SE529775C2 - Apparatus and method for detecting and locating laser beam sources - Google Patents
Apparatus and method for detecting and locating laser beam sourcesInfo
- Publication number
- SE529775C2 SE529775C2 SE9903966A SE9903966A SE529775C2 SE 529775 C2 SE529775 C2 SE 529775C2 SE 9903966 A SE9903966 A SE 9903966A SE 9903966 A SE9903966 A SE 9903966A SE 529775 C2 SE529775 C2 SE 529775C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- light
- cross
- detector
- grating
- image
- Prior art date
Links
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
Abstract
Description
25 30 529 775 2 kvens och ringa pulseffekt används, är känsligheten vid hittills kända laservarnings- sensorer i allmänhet ej tillräcklig för att detektera detta hot. I försvårande riktning tillkommer att den svaga laserstrålningen i det fria måste detekteras mot den starka strålningsbakgrunden fiån dagsljuset resp. en belysning från ljusa konstljuskällor. If the frequency and low pulse power are used, the sensitivity of hitherto known laser warning sensors is generally not sufficient to detect this threat. In the aggravating direction, it is added that the weak laser radiation in the open air must be detected against the strong radiation background fi from daylight resp. a lighting from bright artificial light sources.
Det är därför en uppgift för föreliggande uppfinning att åstadkomma en anordning jämte ett förfarande för detektion och lokalisering av laserstrålkällor, som säkert detekterar icke blott det direkt fi~ån en pulsad las er eller en konstantstrålelaser infal- lande ljuset utan även indirekt, böjt, reflekterat eller spritt ljus lasems utgångs- apertur eller från föremål som belyses av lasern, gör skillnad i förhållande till dags- ljus eller andra strålningskällor än laserljus och eventuellt utvisar laserkällans rikt- ning med hög noggrannhet. Denna uppgift löses genom en anordning enligt patent- krav 1 resp. genom ett förfarande i enlighet med patentlcrav 9. i Uppfmningen är baserad på användningen av ett korsgitter, med vilket koherent och inkoherent strålning avbildas på olika sätt på en strålningskärislig detektor. Genom denna åtgärd kommer spektralt bredbandiga, dvs. tidsmässigt inkoherenta punktljus- källor, som t.ex. lampor eller strålkastare, inte längre att avbildas som punkter i de- tektoms brännplan, t. ex. i en CCD-kamera, utan som streckbílder av dess spektrum.It is therefore an object of the present invention to provide a device as well as a method for detecting and locating laser beam sources which reliably detects not only the direct light from a pulsed laser or a constant beam laser incident but also indirectly, bent, reflected or scattered light laser's output aperture or from objects illuminated by the laser, makes a difference in relation to daylight or other radiation sources than laser light and possibly indicates the direction of the laser source with high accuracy. This task is solved by a device according to claim 1 resp. by a method according to claim 9. The invention is based on the use of a cross-grating, with which coherent and incoherent radiation is imaged in different ways on a radiation-loving detector. Through this measure, spectral broadband, ie. temporally incoherent point light sources, such as lamps or headlamps, no longer to be depicted as points in the detector's burner plane, e.g. in a CCD camera, but as bar images of its spectrum.
Lasrar, i egenskap av spektralt smalbandiga, dvs. koherenta källor, avbildas däremot genom kors gittret som punktmönster och kan därmed skiljas från de inkoherenta strålningskällorna. ' För att fastställa orten för en som laser igenkänd ljuskälla skall bestämmas orten för böjningsbildens nollte ordning på detektorn. Detta kan ske på olika sätt, alltefter det använda slaget av korsgitter. I det enklaste fallet är den punktformiga ljusfläcken med den största intensiteten böjningsbildens nollte ordning och därmed identisk med laserljuskällans position i bildfältet. Med kännedom om den momentana rikt- ningen på optikens optiska axel samt dess brännvidd är därmed också riktningen till strålningskällan i det betraktade rurnrnet känd. 10 15 20 25 30 529 775 3 En högre säkerhet vid positionsbestärnning av en laserkälla uppnås därigenom att man fastställer symmetricentrtirn för resp. ljusfläcksmönster. Detta kan i sin tur ske på ett enkelt sätt därigenom att de enskilda ljusfläckarna successivt bortbländas me- delst ett inställbart tröskelvärde, tex. genom en fiarnförmonterad gråkil eller genom att sänka detektorns känslighet. Eftersom vid ett korsgitter bildpunktema av samma ordning även har samma intensitet och dessa är anordnade symmetriskt kring den nollte ordningen, försvinner bildpunkterna av samma ordning vid stigande tröskel- värde samtidigt, så att ur respektive försvunna bildpunkters orter entydigt kan be- stärnrnas symmetricentrum och därmed positionen för den nollte ordningen.Lasers, as spectrally narrowband, ie. coherent sources, on the other hand, are imaged through the cross grid as a dot pattern and can thus be distinguished from the incoherent radiation sources. In order to determine the location of a laser-recognized light source, the location of the zero order of the diffraction image on the detector shall be determined. This can be done in different ways, depending on the type of cross grid used. In the simplest case, the point-shaped light med angle with the greatest intensity is the zero order of the bending image and thus identical to the position of the laser light source in the image field. With knowledge of the instantaneous direction of the optical axis of the optics and its focal length, the direction to the radiation source in the considered tube is also known. 10 15 20 25 30 529 775 3 A higher safety in position determination of a laser source is achieved by determining the symmetry center for resp. light fl corner pattern. This can in turn be done in a simple manner by the individual light fl corners being successively dimmed by means of an adjustable threshold value, e.g. by a pre-assembled gray wedge or by lowering the sensitivity of the detector. Since in a cross-grid the pixels of the same order also have the same intensity and these are arranged symmetrically around the zero order, the pixels of the same order disappear at increasing threshold value at the same time, so that from the respective vanished locations the symmetry center and thus the position for the zero order.
