WO2023160813A1 - Verfahren, sende-empfangsstation, identifikationsmittel und system zum identifizieren eines objekts - Google Patents

Verfahren, sende-empfangsstation, identifikationsmittel und system zum identifizieren eines objekts Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts (10), eine Sende-Empfangsstation (30), Identifikationsmittel (12) und ein System zum Identifizieren des Objekts, welches eine Sende-Empfangsstation (30) mit einer Quelle (32) zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie ein an dem Objekt (10) angeordnetes Identifikationsmittel umfasst. Die Quelle (32) sendet Pulse des Pulszuges in Richtung des Objekts (10). Von dem Identifikationsmittel (12) wird ein Empfangssignal (52) in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) zur Sende-Empfangsstation (30) zurückgestrahlt. Zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt zur Sende-Empfangsstation (30) werden zwei Polarisationszustände des Empfangssignals (52) mit zwei Detektoren (40) erfasst und ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale (52) gebildet. Es wird auch eine zeitliche Verschiebung der Empfangssignale (52) gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) erfasst.

Description

Beschreibung
Titel
VERFAHREN, SENDE-EMPFANGSSTATION, IDENTIFIKATIONSMITTEL UND SYSTEM ZUM IDENTIFIZIEREN EINES OBJEKTS
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, eine Sende-Empfangsstation zum Identifizieren eines Objekts sowie ein Identifikationsmittel, ein System zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, sowie ein Computer-Programm-Produkt und ein Datenverarbeitungssystem, um ein solches Verfahren auszuführen.
Durch die zunehmende, auch kommerzielle Nutzung des Weltraums besteht großes Interesse an Verfahren zur bodengestützten Erkennung von Weltraumobjekten. Dies vereinfacht nicht nur den Betrieb von Satelliten, sondern auch die Weltraumlageerfassung, die sogenannte „Space Situational Awareness“, die Kollisionsvermeidung und das Wiederauffinden von Satelliten ohne präzise Bahndaten. Der größte Beitrag zur Weltraum lageerfassung stammt derzeit aus Radarmessungen. Radarmessungen können große Satelliten anhand der äußeren Abmessungen direkt bildgebend erkennen. Für Kleinstsatelliten, wie beispielsweise sogenannte CubeSats, ist dies jedoch im Allgemeinen nicht möglich, zumal teils zahlreiche Satelliten während eines einzelnen Raketenstarts im Weltraum ausgebracht werden. Die Betreiber dieser Kleinsatelliten erhalten oft nur verzögert Bahndaten und diese sind nicht immer einem speziellen Satelliten zugeordnet. Um Weltraumobjekte von der Erde aus leichter identifizieren zu können, gibt es derzeit keine Standardtechnologie. Eine existierende Möglichkeit besteht darin, Satelliten mit Radiosendern, in Kombination mit GPS Empfängern, auszustatten. Diese Radiosignale können mittels großer Radioteleskope empfangen werden. Eine Alternative ist der Einsatz gepulster, kodierter optischer Laserdioden am Satelliten und die Detektion mittels Teleskop und Einzelphotonendetektor an einer Bodenstation.
Die DE 102013101730 A1 beschreibt ein Verfahren zur eindeutigen Identifikation eines Objekts, bei dem ein eindeutiges Identifikationsmittel an oder in einem als Weltraum-Flugkörper ausgebildeten Objekt angeordnet wird. Es wird ein elektromagnetische Wellen aufweisendes Sendesignal von einer Sendestation zu dem Identifikationsmittel des sich im Weltraum befindenden Weltraum-Flugkörpers gesendet. In einer Empfangsstation wird ein von dem Identifikationsmittel des Weltraum-Flugkörpers in Reaktion auf das Sendesignal zurückgesandtes elektromagnetische Wellen aufweisendes Identifikationssignal empfangen. Anhand des Identifikationssignals ist dann ein Identifizieren des Weltraum-Flugkörpers möglich.
Die US 2016/0173196 A1 beschreibt ein System und Verfahren zur Identifikation eines passiven Ziels, mit einer einen Laser umfassenden Sendequelle und Empfangseinheit zur Detektion eines am Ziel reflektierten Laserstrahls. Als Identifikationsfilter wird wenigstens ein Retroreflektor mit Wellenplatte verwendet. Mithilfe eines Polarisationsmodulators können Pulsabfolgen mit unterschiedlicher Polarisation generiert werden, wobei die Polarisation des zurückreflektierten Pulszuges analysiert wird. Die Vanantenvielfalt des Identifikationsmusters kann durch Aussenden von Laserstrahlen mit unterschiedlicher Wellenlänge und durch Anbringen von wellenlängensensitiven Retroreflektoren erhöht werden. Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber Luftturbulenzen robustes, winkeltolerantes, günstiges und ressourcenschonendes Verfahren zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum anzugeben, welches es erlaubt, eine Vielzahl von Objekten eindeutig zu identifizieren.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Sende-Empfangsstation zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Identifikationsmittel zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein System zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Computer-Programm-Produkt zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts vorgeschlagen, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation mit einer Quelle zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt angeordnetes Identifikationsmittel umfasst, wobei die Quelle die Pulse des Pulszuges als Sendesignal in Richtung des Objekts sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel des Objekts ein elektromagnetisches Empfangssignal in Reaktion auf jedes Sendesignal gerichtet zur Sende-Empfangsstation zurückgestrahlt wird.
Zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt zur Sende-Empfangsstation werden wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals mit wenigstens zwei Detektoren erfasst und ein Ist- Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale gebildet, wobei neben den Polarisationszuständen auch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Triggersignal erfasst wird und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals erweitert wird
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können die von der Quelle erzeugten Pulse des Pulszuges in einen Mehrfachpuls, mindestens jedoch einen Doppelpuls mit unterschiedlichen Polarisationszuständen, umgewandelt werden. Verschiedene Methoden zur Erzeugung von Mehrfachpulsen sind nachfolgend beschrieben. Es kann dann vorteilhaft sein, wenn die zeitliche Verschiebung der einzelnen Pulse des Mehrfachpulses gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Triggersignal bestimmt werden kann. Dabei bildet jeder einzelne Puls aus dem Mehrfachpuls ein Empfangssignal.
Dadurch wird gewährleistet, dass die Zeit zur Erfassung eines vollständigen Identifikationsmusters so kurz wie möglich ist. Der Einfluss von etwaigen das Identifikationsmuster störenden Turbulenzen zwischen Sende- Empfangsstation und dem Objekt können so minimiert werden.
Zweckmäßigerweise wird das Triggersignal durch den Pulszug der Quelle generiert. Beispielsweise über eine Photodiode, die einen Teil des Pulszuges detektiert. Beispielsweise kann eine solche Photodiode hinter einem teildurchlässigen Spiegel angeordnet sein.
Es ist vorteilhaft, wenn das Ist-Identifikationsmuster über mehrere Pulse des von der Quelle ausgesandten Pulszuges akkumuliert wird und gegebenenfalls gemittelt wird.
Die Identifikation des Objekts erfolgt dann zweckmäßigerweise durch Vergleich des Ist-Identifikationsmusters mit einem Soll- Identifikationsmuster. Andererseits können die das Ist-Identifikationsmuster bildenden Daten auch ausgewertet werden und als einzelne Kenngröße (z.B. dem Winkel der Hauptachse des sich über zwei Polarisationszustände ergebenden Polarisationsellipsoids) mit Soll-Kenngrößen verglichen werden.
Zweckmäßigerweise kann die Quelle zur Erzeugung von Pulsen in einem Pulszug einen Ultrakurzpulslaser umfassen. Der Vorteil bei der Verwendung von Laserstrahlung gegenüber der Strahlung von Radiosendern ist, dass Laserstrahlung sehr viel besser gebündelt werden kann und so gerichtet in einen kleinen Raumwinkel fokussierbar ist. Bei großen Entfernungen zu Objekten, wie bei Satelliten im Weltraum, können so wesentlich größere Signalstärken und damit Reichweiten des Systems erreicht werden. Ferner können bei der Verwendung von Radiosendern Interferenzen auftreten, weshalb nur begrenzt Radiolizenzen (jeweils für eine bestimmte Frequenz) vergeben werden können. Da die Laserstrahlung gerichtet ist, treten keine Probleme durch Interferenzen auf und es ist derzeit keine Lizensierung notwendig.
Als Identifikationsmittel kann es vorteilhaft sein, einen Retroreflektor, Tripelspiegel oder Tripelprisma, zu verwenden, um das von der Quelle ausgesandte Licht antiparallel wieder zu seiner Quelle zurück zu reflektieren.
