prism, the computer calculates the position of the target from the optical axis, and then from the aperture axis of the ballistic weapon's tube at the front and azimuth angles.
이러한 측정 헤드는 먼 거리, 예컨데 4-5km의 큰 측정 범위에서 하나 또는 수개의 타겟의 방위각과 정면을 신속하게 고 해상도로 기록하는데 부적합하다. 수직방향으로 중첩된 라인들 각각에서 점 대 점으로 측정범위의 연속적인 주사로 인해, 상기 측정헤드는 아주 긴 주사 시간을 필요로 하는데, 그 이유는 이전 레이저 다이오드에 의해 방출된 빛이 상기 타겟에 의해 반사된 후에 다음 레이저 다이오드가 수신요소에 도달되는 경우에만 활성화될 수 있기 때문이다. 더욱이, 측정 헤드의 수평 및 수직 해상도는 레이저빔의 구경 각에 직접 의존하기 때문에 약하고 또한 타겟까지 비교적 먼 거리, 예를들어 5km이면 이 거리는 예컨데 1mrad의 작은 구경각의 경우에서 조차도 5m이하로 될 수 없는데, 이는 시뮬레이션된 발사와 지시히트(hits)를 위한 요건을 만족시키지 못한다.Such measuring heads are unsuitable for quickly recording high resolution azimuths and fronts of one or several targets over long distances, eg large measuring ranges of 4-5 km. Due to the continuous scanning of the measuring range from point to point in each of the vertically superimposed lines, the measuring head requires a very long scanning time, because the light emitted by the previous laser diode is directed to the target. This is because the next laser diode can only be activated when it reaches the receiving element after being reflected by it. Moreover, because the horizontal and vertical resolution of the measuring head depends directly on the aperture angle of the laser beam, it is weak and relatively far to the target, for example 5 km, this distance can be less than 5 m even with small apertures of 1 mrad, for example. None, which does not meet the requirements for simulated firing and directed hits.
본 발명은 청구항 1항의 전제부에 한정된 형태, 특히 탄도 포신 무기 혹은 로켓 및 유도 미사일용 발사장치와 같은 장거리 무기의 발사를 시뮬레이팅하기 위한 시뮬레이터용 측정헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a measuring head for a simulator for simulating the firing of a long range weapon, such as a ballistic gun weapon or a launch device for rockets and guided missiles, particularly in the form defined in the preamble of claim 1.
도1은 장-거리 무기의 사격을 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이터용 측정헤드의 광학-기계적 구성도.1 is an optical-mechanical schematic of a measuring head for a simulator for simulating shooting of long-range weapons.
도2는 도1에 따른 상기 측정헤드에서 방사 대물렌즈의 초점 면에 있는 레이저 모듈의 빔 출사 영역에 대한 평면도.FIG. 2 is a plan view of the beam exit area of the laser module in the focal plane of the radiating objective lens in the measuring head according to FIG. 1; FIG.
본 발명의 목적은 타겟까지의 거리가 멀고 또한 비교적 큰 측정범위에서 몇몇 타겟의 더 신속한 타겟 결정을 필요로 하는 경우 해상도에 관하여 이미 언급한 형태의 측정 헤드를 개선하는 것이다.It is an object of the present invention to improve the measuring head of the type already mentioned with respect to resolution in case the distance to the target is far and also a faster target determination of some targets is required in a relatively large measuring range.
본 발명에 의하여, 상기 목적은 청구항 1항의 전제부에서 언급한 형태의 발사를 청구항 1항의 특징부에 있는 특성에 의해 시뮬레이팅하기 위한 시뮬레이터용 측정헤드에 의해 달성된다.According to the invention, this object is achieved by a measuring head for a simulator for simulating the type of firing mentioned in the preamble of claim 1 by means of the properties in the features of claim 1.
본 발명에 의한 측정헤드는 측정 범위가 조사 방사체의 레이저 라인에 의해 수직방향으로 조사되고 상기 레인저 라인이 단지 수평 방향으로 편향되는 것이 유리하다. 따라서 먼 거리에서 전체 측정 범위에 대한 주사 시간이 매우 감소된다. 상기 측정헤드에 의한 타겟의 위치 해상도는 상기 레이저빔의 구경각과 무관하며 방위각에서는 상기 위치 해상도가 연속적인 방사체 펄스의 시간 간격에 의해 결정되고 정면에서는 검출기 라인 어레이에서 수직으로 중첩된 검출기 요소의 수에 의해 결정되는데, 예를들어 사용시에 바람직한 실리콘 다이오드는 60개 또는 그 이상이 될 수 있다. 개개의 검출기 요소가 신호 처리를 위해서 할당된 자체의 개개 채널을 가지기 때문에, 측정 헤드의 광축으로부터 정면에 위치하는 타겟은 한편으로는 광-감지 검출기 요소의 위치에 기초하여 검출기 라인 어레이에서 매우 정확하게 결정된 온-라인(on-line)이 될 수 있으나, 다른 한편으로는 신호 처리에서의 지연 기간이 조사 방사체의 방사 주파수에, 그리고 결과적으로는 측정헤드를 통해 위치하는 타겟의 수평 해상도에 영향을 주지 않는다.In the measuring head according to the invention, it is advantageous that the measuring range is irradiated vertically by the laser line of the irradiating radiator and the ranger line is deflected only in the horizontal direction. Thus, the scanning time for the entire measuring range is greatly reduced over long distances. The positional resolution of the target by the measuring head is independent of the aperture angle of the laser beam and at azimuth the positional resolution is determined by the time interval of successive emitter pulses and on the front the number of detector elements vertically overlapped in the detector line array. For example, there may be 60 or more silicon diodes desired in use. Since each detector element has its own individual channel allocated for signal processing, the target located in front of the optical axis of the measuring head is determined very accurately in the detector line array based on the position of the light-sensing detector element on the one hand. It can be on-line, but on the other hand the delay in signal processing does not affect the radiation frequency of the irradiating emitter and consequently the horizontal resolution of the target located through the measuring head. .