En ytterligare möjlighet för att bestämma läget för den nollte ordningen består i att korsgittret vrids kring den optiska axeln. I detta fall vrider sig alla bildpunktema av högre ordning kring bildpunkten av nollte ordningen, vilken lugnt står stilla vid Sin respektive position och därmed lätt kan igenkärmas.A further possibility for determining the position of the zero order consists in that the cross grid is rotated about the optical axis. In this case, all the pixels of higher order revolve around the pixel of the zero order, which stands still at its respective position and can thus be easily shielded.
Vidare kan ur avståndet mellan de enskilda ljusfläckama i ett symmetriskt mönster laserns våglängd lätt bestämmas, vilket möjliggör en ytterligare känneteckning av respektive hottyp.Furthermore, the wavelength of the laser can be easily determined from the distance between the individual light beams in a symmetrical pattern, which enables a further characterization of the respective threat type.
Uppfmningen kommer i det följ ande att närmare beskrivas i anslutning till det i fi- gurerna schematiskt visade utföringsexemplet. Därvid visar: Fig. 1 den principiella uppbyggnaden av en laservarningsmottagare med fiam- fiirrnonterat korsgitter..The invention will in the following be described in more detail in connection with the exemplary embodiment shown in the diagrams. In this case: Fig. 1 shows the basic construction of a laser warning receiver with an fi-mounted cross-grid.
Fig. 2 den principiella uppbyggnaden av en laservarningsmottagare med inte- grerad restljusíörstärkare.Fig. 2 shows the basic structure of a laser warning receiver with integrated residual light amplifier.
Fig. 3 den principiella uppbyggnaden av en laservarningsmottagare med fiam- förmonterad omlänkningsoptik för runtomdetektion, och Fig. 4a och 4b de böjningsbilder som alstrats med ett kortgitter från en a) inkoherent och b) koherent punktformig strålningskälla. m 15 20 25 30 529 775 4 Det i fig. l visade utföringsexemplet av en laservamingsmottagare för det nära och mittersta infraröd-området har en kamera med s.k. ”Focal Plane Array (FPA)”, dvs. en ytmässig matrisdetektor 1, som är anordnad i brännplanet till en avbildande optik 2. En dylik detektoruppsättning består typiskt av 256x256 enskilda detektorer och är försedd med en integrerad utläsningselektronik 5. De enskilda detektorema i FPA- enheten integrerar den infallande strålningen under en fast eller variabel integra- tionstid om t.ex. 16 ms parallellt. Därigenom skiljer sig dessa detektorer från de en- skilda detektorer som förekommer vid vanliga laservarningssensorer, vilka, med en kort tidskonstant i nanosekimdorrirådet, är anpassade uteslutande för detektion av pulsade strålnirigskällor med samma pulsvaraktighet. Två olika typer av matrisde- tektorer, som har olika utläsnings- och överßringsfimktioner för den efterföljande signalbearbetningen, är kända, såsom ”Charge-Coupled-Devices (CCD ” respektive ”Complementary Metaloxide Semiconductor (ICMS)”, vilka båda här kan komma till användning.Fig. 3 shows the basic structure of a laser warning receiver with fi am-mounted deflection optics for circumferential detection, and Figs. 4a and 4b show the diffraction images generated with a card grating from a a) incoherent and b) coherent point-shaped radiation source. m 15 20 25 30 529 775 4 Det i fi g. 1 shows the exemplary embodiment of a laser warming receiver for the near and central infrared region has a camera with so-called "Focal Plane Array (FPA)", ie. a surface matrix detector 1, which is arranged in the focal plane of an imaging optics 2. Such a detector set typically consists of 256x256 individual detectors and is provided with an integrated readout electronics 5. The individual detectors in the FPA unit integrate the incident radiation under a fixed or variable integration time if e.g. 16 ms in parallel. As a result, these detectors differ from the individual detectors present in ordinary laser warning sensors, which, with a short time constant in the nanosecurity array, are adapted exclusively for the detection of pulsed radiation sources with the same pulse duration. Two different types of matrix detectors, which have different readout and transmission functions for the subsequent signal processing, are known, such as "Charge-Coupled-Devices (CCD" and "Complementary Metaloxide Semiconductor (ICMS)"), both of which can be used here. .