Das reflektierte Empfangssignal kann mit einem Teleskop und einem Detektor zeitaufgelöst detektiert und über eine Zeitmesseinrichtung, die mit der Quelle synchronisiert ist, kann aus der Laufzeit des Signals von der Quelle zum Detektor der Abstand des Retroreflektors, und damit des Objekts, von der Quelle berechnet werden.
Ferner kann mithilfe dieser oder einer anderen mit der Quelle synchronisierten Zeitmesseinheit die zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale eines Mehrfachpulses zueinander bzw. im Vergleich zur Laufzeit eines einzelnen Pulses erfasst werden. Diese zeitliche Verschiebung wird genutzt, um das Empfangssignal innerhalb des Identifikationsmusters eindeutig zuordnen zu können.
Erfindungsgemäß wird das Objekt mit wenigstens einer passiv optischen Baugruppe als Identifikationsmittel ausgerüstet, die mindestens einen Retroreflektor, sowie weitere passiv optische Komponenten, beispielsweise Polarisationsoptiken wie Polarisatoren, Wellenplatten oder wellenlängen- abhängige Transmissionsfilter, aufweist. Durch diese Baugruppe werden Eigenschaften des als Empfangssignal reflektierten Sendesignals, nämlich einer Kombination aus wellenlängenabhängiger Transmission, Polarisation und zeitlichem Verlauf der zurückgestrahlten Intensität, eines ebenfalls in diesen Eigenschaften modulierten, einstrahlenden Sendesignals so verändert, dass eine eindeutige Erkennung des Objekts, insbesondere Satelliten, durch Messung dieser Eigenschaften im reflektierten Empfangssignal möglich ist.
Das Empfangssignal wird von dieser optischen Baugruppe gerichtet in Richtung der Quelle zurückgesendet, und zwar nur begrenzt durch die Beugung des Sendesignals. Dies erhöht Reichweite und Signalstärke des Sendesignals und damit auch des Empfangssignals.
Vorteilhaft wird so ein rein passives optisches Verfahren vorgeschlagen, welches keine elektrische Versorgung aus dem Satelliten benötigt. Es wird auch keine komplexe Schaltungselektronik benötigt, die anfällig für Ausfälle ist, da die Elektronik auf dem Satelliten zwangsläufig ionisierender Weltraumstrahlung ausgesetzt ist.
Das wenigstens eine Identifikationsmittel des Objekts kann vorteilhaft eine Retroreflektor-Baugruppe mit einem Retroreflektor und einem ersten optischen Element, insbesondere einer λ/4-Wellenplatte, sowie einem zweiten optischen Element, insbesondere einem Drahtgitter-Polarisator oder einer λ/4-Wellenplatte, umfassen, wobei eine optische Achse des zweiten optischen Elements um einen Winkel gegen eine optische Achse des ersten optischen Elements verdreht ist. Dadurch kann der Polarisationszustand des Empfangssignals auf geeignete Weise geändert werden, sodass das Identifikationsmittel und damit das Objekt anhand des Empfangssignals identifiziert werden kann. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann dieses optional mit unterschiedlichen Wellenlängen des Sendesignals durchgeführt werden kann, um die Zahl der Kombinationen bzw. Identifikationsmuster entsprechend um die unterschiedlichen Wellenlängen zu erhöhen. Dabei sind wellenlängensensitive Elemente in den Identifikationsmitteln angeordnet.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können wenigstens zwei zueinander beabstandete Identifikationsmittel an dem Objekt angeordnet sein und aufgrund eines Laufzeitunterschieds des reflektierten Signals von jedem Identifikationsmittel zeitlich voneinander getrennte Empfangssignale als Mehrfachpuls in Reaktion auf jedes Sendesignal zur Sende-Empfangsstation zurückgestrahlt werden. Dieser Weg beschreibt eine Möglichkeit, die von der Quelle erzeugten Pulse in Mehrfachpulse umzuwandeln.
Die wenigstens zwei zueinander beabstandeten Identifikationsmittel können beispielsweise als zwei oder mehrere rein passiv optische Baugruppen, beispielsweise eine Kombination aus Retroreflektoren, optischen Filtern, Polarisationsoptiken, am zu detektierenden Objekt, beispielsweise einem Satelliten, mit einem Abstand montiert werden. Dabei ist der Abstand zweckmäßigerweise so groß, dass das von beiden Identifikationsmitteln zurückreflektierte Empfangssignal aufgrund des Laufzeitunterschieds der Pulse mit hoher Wahrscheinlichkeit einzeln erfasst werden kann.
Die Wahrscheinlichkeit der selektiven Erfassung der Empfangssignale ergibt sich durch den üblicherweise zu erwartenden Laufzeitunterschied zwischen den Identifikationsmitteln. Dieser Laufzeitunterschied hängt vom Winkel des Sende-ZEmpfangseinheit zum Objekt ab und kann, je nach Rotation und Position des Objekts, variieren. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Quelle einen Laser aufweisen. Insbesondere kann die Quelle einen gepulsten Laser aufweisen, der Laserpulse mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde emittiert.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können Laserpulse ausgesandt werden, mit einer Pulsdauer, die klein ist im Vergleich zum maximalen Laufzeitunterschied des von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln reflektierten Lichts.
Für die beschriebene Anwendung kann der Laser kurze Laserpulse, beispielsweise Pikosekunden-Pulse, aussenden, um das Signal von verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen, welche am Satelliten montiert sind, zeitlich auflösen zu können.
Zusätzlich sind eine hohe Repetitionsrate und eine geringe Strahldivergenz des Lasers von Vorteil, um in kurzer Zeit die erfassten Identfikationsmuster akkumulieren und so die Zahl der detektierten, vom Retroreflektor zurückreflektierten Photonen vergrößern zu können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Sende- Empfangsstation einen Polarisationszustandsgenerator umfassen, der derart ausgebildet ist, dass jeder von der Quelle erzeugte Puls des Pulszuges in einen Mehrfachpuls umgewandelt und jeder einzelne Puls aus dem Mehrfachpuls als Sendesignal mit jeweils unterschiedlichem Sendesignal-Polarisationszustand ausgesendet werden kann. Diese Art der Umwandlung von von der Quelle erzeugten Pulsen in Mehrfachpulse kann mit der zuvor genannten Weise durch Verwendung mehrerer Identifikationsmittel an dem Objekt kombiniert werden. Die Zahl der Pulse innerhalb des Empfangs-Signal-Mehrfachpulses ergibt sich dann entsprechend aus der Zahl der Pulse innerhalb des Sende-Signal- Mehrfachpulses, multipliziert mit der Zahl an Identifikationsmitteln.
Zweckmäßigerweise können dann die als Mehrfachpuls mit unterschiedlichen Polarisationszuständen ausgesandten Sendesignale als genau zwei Sendesignale ausgesandt werden, wobei dann das eine Sendesignal einen rechts zirkularen Polarisationszustand (RC) und das andere Sendesignal einen links zirkularen Polarisationszustand (LC) aufweist.
Dadurch lassen sich die einzelnen Pulse des Sendesignals mit geeigneten optischen Baugruppen wie λ/4-Wellenplatte oder Drahtgitter-Polarisatoren in ihrem Polarisationszustand verändern, um auf diese Weise das Identifikationsmittel, mit welchem die Signale in Wechselwirkung standen, identifizieren zu können.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können die Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen mit einem Abstand ausgesandt werden, der groß ist im Vergleich zu dem Abstand der Mehrfachpulse, die als Reaktion auf jedes Sendesignal von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln zurückgestrahlt werden.
Günstigerweise kann dann der Abstand der als Sendesignale ausgesandten Mehrfachpulse an den Abstand der von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln zurückgestrahlten Mehrfachpulse derart angepasst wird, dass die von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln zurückgestrahlten Mehrfachpulse gerade noch aufgelöst werden können. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Ist- Identifikationsmuster des Objekts durch Kombination der bei der Bestimmung der Polarisation erfassten Intensitäten I1, I2 , I3, I4 von wenigstens zwei aufgrund der Sendesignal-Mehrfachpulse zeitlich zueinander versetzten von den Identifikationsmitteln zurückgestrahlten Mehrfachpulsen, gebildet wird.
