SE463895B - Foerfarande och anordning foer att bestaemma riktningen till en laserstraalkaella - Google Patents

Description

463 10 15 20 25 30 35 895 2 de för bestämning av riktningen till en laserstràlkälla, vilket förfaran- de uppvisar hög säkerhet i riktningsbestämningen och är lätt att till låg kostnad realisera i form av en tillförlitlig, komponentsnál och därmed okomplicerad riktningsbestämmande anordning.

Uppfinningsändamàlet uppnås genom ett förfarande som är kännetecknat av att amplitudtopparna hos ljusets pulsade karaktär detekteras av en eller flera fasta detektorer med hjälp av minst en roterande mottagarlob med given begränsad lobbredd i lobens rotationsplan för varje detektor, vilka amplitudtoppar är relaterande till mottagarlobens riktning i för- hållande till laserstràlkällan, att de detekterade riktningsrelaterade amplitudtopparna jämförs för bestämning av den största amplitudtoppen, och att rotationsvinkelvärdet för den tillhörande mottagarloben, när den största amplitudtoppen detekteras, fastställs som tillhörande ett begrän- sat vinkelomràde inom vilket riktningen till laserstrálkällan antages ligga, och en anordning för att bestämma riktningen till en laserstrál- källa som är kännetecknad av ett roterbart optiskt system med minst en ljusingáng innefattande från respektive ljusingäng räknat första cylin- derlins, prisma, reflektor, filter, andra cylinderlins, bländare och glasblock, vilket optiska systems mottagarlober har given begränsad lob- bredd i systemets rotationsplan för ljusingángarna, av ett fast anordnat detektorsystem på vilket inom mottagarloberna uppträdande amplitudtoppar detekteras, och av en utvärderingsenhet som utgående frán detekterade amplitudtoppar med tillhörande rotationsvinkelvärden bestämmer riktningen till laserstrálkällan genom fastställande av den största amplitudtoppen och korrigering av det tillhörande rotationsvinkelvärdet i beroende av avståndet mellan detekterade amplitudtoppar.

Det är således möjligt att med hjälp av en enda mottagarlob som rote- ras bestämma riktningen till laserstrålkällan genom att studera de ampli- tudtoppar som uppträder pä detektorn under mottagarlobens rotation. Ett begränsat vinkelomráde i anslutning till den största amplitudtoppens riktning antages innesluta den verkliga riktningen till laserstràlkällan.

Enligt en fördelaktig utföringsform av förfarandet enligt uppfinnin- gen fastställes rotationsvinkeln till laserstrálkällan som rotationsvin- keln vilken motsvarar den största amplitudtoppen korrigerad med en rota- tionsvinkel som motsvarar halva medelavstàndet mellan två angränsande am- plitudtoppar.

Genom att förse det optiska systemet med tvâ ljusingángar och därmed två mottagarlober, kan en anordning åstadkommas som medger snabbare be- stämning av riktningen till laserstrålkällan.

Uppfinningen kommer nedan att beskrivas närmare medelst exempel under hänvisning till bifogade ritningar, där figur 1 illustrerar ett förfaran- 5 10 15 20 25 30 35 463 895 3 de för bestämning av riktningen till en laserstrålkälla, figur 2 visar exempel på amplitudtoppar som kan uppträda under avsökningen av ett varv, figgr 3 visar en sidovy av ett första utföringsexempel på en anordning enligt uppfinningen för att bestämma riktningen till en laserstrålkälla, figur 4 visar en sidovy av ett andra utföringsexempel på en anordning enligt uppfinningen för att bestämma riktningen till en laserstrålkälla, och figur 5 visar en sidovy av ett tredje utföringsexempel på en anord- ning enligt uppfinningen för att bestämma riktningen till en laserstrål- källa.

I figur 1 har en laserstrålkälla betecknats med 1. Laserstrålkällan 1 kan exempelvis utgöras av en Nd YAG-laser som avger pulsad laserstrål- ning med en pulslängd av storleksordningen 15ns och ett pulsavstånd av storleksordningen 0,1s. Laserstrålkällans sändarlob är betecknad med 2.