Inom det nåra infraröd-området om 0,75 - 1,1 um kan i handeln vanliga kameror 'med kíseldetektorer komma till användning, sådana som används för upptagning av bilder inom det synliga området (eventuellt med framförkopplad restljusförstärkare).In the near infrared range of 0.75 - 1.1 μm, commercially available cameras with silicon detectors can be used, such as those used for capturing images within the visible range (possibly with a pre-connected residual light amplifier).
För våglängdsorrirådet mellan 1 och 5 pm förekommer infrarödkameror med plati- na-silicid (Pt:Si)- eller indiuin-antimonid (ln:Sb)-detektorer, och i våglängdsområ- det mellan 9 och 12 um kvicksilver-kadmium-tellurid-detektorer. Några av dessa detektorer kräver en ytterligare kylning.For the wavelength range between 1 and 5 μm, there are infrared cameras with platinum silicide (Pt: Si) or indium antimony (ln: Sb) detectors, and in the wavelength range between 9 and 12 μm mercury-cadmium-telluride detectors . Some of these detectors require additional cooling.
Framför en dylik kamera monteras nu i enlighet med uppfinningen ett korsgitter 3 och eventuellt ett spektralfilter 4. Genom det senare göres systemets bandbredd smalare, täckande det spektralområde i vilket laserkällan förmodas ligga. Därmed reduceras också bakgrundsstrålningens inflytande. Beroende på typ av signalanaly- sering kan korsgittret 3 roteras kring kamerans optiska axel medelst en drivenhet 6.In front of such a camera, a cross grating 3 and possibly a spectral alter 4 is now mounted in accordance with the invention. The latter makes the bandwidth of the system narrower, covering the spectral range in which the laser source is assumed to lie. This also reduces the surface radiation input. Depending on the type of signal analysis, the cross grating 3 can be rotated about the optical axis of the camera by means of a drive unit 6.
Betydelsen av korsfiltret skall beskrivas närmare nedan med hjälp av fig. 4 a och b: 10 15 20 25 529 775 5 Om man lägger två likadana, vanliga streckgitter på varandra, erhåller man ett två- dimensionellt korsgitter. Om man proj icerar en ljuspunkt genom ett dylikt gitter på en skärm resp. på brännplanet till en kamera, uppstår vid bredbandigt ljus en böj- ningsbild, återgiven i fig. 4a, där kring en rund fläck grupperar sig ett stort antal får- gade böjningsspektra i regelmässig ordning, så att deras längdriktning pekar mot den centrala fläcken, varvid spektrums kortvågiga del ligger inåt och den långvågi- gare delen utåt. Vid monokromatiskt ljus övergår fenomenet i avbildningen enligt fig. 4b, där punktforrniga ljusfläckar uppstår, vilka ligger i skärningspunkterna till ett nästan rätlinjigt kvadratiskt nät. Bildpunktemas läge och deras intensitetsfórdel- ning vid ett korsgitter kan bestämmas med hjälp av gitterberäkníngar enligt Fraun- hofer. Skärningspunkterna för två hyperbelskaror bildar orterna för interferens- maxima vid böjning i ett plant punktgitter. Om gitterkonstanten betecknas b och in- fallsvinkeln i planet parallellt med ett gitter betecknas oro och infallsvinkeln till pla- net parallellt med det andra gittret betecknas med ßo, erhåller man för vinklarna ot resp. ß i böjningsbildema i dessa båda, vinkelrätt till varandra liggande plan följan- de uttryck: sinct-sinot0=n'X/d(n=O,il,i2, .... ..) sin ß -sin [30=m'?t/d(m=0,il,i2,.....) För användning i enlighet med uppfinningen av ett korsgitter i en laservarningssen- sor är nu följande egenskaper av betydelse: 0 Monokromatiska punktkällor avbildas som punktgitter med skarpa intensitets- maxirna i kamerans bildplan, bredbandiga punktkällor avbildas som utdragna streck, och kan därmed skiljas från varandra. o Ytmässiga, bredbandiga .ljuskällor alstrar en utsmetad mosaik över hela bild- ytan; bakgrundsstrålningen blir därmed homogeniserad över hela bildytan, vil- ket underlättar detektion av punktformiga avbildningar av laserkällor. o Böjningsmönstrets nollte ordning ligger på huvudstrålen och går alltsåutan böj- ning genom gittret. Denna riktning är också symmetririlcmingen för böjnings- 10 15 .20 25 30 529 775 6 mönstret av högre ordningar. Riktningen till strålningskällan kan därmed be- stärnmas entydigt ur böjningsmönstret. ø Böjningsvinkeln förskjuter sig med våglängden A7» enligt formeln Aot = n/d 'Alt (motsvarande gäller för vinkeln ß), dvs. ljuskällans våglängd kan bestämmas ur böjningsmaximas vinkellägen. 