전체적으로, 본 발명에 의한 측정헤드에 있어서, 타겟의 먼 측정 범위는 먼 거리로부터 감시될 수 있고 또한 측정 범위내에서 몇몇 타겟이 신속히 기록될 수 있다. 해상도가 예를들어 4-5km의 거리에서 1m이하인 경우는 매우 높기 때문에 서로 밀접하게 인접한 타겟이 분리될 수 있다.Overall, in the measuring head according to the present invention, the far measuring range of the target can be monitored from a far distance and also several targets can be recorded quickly within the measuring range. If the resolution is, for example, less than 1 m at a distance of 4-5 km, the closely adjacent targets can be separated.
본 발명의 유익한 개량 및 개선과 함께 본 발명에 따른 측정 헤드의 유용한 수행은 다음의 청구항으로부터 명확해진다.The useful performance of the measuring head according to the invention together with the advantageous improvements and improvements of the invention is evident from the following claims.
본 발명의 유리한 실시예에 의하여, 방사체와 수신기로부터 나온 빔의 광 경로는 공통 대물렌즈를 통해 안내되며, 방사각과 관측각(viewing angle)의 수평편향에 대해서 대물렌즈의 축에 관해 서로 대향하여 일정하게 회전하는 2개의 웨지 판이 대물렌즈에 할당되는데, 상기 웨지 판은 DC모터에 의해 바람직하게 구동되며 그 들의 회전 위치는 인코더 혹은 리졸버에 의해 기록된다.According to an advantageous embodiment of the invention, the optical paths of the beams from the emitter and the receiver are guided through a common objective lens and are opposed to each other with respect to the axis of the objective lens with respect to the horizontal deflection of the radiation angle and the viewing angle. Two constantly rotating wedge plates are assigned to the objective lens, which is preferably driven by a DC motor and their rotational position is recorded by an encoder or resolver.
본 발명의 유리한 실시예에 의하면, 방사체는 편광된 레이저광에 의해 동작되고 방사체와 수신기로부터 나온 빔의 광경로의 결합은 편광 빔 분할기에 의해 수행되며 λ/4판은 방사체로부터 수신기까지의 공통 대물렌즈의 빔의 경로내에 제공된다.According to an advantageous embodiment of the invention, the emitter is operated by polarized laser light and the combination of the optical path of the beam from the emitter and the receiver is performed by a polarizing beam splitter and the λ / 4 plate is a common object from the emitter to the receiver. It is provided in the path of the beam of the lens.
편광된 빛을 이용함으로써, 빔의 광 경로에서 산란된 빛의 문제가 최소화 되나, 다른 한편으로는 수신기에 부딪히는 햇빛과 같은 외부 빛의 크기가 절반이 된다. λ/4 판에 의해, 반사 및 수신된 레이저광은 방사된 레이저광에 대해 900로 편광 빔 분할기의 면에서 회전되고 또한 편광 빔 분할기에 의해 검출기 라인으로 거의 완전히 편향되며, 한편 수신된 비-편광된 외부 빛의 50%만이 검출기 라인 어레이로 전환된다.By using polarized light, the problem of scattered light in the optical path of the beam is minimized, but on the other hand, half the size of external light, such as sunlight hitting the receiver. By the [lambda] / 4 plate, the reflected and received laser light is rotated in the plane of the polarizing beam splitter by 90 0 with respect to the emitted laser light and is also almost completely deflected to the detector line by the polarizing beam splitter while Only 50% of the polarized external light is converted to the detector line array.
수신기에 도달하는 외부 빛을 좀더 감소시키기 위해 간섭 필터가 검출기 라인 어레이로부터 업스트림(upstream)에 연결되며, 상기 간섭필터는 상기 방사된 레이저광의 파장, 상기 파장 허용오차 및 상기 간섭필터의 면에서 빔 경로의 구경각과 일치된다. 이들 측정들에 의해 달성된 외부 광의 극도의 감소 덕택으로 고도의 감지 검출기 요소가 이용될 수 있으며, 결과적으로 조사 방사체의 방사 용량이 감소될 수 있고 측정헤드는 밝은 햇빛에서 동작상태로 남는다. 동시에 상기 간섭필터는 검출기 라인 어레이상에 바로 기상 증착될 수 있다.An interference filter is connected upstream from the detector line array to further reduce external light reaching the receiver, the interference filter being a beam path in terms of the wavelength of the emitted laser light, the wavelength tolerance and the interference filter. Coincides with the aperture angle. Thanks to the extreme reduction in external light achieved by these measurements, a highly sensitive detector element can be used, as a result of which the radiation capacity of the irradiating emitter can be reduced and the measuring head remains operational in bright sunlight. At the same time the interference filter can be vapor deposited directly on the detector line array.