En i företrädesvis horisontalplanet roterande mottagarlob 3 avsöker luft- rummet. Mottagarloben 3 kan lämpligen ha en horisontell lobbredd av stor- leksordningen 10' och en vertikal lobbredd mellan 60' och 80'. Sändarlo- bens fältstyrka är uppbyggd av spridningsljus och direktljus. Det detek- terade spridningsljuset varierar med känslighetslobens rotationsriktning och uppvisar en obetydlig mängd speckles till skillnad från den direkta strålen som uppvisar en mängd speckles vid termisk atmosfärsturbulens.

Vid uppfinningen är det spridningsljuset som främst är av intresse för riktningsbestämningen. När mottagarloben roteras för avsökande av luft- rummet och mottagarloben avsöker någon del av sändarloben 2, kan motta- garloben detektera eventuella amplitudtoppar som uppträder inom sändarlo- ben som spritt ljus. " Figur 2 visar exempel på amplitudtoppar A som kan erhållas under mot- tagarlobens rotation ett varv i horisontalplanet som funktion av motta- garlobens rotationsvinkel ø. Riktningen till laserstrålkällan fastställs utgående från den största amplitudtoppen. Eftersom laserstràlkällan inte sänder kontinuerligt är riktningen som svarar mot den största amplitud- toppen inte med säkerhet den exakta riktningen till laserstrålkällan. Det är möjligt att en större amplitudtopp skulle ha detekterats om tidsrela- tionerna mellan laserstrålkällans laserpulser och mottagarlobens rotation varit annorlunda. I medel är den största amplitudtoppen belägen ett halvt medelavstånd mellan två närliggande amplitudtoppar från den korrekta riktningen till laserstrålkällan. Den rotationsvinkel som svarar mot den största amplitudtoppen korrigeras därför med ett vinkelvärde som motsva- rar halva medelavståndet mellan två amplitudtoppar för erhållande av en 463 10 15 20 25 30 35 895 4 sannolikt mer korrekt riktningsbestämning till laserstrálkällan.

De detekterade amplitudtopparna förstärks i en förstärkare 4 och om- vandlas lämpligen till en digital signal i en analog/digitalomvandlare 5. Den digitala signalen utvärderas i en utvärderingsenhet 6 som bestäm- mer den största amplitudtoppen under ett rotationsvarv för mottagarloben *I och korrigerar den rotationsvinkel som svarar mot den största amplitud- toppen med ett vinkelvärde som motsvarar halva medelavståndet mellan två amplitudtoppar.

En anordning för bestämning av riktningen till lasersträlkällan är enligt ett första utföringsexempel visad i figur 3. I anordningen ingår ett roterbart optiskt system 7, en fast detektor 8 och en utvärderingsdel 9. Det optiska systemet är uppbyggt av en cylinderlins 10, vilken motta- ger infallande ljus som kan härröra frän en laserstrálkälla och vars cy- linderaxel ligger väsentligen i ritningens plan. Cylinderlinsens 10 hu- vuduppgift är att forma det roterande optiska systemets mottagarlob med en lobbredd i horisontalplanet på exempelvis 10°. Cylinderlinsen 10 är anbringad pá ingángsytan av ett prisma 11. På en andra yta av prismat 11 är en reflektor 12 anordnad och pà en tredje yta, prismats utgángsyta, är ett filter 13 anordnat. En mot prismats ingångsyta infallande laserstràle gär genom prismat 11 och reflekteras mot reflektorn 12 för att sedan läm- na prismat 11 genom utgángsytan. Filtret 13 begränsar väglängdsomrádet som skall betraktas och har företrädesvis en bandbredd < 50 nm vid ett vàglängdomráde för det infallande laserljuset av storleksordningen 1pm.