0 Vid vridning av kortgittret vrider sig också ljusfläcksmönstret kring symmetri- axeln. Ljuskällans riktning i förhållande till kamerans optiska axel kan därmed entydigt fastställas.The significance of the cross letter should be described in more detail below using fi g. 4 a and b: 10 15 20 25 529 775 5 If you lay two identical, ordinary bar grids on top of each other, you get a two-dimensional cross grid. If you project a point of light through such a grid on a screen resp. on the focal plane of a camera, in broadband light, a bending image, reproduced in fi g, occurs. 4a, where a large number of colored bending spectra are grouped around a round spot in regular order, so that their longitudinal direction points towards the central spot, the short-wavelength part of the spectrum lying inwards and the longer-waving part outwards. In monochromatic light, the phenomenon in the image changes according to fi g. 4b, where point-shaped light fl angles occur, which lie in the intersection points of an almost rectilinear square grid. The position of the pixels and their intensity distribution at a cross lattice can be determined using lattice calculations according to Fraunhofer. The intersection points of two hyperbola masses form the locations of interference maxima when bending in a flat point grid. If the lattice constant is denoted b and the angle of incidence in the plane parallel to one lattice is denoted by concern and the angle of incidence to the plane parallel to the other lattice is denoted by ßo, one obtains for the angles ot resp. ß in the inflectional forms in these two, perpendicular to each other planes the following expression: sinct-sinot0 = n'X / d (n = 0, il, i2, .... ..) sin ß -sin [30 = m '? t / d (m = 0, il, i2, .....) For use in accordance with the invention of a cross-grating in a laser warning sensor, the following properties are now important: the maxi in the camera's image plane, broadband point sources are depicted as solid lines, and can thus be separated from each other. o Superficial, broadband light sources produce a smeared mosaic over the entire image surface; the background radiation is thus homogenized over the entire image surface, which facilitates the detection of point-by-point images of laser sources. o The zero order of the bending pattern lies on the main beam and thus goes without bending through the grid. This direction is also the symmetry rim of the higher order bending pattern. The direction to the radiation source can thus be unambiguously determined from the bending pattern. ø The bending angle shifts with the wavelength A7 »according to the formula Aot = n / d 'Alt (corresponding to the angle ß), ie. the wavelength of the light source can be determined from the angular positions of the bending maxima. 0 When rotating the card grid, the light fl corner pattern also rotates around the axis of symmetry. The direction of the light source in relation to the camera's optical axis can thus be unambiguously determined.
För att förtydliga förhållandena vid detektion av två laserkällor med olika vågläng- der skall ett numeriskt exempel givas: Vid antagna våglängder om M = 1,064 um (t.ex.'Nd:YAG-laser) och X2 = 0,904 um (t.ex. en GaAs-laserdiod), en gitterkonstant d = 10 um och infallsvinklar ao = ßo = 0 blir böjningsvinkeln ot = ß= 6,1° för den längre våglängden och 5,4° för den kortare våglängden. Vid högre ordningar mångfaldigar sig böjningsvinkeln. Vid kortare gitteravstånd blir våglängdsupplösningen större och samtidigt även böjningsvinkeln.To clarify the conditions when detecting two laser sources with different wavelengths, a numerical example shall be given: For assumed wavelengths of M = 1,064 μm (eg 'Nd: YAG laser) and X2 = 0.904 μm (eg a GaAs laser diode), a grating constant d = 10 μm and angles of incidence ao = ßo = 0, the bending angle ot = ß = 6.1 ° for the longer wavelength and 5.4 ° for the shorter wavelength. At higher orders, the bending angle multiplies. At shorter grid distances, the wavelength resolution becomes larger and at the same time the bending angle.
Med omkring 600 linjer och rader i en detektoruppsätming och en upptagningsvin- kel för kameran om 90° uppgår vinkelupplösningen för en pixel till 0,1 5°. Vid en gitterkonstant om 2 um uppgår den spektrala upplösningen för en pixel i första böj- ningsordningen till omkring 5 mn. Som jämförelse uppgår en laserdiods spektrala bandbredd vid ett strålridarvapen till omkring 3 nm.With about 600 lines and rows in a detector set and a camera shooting angle of 90 °, the angular resolution of a pixel is 0.1 5 °. At a lattice constant of 2 μm, the spectral resolution of a pixel in the first bending order amounts to about 5 mn. By comparison, the spectral bandwidth of a laser diode in a radiant weapon is about 3 nm.