Aufgrund der großen Entfernung zwischen einem Satelliten und einer Bodenstation als Sende-Empfangsstation ist es möglich, dass nicht die gesamte reflektierte Intensität des Sendesignals als Empfangssignal erfasst wird, sondern nur ein Ausschnitt des Beugungsbildes der vom Retroreflektor reflektierten Laserstrahlung. Auch damit lassen sich vorteilhaft Intensitäten des Empfangssignals in geeigneter Weise bestimmen, die zur Identifikation des Objekts herangezogen werden können. Statt einer stationären Sende-Empfangsstation kann eine transportable Sende-Empfangsstation auf einem Schiff, einem Flugzeug oder dergleichen vorgesehen sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann, wie beschrieben, vorteilhaft zum Identifizieren eines Satelliten im Weltraum angewendet werden, wobei die Identifikationsmittel am Satelliten angeordnet sind und die Sende- Empfangsstation sich auf der Erdoberfläche befindet. Ebenso ist es jedoch möglich, dass das Verfahren beispielsweise zum Identifizieren von Flugzeugen oder Bodenfahrzeugen oder Schiffen eingesetzt wird, wobei sich die Sende-Empfangsstation bei diesen Einsatzgebieten ebenfalls am Boden oder auch auf Flugzeugen oder Satelliten befinden kann.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann die Intensität des Empfangssignals abhängig von einer Laufzeit zwischen Aussenden des Sendesignals und Empfangen des Empfangssignals und/oder abhängig von einer Wellenlänge des Empfangssignals erfasst werden. Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens kann das Sendesignal in wenigstens zwei verschiedenen Sendephasen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgesendet werden. Dabei kann als Quelle beispielsweise ein Laser mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden, der zur verschiedenen Sendephasen Sendesignale verschiedener Wellenlänge sendet.
Alternativ können auch zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden, die jeweils zeitversetzt Pulse aussenden. Dadurch können die Empfangssignale den verschiedenen Sendephasen zugeordnet werden und die jeweiligen Laufzeiten bestimmt werden.
Das wenigstens eine Identifikationsmittel kann dazu wenigstens einen spektralen Filter aufweisen, mit welchem ein Sendestrahl mit wenigstens einer Wellenlänge herausgefiltert werden kann. So können Sendestrahlen mit mehreren Wellenlängen unterschiedlichen Identifikationsmitteln zugeordnet werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Verfahrens können zur Bestimmung des Ist-Identifikationsmusters aus den gemessenen Intensitäten des Empfangssignals Symmetrieparameter bestimmt werden. Die Symmetrieparameter können dazu dienen, dimensionslose und normierte Größen für die Auswertung der Intensitäten des Empfangssignals zu schaffen. Damit lassen sich auf geeignete Weise Identifikationsmuster definieren, mittels welcher das Objekt identifiziert werden kann. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Sende- Empfangsstation zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, vorgeschlagen, mit wenigstens einer Quelle von elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden eines gepulsten Sendesignals als Pulszug zu dem Objekt und mit einem Teleskop zum Empfangen von von dem Objekt zurückgestrahlten Empfangssignalen, wobei die Empfangsstation einen Polarisationszustandsanalysator zur Bestimmung der Empfangssignal-Polarisationszustände der vom Objekt zurückgestrahlten Empfangssignale umfasst. Der Polarisationszustandsanalysator umfasst eine Zeitmesseinheit, um die Polarisation und die zeitliche Verschiebung der Pulse eines Mehrfachpulses zu einer mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Referenzzeit zu erfassen.
Die als Bodenstation eingerichtete Sende-Empfangsstation weist beispielsweise einen Laser als Quelle auf, der Laserlicht parallel zur optischen Achse eines Teleskops emittiert. Für die beschriebene Anwendung sollte der Laser kurze Laserpulse (Pikosekunden-Pulse) aussenden, um das Signal von verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen am Satelliten zeitlich auflösen zu können. Zusätzlich sind eine hohe Repetitionsrate und eine geringe Strahldivergenz des Lasers von Vorteil, um in kurzer Zeit viele vom Retroreflektor zurückreflektierte Photonen detektieren zu können.
Zweckmäßig ist es, wenn die Quelle einen Laser aufweist, der zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist. An der Sende-Empfangsstation wird das zurückreflektierte Licht mit einem Teleskop gesammelt, gebündelt und über den Polarisationszustands- analysator (PSA) je nach Polarisationszustand zu wenigstens zwei Detektoren, beispielsweise jeweils einem Einzelphotonen-Detektor, gesendet.
Der Detektor kann so das Empfangssignal mit hoher Empfindlichkeit registrieren.
Zweckmäßigerweise kann der Polarisationszustand eine Zeitmesseinheit umfassen, die mit dem Pulszug der Quelle synchronisiert wird. Mithilfe der Zeitmesseinheit können zeitliche Verschiebungen der einzelnen Mehrfachpulse gegenüber einer Referenzzeit gemessen werden.
Zweckmäßig ist es, wenn als Detektoren schnelle Photodioden oder Photomultiplier verwendet werden mit einer Auswerteelekronik, die Zeitbereiche im Sub-Nanosekundenbereich bzw. Pikosekundenbereich auflösen kann. So kann die Polarisation der Mehrfachpulse innerhalb des von der Quelle generierten Pulszuges zeitlich erfasst werden.
Besonders günstig ist es, wenn der Polarisationszustandsanalysator die Polarisation des Mehrfachpulses für jeden von der Quelle ausgesandten Puls vollständig erfassen kann.
Dazu ist es besonders günstig, wenn der Polarisionszustandsanalysator das Empfangssignal je nach Polarisationzustand räumlich trennt und für jeden Polarisationszustand ein Detektor zum Empfangen des Empfangssignals vorgesehen ist. Insbesondere kann jeder Detektor als Einzelphotonen-Detektor ausgebildet sein.
Beispielsweise kann eine räumliche Trennung durch Strahlteiler mit Polarisationsfilter oder noch besser Polarisationswürfel erfolgen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann der Polarisationszustandsanalysator wenigstens einen Strahlteiler mit Polarisationsfilter, sowie wenigstens zwei schnelle Photodetektoren umfassen.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann eine Zeitmesseinheit zur Erfassung einer Laufzeit zwischen Aussenden des Sendesignals und Empfangen des Empfangssignals vorhanden sein. Dabei kann jedem detektierten Photon mittels der Zeitmesseinheit die Laufzeit des Photons, gemessen zwischen einer Fotodiode am Ausgang des Lasers und dem Detektor am Teleskop, zugeordnet werden.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann die Quelle einen Laser aufweisen, der zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann der Polarisationszustandsgenerator ausgebildet sein, um jedes Sendesignal des Pulszuges in Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen aufzuteilen.
Zweckmäßigerweise kann ein solcher Polarisationszustandsgenerator wenigstens einen Strahlteiler, insbesondere wenigstens zwei Strahlteiler, eine Wellenplatte und eine Verzögerungsstrecke umfassen.
Dabei ist es günstig, wenn die Verzögerungsstrecke derart ausgebildet ist, dass der Pulsabstand des mithilfe des Polarisationszustandsgenerator generierten Mehrfachpulses größer ist, als der maximale Laufzeitunterschied des durch mehrere auf dem Objekt angeordnete Identifikationsmittel zurückgestrahlten Lichtes.
Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann der Polarisationszustandsgenerator ausgebildet sein, um den Polarisationszustand eines Pulses des Mehrfachpulses als rechts zirkular polarisiert (RC) und den Polarisationszustand eines anderen Pulses des Mehrfachpulses als links zirkular polarisiert (LC) einzustellen.
Dabei trifft der zirkular polarisierte Laserstrahl dann auf den Satelliten und wird von einer oder von mehreren Retroreflektor-Baugruppen als Empfangssignal zur Sende-Empfangsstation zurückreflektiert.
Dadurch lassen sich die einzelnen Pulse des Sendesignals mit geeigneten optischen Baugruppen wie λ/4-Wellenplatte oder Drahtgitter-Polarisatoren in ihrem Polarisationszustand verändern, um auf diese Weise das Identifikationsmittel, mit welchem die Signale in Wechselwirkung standen, identifizieren zu können. Nach einer günstigen Ausgestaltung der Sende-Empfangsstation kann die Quelle ausgebildet sein, ein Sendesignal mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auszusenden. Insbesondere kann die Quelle wenigstens zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Dabei kann als Quelle beispielsweise ein Laser mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen eingesetzt werden, der zu verschiedenen Sendephasen Sendesignale verschiedener Wellenlänge sendet. Alternativ können auch zwei Laser mit unterschiedlichen Wellenlängen verwendet werden, die jeweils zeitversetzt Pulse aussenden. Dadurch können die Empfangssignale den verschiedenen Sendephasen zugeordnet werden und die jeweiligen Laufzeiten bestimmt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Identifikationsmittel zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum vorgeschlagen, wenigstens umfassend wenigstens eine Retroreflektor-Baugruppe, welche Retroreflektor-Baugruppe ausgebildet ist, einen Empfangssignal-Polarisationszustand und/oder eine Wellenlänge eines Empfangssignals in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal einzustellen und das Empfangssignal antiparallel zum Sendesignal zurückzusenden.