본 발명의 유리한 실시예에 의해, 조사 방사체의 수직 레이저 라인, 즉 검출기 라인의 방사각과 관측각은 부가ㆍ수직적으로 단계적 편향될 수 있고 이를 위해 경사 가능 렌즈 혹은 대물렌즈의 축에 관해 역 방향으로 회전하는 2개의 웨지판이 공통 대물렌즈의 빔 경로에 제공되며, 상기 웨지판은 스탭핑 모터에 의해 구동된다. 상기 레이저 라인의 부가ㆍ수직적 편향에 의하여, 예를들어 유도 미사일을 조준하고 시뮬레이팅 하는 동안 최대의 허용가능한 수직의 타겟 위치조정과 더불어 특수한 탄약 및 특수한 수직 사격 조준기가 보상되며, 이러한 목적을 위하여 상기 레이저 라인이 그의 정상 위치로부터 위로 혹은 아래로 이동된다.According to an advantageous embodiment of the invention, the radiation angle and the viewing angle of the vertical laser line of the irradiating emitter, i. Two rotating wedge plates are provided in the beam path of the common objective lens, which is driven by a stepping motor. By means of additional and vertical deflection of the laser line, special ammunition and special vertical fire sights are compensated for, for example, with maximum allowable vertical target positioning during aiming and simulating guided missiles. The laser line is moved up or down from its normal position.
본 발명의 유리한 실시예에 의하여 모니터 다이오드는 상기 조사 방사체에 의해 방사된 빛을 기록하는 조사 방사체에 할당된다. 이때에 상기 모니터 다이오드는 조사 방사체에 의해 후방으로 방사된 편광 빔 분할기 혹은 레이저광으로 반사되는 산란된 레이저광을 측정하도록 배치될 수 있다. 상기 모니터 다이오드는 방사의 순간을 결정하고 조사 레이저의 방사된 에너지를 감시할 목적으로 이용된다.In accordance with an advantageous embodiment of the invention a monitor diode is assigned to the radiation emitter which records the light emitted by the radiation emitter. In this case, the monitor diode may be arranged to measure scattered laser light reflected by a polarized beam splitter or laser light radiated backward by the irradiation radiator. The monitor diode is used to determine the moment of radiation and to monitor the radiated energy of the irradiation laser.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 코드 방사체는 조사 방사체에 할당되는데, 상기 코드 방사체는 펄스 레이저빔으로 데이터를 타겟에 제공된 타겟 수신기에 전송한다. 상기 코드 방사체는 각각 독립적으로 트리거 가능한 수개의 코드 방사체 셀을 갖는 적어도 하나의 방사체 라인을 포함하는데, 상기 코드 방사체 셀은 이들의 빔 출사 영역이 직각으로 그리고 바람직하게는 중심으로 행 연장하여 조사 방사체에 의해 형성된 수직 레이저 라인에 배치되도록 하는 방법으로 서로 인접하여 제공된다. 상기 코드 방사체는 데이터 및 정보를 포토-광학적으로 하나 또는 수개의 선택 타겟에 방사하기 위한 가능성을 제공하는데, 상기 선택 타겟은 타겟 수신기에 의해 수신되고 평가된다. 상기 코드 방사체에 의해 방사된 레이저 펄스의 공간 각을 최소화하기 위해 특수한 타겟용 데이터가 단지 하나 내지 두개의 코드 방사체 셀을 통해 방사된다. 조사 방사체와 코드 방사체는 상기 빔의 공통 광 경로에 의해 하나의 레이저 모듈에 바람직하게 결합된다.In a preferred embodiment of the invention, the code emitter is assigned to an irradiation emitter, which transmits data to a target receiver provided at the target with a pulsed laser beam. The code emitters each comprise at least one emitter line having several independently triggerable code emitter cells, the code emitter cells having their beam exit regions extending at right angles and preferably centered to the irradiation emitters. Adjacent to each other in such a way as to be arranged in a vertical laser line formed by the same. The code emitter offers the possibility to emit data and information photo-optically to one or several selection targets, which selection targets are received and evaluated by the target receiver. Special target data is emitted through only one or two code emitter cells in order to minimize the spatial angle of the laser pulses emitted by the code emitter. The radiation emitter and the cord emitter are preferably coupled to one laser module by a common optical path of the beam.
이러한 코드 방사체의 구조에 의하여, 타겟으로 데이터 전송의 더 오랜 지속기간이 진행하는 수평의 빔 편향의 경우에도 보장된다. 동시에 상기 코드 방사체 셀만이 활성화되고, 다시 말해 방사 준비 모드에 놓이고, 타겟은 이의 공간 조사각에 놓이게 된다. 수직 레이저 라인에 가장 가까이 놓인 코드 방사체 셀에 의해 개시되는 코드 방사체 셀들이 서로 방사 준비 모드에 놓이는 속도는 실제 수평의 빔 편향 속도와 측정헤드로의 선택된 타겟의 상대 이동의 결과이다.This structure of the code emitter ensures even in the case of horizontal beam deflection where a longer duration of data transmission to the target proceeds. At the same time, only the code emitter cell is activated, ie placed in the radiation ready mode, and the target is at its spatial irradiation angle. The speed at which the code emitter cells, initiated by the code emitter cells closest to the vertical laser line, are placed in the radiation ready mode with each other is the result of the actual horizontal beam deflection speed and the relative movement of the selected target to the measuring head.
본 발명은 도면에 기술한 실시예에 기초하여 상세히 후술하겠다. 도면을 간단히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described later in detail based on the embodiments described in the drawings. Brief description of the drawings is as follows.