Om nu flera isolerade ljusfläckar registreras av detektoruppsättningen, kan från de- ras ortsfördelning i bilden slutas om det rör sig om de högre ordningarna till en ko- herent laserkälla. Detta kan fastställas ur ljusfläcksmönsnets symmetri och den iden- tiska ljusheten för alla ljusfläckar som hör till en bestämd ordning. Uppgiften kan t. ex. lösas elektroniskt på så sätt att signalerna för varje enskild pixel i fokalplanet jämföres till sin intensitet med signalerna för respektive intilliggande pixel. Om där- av framgår att intensiteten för en pixel är tydligt högre än grannens, noteras dess ko- ordinater och signalvärden. Den totala bilden kan på så sätt reduceras till ett punkt- 10 15 20 25 30 529 775 7 mönster av enskilda pixel med högre intensitet. Nu kan signalstömingar elimineras på så sätt att endast sådana pixel betraktas, som bildar koncentriska kvadrater. Om det då kvarstår ett regelbundet punktmönster, är närvaron av en laserkälla mycket sannolik.If fl your isolated light spots are detected by the detector set, their location distribution in the image can be deduced in the case of the higher orders to a coherent laser source. This can be determined from the symmetry of the light ck corner pattern and the identical brightness of all light ck corners belonging to a specific order. The task can e.g. is solved electronically in such a way that the signals for each individual pixel in the focal plane are compared in their intensity with the signals for the respective adjacent pixels. If it appears that the intensity of a pixel is clearly higher than that of the neighbor, its coordinates and signal values are noted. The overall image can thus be reduced to a dot pattern of individual pixels with higher intensity. Now signal interference can be eliminated in such a way that only those pixels which form concentric squares are considered. If a regular dot pattern then remains, the presence of a laser source is very likely.
Ur kvadraternas dimension kan nu ocksålaserkällans våglängd beräknas och t.ex. jämföras med värden i ett hotbibliotek för att finna ytterligare bekräftelse på hotet.From the dimension of the squares, the wavelength of the laser source can now also be calculated and e.g. compared with values in a threat library to obtain further confirmation of the threat.
Om det sålunda erhållna punktmönstret jämiöres med en bildserie från en karnera. kan laserkällans rörelser i förhållande till målet beräknas och följas. Flera laserkällor kan också enligt denna enkla föreskrift snabbt hållas isär, klassificeras och betraktas var för sig. För en fackman, förtrogen med elektronisk Signalbehandling, kan denna uppgift lösas med en enkel mikroprocessor utan att någon speciell bildbearbetrling i en dator behövs.If the dot pattern thus obtained is compared with a series of images from a carnera. the movements of the laser source in relation to the target can be calculated and followed. According to this simple regulation, several laser sources can also be quickly kept apart, classified and viewed separately. For a person skilled in the art, familiar with electronic signal processing, this task can be solved with a simple microprocessor without the need for any special image processing in a computer.
Kors gitter kan framställas antingen som transmissionsgitter eller reflektionsgitter.Cross gratings can be made either as transmission gratings or reaction gratings.
Dessa kan vara utförda både som amplitud- och fasgitter. Fördelen med fasgitter är deras väsentligt högre transmission, efiersom vid amplitudgitter strålningen vid gitt- rets respektive skuggande del går förlorad.These can be designed both as amplitude and phase gratings. The advantage of phase gratings is their significantly higher transmission, as with amplitude gratings the radiation at the respective shading part of the grating is lost.
Ett specialfall av gitter är det s.k. sinusgittret med lokalt cosz-iörlopp för amplitud- transmissionen vid användning av ett amplitudgitter eller för brytningsindex vid ett fasgitter. Vid denna gittertyp uppstår endast nollte och ordningen il i böjnings- spektrum. Dessutom är dessa gitter på grund av den höga effektiviteten i ljusöver- iöringen till första ordningen särskilt lämpliga för detektion av svaga laserkällor. i När det gäller tillverkning av gitter, slår den holografiska tillverkningen av gitter mer och mer igenom. Därvid låter man två genom laserstråldelning uppstående vå- gor med liten riktningsskillnad falla på ett fotolackskikt och får där ett interferens- remsmönster, vilket kan omvandlas till gitterstrulcturer. Sålunda kan korsgitter till- verkas genom belysning två gånger med dylika vinkelrätt mot varandra stående in- 10 Ãl5 529 775 8 terferensremsmönster. Med denna teknik kan för transmissionsdrift tillverkas både amplitud- och fasgitter; de senare uppstår genom den kända utblekningen av ampli- _ tudstrukturen. Den skiljaktiga belysningen av skiktet i de ljusa och mörka remsoma kan också omvandlas till en skikttj ockleksändring (räffelprofil) och användas som fasgitter i transmission. Genom påångriing med aluminium erhålles analogt därtill ett reflektionsgitter.A special case of lattice is the so-called the sine grating with local cosz orbit for the amplitude transmission when using an amplitude grating or for the refractive index with a phase grating. With this lattice type, only zero and the order il occur in the bending spectrum. In addition, due to the high efficiency of first-order light transmission, these gratings are particularly suitable for the detection of weak laser sources. i When it comes to the manufacture of lattices, the holographic slår will make the manufacture of lattices more and more effective. In this case, two waves arising from laser beam division with a small difference in direction are dropped on a photoresist layer and an interference strip pattern is obtained, which can be converted into lattice beam structures. Thus, cross gratings can be manufactured by lighting twice with such perpendicular interference patterns. With this technology, both amplitude and phase gratings can be manufactured for transmission operation; the latter arise from the known bleaching of the amplitude structure. The different illumination of the layer in the light and dark strips can also be converted into a layer thickness change (groove profile) and used as a phase grating in transmission. By attaching with aluminum, a reaction grating is obtained analogously.