Sedan laserljuset passerat filtret 13 går ljuset genom en andra cylinder- lins 14, en bländare 15 och ett glasblock 16 för att slutligen träffa den fasta detektorn 8. Cylinderlinserna 10 och 14, vilka båda har sina cylin- deraxlar väsentligen i ritningens plan, har ljussamlande uppgifter. Blän- daren 15 tillsammans med den första cylinderlinsen 10 definierar i huvud- sak känslighetslobens form. Prismat och glasblocket bidrar till ett gynn- samt synfält i höjdled. Genom det angivna optiska systemet uppnås en jämn fördelning av den energi som mottages över detektorns 8 hela yta. Utsig- nalen från detektorn 8 är kopplad till en utvärderingsdel 9 i vilken in- gär en förstärkare 4, en analog/digitalomvandlare 5 och en utvärderings- » enhet 6. Utvärderingsenheten 6 bestämmer den största amplitudtoppen för varje rotationsvarv för det roterbara optiska systemet och utför en kor- rigering av det rotationsvinkelvärde som motsvarar den största amplitud- toppen med ett vinkelvärde som motsvarar halva medelavstándet mellan två angränsande amplitudtoppar. 10 15 20 25 30 35 463 895 5 Det ljus som detekteras av detektorn 8 kan ha en styrka som varierar högst väsentligt. För att kunna hantera sådana variationer i styrka, d v s ett stort dynamikområde, kan delar av detektorn förses med dämpan- ordningar så att den dämpade delen av detektorn bidrager till detektorns utsignal då den infallande strålningen överstiger mättnadsvärdet för den odämpade detektordelen. I sammanhanget hänvisas särskilt till US 3 193 687 och US 3 962 577.

Ett andra utföringsexempel på en anordning för bestämning av rikt- ningen till laserstrålkällan är visat i figur 4. I anordningen ingår ett roterbart optiskt system 7, fasta detektorer Ba resp 8b och en utvärde- ringsdel 9. Det roterbara optiska systemet 7 är uppdelat i två separerade delar a, b, som var och en är uppbyggd av en cylinderlins 10a resp 10b vilken mottager infallande ljus som kan härröra från en laserstrålkälla.

Cylinderlinsens 10a resp 10b huvuduppgift är att forma det roterbara optiska systemets mottagarlob med en lobbredd i horisontalplanet på exem- pelvis 10'. Cylinderlinsen är anbringad på ingångsytan av ett prisma 11a resp 11b med cylinderaxeln väsentligen i ritningens plan. På en andra yta av prismat 11a resp 11 b är en reflektor 12a resp 12b anordnad och på en tredje yta, prismats utgångsyta, är ett filter 13a resp 13b anordnat. De två separerade delarna a, b är separerade genom ett block 17. En mot prismats ingångsyta infallande ljusstråle går genom prismat 11a resp 11b och reflekteras mot reflektorn 12a resp 12b för att sedan lämna prismat 11a resp 11b genom utgångsytan. Filtret 13a resp 13b begränsar våglängds- området som skall betraktas och har företrädesvis en bandbredd < 50 nm vid ett våglängdsområde för det infallande laserljuset av storleksord- ningen 1um. Sedan laserljuset passerat filtret 13a resp 13b går ljuset genom en andra cylinderlins 14a resp 14b, en bländare 15a resp 15b och ett glasblock 16a resp 16b för att slutligen träffa den fasta detektorn 8a resp 8b. Cylinderlinserna 10a resp 10b och 14a resp 14b har ljussam- lande uppgifter och har sina cylinderaxlar förlagda väsentligen i rit- ningens plan. Bländaren 15a resp 15b tillsammans med den första cylinder- linsen 10a resp 10b definierar i huvudsak känsligheteslobens form. Pris- mat och glasblocket bidrar till ett gynnsamt synfält i höjdled. Genom det angivna optiska systemet uppnås en jämn fördelning av den energi som mot- tages över de respektive detektorernas 8a, 8b hela ytor. Utsignalen från detektorerna 8a, 8b är kopplade till en utvärderingsdel 9 i vilken ingår en förstärkare 4, en analog/digitalomvandlare 5 och en utvärderingsenhet 463 10 15 20 25 30 35 895 6 6. Utvärderingsenheten 6 bestämmer den största amplitudtoppen för varje genom det roterbara optiska systemet avsökt varv och utför en korrigering av det rotationsvinkelvärde som motsvarar den största amplitudtoppen med ett vinkelvärde som motsvarar halva medelavstàndet mellan två angränsande amplitudtoppar.

Figur 5 visar ett tredje utföringsexempel pá en anordning för bestäm- ning av riktningen till laserstrâlkällan. I anordningen ingår ett roter- bart optiskt system 7, en fast detektor 8 och en utvärderingsdel 9.