도1에서 개략적으로 나타낸 장거리 무기, 예컨데 탄도 포신 무기 혹은 로켓 및 유도 미사일용 발사 장치의 발사를 시뮬레이션하기 위한 시뮬레이터용 측정헤드의 광학-기계적 구성이 발사 시뮬레이션을 위해 펄스 레이저빔으로 타켓을 조사하는 조사 방사체(10), 상기 타겟의 공간과 순간 위치를 결정하고 상기 측정헤드로부터 타겟의 거리 뿐 아니라 측정헤드의 광축(13)으로부터 방위각과 정면에서 타겟 위치를 정의하기 위해 타겟 및 신호 처리기(12)에 의해 반사된 레이저 광 용 수신기(11)를 갖는다. 레이저 빔에 의해 조사 방사체(10)는 한정된 공간 각, 이른 바 방사각을 균일하게 조사하는 길이방향으로 연장된 수직 레이저 라인을 방사하고 또한 수평으로 연속적으로 편향되며, 그 결과 수직 레이저 라인이 타겟 면에서 측정 필드위로 수평으로 이동한다. 수신기(11)는 중첩된 다수의 검출기 요소(141)로부터 구성되며 또한 방사각과 일치하는 공간적 관측각을 지닌 수직으로 정렬된 고 해상도 검출기 라인 어레이(14)를 갖는다. 검출기 요소(141)는 실리콘 다이오드로 바람직하게 구성되며 신호 처리의 독립 채널(121)은 각각의 검출기 요소(141)에 대해 하부(downstream)에 제공된다. 측정헤드의 광학 시스템에 의해 수신기(11)는 조사 방사체(10)와 동기되어 방사각과 관측각이 항상 일치하게 되며 그 결과 검출기 라인(14)은 항상 수직 레이저 라인의 전체 이미지를 측정필드에 기록한다.Investigations in which the optical-mechanical configuration of a measuring head for a simulator for simulating the firing of a long-range weapon, such as a ballistic gun weapon or a launch device for rockets and guided missiles, schematically illustrated in FIG. The emitter 10, the target and signal processor 12 to determine the space and instantaneous position of the target and to define the target position at the azimuth and front from the optical axis 13 of the measurement head as well as the distance of the target from the measurement head. It has a receiver 11 for laser light reflected by it. By means of the laser beam, the irradiating radiator 10 emits a longitudinally extending vertical laser line that uniformly irradiates a defined spatial angle, so-called radiation angle, and is also deflected continuously horizontally, so that the vertical laser line is subjected to the target plane. Move horizontally on the measurement field at. The receiver 11 is constructed from a plurality of overlapping detector elements 141 and also has a vertically aligned high resolution detector line array 14 with a spatial viewing angle coinciding with the radiation angle. The detector element 141 is preferably composed of a silicon diode and an independent channel 121 of signal processing is provided downstream for each detector element 141. By means of the optical system of the measuring head, the receiver 11 is synchronized with the irradiating emitter 10 so that the radiation angle and the observation angle always coincide, so that the detector line 14 always records the entire image of the vertical laser line in the measuring field. do.
특히, 조사 방사체(10)는 광학 시스템에 의해 넓게 한정된 균일한 조사를 종방향으로 제공하는 레이저 라인을 형성하는 펄스-구동 조사 레이저(도시하지 않음)를 갖는다. 도2에서 15로 지정된 조사 레이저의 빔 출사 영역은 하나 또는 수개의 광 가이드(16) 혹은 내부로 반사적으로 코팅된 광 가이드 채널에 의해 형성되며, 반면에 개개의 광 가이드(16)혹은 광 가이드 채널 뒤에는 레이저 다이오드가 제공된다. 트리거 가능한 에너지 공급, 트리거 회로 및 프로그램 가능한 고 전압 원과 함께 조사 레이저는 레이저 모듈(17)에서 구성된다. 방사 대물렌즈(18)는 레이저 모듈(17)로부터 업스트림에 배치되고, 방사 대물렌즈의 광축은 상기 측정헤드의 광축(13)과 일치한다.In particular, the radiation emitter 10 has a pulse-driven irradiation laser (not shown) that forms a laser line that provides a uniform irradiation in the longitudinal direction that is broadly defined by the optical system. The beam exit region of the irradiation laser, designated 15 in FIG. 2, is formed by one or several light guides 16 or light guide channels reflectively coated therein, while the individual light guides 16 or light guide channels Behind is a laser diode. The irradiation laser, together with the triggerable energy supply, the trigger circuit and the programmable high voltage source, is configured in the laser module 17. The radiation objective 18 is arranged upstream from the laser module 17, and the optical axis of the radiation objective lens coincides with the optical axis 13 of the measuring head.