För användning i en laservarnare för synligt och nära infrarött intervall om 0,35 till 2,5 um är transmissions-sinus-fasgittren särdeles lärnpade. Dessa kan t.ex. förläggas på kvartsglas och användas som transmissionsförsättsanordning. I infraröd-ornrådet ovanför 2 um kan användas antingen amplitudtransmissionsholograin för transmis- sionsdrift eller reflektionsgitter för reflektionsdrifl; frarntör en kamera. I infraröd- området vid 10 um (COz-laser) användes övervägande reflektionsgitter. Särskilt lämpliga för en laservamare är s.k. Echelett-gitter, vilka har en sågtandad ritsprofil.For use in a laser detector for visible and near infrared range of 0.35 to 2.5 μm, the transmission sine phase gratings are particularly leather-lined. These can e.g. placed on quartz glass and used as a transmission attachment device. In the infrared ring above 2 μm, either amplitude transmission holography can be used for transmission operation or reaction grating for reaction operation; remove a camera. In the infrared range at 10 μm (CO 2 laser) predominantly reaction grating was used. Particularly suitable for a laser warmer are so-called Echelett grids, which have a serrated drawing profile.
Ritslutningen välj es så att' för en önskad ”Blaze”-våglängd (Blaze = maximal inten- sitet) reflektions- och böjningsriktningen sammanfaller. Då kommer också motsva- rande ordning n att fiamhävas.The drawing angle is selected so that for a desired “Blaze” wavelength (Blaze = maximum intensity) the direction of reflection and bending coincide. Then the corresponding order n will also be fi enforced.
En ytterligare möjlighet för optimering av korsgitter består i anordningssättet för modulationsdjupet och gitterkonstanterna resp. ortsfiekvensen för gittren. Gitter med låg ortsfrekvens har som bekant många böjningsordningar, vilkas intensiteter förhåller sig som kvadraterna på Hessel-funktionerna. Genom stark moduleríng till- tar därmed intensiteten i de högre ordningama. Om man minskar modulationen, av- i tar intensiteten i de högre ordningarna till förmån för de lägre ordningama. Optime- ringsuppgifien för laservarnare består nu i att maximera intensiteten i de första ord- ningarna. Detta maximum ligger teoretiskt vid 33% för ett linjärt gitter. För ett kors- gitter följ er därav att för de intressanta fyra ordningarna kvarstår vardera 10%. Res- terande 60% av det infallande ljuset fördelar sig på de övriga ordningarna. 15 210 25 529 775 9 Böjningseffektiviteten kan vid korsgitter kraftigt ökas med höjning av ortsfiekven- sen. För ortsfrekvenser om ca 400-500 linjepar /mm vid holografiska transmissions- fasgitter befinner man sig i övergångsorrirådet mellan tunna och tjocka hologram.An additional possibility for optimizing cross-lattice consists in the arrangement of the modulation depth and the lattice constants resp. the local sequence of the gratings. Grating with a low local frequency has, as is well known, many bending schemes, the intensities of which relate to the squares of the Hessel functions. Through strong modulation, the intensity of the higher orders thus increases. If the modulation is reduced, the intensity of the higher orders decreases in favor of the lower orders. The optimization task for laser detectors now consists of maximizing the intensity in the first orders. This maximum is theoretically 33% for a linear grid. For a cross-grid, follow from this that for the interesting four schemes, 10% each remains. The remaining 60% of the incident light is distributed among the other schemes. 15 210 25 529 775 9 The bending efficiency can be greatly increased with cross gratings by increasing the local sequence. For local frequencies of approx. 400-500 line pairs / mm at holographic transmission phase gratings, the transition orbit between thin and thick holograms must be consulted.
Här uppträder redan väsentligt färre högre ordningar. Om ännu högre ortsfrekvenser användes, t. ex. 700 linj epar/mm, låter sig de högre ordningarna nästan fullständigt undertryckas. Ljusandelen för nollte ordningen kan hållas under 20% så att var och en av de fyra böjningsbildema iiíörsta ordningen erhåller omkring 20% av ljuset.Significantly fewer higher orders already appear here. If even higher local frequencies were used, e.g. 700 lines epar / mm, the higher orders can be almost completely suppressed. The zero order light share can be kept below 20% so that each of the four first order bending images receives about 20% of the light.
De lasrar som användes för militära och säkerhetstekniska ändamål är begränsade till få, relativt smala våglängdsoniråden mellan 800-850 nm, 1050-1070 nm, 1450- 1650 nm och 9,5-11,5 um. För att i motsvarighet härtill dämpa den störande bak- V grundsstrålrxingen är det fördelaktigt att utöver det använda korsgittret också monte- ra ett spektralt filter framför kamerans avbildande objektiv. Med en filterbredd om t.ex. 10-20 nm i nära infiaröd-området kan bakgrunden sänkas med en faktor 10-20.The lasers used for military and security purposes are limited to a few, relatively narrow wavelength zone ranges between 800-850 nm, 1050-1070 nm, 1450-1650 nm and 9.5-11.5 μm. In order to dampen the disturbing background radiation accordingly, it is advantageous to, in addition to the cross grating used, also mount a spectral filter in front of the camera's imaging lens. With an alter width of e.g. 10-20 nm in the near-red area, the background can be lowered by a factor of 10-20.