Det optiska systemet har två ljusingángar. Från ljusingàngarna leds lju- set mot den fasta detektorn 8 via en för varje ljusingáng separat del innefattande en första cylinderlins 10a resp 10b, ett prisma 11a resp 11b och en reflektor 12a resp 12b, samt en gemensam del innefattande filter 13, andra cylinderlins 14, bländare 15 och glasblock 16. Det inkommande ljuset detekteras här till skillnad mot utföringsexemplet enligt figur 4 i en enda detektor. Detta gör konstruktionen mindre komponentkrävande. I figur 5 har ingàngsytorna visats inbördes vridna 180' i rotationsplanet främst i förtydligande syfte. I det fall att en gemensam detektor använ- des och ett roterbart optiskt system med delvis gemensamma komponenter, är 180' inbördes vridning normalt inte lämplig, eftersom man inte kan be- stämma mot vilken ljusingáng det inkommande ljuset infaller. Genom att ändra den inbördes vridningen till ett värde skilt frán 180', exempelvis 135', kan detta problem undvikas.

För att förhindra att i riktningsbestämningsanordningens närhet be- fintliga reflektionsbenägna organ stör anordningen kan ett runt rikt- ningsbestämningsanordningen anordnat icke visat hölje förses med maske- ringar som förhindrar reflexer från de reflektionsbenägna organen. Exem- pel pà reflektionsbenägna organ är exempelvis tornet pá en U-båt.

IP

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 465 895 7 Patentkrav

1. Förfarande för att bestämma riktningen till en laserstrålkälla som avger en pulsad laserstràle genom detektering av ljuset som uppstår inom laserstrålens spridningsomráde när den av laserstrålkällan alstrade pul- sade laserstrålen går genom ett luftrum, vilket ljus uppvisar en pulsad karaktär, k ä n n e t e c k n a t av att amplitudtopparna hos ljusets pulsade karaktär detekteras av en eller flera fasta detektorer med hjälp av minst en roterande mottagarlob med given begränsad lobbredd i lobens rotationsplan för varje detektor, vilka amplitudtoppar är relaterade till mottagarlobens riktning i förhållande till laserstrálkällan, att de de- tekterade riktningsrelaterade amplitudtopparna jämförs för bestämning av den största amplitudtoppen, och att rotationsvinkelvärdet för den tillhö- rande mottagarloben, när den största amplitudtoppen detekteras, fast- ställs som tillhörande ett begränsat vinkelområde inom vilket riktningen till laserstrålkällan antages ligga.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att rotationsvinkeln till laserstrålkällan fastställs som rotationsvinkeln vilken motsvarar den största amplitudtoppen korrigerad med en rotations- vinkel som_motsvarar halva medelavståndet mellan två detekterade angräns- ande amplitudtoppar.

3. Anordning för att bestämma riktningen till en laserstrålkälla som avger en pulsad laserstråle, vilken anordning detekterar ljus som uppstår inom laserstrålens spridningsområde när den av laserstrálkällan alstrade pulsade laserstrålen går genom ett luftrum, vilket ljus uppvisar en pul- sad karaktär, k ä n n e t e c k n a d av ett roterbart optiskt system med minst en ljusingång innefattande från respektive ljusingàng räknat första cylinderlins, prisma, reflektor, filter, andra cylinderlins, bländare och glasblock, vilket optiska systems mottagarlober har given begränsad lob- bredd i systemets rotationsplan för ljusingångarna, av ett fast anordnat detektorsystem på vilket inom mottagarloberna uppträdande amplitudtoppar detekteras, och av en utvärderingsenhet som utgående från detekterade amplitudtoppar med tillhörande rotationsvinkelvärden bestämmer riktningen till laserstrålkällan genom fastställande av den största amplitudtoppen och korrigering av det tillhörande rotationsvinkelvärdet i beroende av avståndet mellan detekterade amplitudtoppar. 463 895 8

4. Anordning enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att det optiska systemet är försett med tvà ljusingángar.

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att 5 nämnda filter, andra cylinderlins, bländare och glasblock som ingår i det roterbara systemet är gemensamma för de tvâ ljusingàngarna, och att de- tektorsystemet utgöres av en enda fast detektor.

6. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att 10 ljusingángarna i rotationsplanet för det roterbara optiska systemet är inbördes vridna 135'.

7. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d av att det optiska systemet är uppbyggt av tvâ helt separerade delar som är an- 15 ordnade att samverka med en ljusingàng vardera, och att detektorsystemet innefattar en fast detektor för var och en av de tvâ separerade delarna.

8. Anordning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d av att ljusingángarna i rotationsplanet för det roterbara optiska systemet är 20 inbördes vridna 180'. 25 30 35