SE458398B - Ljusdetekterande och ljusriktningsbestaemmande anordning - Google Patents

Description

20 25 30 35 vanligen uttrycks genom variansen hos logaritmen för vágfältets irradians var(ln H), uppstår ett mättnadstillstànd med en sigma 1-spridning av ln ' (H) nära 2. Det belysta området bryts upp i mindre sammanhängande delar, s k 'speckles' med geometriska dimensioner av storleksordningen en Fres- nellradie, dvs XR,/2, där X är våglängden och R avståndet mellan ljus- källan och det ljusmottagande elementet. Inom varje omrâde med sådana di- mensioner (ett elementaromráde i fasrymden med utsträckning i tid beroen- de pà koherens och i sidan beroende av s k rumskoherens), råder hög kor- relation mellan fältets delar, medan korrelationen är låg för större av- stånd.

Statistiska fördelningen för ljusvágfältet i en punkt efter passage genom turbulent atmosfär uppvisar mycket accentuerad snedhet med hög kon- centration av frekvensfunktionen mot origo. Detta innebär att erforder- liga signal-brusförhàllanden är mycket höga för stora detekteringssanno- likheter med enstaka laserpulser inom ytor med utsträckning under Fres- nellradien. Den kända anordningen enligt ovan kräver därför ett mycket stort signal-brusförhállande för att med stor sannolikhet kunna detektera enstaka laserpulser.

Om istället, såsom enligt uppfinningen, den ljusdetekterande och ljusriktníngsbestämmande anordningen innefattar ljusmottagande element som samplar vágfältet från ett antal mottagarytor med inbördes avstånd minst av storleksordningen Fresnellradien, dvs dekorrelationsavståndet, undviks den sneda koncentrationen av frekvensfunktionen mot origo. För en sigma 1-spridning av ln(H) nära värdet 2 uppvisar nämligen frekvensfunk- tionen för det fall där sammanlagring av flera 'speckles' sker ett ur signal-brusförhàllande mycket fördelaktigare utseende med en svag topp- nivå omkring frekvensfunktionens medelvärde.

Uppfinníngen kommer att beskrivas närmare i det följande under hän- visning till bifogade ritningar, där fig 1 visar ett schematiskt ut- föringsexempel pà en ljusdetekterande och ljusriktningsbestämmande anord- ning,Éfiâ 2 visar ett exempel på hur ljusledarna kan anordnas i en fysi- kaliskt avgränsad struktur, fig 3 visar frekvensfunktioner för vàgfältets statistiska fluktuationer vid detektering i en punkt för o = 2 och fig 4 visar frekvensfunktionen för vågfältets statistiska fluktuationer vid sammanlagring av flera "speckles'.

Det i fig 1 visade schematiska utföringsexemplet pá en ljusdetek- terande och ljusriktningsbestämmande anordning innefattar tvâ grupper med vardera fyra ljusmottagande element 1, 3, 5, 7 resp 2, 4, 6, 8. Den ena 10 15 20 25 30 35 458 398 gruppen 1, 3, 5, 7 har en gemensam sammanfallande känslighetsriktning 9 och den andra gruppen 2, 4, 6, B har en annan sammanfallande känslighete- riktning 10. De ljusmottagande elementen är känsliga för ljus i ett vin- kelomrâde runt de definierade känslighetsriktningarna. Varje 1jusmot~ tagande element 1-8 utgörs av ena ändytan hos en ljusledare eller ett knippe av ljusledare 11-18. Den andra ändytan hos ljusledarna eller knippena 11, 13, 15, 17 är kopplad till en första detektor 19 och den andra ändytan hos ljusledarna 12, 14, 16, 18 är kopplad till en andra de- tektor 20. De två detektorerna 19, 20 kan vara identiska och utför var för sig en additiv kombination av ljusintensiteten pá de inkommande till- hörande ljusledarna för alstring av en utsignal på resp detektorkrets. I utsignalen kan med stor sannolikhet eventuella utsända laserpulser åter- finnas. För att bestämma riktningen för infallande ljus för en laserljus- källa, jämförs utsignalen från de tvâ detektorerna i en jämförare. Ett mått på ljusets infallsriktning erhålls exempelvis genom att jämföra amp- lituderna för utsignalerna på två detektorer.

Pig 2 visar ett enkelt och praktiskt arrangemang av ett antal ljus- ledare i en fysikaliskt avgränsad struktur. Den avgränsade strukturen har en cylindrisk form. I den cylindriska strukturens inre är ett antal ljus- ledare 12-18 införda i strukturens längdriktning. Den ena ändytan hos varje ljusledare är anordnad intill strukturens avgränsning, medan den andra ändytan är anordnad i anslutning till en detektor i strukturens längdriktning utanför densamma. Ljusmottagande element, dvs ljusledaränd- ytor, som är anordnde i rad utmed strukturens förlängning ingår i samma grupp och har samma känslighetsriktning. Infallande ljus på ljusmottagan- de element tillhörande samma grupp kombineras i en gemensam detektor 19 resp 20. För tydlighets skull har i det visade utförandet endast visats två grupper av ljusmottagande element. Den föreslagna strukturen medger emellertid ett stort antal grupper av ljusmottagande element, vilket bl a kan förbättra noggrannheten i bestämningen av ljusriktningar för infal- lande laserljus. Éig 3 visar frekvensfunktionen för vágfältets statistiska fluktüa- tioner hos ljus när detektering sker i en enda punkt. Frekvensfunktionen är visad för o = 2, vilket är ett värde som överensstämmer väl med verk- ligheten då ljuset är utsatt för stark turbulens. Såsom framgår av nämnda frekvensfunktion uppvisar den hög koncentration mot origo. Omkring medel- värdet för irradiansen (ål uppvisar frekvensfunktíonen ett lågt värde och risken är här stor att ljuset från en laserkälla i form av exempelvis en '458 398 10 15 20 25 30 35 enstaka laserpuls kan förbli oupptâckt i bakgrundsljuset.

Den i fig 4 visade frekvensfunktionen för vágfâltets statistiska fluktuationer avser situationen då ljus från flera speckles detekteras. Även här är situationen visad för o = 2, vilket har god överensstämmelse med verkligheten. Frekvensfunktionen uppvisar i detta fall ett toppvärde i närheten av medelvärdet för irradiansen ÖÖ. På bada sidor om detta toppvärde är frekvensfunktionen i långsamt avtagande. Det mottagna ljuset fär härigenom en statistiskt gynnsammare fördelning och risken att en eventuell laserpuls försvinner i bakgrundsljuset är betydligt mindre än i fallet med detekteríng i en enda punkt.

Den ovan beskrivna ljusdetekterande och ljusriktningsbestämmande anordningen är särskilt lämpad som laservarnare med uppgift att varna ett objekt som utsätts för laserljus, så att motåtgärder skall kunna sättas in. Ett annat användningsområde som är intressant är optisk kommunika- tion. Signal-brusförhållandet kan här hållas högt genom samplingsför- farandet, samtidigt som utrustingen kan utföras med små dimensioner. Så- ledes kan en optisk antenn komplettera konventionella radioantenner även pà mobila utrustningar inkluderande bärbara utrustningar. Härvid kan alla fördelar inklusive selektivitet, hög avlyssningsresistens etc utnyttjas, som är utmärkande för kommunikation i det optiska området. Samtidigt får mottagaren en möjlighet att sända tillbaka selektivt i rätt riktning, vilket samtidigt detekteras med mottagen signal.

I det ovan enligt fig 1 visade utföringsexemplet summeras ljuset för varje kânslighetsriktning på en ljusdetektor. Det är även möjligt att utnyttja det faktum att ljuset som går genom en ljusledare innehåller in- formation om infallsvinkeln i ljusledaren för ljuset, eftersom vinkeln mellan laserljusets infallsriktning och ljusledarens axel bibehálles i viss grad. Azimutriktningen förloras emellertid, varför en ljusring upp- står på utgángssidan av ljusledaren. Ringens diameter i kombination med interpolation av totalintensiteten mellan olika grupper ger information om laserljusets infallsvinkel. Uppgift om ljusets infallsvinkel kan även erhållas genom att utnyttja laserljusets koherens. Genom att arrangera mottagaren i form av en faskorrelator, dvs en optisk interferrometer, kan vàgfrontens utbredningsriktning detekteras på det uppkomna mönstrets ut- seende. En laservarnare som utnyttjar en s k “etalong' i detta syfte har tidigare föreslagits som är utförd i konventionell optik och detekterar i en punkt genom US A 4 309 108.

Det kan även noteras i detta sammanhang att en kontroll av enbart 458 598 Lfl det mottagna ljusets koherensgrad fràn uppmätning av visibiliteten i in- terferensfransar frán mottagaroptiken är en värdefull diskrimineríngsmöj- lighet mot falsklarm härrörande från inkoherenta ljuskällor.

H' n..

Claims (5)

458 10 15 20 25 30 35 598 Patentkrav a:

1. Ljusdetekterande och ljusriktningsbestämmande anordning innefattan- de ett flertal ljusmottagande element, k ä n n e t e c k n a d av att de ljusmottagande elementen är uppdelade i minst tvâ grupper, där inom en och samma grupp de ljusmottagande elementen har en väsentligen samman- fallande känslíghetsríktníng och är inbördes rumslig separerade från var- andra ett avstånd av minst storleksordningen för dekorrelationsavständet för ifrågavarande ljus, att ljuset som infaller pá de ljusmottagande ele- menten inom en grupp kombineras, och att det kombinerade ljuset jämförs gruppvis för riktningsbestämning av det infallande ljusets vâgfront.

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att de ljusmottagande elementen utgöres av ändytorna hos ljusledare eller knippen av ljusledare som leder det mottagna ljuset till ljuskombinerande anordningar för de resp grupperna.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda ljusledare är anordnade i en fysikaliskt avgränsad struktur med ena ändytan hos varje ljusledare eller ljusledarknippe fungerande som ljusmottagande element anordnad i strukturens avgränsning och de andra ändytorna hos ljusledarna anordnade utanför strukturen i dess längdriktning intill nämnda ljuskombinerande anordningar.

4. Anordning enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a d av att ljuset som infaller på de ljusmottagande elementen inom en grupp adderas.

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att det adderade ljuset för ett antal grupper jämförs för nämnda riktningsbe- stämnin.}