Gränskänsligheten hos CCD-kameror i handeln för en konstantsnåle-laserkälla vid en iritegrationstid om 20 ms för att detektera genom korsgittret ligger vid omkring 6 pW. Signalema på grund av spridd strålning fór en strålryttare på ett avstånd av 10-1 km ligger jämförelsevis inom intervallet 1 pW-l nW, dvs. inom påvisnings- intervallet till en laservarriare enligt uppfinningen. En ytterligare ökning av känslig- heten är möjlig för CCD-kameror genom förlängning av integrationstiden, kylning av detektorn och genom att sätta ett elektronmultiplikatorsteg (t. ex. lVlicro-Channel- Plate med 10.000 ggr förstärkning) framför detektorn. Den sistnämnda möjligheten visas i utfóringsexemplet enligt fig. 2. fmns framför en första lins 22.1, i vars fokalplan ligger en till en mikroprocessor 25 kopplad detektoruppsätming 21, en lysskärm 26, en elektronmultiplikator 27, en fotokatod 28, en ytterligare lins 22.2, ett korsgitter 23 och ett spektralfilter 24. Härvid bildar elementen 26, 27 och 28 en s.k. restljustörstärkare, vars bild sedan avbildas på detektoruppsättningen 21. 10 15 529 775 10 Det erforderliga vinkelupptagningsområdet för en laservaniare kan vara olika bero- ende på användning. På många användningsområden är det tillräckligt med normal- objektiv med en fältvinkel om 40°-55°. För en runtom-upptagning, t.ex. för en heli- kopter, installeras normalt fyra dylika laservarnare på olika ställen i ytterplåten, var- vid varje laservarnare täcker en vinkel om 90°. i En annan möjlighet för runtom-avkämiing av laserhot visas i fig. 3. Här är frarnfór en laservaniare enligt fig. 1 eller 2 med en detektoruppsättning 31, en avbildande optik 32 och ett kors gitter 33 anordnad en konvexspegel 34, vilken avkänner ljuset från ett horisontellt riktat plan I i en horisontell bildvinkel om 90° (tex. 60° över planet I och 30° under planet I) och avbildar det sålunda avkända området i en ring- yta II på detektom 31. Varje riktning ur det sålunda avkända området svarar då mot en bildpunkt på ringytan H.The cut-off sensitivity of commercially available CCD cameras for a constant needle laser source at an irritation time of 20 ms to detect through the lattice is at about 6 pW. The signals due to scattered radiation for a jet rider at a distance of 10-1 km are comparatively in the range 1 pW-1 nW, ie. within the detection range of a laser variator according to the invention. A further increase in sensitivity is possible for CCD cameras by extending the integration time, cooling the detector and by placing an electron multiplier stage (eg lvlicro-Channel-Plate with 10,000 times gain) in front of the detector. The latter possibility is shown in the exemplary embodiment according to Fig. 2. in front of a first lens 22.1, in the focal plane of which lies a detector set 21 connected to a microprocessor 25, a light screen 26, an electron multiplier 27, a photocathode 28, a further lens 22.2, a cross grating 23 and a spectral 24.lter 24. Hereby the elements 26, 27 and 28 form a so-called residual light amplifier, the image of which is then imaged on the detector set 21. The required angular recording range for a laser vane may be different depending on the application. In many applications, a normal lens with a field angle of 40 ° -55 ° is sufficient. For an all-around recording, e.g. for a helicopter, four such laser detectors are normally installed in different places in the outer plate, each laser detector covering an angle of 90 °. i Another option for all-around laser threat detection is shown in fi g. 3. Here frarnfór is a laser vanier according to fi g. 1 or 2 with a detector set 31, an imaging optics 32 and a cross grating 33 arranged a convex mirror 34, which senses the light from a horizontally directed plane I at a horizontal angle of view of 90 ° (eg 60 ° above the plane I and 30 ° below plane I) and images the area thus sensed in an annular surface II on the detector 31. Each direction from the area thus sensed then corresponds to a pixel on the annular surface H.