Erfindungsgemäß wird das zu identifizierende Objekt mit einer passiv optischen Baugruppe als Identifikationsmittel ausgerüstet, die mindestens einen Retroreflektor, sowie weitere passiv optische Komponenten, beispielsweise Polarisationsoptiken wie Polarisatoren, Wellenplatten oder wellenlängen-abhängige Transmissionsfilter, aufweist. Durch diese Baugruppe werden Eigenschaften des als Empfangssignal reflektierten Sendesignals, nämlich einer Kombination aus wellenlängenabhängiger Transmission, Polarisation und zeitlichem Verlauf der zurückgestrahlten Intensität, einer ebenfalls in diesen Eigenschaften modulierten, einstrahlenden Quelle so verändert, dass eine eindeutige Erkennung des Satelliten durch Messung dieser Eigenschaften im reflektierten Empfangssignal möglich ist. Das Sendesignal kann günstigerweise ein gepulster Laserstrahl sein.
Nach einer günstigen Ausgestaltung des Identifikationsmittels kann die Retroreflektor-Baugruppe einen Retroreflektor und ein, in einer Einfallsrichtung des Sendesignals zuerst angeordnetes erstes optisches Element, insbesondere eine λ/4-Wellenplatte, sowie ein in der Einfallsrichtung hinter dem ersten optischen Element angeordnetes zweites optisches Element, insbesondere einen Drahtgitter-Polarisator oder eine λ/4-Wellenplatte, umfassen. Dabei kann eine optische Achse des zweiten optischen Elements um einen Winkel gegen eine optische Achse des ersten optischen Elements verdreht sein, wodurch der Empfangssignal- Polarisationszustand des Empfangssignals einstellbar ist.
Die Retroreflektor-Baugruppe besteht günstigerweise aus einem metallbeschichteten Retroreflektor, einer äußeren λ/4-Wellenplatte und einem weiteren optischen Element, einem Drahtgitter-Polarisator oder einer weiteren λ/4-Wellenplatte, welches zwischen der äußeren Wellenplatte und dem Retroreflektor montiert wird. Die optische Achse des optischen Elements ist gegenüber der optischen Achse der äußeren λ/4-Wellenplatte um einen Winkel verdreht. Durch die Auswahl der zentralen optischen Komponente, Drahtgitter-Polarisator oder λ/4-Wellenplatte sowie des Winkels lassen sich verschiedene Retroreflektor-Baugruppen herstellen, welche polarimetrisch mittels Ferndetektion identifizierbar sind. Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Identifikationsmittel wenigstens einen spektralen Filter umfassen, mit welchem ein Sendestrahl mit wenigstens einer Wellenlänge herausfilterbar ist. So können Sendestrahlen mit mehreren Wellenlängen unterschiedlichen Identifikationsmitteln zugeordnet werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem Verfahren, wie oben beschrieben, vorgeschlagen, umfassend wenigstens eine solche Sende-Empfangsstation und wenigstens ein solches Identifikationsmittel, welches an dem Objekt angeordnet ist.
Vorteilhaft wird so ein rein passives optisches Verfahren vorgeschlagen, welches keine elektrische Versorgung aus dem Satelliten benötigt. Es wird auch keine komplexe Schaltungselektronik benötigt, die anfällig für Ausfälle ist, da die Elektronik auf dem Satelliten zwangsläufig ionisierender Weltraumstrahlung ausgesetzt ist.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Computer-Programm- Produkt zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem System vorgeschlagen, welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation mit wenigstens einer Quelle zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt angeordnetes Identifikationsmittel umfasst, wobei die Quelle die Pulse des Pulszuges als Sendesignal in Richtung des Objekts sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel des Objekts ein elektromagnetisches Empfangssignal in Reaktion auf jedes Sendesignal gerichtet zur Sende-Empfangsstation zurückgestrahlt wird. Dabei umfasst das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium, welches Programm befehle umfasst, die auf einem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren, wie oben beschrieben, auszuführen. Dabei werden zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt zur Sende-Empfangsstation, wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals mit wenigstens zwei Detektoren erfasst und ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale gebildet. Neben den Polarisationszuständen wird auch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle synchronisierten Triggersignal erfasst und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals (52) erweitert.
Die Intensität von wenigstens zwei Polarisationszuständen des Empfangssignals wird im Hinblick auf die Mehrfachpulse zeitlich aufgelöst bestimmt. Dabei wird ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Kombination der erfassten Intensitäten des Polarisationszustandes des Empfangssignals gebildet. Das Identifizieren des Objekts erfolgt durch Vergleich des Ist-Identifikationsmusters mit einem Soll- Identifikationsmuster.
Das Computerprogrammprodukt umfasst direkt in den Speicher eines digitalen Computers ladbare Softwarecodeabschnitte, mit denen das Verfahren ausgeführt wird, wenn die Softwarecodeabschnitte von dem Computer ausgeführt werden.
Das Computerprogrammprodukt kann durch ein Computerprogramm gebildet sein oder neben dem Computerprogramm mindestens einen zusätzlichen Bestandteil umfassen. Der mindestens eine zusätzliche Bestandteil kann als Hardware und/oder als Software ausgebildet sein. Ein Beispiel für den mindestens einen zusätzlichen Bestandteil, der als Hardware ausgebildet ist, ist ein Speichermedium, das von dem digitalen Computer lesbar ist und/oder auf dem die Softwarecodeabschnitte gespeichert sind.
Ein Beispiel für den mindestens einen zusätzlichen Bestandteil, der als Software ausgebildet ist, ist ein Cloud-Anwendungs-Programm, welches zum Verteilen der Softwarecodeabschnitte auf verschiedene Verarbeitungseinheiten, insbesondere verschiedene Computer, eines Cloud-Computing-Systems ausgebildet ist, wobei jede der Verarbeitungseinheiten zum Ausführen eines oder mehrerer Softwarecodeabschnitte ausgebildet ist.
Insbesondere kann mit den Softwarecodeabschnitten das Verfahren wie oben beschrieben ausgeführt werden, wenn die Softwarecodeabschnitte von den Verarbeitungseinheiten des Cloud-Computing-Systems ausgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Datenverarbeitungssystem zur Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms vorgeschlagen, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere wie oben beschrieben, auszuführen.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine schematische Übersicht eines Systems zum Identifizieren eines Objekts, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Sende-Empfangsstation des Systems nach Figur 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Systems mit zwei Identifikationsmitteln zum Identifizieren eines Objekts, mit einem Polarisationszustandsanalysator zur gleichzeitigen Messung verschiedener Polarisationszustände des Empfangssignals, sowie einem Polarisationszustandsgenerator zur Erzeugung von Doppelpulsen aus jedem Puls des von der Quelle emittierten Pulszuges;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Retroreflektor-Baugruppe eines Identifikationsmittels des Systems nach Figur 1 ;
Fig. 5 gemessene Intensitäten eines Empfangssignals für ein System gemäß Figur 3;
Fig. 6 berechnete Symmetrieparameter für zwölf verschiedene Retroreflektor-Baugruppen bei senkrechtem Einfall des Sendesignals;
Fig. 7 gemessene Symmetrieparameter für zwölf verschiedene Retroreflektor-Baugruppen bei senkrechtem Einfall des Sendesignals; Fig. 8 gemessene Symmetrieparameter einer Retroreflektor- Baugruppe als Funktion eines Einfallswinkels des Sendesignals; und
Fig. 9 gemessene Symmetrieparameter einer weiteren Retroreflektor- Baugruppe als Funktion eines Rotationswinkels auf die Retroreflektor-Baugruppe.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Übersicht eines Systems 100 zum Identifizieren eines Objekts 10, insbesondere eines Satelliten 10 im Weltraum, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das System 100 umfasst in diesem Beispiel eine auf der Erdoberfläche 200 angeordnete Sende-Empfangsstation 30, von welcher ein Sendesignal 50, beispielsweise ein Laserstrahl, zu einem Satelliten 10 gesendet wird, an welchem zwei Identifikationsmittel 12 angeordnet sind. Von diesen Identifikationsmitteln 12 wird ein Empfangssignal 52 zurückgesendet und von der Sende-Empfangsstation 30 empfangen und ausgewertet. Die Identifikationsmittel 12 sind vorzugsweise passive optische Baugruppen mit Retroreflektoren.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Sende-Empfangsstation 30 des Systems 100 nach Figur 1.
Die Sende-Empfangsstation 30 weist eine Quelle 32 von elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden eines Sendesignals 50 zu dem Objekt 10 und ein Teleskop 34 zum Empfangen von einem von dem Objekt 10 rückgestrahlten Empfangssignal 52 auf. Die Quelle 32, sendet ein linear polarisiertes Sendesignal 50 aus. Die Quelle 32 kann einen Laser aufweisen, welcher insbesondere zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist. Die vom Laser ausgesandten Laserpulse bilden einen Laserpulszug.
Eine Teilintensität der Laserpulse wird von einem Detektor 42 erfasst, zur Erzeugung eines Triggersignals. Das Triggersignal wird benutzt um die zeitliche Verschiebung der Pulse aus dem Empfangssignal 52 mit den von der Quelle ausgesandten Pulsen zu synchronisieren.
Das die Quelle 32 verlassende Sendesignal 50 durchläuft einen Polarisationszustandsgenerator 36, welcher vorgesehen ist, um das Sendesignal 50 mit unterschiedlichen Sendesignal-Polarisationszuständen zu versehen. Dabei erzeugt der Polarisationszustandsgenerator 36 einen Doppelpuls, wobei der erste Puls des Doppelpulses mit einem ersten Sendesignal-Polarisationszustand und der zweite Puls des Doppelpulses mi einem zweiten Sendesignal-Polarisationszustand versehen wird. Der Polarisationszustandsgenerator 36 ist ausgebildet, beispielsweise als ersten Sendesignal-Polarisationszustand RC des Sendesignals 50 rechts zirkular polarisiert und als zweiten Sendesignal-Polarisationszustand LC links zirkular polarisiert einzustellen.
Vorteilhaft kann der Polarisationszustandsgenerator 36 derart ausgebildet sein, um jedes Sendesignal 50 des Pulszuges in Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen aufzuteilen. Der Polarisationszustandsgenerator 36 kann dazu beispielsweise wenigstens zwei Strahlteiler 70, 72, eine Wellenplatte und eine Verzögerungsstrecke 71 umfassen.
Der Polarisationszustandsgenerator 36 kann einen wie in Figur 3 dargestellten Polarisationsstrahlteiler 70 umfassen, zur Aufteilung des Laserstrahls in zwei Arme. Dabei ist in einem Arm eine Verzögerungsstrecke 71 vorgesehen, um die beiden durch den Strahlteiler 70 geteilten Pulse zeitlich zueinander zu verzögern. Der Polarisationszustandsgenerator 36 umfasst einen weiteren Polarisationsstrahlteiler 72, um die beiden Strahlwege wieder zu vereinen.
Idealerweise ist die Verzögerungsstrecke 71 so lang, dass die Pulse einen Laufzeitunterschied aufweisen, der größer ist, als der maximale durch mehrere auf dem Objekt 10 angeordnete Identifikationsmittel 12.
Am Ausgang des Teleskops 34 ist ein Polarisationszustandsanalysator 38 vorgesehen, um mehrere Empfangssignal-Polarisationszustände RC, LC des vom Objekt 10 rückgestrahlten Empfangssignals 52 auszuwählen und räumlich getrennt an unterschiedliche Detektoren 40 weiterzuleiten. Ein solcher Polarisationszustandsanalysator 38 ist ebenfalls in Fig. 3 genauer dargestellt. Der Polarisationszustand, sowie die Zeitinformation wird über eine Zeitmesseinheit 44 an den auswertenden Computer 46 übertragen. Die Detektoren 40 sind zum Empfangen des Empfangssignals 52 vorgesehen, und können insbesondere als Einzelphotonen-Detektor ausgebildet sein.
Die Zeitmesseinheit 44 ist mit jedem Detektor 40 elektrisch verbunden und zur Erfassung einer Laufzeit t des Sendesignals 50 zwischen Aussenden des Sendesignals 50 und Empfangen des Empfangssignals 52 vorgesehen. Die Laufzeit t eines eingehenden Empfangssignals 52 wird ebenfalls an den Computer 46 übertragen.
Die Quelle 32 kann weiter ausgebildet sein, ein Sendesignal 50 mit wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen auszusenden, um weitere Kombinationsmöglichkeiten zum Identifizieren des Objekts 10 zu haben, welche mit den Identifikationsmitteln 12 des Objekts 10 in geeigneter Weise wechselwirken können. Insbesondere kann dazu die Quelle 32 wenigstens zwei Laser 32 mit unterschiedlichen Wellenlängen aufweisen. Die Identifikation des Objekts bei wenigstens zwei unterschiedlichen Wellenlängen kann weiterhin über mehrere Sende-Empfangsstationen 30 erfolgen, deren Sendesignal 50 mit Lasern 32 unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt wird. Weiterhin kann die Erzeugung elektromagnetischer Strahlung mit verschiedenen Wellenlängen durch die Nutzung nicht-linearer Kristalle (z.B. zur Frequenzverdopplung) erfolgen.
Der Computer 46 kann Teil eines Datenverarbeitungssystems zur Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms sein, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren des Objekts 10 durchzuführen. Dazu kann ein Computer- Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfassen, welches Programmbefehle umfasst, die auf dem Computer 46 ausführbar sind und den Computer 46 dazu veranlassen, das Verfahren auszuführen. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Retroreflektor-Baugruppe 13 eines Identifikationsmittels 12 des Systems 100 nach Figur 1.
Das Identifikationsmittel 12 umfasst eine Retroreflektor-Baugruppe 13, welche ausgebildet ist, einen Empfangssignal-Polarisationszustand RC, LC eines Empfangssignals 52 in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal 50 einzustellen und das Empfangssignal 52 antiparallel zum Sendesignal 50 zurückzusenden.
Die Retroreflektor-Baugruppe 13 umfasst einen Retroreflektor 14, welcher als metallbeschichtetes Tripelprisma ausgebildet ist. Weiter umfasst die Retroreflektor-Baugruppe 13 ein, in einer Einfallsrichtung 24 des Sendesignals 50 zuerst angeordnetes erstes optisches Element 16 in Form einer λ/4-Wellenplatte, sowie ein in der Einfallsrichtung 24 hinter dem ersten optischen Element 16 angeordnetes zweites optisches Element 18, in Form eines Drahtgitter-Polarisators oder einer weiteren λ/4-Wellenplatte. Für die λ/4-Wellenplatten wird vorteilhaft eine Wellenplatte Echt Nullten Ordnung verwendet, die eine geringe Abhängigkeit der Phasenverschiebung von der Temperatur und dem Einfallswinkel aufweist.
Die optische Achse 22 des zweiten optischen Elements 18 ist um einen Winkel α gegen die optische Achse 20 des ersten optischen Elements 16 verdreht, wodurch der Empfangssignal-Polarisationszustand RC, LC des Empfangssignals 52 einstellbar ist.
Das Sendesignal 50 fällt unter einem Einfallswinkel und einem Rotationswinkel θ des ersten optischen Elements 16 gegen die Einfallsrichtung 24 der Retroreflektor-Baugruppe 13 ein. Durch die Auswahl des zentralen optischen Elements 18 sowie des Winkels a des zweiten optischen Elements 18 lassen sich verschiedene Retroreflektor-Baugruppen 13 realisieren, welche durch polarimetrische Analyse des Empfangssignals 52 identifiziert werden können.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Identifikationsmittel wenigstens einen spektralen Filter umfassen, mit welchem ein Sendestrahl 50 mit wenigstens einer Wellenlänge herausgefiltert werden kann. So kann die Retroreflektor-Baugruppe 13 eine Wellenlänge eines Empfangssignals 52 in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal 50 einstellen und das Empfangssignal 52 antiparallel zum Sendesignal 50 zurücksenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Identifizieren des Objekts 10, insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit dem System 100, welches die Sende-Empfangsstation 30 mit der Quelle 32 von elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt 10 angeordnetes Identifikationsmittel 12 umfasst, weist die im Folgenden beschriebenen Schritte auf.
Die Quelle 32 erzeugt mithilfe eines Lasers einen Pulszug aus elektromagnetischer Strahlung. Ferner erzeugt die Quelle 32 aus jedem Puls innerhalb des Pulszuges einen Mehrfachpuls aus mehreren aufeinanderfolgenden Sendesignalen mit unterschiedlichen Sendesignal- Polarisationszuständen. Zum Beispiel kann ein Puls mit einem ersten Sendesignal-Polarisationszustand RC und ein anderer Puls mit einem davon verschiedenen Sendesignal-Polarisationszustand LC ausgesendet werden. Die Quelle 32 sendet das als Mehrfachpuls vorbereitete Sendesignal 50 mit der elektromagnetischen Strahlung und unterschiedlicher Sendesignal- Polarisationszustände innerhalb des Mehrfachpulses in Richtung des Objekts 10. Von dem wenigstens einen Identifikationsmittel 12 des Objekts 10 wird ein elektromagnetisches Empfangssignal 52 in Reaktion auf jedes der Sendesignale 50 innerhalb des Mehrfachpulses gerichtet zur Sende- Empfangsstation 30 zurückgestrahlt.
Dabei wird die Intensität der Polarisationszustände I1, I2 , I3, I4 des Empfangssignals 52 jeweils aus wenigstens einem ersten Empfangssignal- Polarisationszustand RC, LC und wenigstens einem zweiten, davon verschiedenen Empfangssignal-Polarisationszustand RC, LC erfasst.
Diese Erfassung der Intensitäten erfolgt zweckmäßigerweise durch Aggregation der Zahl der gemessenen Photonen über mehrere Pulse eines Pulszuges, wobei sowohl der Polarisationszustand, als auch die zeitliche Verschiebung des Empfangssignals 52 im Vergleich zur Laufzeit eines einzelnen Pulses bestimmt wird.
Ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts 10 wird durch Kombination der erfassten Intensitäten I1, I2 , I3, I4 des Empfangssignals 52 gebildet. Das Identifizieren des Objekts 10 erfolgt dann durch Vergleich des Ist- Identifikationsmusters mit einem Soll-Identifikationsmuster. Zur Bestimmung des Ist-Identifikationsmusters können aus den gemessenen Intensitäten I1, I2 , I3, I4 des Empfangssignals 52 Symmetrieparameter bestimmt werden, wie anhand der Figuren 4 bis 8 dargestellt ist.
Die Intensität I1, I2, I3, I4 des Empfangssignals 52 wird abhängig von einer Laufzeit t zwischen Aussenden des Sendesignals 50 und Empfangen des Empfangssignals 52 und/oder abhängig von einer Wellenlänge des Empfangssignals 52 erfasst. Dadurch können verschiedene Identifikations- mittel 12 an einem Objekt 10 unterschieden werden. Dazu kann das Sendesignal 50 in wenigstens zwei verschiedenen Sendephasen mit unterschiedlichen Wellenlängen ausgesendet werden.
Die Quelle 32 kann vorteilhaft einen Laser aufweisen, welcher insbesondere zur Messung der Laufzeit t sowie zur Realisierung unterschiedlicher Polarisationszustände Laserpulse mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Pulsrepetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde emittiert.
In Figur 5 sind gemessene Intensitäten I1, I2 , I3, I4 eines Empfangssignals 52 von zwei verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen 13 mit den Bezeichnungen CCR1 , CCR2 (CCR = corner cube reflector) für verschiedene Empfangssignal-Polarisationszustände RC, LC dargestellt. Die Intensitäten I1, I2 , I3, I4 für jeden Retroreflektor CCR1 , CCR2 ergeben sich aus der Anzahl an detektierten Photonen jeweils im Intervall τ1, τ2 , τ3, τ4 für die mithilfe der zwei Detektoren 40 gemessenen Empfangssignal- Polarisationszustande RC und LC, aggregiert über mehrere Pulse des von der Quelle ausgesandten Pulszuges.
Es werden Photonen und deren Laufzeit t in Abhängigkeit der Zeit des Eintreffens und des Detektors im Polarisationszustandsanalysator 38 detektiert. Die beiden Retroreflektoren CCR1 , CCR2 lassen sich aufgrund des unterschiedlichen Abstands zur Sende-Empfangsstation 30 über die Abweichung Δt vom Laufzeit-Mittelwert t unterscheiden. Deshalb kann jedes detektierte Photon (in Figur 5 als x-Symbole und Abweichungen dT von der mittleren Laufzeit t) einem der beiden Retroreflektor-Baugruppen CCR1 , CCR2 zugeordnet werden. Für jeden Detektor gibt es vier zeitlich zueinander versetzte, verschiedene Messsignale, da die zwei zeitlich zueinander versetzten Sendesignal-Polarisationszustände mit den zeitlich zueinander versetzen Empfangssignalen der beiden Retroreflektoren kombiniert werden. Für jeden Retroreflektor CCR1 , CCR2 werden somit 4 Intensitäten h, I2, I3,I4 gemessen: I1 = I(Tx = RC, Rx = RC)
I2 = I(Tx = RC, Rx = LC)
I3 = I(Tx = LC, Rx = RC)
I4 = l(Tx = LC, Rx = LC)
Wie in Figur 5 erkennbar, wurde für die erste Retroreflektor-Baugruppe CCR1 nur Intensität I3, das heißt für die Emission von links-zirkular polarisiertem Licht (Tx=LC) und eine Detektion von rechts-zirkular polarisierten Licht (Rx=RC), an einem, in der Figur mit D1 bezeichneten Detektor 40 gemessen. Für die Retroreflektor-Baugruppe CCR2 wurden identische Intensitäten I1 (Tx=RC und Rx=RC) am einen, in der Figur mit D1 bezeichneten Detektor 40, und I4 (Tx=LC und Rx=LC) am anderen, in der Figur mit D2 bezeichneten Detektor 40 gemessen.
Mit den Definitionen Ia = I1 + l2 und Ib = I3 + I4 lassen sich aus diesen IntensitäteIn I1, I2 , I3, I4 folgende Symmetrieparameter P1, P2, P3 ableiten:
Figure imgf000033_0001
die jeweils einen Wertebereich von 1 bis -1 haben.
Die Symmetrieparameter P1, P2, P3 der in Figur 4 beschriebenen Retroreflektor-Baugruppe 13 lassen sich für verschiedene Winkel a und, je nachdem, ob ein Drahtgitter-Polarisator oder eine λ/4 Wellenplatte in der Baugruppe montiert wird, berechnen. Dies kann beispielsweise mittels der Müller-Matrix Arithmetik nach Russell A. Chipman, “Handbook of Optics, Chapter 22: Polarimetry, Optical Society of America, McGraw-Hill, New- York, 1995, vorgenommen werden und wird im Folgenden exemplarisch beschrieben. Die Müller-Matrix einer Wellenplatte („Linear Retarder“) MLR(θ , δ) mit einer schnellen Achse („fast axis“) entlang 0 und der Phasenverschiebung δ (z.B. 90° für eine λ/4 Wellenplatte) ist gegeben durch: MLR(θ , δ)
Figure imgf000034_0001
Die Müller-Matrix eines Polarisators MP(θ) mit der Polarisationsachse entlang 0 ist:
Figure imgf000034_0002
Für rückseitig metallbeschichtete Retroreflektoren und kleine Einfallswinkel Φ ist die Müller-Matrix näherungsweise die eines idealen Spiegels:
Figure imgf000034_0003
Die Müllermatrizen der Retroreflektor-Baugruppen MWP (mit zweiter Wellenplatte) und MP (mit Polarisator) ergeben sich damit zu:
MCCR,WP(θ, α) = MLR(- θ ,90°) MLR(-(θ + α) , 90°) MCCR MLR((θ
+ a) , 90°) MLR(0 , 9O°)
MCCR,P(θ, α) = MLR(- θ , 90°) MP(-(θ + α)) MCCR MP(θ + α) MLR( θ , 90°) Dabei ist berücksichtigt, dass der Polarisator und die direkt am Retroreflektor montierte Wellenplatte um den Winkel α der ersten Wellenplatte verdreht sind. Außerdem entspricht ein Winkel von 0 auf dem Weg des Lichtes zum Retroreflektor einem Winkel von -θ auf dem Rückweg, da das optische Bauelement in entgegengesetzter Richtung transmittiert wird.
Für die Intensitäten I1 und I2 wird rechts zirkular polarisiertes Licht mit dem Stokes Vektor (l,0,0,l)T von der Sende-Empfangsstation ausgesandt, wobei das Symbol τ für die Transponierte des Vektors steht. Für die Intensitäten I3 und I4 wird links zirkular polarisiertes Licht mit dem Stokes Vektor (1,0,0, -1)T ausgesandt. Nach der Reflektion durch die Retroreflektor-Baugruppe passiert das Licht im Polarisationszustandsanalysator 38 noch eine λ/4 Platte und einen Polarisator. Die gemessenen Intensitäten sind dann jeweils das erste Element n1 des Stokes Vektors für das Gesamtsystem.
I1 = MP(0°)MLR(+45° , 90°)MCCR WP/P(θ, α)(l, 0,0,1)τ n1
12 = MP(0°)MLR(— 45° , 90°)MCCR WP/P(θ, α)(l,0,0,l)τ n1
13 = MP(0o)MLR(+45o , 90o)MCCR WP/P(θ, α)(l,0,0, — l)τ n1
14 = MP(0°)MLR(— 45o , 90°)MCCR WP/P(θ, α)(l,0,0, — l)T n1
Dadurch ergibt sich für die Symmetrieparameter:
Baugruppen mit zweiter Wellenplatte: P1 = 0, p2 = - p3 = cos(4α) Baugruppen mit Polarisator: Pi = sin(2a), p2 = p3 = - sin(2α).
In der nachfolgenden Tabelle sind berechnete Symmetrieparameter P1, P2, P3 von 12 verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen Nr.1 bis Nr. 12 bei senkrechtem Einfall Φ = 0° der Laserstrahlung aufgelistet. Die Winkel a wurden dabei so gewählt, dass die Werte der Symmetrieparameter P1, P2, P3 möglichst weit auseinander liegen, um die Baugruppen (auch unter Berücksichtigung von Messfehlern) möglichst leicht unterscheiden zu können.
Figure imgf000036_0001
In Figur 6 sind die berechneten Symmetrieparameter P1, P2, P3 (mit den Bezugszeichen 60 für den Symmetrieparameter P1, 62 für den Symmetrieparameter P2, 64 für den Symmetrieparameter P3) aus der Tabelle für die zwölf verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen (n = 1 bis 12) bei senkrechtem Einfall Φ = 0° des Sendesignals 50 gegeneinander aufgetragen. Erkennbar lassen sich die 12 verschiedenen Retroreflektor- Baugruppen anhand der Werte für die Symmetrieparameter P1, P2, P3 eindeutig identifizieren. In Figur 7 sind mit einer Testanordnung gemessene Symmetrieparameter P1, P2, P3 (mit den Bezugszeichen 60 für den Symmetrieparameter P1, 62 für den Symmetrieparameter P2, 64 für den Symmetrieparameter P3) für zwölf verschiedene Retroreflektor-Baugruppen mit den in der Tabelle angegebenen Parametern für den Winkel a und das optische Element vor dem Retroreflektor, ebenfalls bei senkrechtem Einfall Φ = 0° des Sendesignals 50, gegeneinander aufgetragen. Die gemessenen Werte der Symmetrieparameter P1, P2, P3 stimmen mit den berechneten Werten offensichtlich gut überein. Damit ist die Identifizierbarkeit der 12 verschiedenen Retroreflektor-Baugruppen n = 1 bis 12 anhand der Werte für die Symmetrieparameter P1, P2, P3 mit hinreichender Genauigkeit möglich.
Zusätzlich wurde die Winkel-Abhängigkeit der Symmetrieparameter, sowohl in Bezug auf den Einfallswinkel Φ, als auch auf die Rotation 9 für ausgewählte Retroreflektor-Baugruppen vermessen. Dies ist von Bedeutung, da die Ausrichtung des Objekts, insbesondere des Satelliten, bei der Identifikation im Allgemeinen nicht bekannt ist.
In Figur 8 sind gemessene Symmetrieparameter P1, P2, P3 (mit den Bezugszeichen 60 für den Symmetrieparameter P1, 62 für den Symmetrieparameter P2, 64 für den Symmetrieparameter P3) der einzelnen Retroreflektor-Baugruppe n = 6 als Funktion des Einfallswinkels Φ des Sendesignals 50 aufgetragen. Es ergibt sich ein weitgehend vom Einfallswinkel Φ unabhängiger Verlauf der Symmetrieparameter P1, P2, P3.
In Figur 9 sind gemessene Symmetrieparameter P1 , P2, P3 der weiteren einzelnen Retroreflektor-Baugruppe n = 1 als Funktion des Rotationswinkels Q auf die Retroreflektor-Baugruppe aufgetragen. Auch hier ergibt sich ein weitgehend vom Rotationswinkel Q unabhängiger Verlauf der Symmetrieparameter P1, P2, P3. Die winkelunabhängigen Verläufe der Symmetrieparameter P1, P2, P3 zeigen, dass die Symmetrieparameter P1, P2, P3 robuste Parameter für eine Identifizierung von Objekten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren darstellen.
Mittels der aus den Intensitätsmessungen bestimmten Symmetrieparameter P1, P2, P3 lassen sich demnach Ist- Identifikationsmuster erstellen, welche durch Vergleich mit gespeicherten Soll-Identifikationsmustern, die durch Berechnung vorab bestimmt werden können, eine Identifizierung unbekannter Objekte, insbesondere Satelliten im Weltraum ermöglichen.
Die Anzahl unterscheidbarer Objekte hängt von der Anzahl n unterscheidbarer Retroreflektor-Baugruppen (z.B. n=12 für 12 verschiedene Baugruppen) und der Anzahl k an Baugruppen, die an dem Objekt montiert und über die Laufzeit unterscheidbar sind, ab. Die Anzahl an Kombinationen kann über den Binomialkoeffizienten berechnet
Figure imgf000038_0001
werden. Für zwei am Objekt montierte Baugruppen ergeben sich 78 Kombinationen. Werden ein oder zwei Baugruppen montiert, ergeben sich 78+12 = 90 Kombinationen. Für bis zu drei Baugruppen ergeben sich 364+78+12 = 454 Kombinationen. Um die Anzahl an Kombinationen weiter zu erhöhen, kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf mehrere Wellenlängen erweitert werden. Durch spektrale Filter kann dann die Anzahl an Retroreflektor-Baugruppen erhöht werden. Bei zwei Wellenlängen würden bis zu vier Retroreflektor-Baugruppen ausreichen, um 20474 Satelliten identifizierbar zu machen. Bezugszeichen
10 Objekt
12 Identifikationsmittel
13 Retroreflektor-Baugruppe
14 Retroreflektor
16 Erstes optisches Element
18 Zweites optisches Element
20 Optische Achse
22 Optische Achse
24 Einfallsrichtung
30 Sende-Empfangsstation
32 Quelle
34 Teleskop
36 Polarisationszustandsgenerator
38 Polarisationszustandsanalysator
40 Detektor
42 Photodiode für Triggersignal
44 Zeitmesseinheit
46 Computer
48 Montierung
50 Sendesignal
52 Empfangssignal
60 Symmetrieparameter P1
62 Symmetrieparameter P2
64 Symmetrieparameter P3
70 Polarisationsstrahlteiler (PBS)
71 Verzögerungsstrecke
72 Polarisationsstrahlteiler (PBS)
73 Polarisationsstrahlteiler
100 System
200 Erdoberfläche

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem System (100), welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation (30) mit einer Quelle (32) zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt (10) angeordnetes Identifikationsmittel (12) umfasst, wobei die Quelle (32) die Pulse des Pulszuges als Sendesignal (50) in Richtung des Objekts (10) sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel (12) des Objekts (10) ein elektromagnetisches Empfangssignal (52) in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) gerichtet zur Sende-Empfangsstation (30) zurückgestrahlt wird, wobei zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt (10) zur Sende-Empfangsstation (30), wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals (52) mit wenigstens zwei Detektoren (40) erfasst werden und ein Ist- Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender Empfangssignale (52) gebildet wird, wobei neben den Polarisationszuständen (52) auch eine zeitliche Verschiebung der einzelnen Empfangssignale (52) gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) erfasst wird und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals (52) erweitert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die von der Quelle (32) erzeugten Pulse des Pulszuges in einen Mehrfachpuls, mindestens jedoch einen Doppelpuls mit unterschiedlichen Polarisationszuständen umgewandelt werden, insbesondere wobei die zeitliche Verschiebung der einzelnen Pulse aus dem Mehrfachpuls gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens zwei zueinander beabstandete Identifikationsmittel (12) an dem Objekt (10) angeordnet sind und aufgrund eines Laufzeit- unterschieds des reflektierten Sendesignals von jedem Identifikations- mittel zeitlich voneinander getrennte Empfangssignale als Mehrfachpuls in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) zur Sende- Empfangsstation (30) zurückgestrahlt werden und so die von der Quelle (32) erzeugten Pulse in Mehrfachpulse umgewandelt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Laserpulse ausgesandt werden, mit einer Pulsdauer, die klein ist im Vergleich zum maximalen Laufzeitunterschied des reflektierten Sendesignals aufgrund der Anordnung der wenigstens zwei Identifikationsmittel (12).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sende-Empfangsstation (30) einen Polarisationszustandsgenerator (36)umfasst, so ausgebildet, dass jeder von der Quelle (32) erzeugte Puls des Pulszuges in einen Mehrfachpuls umgewandelt und jeder einzelne Puls aus dem Mehrfachpuls als Sendesignal (50) mit jeweils unterschiedlichem Sendesignal-Polarisationszustand ausgesendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei genau zwei Sendesignale (50) ausgesandt werden, und dabei eines der Sendesignale (50) den Polarisationszustand RC und das andere Sendesignal (50) den Polarisationszustand LC aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 5-6, wobei die Sende-Signal-Mehrfachpulse mit unterschiedlichen
Polarisationszuständen mit einem Abstand ausgesandt werden, der groß ist im Vergleich zu dem Abstand der Empfangs-Signal- Mehrfachpulse, die als Reaktion auf jedes Sendesignal (50) von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln (12) zurückgestrahlt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Abstand der als Sendesignale (50) ausgesandten Mehrfachpulse an den Abstand der von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln (12) zurückgestrahlten Empfangs-Signal-Mehrfachpulse derart angepasst wird, dass die von den wenigstens zwei Identifikationsmitteln (12) zurückgestrahlten Mehrfachpulse gerade noch aufgelöst werden können.
9. Sende-Empfangsstation (30) zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit wenigstens einer Quelle (32) von elektromagnetischer Strahlung zum Aussenden eines gepulsten Sendesignals (50) als Pulszug zu dem Objekt (10) und mit einem Teleskop (34) zum Empfangen von von dem Objekt (10) zurückgestrahlten Empfangssignalen (52), wobei die Empfangsstation einen Polarisationszustandsanalysator (38) zur Bestimmung der Empfangssignal-Polarisationszustände der vvoomm Objekt (10) zurückgestrahlten Empfangssignale (52) umfasst, wobei der Polarisationszustandsanalysator (38) eine Zeitmesseinheit (44) umfasst, um die Polarisation und die zeitliche Verschiebung der Pulse eines Mehrfachpulses zu einer mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Referenzzeit zu erfassen.
10. Sende-Empfangsstation nach Anspruch 9, wobei der Polarisations- zustandsanalysator (38) wenigstens einen Strahlteiler (73) mit Polarisationsfilter, sowie wenigstens zwei schnelle Photodetektoren (40) umfasst.
11. Sende-Empfangsstation nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Zeitmesseinheit (44) zur Erfassung einer Laufzeit (t) zwischen Aussenden des Sendesignals (50) und Empfangen des Empfangssignals (52) vorhanden ist.
12. Sende-Empfangsstation nach einem der Ansprüche 9-11 , wobei die Quelle (32) einen Laser aufweist, der zum Aussenden von Laserpulsen mit einer Pulslänge von höchstens 1 Nanosekunde und einer Puls- repetitionsrate von mindestens 100 Pulsen pro Sekunde ausgebildet ist.
13. Sende-Empfangsstation nach einem der Ansprüche 9-12, wobei ein Polarisationszustandsgenerator (36)vorhanden ist, der ausgebildet ist, um jedes Sendesignal (50) des Pulszuges in Mehrfachpulse mit unterschiedlichen Polarisationszuständen aufzuteilen.
14. Sende-Empfangsstation nnaacchh Anspruch 13, wobei der
Polarisationszustandsgenerator (36)wenigstens zwei Strahlteiler (70, 72), eine Wellenplatte und eine Verzögerungsstrecke (71 ) umfasst.
15. Sende-Empfangsstation nach einem der Ansprüche 13-14, wobei der Polarisationszustandsgenerator (36) ausgebildet ist, den Polarisationszustand eines Pulses des Mehrfachpulses als rechts zirkular polarisiert (RC) und den Polarisationszustand eines anderen Pulses des Mehrfachpulses als links zirkular polarisiert (LC) einzustellen.
16. Identifikationsmittel (12) zzuumm Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, wenigstens umfassend wenigstens eine Retroreflektor-Baugruppe (13), welche als Retroreflektor-Baugruppe (13) ausgebildet ist, um einen Empfangssignal-Polarisationszustand und/oder eine Wellenlänge eines Empfangssignals (52) in Reaktion auf ein empfangenes Sendesignal (50) einzustellen und das Empfangssignal (52) antiparallel zum Sendesignal (50) zurückzusenden.
17. Identifikationsmittel nach Anspruch 16, wobei die Retroreflektor- Baugruppe (13) einen Retroreflektor (14) und ein, in einer Einfallsrichtung (24) des Sendesignals (50) zuerst angeordnetes erstes optisches Element (16), insbesondere eine λ/4-Wellenplatte, sowie ein in der Einfallsrichtung (24) hinter dem ersten optischen Element (16) angeordnetes zweites optisches Element (18), insbesondere einen Drahtgitter-Polarisator oder eine λ/4-Wellenplatte, umfasst, wobei eine optische Achse (22) des zweiten optischen Elements (18) um einen Winkel (α ) gegen eine optische Achse (20) des ersten optischen Elements (16) verdreht ist, wodurch der Empfangssignal- Polarisationszustand des Empfangssignals (52) einstellbar ist.
18. System (100) zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend wenigstens eine Sende-Empfangsstation (30) nach einem der Ansprüche 9 bis 15 und wenigstens ein Identifikationsmittel (12) nach einem der Ansprüche 16 bis 17, welches an dem Objekt (10) angeordnet ist.
19. Computer-Programm-Produkt zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere eines Satelliten im Weltraum, mit einem System (100), welches wenigstens eine Sende-Empfangsstation (30) mit wenigstens einer Quelle (32) zur Erzeugung eines Pulszuges aus Pulsen elektromagnetischer Strahlung sowie wenigstens ein an dem Objekt (10) angeordnetes Identifikationsmittel (12) umfasst, wobei die Quelle (32) die Pulse des Pulszuges als Sendesignal (50) in Richtung des Objekts (10) sendet und von dem wenigstens einen Identifikationsmittel (12) des Objekts (10) ein elektromagnetisches Empfangssignal (52) in Reaktion auf jedes Sendesignal (50) gerichtet zzuurr Sende- Empfangsstation (30) zurückgestrahlt wird, wobei das Computer-Programm-Produkt wenigstens ein computerlesbares Speichermedium umfasst, welches Programmbefehle umfasst, die auf einem Computersystem ausführbar sind und das Computersystem dazu veranlassen, ein Verfahren auszuführen, insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zeitlich versetzt um die Laufzeit des Empfangssignals vom Objekt (10) zur Sende-Empfangsstation (30), wenigstens zwei Polarisationszustände des Empfangssignals (52) mit wenigstens zwei Detektoren (40) erfasst werden und ein Ist-Identifikationsmuster des Objekts durch Aggregation der erfassten Intensitäten der Polarisationszustände mehrerer aufeinanderfolgender
Empfangssignale (52) gebildet wird, und wobei neben den Polarisationszuständen auch eine zeitliche
Verschiebung der einzelnen Empfangssignale (52) gegenüber einem mit dem Pulszug der Quelle (32) synchronisierten Triggersignal (42) erfasst wird und das Identifikationsmuster um die Information der zeitlichen Verschiebung des Empfangssignals (52) erweitert wird.
20. Datenverarbeitungssystem zzuurr Ausführung eines Datenverarbeitungsprogramms, welches computerlesbare Programmbefehle umfasst, um ein Verfahren zum Identifizieren eines Objekts (10), insbesondere nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, auszuführen.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008028253A1 (de) * 2007-06-13 2009-01-15 Lg Electronics Inc. Waschmaschine und Verfahren zu ihrer Steuerung
DE102013101730A1 (de) 2013-02-21 2014-08-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Einrichtungen zur eindeutigen Identifikation eines Objekts
US20160173196A1 (en) 2014-12-15 2016-06-16 The Boeing Company System and method for non-contact identification of a passive target
EP3324203A1 (de) * 2016-11-22 2018-05-23 Hexagon Technology Center GmbH Laserdistanzmessmodul mit polarisationsanalyse

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008028253A1 (de) * 2007-06-13 2009-01-15 Lg Electronics Inc. Waschmaschine und Verfahren zu ihrer Steuerung
DE102013101730A1 (de) 2013-02-21 2014-08-21 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren und Einrichtungen zur eindeutigen Identifikation eines Objekts
US20160173196A1 (en) 2014-12-15 2016-06-16 The Boeing Company System and method for non-contact identification of a passive target
EP3324203A1 (de) * 2016-11-22 2018-05-23 Hexagon Technology Center GmbH Laserdistanzmessmodul mit polarisationsanalyse

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RUSSELL A. CHIPMAN: "Handbook of Optics", 1995, MCGRAW-HILL

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