수신 대물렌즈(19)와 간섭 필터(20)는 검출기 라인 어레이(14)로부터 업스트림에 제공된다. 평탄 거울(21)에 의해서 수신기(11)의 빔의 광 경로는 900로 편향되고 빔 분할기(12)에 의해서 상기 빔의 광 경로는 조사 방사체(10)의 빔 경로와 합쳐진다. 따라서 두 빔의 광 경로는 공통 주 대물렌즈(23)를 통해 안내된다. 주 대물렌즈(23)의 축은 측정헤드의 광축(13)을 형성한다. 조사 방사체(10)에 의해 방사된 레이저 라인의 수평 검출을 위해 한 쌍의 광 웨지(24)가 주 대물렌즈(23)에 할당되고, 2개의 광 웨지 판(241,242)을 가진 광 웨지 혹은 측정헤드의 광축(13)에 관해 역 방향으로 일정하게 회전하는 광 웨지 프리즘은 DC모터(25)에 의해 구동된다. 광 웨지 판(241,242)의 순간적인 회전 위치는 인코더(26)에 의해 기록된다. 인코더(26)대신에 리졸버가 사용될 수 도 있다. 산란된 광의 문제를 감소시키고 또한 예로서 검출기 라인 어레이(14)에 조사되는 햇빛과 같은 외부 광을 감소시키기 위해, 조사 레이저가 편광된 레이저광에 의해 동작하며 빔 분할기(22)는 편광 빔 분할기(22)로 구성된다. 더욱이 λ/4판(27)은 주 대물렌즈(23)의 빔의 경로에 제공된다. 편광 빔 분할기(22)를 통과한 후 레이저 모듈(17)에 의해 방사된 레이저 광은 한정된 방법으로 선형 편광되고 λ/4판을 통해 원 편광된다. 타겟에 의해 반사되고 주 대물렌즈(23)를 통해 수신된 원 편광된 레이저광은 λ/4판(27)에 의해 선형 편광된다. 상기 레이저 광은 방사된 레이저 광에 대해 900로 회전된편광 빔 분할기(22)의 면에서 선형 편광되고 상기 편광 빔 분할기(22)를 통해 거의 완전히 검출기 라인(14)으로 편향된다. 대조적으로 주 대물렌즈를 통해 수신된 비 편광된 외부 광의 50%만이 검출기 라인(14)으로 전환된다. 검출기 라인(14)의 방향으로 편향된 외부 광의 나머지 부분은 수신기(11)의 빔의 경로에서 간섭필터(20)에 의해 더욱 감소되는데, 이는 조사 레이저의 파장, 상기 파장 허용오차 및 상기 간섭 필터(20)의 면에서 빔의 경로의 구경각과 일치한다.The receiving objective 19 and the interference filter 20 are provided upstream from the detector line array 14. The optical path of the beam of the receiver 11 is deflected by 90 0 by the flat mirror 21 and the optical path of the beam by the beam splitter 12 merges with the beam path of the irradiator 10. Thus, the optical paths of the two beams are guided through the common main objective lens 23. The axis of the main objective lens 23 forms the optical axis 13 of the measuring head. A pair of optical wedges 24 are assigned to the main objective lens 23 for horizontal detection of the laser line emitted by the irradiating emitter 10, and an optical wedge or measuring head having two optical wedge plates 241 and 242. The optical wedge prism which rotates constantly in the reverse direction with respect to the optical axis 13 of is driven by the DC motor 25. The instantaneous rotational position of the optical wedge plates 241 and 242 is recorded by the encoder 26. A resolver may be used instead of the encoder 26. In order to reduce the problem of scattered light and also to reduce external light, such as sunlight irradiated to the detector line array 14, the irradiation laser is operated by polarized laser light and the beam splitter 22 is a polarizing beam splitter ( 22). Further, the λ / 4 plate 27 is provided in the path of the beam of the main objective lens 23. The laser light emitted by the laser module 17 after passing through the polarizing beam splitter 22 is linearly polarized in a defined manner and circularly polarized through the λ / 4 plate. The circularly polarized laser light reflected by the target and received through the main objective lens 23 is linearly polarized by the λ / 4 plate 27. The laser light is linearly polarized in the plane of the polarized beam splitter 22 rotated 90 0 with respect to the emitted laser light and is deflected almost completely through the polarized beam splitter 22 to the detector line 14. In contrast, only 50% of the non-polarized external light received through the main objective lens is diverted to the detector line 14. The remaining portion of the external light deflected in the direction of the detector line 14 is further reduced by the interference filter 20 in the path of the beam of the receiver 11, which is the wavelength of the irradiation laser, the wavelength tolerance and the interference filter 20. In the plane of the beam coincides with the aperture angle of the path of the beam.
모니터 다이오드(28)는 또한 레이저 모듈(17)을 통해 레이저광의 방사를 검출하는 측정헤드에 제공된다. 도1의 실시예에서, 상기 모니터 다이오드(28)는 상기 편광 빔 분할기(22)를 통해 반사되는 산란된 레이저광을 측정하도록 배치된다. 다음으로 상기 모니터 다이오드(28)는 레이저 모듈(17)에 제공될 수 있고 후방으로 방사된 레이저 광(백라이트)을 측정한다. 상기 모니터 다이오드(28)는 조사 방사체의 방사의 순간을 결정하고 상기 방사된 레이저 에너지를 감시할 목적으로 이용된다.The monitor diode 28 is also provided to the measuring head which detects the radiation of the laser light via the laser module 17. In the embodiment of Figure 1, the monitor diode 28 is arranged to measure scattered laser light reflected through the polarization beam splitter 22. The monitor diode 28 may then be provided to the laser module 17 and measure the laser light (backlight) emitted backwards. The monitor diode 28 is used to determine the moment of radiation of the irradiated emitter and to monitor the emitted laser energy.
특수한 탄약 및 원천 무기인 특수한 수직 사격조준기와 더불어 조사 방사체(10)에 의해 방사된 레이저 라인의 단계적인 편향으로 유도 미사일을 조준하는 동안 혹은 시뮬레이팅하는 경우 최대 허용가능한 수직의 타겟 위치를 보상하기 위해 위 또는 아래로 수직방향에 제공된다. 이를 위해 역방향으로 회전하는 2개의 반대 웨지 판(291,292)을 포함하는 한 쌍의 광 웨지(29)는 주 대물렌즈(23)의 빔의 경로에 제공되며, 상기 웨지 판은 스텝핑 모터(30)에 의해 구동된다. 따라서 레이저 라인은 일정한 양으로서 수직으로 위 또는 아래로 이동될 수 있다. 상기 한 쌍의 광 웨지 대신에 적어도 하나의 경사 가능 렌즈가 이용될 수 있다.To compensate for the maximum allowable vertical target position during aiming or when simulating guided missiles with the gradual deflection of the laser line emitted by the irradiator 10 in combination with a special ammunition and a special vertical fire sight which is a source weapon. It is provided vertically up or down. For this purpose a pair of optical wedges 29 comprising two opposing wedge plates 291 and 292 rotating in the reverse direction are provided in the path of the beam of the main objective lens 23, which is provided to the stepping motor 30. Driven by. The laser line can thus be moved up or down vertically in a constant amount. At least one tiltable lens may be used instead of the pair of light wedges.
측정헤드의 피연산 방식은 다음과 같다.The operand of the measuring head is as follows.
타겟은 조사 방사체(10)의 수평으로 연속적으로 편향되고 수직으로 정렬된 레이저 라인에 의해 조사된다. 수직으로 정렬된 검출기 라인 어레이(14)는 조사 방사체(10)와 동일한 공간 각으로 항상 조사 방사체(10)에 의해 빔의 공통 경로를 검사한다. 따라서 검출기 라인 어레이(14)의 방사각과 관측각은 항상 레이저 라인의 수평 편향과 일치한다. 타겟까지의 광의 두 번 진행시간에 해당하는 지연 후에, 검출기 라인 어레이(14)는 조사 방사체(10)의 방사각, 즉 조사 레이저의 조사 공간각에서 보면, 타겟에서 역-반사체에 의해 반사된 레이저 빔을 수신하는데, 상기 레이저빔은 주 대물렌즈(23)와 수신 대물렌즈(19)를 통해 검출기 라인 어레이(14)에 선명하게 이미지 된다. 개개의 트리거 가능한 검출기 요소(141)에는 그 자체의 저-저항 출력과 더불어 신호를 준비하고 처리하기 위한 그 자체의 전자 채널(121)이 할당된다. 전자 채널(121)은 ASIC에 결합된다. 측정헤드의 광축(13)과 관련한 타겟의 수직 위치는 검출기 라인 어레이(14)의 조사된 검출기 요소(141)의 위치로부터 계산된다. 동시에 성취 가능한 위치 해상도는 검출기 요소(141)의 수에 의해 결정된다. 측정헤드의 광축(13)에 관련한 타겟의 수평 위치는 수평 빔 편향의 위치로부터 계산되며, 이를 위해 인코더(26)의 출력신호가 이용된다. 성취 가능한 수평 위치 해상도는 특히 펄스-구동된 조사 레이저의 순간적인 레이저 펄스 간격에 의해 결정된다. 이때에 레이저 라인의 수평 폭은 성취 가능한 수평 위치 해상도에 전혀 영향을 주지 못한다. 명확한 타겟 할당을 위해서, 개개의 조사 레이저 펄스는 반사 후에 수신되고 조사 레이저의 연속적인 레이저 펄스의 최소의 순간 레이저 펄스 간격은 타겟까지 빛의 진행시간을 2배 이상 더 길게 해야 한다. 반사된 조사 레이저빔을 수신하는 순간은 검출기 라인 어레이(14)의 조사 검출기 요소(141)에 의해 결정된다. 조사 레이저 빔의 방사 순간은 모니터 다이오드(28)에 의해 결정된다. 타겟까지의 거리는 빛의 속도와 관련하여 방사의 순간과 수신사이의 시간차로부터 계산된다.The target is irradiated by horizontally deflected and vertically aligned laser lines of the irradiating radiator 10. The vertically aligned detector line array 14 always examines the common path of the beam by the radiation emitter 10 at the same spatial angle as the radiation emitter 10. Thus, the radiation angle and observation angle of the detector line array 14 always coincide with the horizontal deflection of the laser line. After a delay corresponding to twice the propagation time of the light to the target, the detector line array 14 sees the laser reflected by the retro-reflector at the target, in terms of the radiation angle of the irradiation emitter 10, ie the irradiation spatial angle of the irradiation laser. A beam is received, which is clearly imaged on the detector line array 14 through the main objective lens 23 and the receiving objective lens 19. Each triggerable detector element 141 is assigned its own low-resistance output and its own electronic channel 121 for preparing and processing the signal. Electronic channel 121 is coupled to an ASIC. The vertical position of the target with respect to the optical axis 13 of the measuring head is calculated from the position of the irradiated detector element 141 of the detector line array 14. At the same time achievable position resolution is determined by the number of detector elements 141. The horizontal position of the target relative to the optical axis 13 of the measuring head is calculated from the position of the horizontal beam deflection, for which the output signal of the encoder 26 is used. Achievable horizontal position resolution is determined in particular by the instantaneous laser pulse interval of the pulse-driven irradiation laser. The horizontal width of the laser line at this time does not affect the attainable horizontal position resolution at all. For a clear target assignment, the individual irradiation laser pulses are received after reflection and the minimum instantaneous laser pulse interval of successive laser pulses of the irradiation laser should make the light propagation time to the target more than two times longer. The moment of receiving the reflected irradiation laser beam is determined by the irradiation detector element 141 of the detector line array 14. The moment of radiation of the irradiation laser beam is determined by the monitor diode 28. The distance to the target is calculated from the time difference between the instant of radiation and the reception in relation to the speed of light.
코드 방사체는 또한 조사 방사체에 할당되는데, 상기 코드 방사체는 타겟에 할당된 타겟 수신기쪽으로 펄스 레이저 빔에 의해 포토-광학적으로 데이터를 전송한다. 코드는 펄스-중단(pulse-pause) 변조된다. 코드 방사체는 레이저 모듈(17)에 결합된 코드 방사체 레이저(예시하지 않음)를 가지며, 부수적으로 조사 방사체(10)의 방사 광학, 즉 방사 대물렌즈(13), 편광 빔 분할기(22), 주 대물렌즈(23), λ/4판(27) 뿐아니라 광학 웨지(24,29)의 회전쌍을 이용한다. 코드 방사체 레이저는 몇몇 개별적으로 트리거 가능한 코드 방사체 셀(33, 도2)로부터 구성되는데, 코드 방사체 셀(33)의 빔 출사 영역(32)의 직사각형 단면도는 하나 또는 수개의 광 가이드 혹은 내부로 반사적으로 코팅된 광 가이드 채널에 의해 형성된다. 개개의 광 가이드 뒤에 혹은 코드 방사체 셀(33)의 내부로 반사적으로 코팅된 광 가이드 채널 뒤에는 레이저 다이오드가 위치되어 있다. 도2에서 31로 지정된 코드 방사체 레이저의 빔 출사 영역은 개별적으로 트리거 가능한 단일 코드 방사체 셀(33)의 직사각형 빔 출사 영역(32)으로부터 구성된다. 서로에 대해 다음 배치된 코드 방사체 셀(33)은 방사체 라인을 형성하며, 반면에 코드 방사체 셀(33)들은 그들의 빔 출사 영역(32)의 인접 배치가 조사 레이저의 빔 출사 영역(15)에 직각으로 연장되도록 서로에 대해 다음에 배치된다. 도2에 예시된 실시예에서, 레이저 다이오드를 각각 갖는 2개의 광섬유는 직사각형 빔 출사 영역(32)을 형성하는데 이용되며, 반면에 두 레이저 다이오드는 항상 동시에 트리거 된다. 코드 방사체 셀(33)의 2개 광섬유는 331과 332로 지정된다. 상기 코드 방사체 레이저의 빔 출사 영역(31)과 상기 조사 레이저의 빔 출사 영역(15), 변경 불가능한 이의 상대 배치는 T자형을 형성한다. 신뢰할 수 있는 데이터 전송을 보장하기 위해 데이터 전송은 상기 수평의 편향 방향동안에만 수행되는데, 이때 상기 조사 레이저는 선택된 타겟과 처음 접촉한다. 따라서 도2에 예시된 빔 출사 영역(31,15)의 배치에 있어서 데이터 전송이 우측으로 편향된 조사 레이저에 의해 수행된다. 이것에 의해 타겟 위치가 데이터 전송에 앞서 바로 제어되며, 또한 코드 방사체 레이저의 수직 위치 보정이 수직의 빔 편향에 의하여 실행될 수 있다. 상기 코드 방사체의 레이저빔의 공간 각을 최소화하기 위해 지정된 타겟에 대한 데이터는 하나 내지 2개의 코드 방사 셀(33)을 통해서만 방사된다.A code emitter is also assigned to the irradiating emitter, which code-optically transmits the data by means of a pulsed laser beam to a target receiver assigned to the target. The code is pulse-pause modulated. The cord emitter has a cord emitter laser (not illustrated) coupled to the laser module 17 and is incidentally the radiating optics of the irradiating emitter 10, ie the radiating objective 13, the polarizing beam splitter 22, the main objective. In addition to the lens 23 and the λ / 4 plate 27, rotational pairs of the optical wedges 24 and 29 are used. The code emitter laser is constructed from several individually triggerable code emitter cells 33 (FIG. 2), wherein a rectangular cross-sectional view of the beam exit area 32 of the code emitter cell 33 is reflectively directed into one or several light guides or into it. It is formed by a coated light guide channel. Laser diodes are located behind individual light guides or behind light guide channels that are reflectively coated into the cord emitter cell 33. The beam exit area of the code emitter laser, designated 31 in FIG. 2, is constructed from a rectangular beam exit area 32 of a single code emitter cell 33 which is individually triggerable. The cord emitter cells 33 placed next to each other form an emitter line, whereas the cord emitter cells 33 have their adjacent positions of the beam exit area 32 perpendicular to the beam exit area 15 of the irradiation laser. Next to each other so as to extend. In the embodiment illustrated in Fig. 2, two optical fibers each having a laser diode are used to form a rectangular beam exit area 32, while the two laser diodes are always triggered simultaneously. The two optical fibers of the cord emitter cell 33 are designated 331 and 332. The relative position of the beam exit area 31 of the code emitter laser and the beam exit area 15 of the irradiation laser, which cannot be changed, form a T-shape. To ensure reliable data transmission, data transmission is only performed during the horizontal deflection direction, where the irradiation laser first contacts the selected target. Therefore, in the arrangement of the beam exiting areas 31 and 15 illustrated in Fig. 2, data transmission is performed by the irradiation laser deflected to the right. This allows the target position to be controlled immediately prior to data transmission, and also the vertical position correction of the code emitter laser can be performed by vertical beam deflection. In order to minimize the spatial angle of the laser beam of the code emitter, data for a designated target is emitted only through one or two code emitting cells 33.
진행하는 수평 빔 편향에 의해 상기 타겟까지 더 긴 지속적인 데이터 전송을 보장하기 위해, 상기 코드 방사체 셀(33)은 타겟이 실제 위치되어 있는 공간 조사 각으로 데이터 전송을 위해 활성화된다. 상기 코드 방사체 셀(33)들은 상기 조사 레이저의 빔 출사 영역(15)에 가장 가까운 상기 코드 방사체 셀(33)로 개시하면서수평 빔 편향에 대향하여 활성화된다. 따라서 활성은 러닝 라이트(running light)와 유사하게 수행되며, 이에 따라 코드 방사체 셀(33)로부터 다음 셀로 전이하는 동안 2개의 코드 방사체 셀이 활성화된다. 상기 코드 방사체 셀(33)이 서로 데이터 전송을 위해 활성화되는 속도는 실제 수평 빔 편향 속도와 상기 측정 헤드에 선택된 타겟의 상대 이동으로부터 결과인데, 이것은 데이터 전송기의 개시로 계산된다. 코드 방사체 셀(33)의 활성은 상기 코드 방사체 셀(33)이 방사할 준비가 되어 있음을 의미한다. 활성화된 코드 방사체 셀(33)이 방사할 때와 방사하지 않을때 코딩된 레이저 빔은 방사된 데이터 내용과 이용된 코드로 부터 이런 경우에 이용되는 펄스-중단 변조에 의존한다.In order to ensure longer continuous data transmission to the target due to ongoing horizontal beam deflection, the code emitter cell 33 is activated for data transmission at the spatial irradiation angle at which the target is actually located. The code emitter cells 33 are activated against the horizontal beam deflection, starting with the code emitter cell 33 closest to the beam exit area 15 of the irradiation laser. Activation is thus performed similarly to running light, whereby two code emitter cells are activated during transition from the code emitter cell 33 to the next cell. The rate at which the code emitter cells 33 are activated for data transmission from each other is the result of the actual horizontal beam deflection rate and the relative movement of the target selected in the measuring head, which is calculated at the start of the data transmitter. The activity of the cord emitter cell 33 means that the cord emitter cell 33 is ready for spinning. When the activated code emitter cell 33 emits and does not emit the coded laser beam depends on the emitted data content and the pulse-stop modulation used in this case from the code used.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되어 있지 않다. 따라서 조사 방사체(10)와 코드 방사체로부터의 빔 출사 영역(15 및 31)은 측정헤드의 축(13)에 수직으로 연장된 면에 십자형으로 배치될 수 있다. 선택적으로 조사 방사체(10)는 서로 평행하며 서로 떨어져 놓여 있고 수직 레이저 라인을 각각 형성하는 2개의 빔 출사 영역(15)을 가지며, 반면에 코드 방사체의 빔 출사 영역(31)은 2개의 빔 출사 영역(15)사이로 연장된다. 이때에 상기 빔 출사 영역(15 및 31)의 H-형 배치가 형성된다. 한편 빔 출사 영역(15, 31)의 T자형 배치의 경우에 사실 타겟까지의 데이터 전송은 수직 레이저 라인의 한 피봇 이동 동안에만 수행되며, 상술한 2개의 서로 다른 빔 출사 영역(15,31)의 경우에, 데이터는 피봇팅 레이저 라인의 전방 및 후방의 두 이동 동안 선택된 타겟까지 전송될 수 있으며, 이것은 이 경우 항상 조사 방사체(10)가 두개의 피봇팅 방향으로 선택된 타겟에 우선 접촉하기 때문이다. 하여튼 하드웨어의 비용이 좀더 커지는데, 그 이유는 십자형 배치의 경우에는 코드 방사체의 빔 출사 영역(31)의 1/2 만 이용될 수 있고 H-형 배치의 경우에는 조사 방사체의 동일로 구성된 2개의 빔 출사 영역(15)이 제공되어야 하기 때문이다.The present invention is not limited to the above embodiment. Thus, the beam emitters 15 and 31 from the irradiating radiator 10 and the cord radiator can be arranged crosswise on a plane extending perpendicular to the axis 13 of the measuring head. Optionally, the radiation emitter 10 has two beam exit areas 15 that are parallel to one another and are spaced apart from each other and form a vertical laser line, respectively, while the beam exit areas 31 of the code emitter are two beam exit areas. It extends between (15). At this time an H-shaped arrangement of the beam exit areas 15 and 31 is formed. On the other hand, in the case of the T-shaped arrangement of the beam exit areas 15, 31, in fact, data transmission to the target is performed only during one pivot movement of the vertical laser line, and the two different beam exit areas 15, 31 described above In this case, data can be transmitted to the selected target during two movements in front of and behind the pivoting laser line, since in this case the irradiation emitter 10 always first contacts the selected target in two pivoting directions. In any case, the cost of the hardware is higher, because in the case of the cross-shaped arrangement only half of the beam exit area 31 of the cord emitter can be used and in the case of the H-shaped arrangement two identically constructed radiant emitters This is because the beam exit area 15 must be provided.
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