Det här beskrivna förfarandet fór detektion av laserkällor kan förverkligas resp. kombineras med de mest skilj aktiga bildupptagningsutrustningar. Särskilt kan i stället för detektoruppsätmingar även användas specifikt konstruerade enkeldetek- torer med fiamfór anordnad optisk avkämiingsanordning (scarmer).The method described here for detection of laser sources can be realized resp. combined with the most diverse imaging equipment. In particular, instead of detector sets, specially designed single detectors with an amphora-arranged optical sensing device (scarmer) can also be used.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19851010A DE19851010B4 (en) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | Device for the detection and localization of laser radiation sources |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE9903966L SE9903966L (en) | 2006-05-09 |
SE529775C2 true SE529775C2 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=37591654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE9903966A SE529775C2 (en) | 1998-11-05 | 1999-11-02 | Apparatus and method for detecting and locating laser beam sources |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19851010B4 (en) |
FR (1) | FR2888333B1 (en) |
IT (1) | ITRM990683A1 (en) |
NL (1) | NL1013383C2 (en) |
SE (1) | SE529775C2 (en) |
TR (1) | TR199902712A1 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007024051B4 (en) * | 2007-05-22 | 2018-02-01 | Airbus Defence and Space GmbH | Device and method for the detection and localization of laser radiation sources |
FR2924230B1 (en) * | 2007-11-22 | 2010-01-15 | Sagem Defense Securite | COUNTERMEASURE DEVICE FOR INFRARED GUIDANCE |
DE102008056868B3 (en) | 2008-11-12 | 2010-06-24 | Eads Deutschland Gmbh | Laser detection device and laser detection method |
DE102011015478B4 (en) * | 2011-03-29 | 2012-10-25 | Eads Deutschland Gmbh | Apparatus and method for detecting and analyzing laser radiation |
AU2012373183A1 (en) * | 2012-03-16 | 2014-10-16 | 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 (en) * | 2012-10-12 | 2014-04-30 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Device and method for detecting laser radiation |
DE102012022258B4 (en) | 2012-11-14 | 2017-03-16 | Airbus Ds Electronics And Border Security Gmbh | Sensor for detection and localization of laser radiation sources |
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 (en) | 2022-07-01 | 2024-01-04 | Esg Elektroniksystem- Und Logistik-Gmbh | DEVICE FOR DETECTING AN INCIDENT DIRECTION AND A WAVELENGTH OF INCIDENT LASER RADIATION |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3323828C2 (en) * | 1983-07-01 | 1986-01-16 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Laser warning sensor |
GB2253902B (en) * | 1984-02-18 | 1993-03-24 | Ferranti Plc | Detector apparatus for detecting coherent monochromatic point-source radiation |
DE3525518A1 (en) * | 1984-12-20 | 1986-07-10 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Laser warning sensor with direction detection |
JPH07234105A (en) * | 1994-02-23 | 1995-09-05 | Wacom Co Ltd | Light spot position measuring method |
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/en not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-10-25 NL NL1013383A patent/NL1013383C2/en not_active IP Right Cessation
- 1999-11-02 SE SE9903966A patent/SE529775C2/en not_active IP Right Cessation
- 1999-11-04 IT IT000683A patent/ITRM990683A1/en unknown
- 1999-11-04 FR FR9913821A patent/FR2888333B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1999-11-04 TR TR1999/02712A patent/TR199902712A1/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19851010A1 (en) | 2007-06-14 |
NL1013383C2 (en) | 2015-03-18 |
ITRM990683A1 (en) | 2001-05-04 |
NL1013383A (en) | 2015-03-12 |
FR2888333B1 (en) | 2008-06-27 |
SE9903966L (en) | 2006-05-09 |
FR2888333A1 (en) | 2007-01-12 |
TR199902712A1 (en) | 2007-10-22 |
DE19851010B4 (en) | 2010-10-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2260276B1 (en) | Photo-detector and method of measuring light | |
SE529775C2 (en) | Apparatus and method for detecting and locating laser beam sources | |
JP4217609B2 (en) | Method and apparatus for removing electromagnetic background radiation in image | |
WO2001069192A1 (en) | Imaging pyrometer | |
US4280050A (en) | Infrared viewer and spectral radiometer | |
CN107076665A (en) | Optical sensor module and spectrometer including optical grating construction | |
US6995836B1 (en) | Angle measuring system | |
EP3791145A1 (en) | Spectrometer device | |
KR900002116B1 (en) | Spectral analyzer and direction indicator | |
US9395296B1 (en) | Two-dimensional optical spot location using a one-dimensional detector array | |
US11609338B2 (en) | Method and device for detecting incident laser radiation on a spacecraft | |
US3654809A (en) | Temperature measurement technique and apparatus | |
CN112197866A (en) | Temperature measurement system and method for non-contact fixed-point measurement | |
US5387973A (en) | Detector apparatus for detecting coherent point-source radiation | |
US5828068A (en) | Uncooled mercury cadmium telluride infrared devices with integral optical elements | |
KR20040010172A (en) | Emissivity distribution measuring method and apparatus | |
JPH08145787A (en) | Pyroelectric infrared sensor | |
US3299274A (en) | Chopper with alternating reflective and absorptive segments for radiant energy measuring system and method of optimizing same | |
RU2692934C2 (en) | Two-channel matrix infrared receiver of facetted type radiation | |
AU697325B1 (en) | Passive identification and rangefinder apparatus | |
RU2622239C1 (en) | Device for non-contact measurement of the object temperature | |
JPH11326039A (en) | Thermal infrared image pick up device and thermal infrared light receiving element | |
US9335398B2 (en) | Apparatus and methods for locating source of and analyzing electromagnetic radiation | |
CA2288305A1 (en) | Device for recognizing and locating laser radiation sources | |
Tregub | A color schlieren method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |