DE69902504T2

DE69902504T2 - Millimeter-Wellen Abbildungssystem mit 360 Grad Sichtfeld

Info

Publication number: DE69902504T2
Application number: DE69902504T
Authority: DE
Inventors: Thomas K. Samec; Merit M. Shoucri
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Systems Corp
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: EP0966060B1; JP2000028700A; JP3094015B2; EP0966060A1; US6208288B1; DE69902504D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Sachgebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein ein passives Millimeterwellen-Abbildungssystem und insbesondere ein passives Millimeterwellen-Abbildungssystem, das durch Benutzung einer sphärischen Luneburg-Linse und eines dünnen Rings von Millimeter-Direktnachweisempfängern, welche um die Linse angeordnet sind, ein augenblickliches 360º-Bild zur Verfügung stellt.

2. Erörterung des Stands der Technik

Abbildungssysteme, die Bilder eines Ortes erzeugen, indem sie Millimeterwellen-Hintergrundstrahlung (30-300 GHz) detektieren, welche von am Ort befindlichen Objekten abgegeben wird, weisen gegenüber anderen Typen von Abbildungssystemen, welche die Abbildung durch Detektion von sichtbarem Licht, Infrarot- und anderer elektro-optischer Strahlung zur Verfügung stellen, bedeutende Vorteile auf. Diese Vorteile betreffen im Allgemeinen die Tatsache, dass Millimeterwellenstrahlung geringe Sichtweiten und undurchsichtige atmosphärische Bedingungen, welche durch viele Faktoren, wie zum Beispiel Wolken, Nebel, Dunstschleier, Regen, Staub, Rauch, Sandstürme etc. verursacht werden, ohne bedeutende Dämpfung, wie sie bei den anderen oben erwähnten Strahlungsarten auftreten würde, durchdringen kann. Insbesondere werden bestimmte Übertragungsfenster im Millimeterwellenlängen- Spektrum, wie zum Beispiel W-Band-Wellenlängen bei ungefähr 89-94 GHz durch den Sauerstoff und Wasserdampf in der Luft nicht wesentlich gedämpft. Millimeterwellen-Strahlung kann auch feste Stoffe wie zum Beispiel Holz oder trockenen Mauern effektiv durchdringen, um Abbildungsmöglichkeiten durch Wände hindurch zur Verfügung zu stellen. Somit sind Millimeterwellen-Abbildungssysteme für viele Anwendungen wünschenswert, wie zum Beispiel bei Flugzeuglande-, Kollisionsvermeidungs- und -feststellungsystemen, Erfassungs- und Beobachtungssystemen, Überwachungssystemen etc. So gut wie jeder Typ von Bildererzeugungssystemen, der von der Bereitstellung von Qualitätsbildern unter schlechten Sichtbedingungen profitieren kann, könnte von der Benutzung der Millimeterwellen-Abbildung profitieren.
Neuere Millimeterwellen-Abbildungssysteme können auch den Vorteil eines Direktnachweisempfangs bieten. Dieser Vorteil hat mit der Tatsache zu tun, dass die Millimeterwellen- Strahlungsempfänger Komponenten umfassen können, welche das eigentliche Millimeterwellenlängen-Signal verstärken, filtern oder detektieren. Andere Typen von Empfängern für Abbildungssysteme, wie zum Beispiel Überlagerungsempfänger, wandeln die vom Ort empfangene Strahlung im allgemeinen vor der Detektion in Zwischenfrequenzen um. Daher werden Millimeterwellen-Direktnachweisempfänger, welche die Millimeterwellenstrahlung detektieren, nicht durch die typische Bandbreiten- und Geräuschabhängigkeiten beeinträchtigt, welche von der Frequenzumwandlung herrühren, und umfassen keine für die Frequenzumwandlung nötigen Komponenten.
Millimeterwellen-Abbildungssysteme, die ein Brennebenen- Abbildungsarray benutzen, um die Millimeterwellenstrahlung zu detektieren und einen Ort abzubilden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei diesem Typ von Systemen umfasst jeder einzelne Strahlungsempfänger, der das Array ausmacht, seinen eigene(n) Millimeterwellen-Antenne und -Detektor. Ein Array- Interface-Multiplexer wird zur Verfügung gestellt, welcher die elektrischen Signale von jedem der Strahlungsempfänger zu einem Verarbeitungssystem multiplext. Ein Millimeterwellen- Brennebenen-Abbildungsarray diese Typs wird vorgestellt in U.S.Patent Nr. 5,438,336 von Lee et al. Mit dem Titel: "Brennebenen-Abbildungsarray mit internem Eichmesswertgeber." In diesem Patent fokussiert eine optische Linse von einem Ort eingesammelte Millimeterwellenstrahlung auf ein Array von Bildelement-Empfängern, welche in der Brennebene der Linse angeordnet sind. Jeder Bildelement-Empfänger umfasst eine Antenne, welche die Millimeterwellenstrahlung empfängt, einen rauscharmen Verstärker, welcher das empfangene Millimeterwellen-Signal verstärkt, einen Bandpaß-Filter, welcher das empfangene Signal filtert, um nur Millimeterwellenstrahlung einer vorbestimmten Wellenlänge durchzulassen und einen Dioden-Integrations-Detektor, der die Millimeterwellenstrahlung detektiert und ein elektrisches Signal erzeugt. Das Signal jedes dieser Dioden-Detektoren wird dann zu einer Array-Interface-Einheit gesendet, welche die elektrischen Signale zu einer zentralen Steuerungseinheit multiplext, um sie auf einer geeigneten Display-Einheit anzuzeigen. Jeder Bildelement-Empfänger umfasst eine Eichleitung, um dem Detektor ein Hintergrund-Referenzsignal zu Verfügung zu stellen. Andere Typen von Brennebenen- Abbildungsarrays, welche separat detektierende Bildelemente umfassen, sind ebenso in der Technik bekannt.
Die in der Technik bekannten Millimeterwellen-Abbildungssysteme haben ein beschränktes Sichtfeld (FOV), dass auf einen bestimmten Winkelbereich, zum Beispiel 30º, relativ zum Abbildungssystem begrenzt ist. Bestimmte Anwendungen, wie zum Beispiel Überwachungs- und Erkennungs- oder Such- und Verfolgungssysteme benötigen jedoch im Allgemeinen die Fähigkeit, ein vollständiges 360º-Sichtfeld (IFOV) abzubilden, bei welcher jeder Punkt in der Umgebung des Systems jeweils Zeitgleich abgebildet wird. Such- und Verfolgungssysteme auf Infrarotbasis (IRST), welche diesen Typ von Sichtfeld zur Verfügung stellen, sind in der Technik bekannt. Die IRST-Systeme stellen dieses 360º-Sichtfeld durch schnelles Rotieren eines Abtastelements zur Verfügung. Da passive Millimeterwellen-Abbildungssysteme dazu neigen, verglichen mit auf sichtbarem und infrarotem Licht basierenden Abbildungssystemen größer und unhandlicher zu sein, waren 360º-Sichtfeld-Systeme bis jetzt in der Millimeterwellen-Umgebung untauglich.
Benötigt wird ein Millimeterwellen-Abbildungssystem, welches eine vollständige, augenblickliche 360º-Abbildung zur Verfügung stellt. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solch ein Abbildungssystem zur Verfügung zu stellen.
Obwohl sich die vorliegende Erfindung auf passive Millimeterwellen-Abbildungen (auch bekannt als radiometrische Abbildung) konzentriert, ist ihr Konzept auf alle Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums anwendbar, von den niedrigeren Radiofrequenzen zu den Mikrowellen-Frequenzen, zu den Submillimeterwellen-Frequenzen und höheren Frequenzen. Es ist ebenso sowohl auf aktive (Radar) und passive Systeme (Radiometrie) anwendbar.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung wird ein passives Millimeterwellen-Abbildungssystem offenbart, das ein vollständiges, azimuthales, augenblickliches 360º-Bild eines Ortes zur Verfügung stellt. Das Abbildungssystem macht von einer sphärischen Luneburg-Linse und einer Reihe von Millimeterwellen-Direktnachweisempfängern Gebrauch, welche in einem Ring um die Linse gruppiert und in der Brennfläche der Linse angeordnet sind. Die Strahlungsempfänger sind auf einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Sensorkarten angeordnet, von welchen jede Karte eine bestimmte Anzahl der Strahlungsempfänger umfasst. In einer Ausführung definieren die Strahlungsempfänger ein eindimensionales Brennebenenarray, das die Verdunkelung begrenzt und eine augenblickliches 360º- Bildscheibe des Ortes erzeugt. Ein Verarbeitungsschaltkreis, welcher ein Multiplexing-Array-Interface umfasst, um die Signale von den Strahlungsempfängern zu multiplexen, ist auf einem äußeren Ring außerhalb des Sensorkarten-Rings angeordnet. Mechanische Stellantriebe werden zur Verfügung gestellt, um die Ringe zu veranlassen, gemeinsam eine Kreiselbewegung um die Linse auszuführen, so dass der Ring in einem fixen Winkel (θ) bezüglich einer fixen Referenzrichtung kreiselt, um auf diese Weise eine Höhenabtastung um +/-θ bezüglich der Ebene senkrecht zur Referenzrichtung zur Verfügung zu stellen. Daher liefert das Abbildungssystem ein vollständiges zweidimensionales Sichtfeld um die Linse herum. Zusätzliche Ziele, Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche zusammen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Abb. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines passiven Millimeterwellen-Abbildungssystems, das ein vollständiges, augenblickliches 360º-Bild zur Verfügung stellt, gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung;
Abb. 2 zeigt eine schematische Sicht von oben auf eine Sensorkarte, welche eine Vielzahl von Direktnachweisempfängern umfasst, die mit dem in Abb. 1 gezeigten Abbildungssystem verbunden sind;
Abb. 3 zeigt einen schematische Sicht von oben auf eine Vielzahl der Sensorkarten und Verarbeitungselektronik des in Abb. 1 gezeigten Abbildungssystems.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Die folgende Erörterung der bevorzugten Ausführungen eines passiven Millimeterwellen-Abbildungssystems, das ein vollständiges augenblickliches 360º-Bild zur Verfügung stellt, ist lediglich beispielhafter Natur und beabsichtigt in keiner Weise, die Erfindung oder ihre Anwendbarkeit oder ihren Gebrauch einzuschränken. Zum Beispiel kann diese Erfindung erweitert werden, um Radarsysteme zu vervollkommnen, ebenso wie Mikrowellen-Sensoren, und zwar nicht nur passiv und mit Millimeterwellen.
Abb. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines passiven Millimeterwellen-Abbildungssystems 10, das ein vollständiges, augenblickliches 360º-Bild um das System 10 herum zur Verfügung stellt. Um 360º der Umgebung des Systems 10 abzubilden, wird eine sphärische Linse 12 zur Verfügung gestellt, welche Millimeterwellenstrahlung aus allen Richtungen vom Ort einsammelt und fokussiert. In einer Ausführung ist die Linse 12 vom Typ eines "Fischauges", wie zum Beispiel eine Luneburg-Linse, welche dem Fachmann bekannt ist. Die Luneburg-Linse 12 ist eine feste, inhomogene Linse, welche einen variablen Brechungsindex aufweist, wobei dieser sein Maximum im Zentrum der Linse 12 hat und sich nach und nach zu einem einheitlichen Wert an einer Außenfläche der Linse verringert. Eine Luneburg-Linse ist so geformt, dass sie, wenn sich eine Punktquelle auf der Oberfläche befindet, die resultierenden sphärischen Wellen in eine ebene Welle verwandelt, welche einen Ausbreitungsvektor hat, der entlang des durch die Punktquelle verlaufenden Durchmessers ausgerichtet ist. Dann wird die Linse 12 in einem homogenen Medium (Luft) mit einem einheitlichen Brechungsindex platziert und lenkt jeden parallel auf die Linse 12 einfallenden Strahl in einen scharfen Brennpunkt auf der Oberfläche der Linse 12. Die Symmetrie der Linse 12 stellt auf diese Weise eine aberrationsfreie Abbildungsmöglichkeit in jeder beliebigen Richtung zur Verfügung.
Gemäß der Erfindung wird die Linse, um Millimeterwellen-Strahlung zu fokussieren, aus verschiedenen Verbundwerkstoffen hergestellt, wie zum Beispiel Schaum, der, wenn er kombiniert wird, die Anforderungen an den Brechungsindex der Luneburg-Linse erfüllt. Der Radius der Linse 12 sollte von der genauen Anwendung wie zum Beispiel den spezifischen detektierten Millimeterwellenlängen und der gewünschten Detektionsauflösung und -entfernung abhängen. Für die meisten Millimeterwellen-Anwendungen würde die Linse 12 wahrscheinlich einen Durchmesser von etwa 2-5 Fuß haben. In dieser Ausführung ist die Linse 12 sphärisch, aber für andere Anwendungen kann die Linse andere Konfigurationen annehmen, wie zum Beispiel halbsphärisch oder anderen Teilen einer Sphäre.
Eine Vielzahl von miteinander verbundenen eindimensionalen Sensorkarten 14 ist wie gezeigt in einer Ringstruktur 16 um die Linse 12 herum befestigt. Abb. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine der Sensorkarten 14, getrennt vom System 10. Jede Sensorkarte 14 umfasst eine Vielzahl von Empfängermodulen 18, die auf einem Träger 20 befestigt sind. Der Träger 20 umfasst eine gebogene Vorderkante 22 welche an die Krümmung der Linse 12 angepasst ist. Jedes Empfängermodul 18 umfasst eine Vielzahl von Direktnachweisempfängern 24, welche aneinandergrenzen und so in einer Reihe ausgerichtet sind, dass jeder Strahlungsempfänger 24 ein Pixel des Ortes abbildet. In einer Ausführung umfasst jede Sensorkarte 14 zehn Empfängermodule 18 und jedes Empfängermodul 18 umfasst vier Strahlungsempfänger 24. Daher ist jede Sensorkarte 14 ein eindimensionales Brennebenenarray (FPA), das 40 Pixel abbildet. Natürlich kann die Zahl der Empfängermodule 18 pro Sensorkarte 14 und die Zahl der Strahlungsempfänger 24 pro Empfängermodul 18 von Anwendung zu Anwendung variieren. Die Größe jeder Sensorkarte würde von der Zahl der Empfängermodule 18 und der Zahl der Strahlungsempfänger 24 pro Modul 18 abhängen, und die Zahl der Sensorkarten 14 um die Linse 12 herum würde vom Durchmesser der Linse 12 und der Größe der Sensorkarten 14 abhängen. In einer Ausführung ist jede der Sensorkarten 14 ungefähr Smm dick und jeder Strahlungs- Empfänger 24 ist auf einem Chip, welcher die Maße 2 mm · 7 mm hat. Daher verursacht der Ring aus Sensorkarten 14 nur eine geringfügige, unwesentliche Abschattung der auf die Linse 12 auftreffenden Strahlung relativ zum Durchmesser der Linse 12. Natürlich können bestimmte Anwendungen mehrfach übereinander angeordnete Ringe aus Sensorkarten 14 erforderlich machen, was die Dicke der Ringstruktur 16 vergrößern würde. Die optimale Implementierung der Erfindung kann zwei aneinandergrenzende von Millimeterwellen-Strahlungsempfängern 24 umfassen, welche azimuthal, um eine Entfernung von einem halben Pixel gegeneinander versetzt sind, weil diese Anordnung, kombiniert mit der zeitlichen Abtastung des Ortes, die Fähigkeit sicherstellt, alle Teile des Sichtfeldes sowohl azimuthal als auch vertikal optimal abzutasten. Es sei bemerkt, dass die jeweiligen Abstände in der Ringstruktur 16 als die Sensorkarten 14 dargestellt wurden. Diese Abstände können jedoch auch für individuelle aneinander befestigte Module 18 stehen.
In dieser Ausführung ist jeder Strahlungsempfänger 24 ein monolithischer Millimeterwellenschaltkreis-Empfänger (MMIC), auf MMIC-Technologie basierend. Die Strahlungsempfänger 24 können jeder geeignete Millimeterwellen- Direktnachweisempfänger sein, der, dem Fachmann bekannt, Millimeterwellenstrahlung detektiert und ein indikatives elektrisches Signal erzeugt, wie zum Beispiel die in dem 366- Patent offenbarten Strahlungsempfänger-Elemente. U.S.-Patent Nr. 5,530,247 offenbart ein Millimeterwellen-Abbildungssystem, dass für die Detektierung von Millimeterwellenstrahlung ferroelektrische Elemente benutzt, welche auch für die Benutzung mit den Strahlungsempfängern 24 verwendbar sind. Jeder Strahlungsempfänger 24 umfasst eine Antenne 26 und Direktnachweisempfänger-Komponenten (nicht gezeigt). Die Antennen 26 sind relativ zur Linse 12 befestigt, so dass die von der Linse 12 aus verschiedenen Richtungen eingesammelte Strahlung auf mehrere Antennen 26 fokussiert wird. Eine Anpassungs-Elektronik 28 wird für die Anpassung der von den Strahlungsempfängern 24 kommenden elektrischen Signale zur Verfügung gestellt, um verschiedene Signalanpassungsanwendungen zu ermöglichen, wie zum Beispiel Stromregulierung, Spannungsanpassung, Multiplexing, Stop/Lesekontroll-Elektronik, etc., wie dem Fachmann wohlbekannt ist. Die Kanten 22 der Karten 14 sind in geringem Abstand von der Linse 12 gemäß den optischen Algorithmen und den für das spezielle System ausgedachten Anforderungen an den Brechungsindex angeordnet. Die Antennen 26 werden der Linse 12 zwar sehr nahe sein, aber zwischen der Kante 22 und der Linse 12 wird sich Luft oder ein geeignetes optisches Schmiermittel befinden, welches einen zur Linse 12 passenden Brechungsindex zur Verfügung stellt. Die Träger 20 können durch jeden geeigneten mechanischen Mechanismus, wie zum Beispiel Leim oder mechanische Befestigungen miteinander verbunden werden, um die Sensorkarten 14 so anzubringen, dass sie die Ringstruktur 16 bilden.
Zurück zur Abb. 1: Eine Vielzahl von Multiplex- und Verarbeitungselektronik-Modulen 32 sind miteinander in einer Ringstruktur 34 befestigt und die Ringstruktur 34 ist, wie gezeigt, an der Ringstruktur 16 an einer äußeren Kante 36 der Sensorkarten 14 angebracht. Abb. 3 zeigt einen Planausschnitt einer Vielzahl von Sensorkarten 14, hier drei, welche an einem der Elektronik-Module 32 befestigt sind. Die Zahl der Sensorkarten 14, welche von einem Elektronik-Modul 32 kontrolliert werden, würde von der Zahl der Sensorkarten 14, der Größe der Linse 12 und der spezifischen Anwendung abhängen. Die elektrischen Signale, erzeugt von jedem der Bildelement-Empfänger 24 für eine Vielzahl der Empfänger-Module 18, werden zur Anpassungs-Elektronik 28 und dann zu einem der Elektronik-Module 32 gesendet. Die Module 32 umfassen alle nötige Verarbeitungsschaltkreise, wie zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler, um die analogen elektrischen Signale in digitale Signale zu wandeln, ein Array-Interface, um die Signale der Strahlungsempfänger 24 zu multiplexen und eine Verarbeitungseinheit, um die gemultiplexten digitalen Signale zu verarbeiten und die Abbildung zu erzeugen. Die Elektronik- Module 32 und die Sensorkarten 14 können zu individuellen Karten zusammengefasst werden, auf denen alle elektronischen Funktionen ausgeführt werden. Elektrische Signale von allen Elektronik-Modulen 32 werden dann zu einer Hauptverarbeitungseinheit 38 gesendet, welche all die für jedwede Bildvergrößerung darzustellenden Signale von all jenen Einheiten 32 kombiniert und die vergrösserte Abbildung auf einer Display- Einheit 40 anzeigt. Die Elektronik, welche für die Umwandlung von elektrischen Daten in eine Abbildung benötigt wird, ist sehr fortgeschritten und dem Fachmann gut bekannt. Die Display-Einheit 40 kann jedes geeignete Display für die genaue Anwendung sein.
Das Abbildungssystem 10 stellt ein augenblickliches 360º-Bild für jeden kontinuierlichen Zeitpunkt durch eine eindimensionale Bildscheibe des Ortes, wie sie durch die Position der Strahlungsempfänger 24 definiert wird, zur Verfügung. Um das System 10 für Abbildungen praktikabler zu machen, muss eine Erhöhung des IFOV zur Verfügung gestellt werden. Für eine begrenzte Erhöhung des IFOV kann dies dadurch bewerkstelligt werden, dass man einige Ringstrukturen 16 übereinander anordnet. Aber da sich die Dicke der Ringstruktur 16 vergrößert, wird ein größerer Teil der auf die Linse auftreffenden Strahlung abgeschattet. Ein anderes Verfahren bestünde darin, die Ringstruktur 16 relativ zur Linse 12 in einer Art Abtastbewegung zu bewegen. Die Ringstruktur 16 kann zum Beispiel relativ zur Linse 12 auf und ab in einer "Kehrbesenartigen" Abtastung bewegt werden. Natürlich muss die Kopplung zwischen der Linse 12 und den Strahlungsempfängern 24 sichergestellt werden und die Antennen 26 müssen optimal zum Zentrum der Linse 12 hin ausgerichtet bleiben. Ferner verursacht eine große sphärische Verschiebung ebenso einen zunehmend breiteren Schatten der von der Ringstruktur 16 selbst geworfen wird und vergrößert daher das Ausmaß der Nebenkeule.
Gemäß den Erläuterungen der vorliegenden Erfindung werden die Ringstrukturen 16 und 34 relativ zur Linse 12 in einer Kreiselbewegung bewegt um eine Höhenabtastung des IFOV zur Verfügung zu stellen und signifikanterweise für die oben erörterten Anforderung zu sorgen. Eine Vielzahl linearer Antriebe 42 ist an einer Basisstruktur 44 und an einer äußeren Kante der Ringstruktur 34 befestigt. Die Linse 12 würde ebenso an der Basisstruktur 44 durch geeignete Bügel (nicht gezeigt), welche außerhalb des Sichtfeldes des Systems 10 angebracht sind, befestigt werden. In dieser Ausführung gibt es drei vertikale Antriebe 42, aber es können für verschiedene Anwendungen, was von technisch Gebildeten geschätzt werden wird, mehr als drei Antriebe zur Verfügung gestellt werden. Die Antriebe 42 können jeder geeignete mechanische Antrieb sein, der sich in kontrollierter Art und Weise auf und ab bewegt, um die Ringstruktur 34 zu einer Kreiselbewegung zu veranlassen. Die Antriebe werden in Verbindung miteinander in einer normal zur Ebene der Ringstruktur 34 liegenden Richtung auf und ab bewegt, so dass die Ringstruktur 34 in einem fixen Winkel θ bezüglich einer fixen Referenzrichtung 46 relativ zur Linse 12 kreiselt. Eine Kontrolleinheit 48 wird programmiert, um die Betätigung der Antriebe 42 zu kontrollieren, so dass sie die Ringstruktur in einer Kreiselbewegung bewegen. In einer Ausführung bewegen sich die Antriebe 42 in solcher Art und Weise, so dass der höchste Abschnitt der Ringstruktur 34 im Uhrzeigersinn um die Linse 12 herum rotiert oder abtastet. Während der Kreiselbewegung bleibt die Linse 12 stationär und jeder Strahlungsempfänger 24 bleibt in der Brennfläche der Linse 12 mit seiner Antenne 26 auf das Zentrum der Linse 12 ausgerichtet.
Abb. 4 zeigt ein Diagramm des Sichtfeldes des Systems 10. In dieser Darstellung ist das System 10 an einem Haltemast 52 befestigt um einen Ort 360º um das System 10 herum abzubilden. Ein Sichtfeld-Ring 54 repräsentiert das augenblickliche Sichtfeld des Systems 10 in einer bestimmten Position der Ringstruktur 16 zu einem bestimmten Zeitpunkt. Ein anderes augenblickliches Sichtfeld des Systems 10, wenn sich die Ringstruktur 34 in einer entgegengesetzten Ausrichtung relativ zur Linse 12 befindet, wird durch einen gestrichelt gezeichneten Sichtfeld-Ring 56 gezeigt. Ein Zylinder 58 definiert das Gesamtsichtfeld des Systems 10 nach einer vollständigen Kreiselbewegung der Ringstruktur 34, wie durch +/-θ dargestellt. In einer Ausführung bewegt sich die Ringstruktur 34 in einem vollständigen Kreisumlauf in ungefähr einer Sekunde. Die Betätigung der Antriebe 42 veranlasst, wie ersichtlich, die Ringstruktur 34 zu einer Kreiselbewegung bezüglich der Linse 12, so dass die Ringstruktur 34 in dem Winkel θ bezüglich der Referenzrichtung 46 kreiselt, und dadurch eine Höhenabtastung von +/-θ bezüglich einer Ebene senkrecht zur Referenzrichtung 46 zur Verfügung stellt. Der Grad der Präzession der Ringstruktur 34 relativ zur Linse 12 bestimmt den Winkel θ und legt die Höhe des Zylinders 58 fest. Dieser Grad der Präzession kann für größere oder kleinere Abtastungen eingestellt werden. In diesem Beispiel veranlasst die Bewegung der Antriebe 42 den Sichtfeld-Ring 54 dazu, im Uhrzeigersinn zu rotieren, um das Volumen des Zylinders 58 zu füllen.

Claims

1. Abbildungssystem (10) zum Erzeugen eines 360º-Bildes eines Ortes, das umfasst:

- eine Linse (12), die Strahlung von einem Ort sammelt und fokussiert,

- eine Vielzahl von Strahlungsempfängern (24), welche die von der Linse (12) gesammelte Strahlung detektieren und elektrische Signale dieser detektierten Strahlung zur Verfügung stellen, und

- ein Verarbeitungssystem (32, 38), das die elektrischen Signale von den Strahlungsempfängern (24) empfängt, um ein Bild des Ortes aus den elektrischen Signalen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Linse (12) eine sphärische Linse ist,

- die Strahlungsempfänger (24) um die Linse (12) herum angeordnet sind und die elektrischen Signale der detektierten Strahlung zur Verfügung stellen, um ein augenblickliches 360º- Sichtfeld um das Abbildungssystem (10) herum zur Verfügung zu stellen, und

- das Verarbeitungssystem (32, 38) ein augenblickliches 360º- Bild des Ortes erzeugt.

2. System gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Linse (12) vom Luneburg-Typ ist und einen variierenden Brechungsindex von einem Zentrum der Linse (12) zu einer Außenfläche der Linse (12) aufweist.

3. Das System gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Linse (12) aus einem Schaumgemisch hergestellt ist.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Strahlungsempfänger (24) Direktnachweisempfänger sind.

5. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Strahlungsempfänger (24) ein eindimensionales Brennebenenarray definieren, das um die Brennebene der Linse (12) angeordnet ist.

6. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Strahlungsempfänger (24) auf einer Vielzahl von Sensorkarten (14) angeordnet sind, die miteinander verbunden sind, um eine erste Ringstruktur (16) um die Linse (12) zu bilden.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

- jede Sensorkarte (14) eine Vielzahl aus der Vielzahl der Strahlungsempfänger (24) umfasst.

8. System gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass

- jede der Sensorkarten (14) eine Dicke von ungefähr 5 mm oder weniger aufweist.

9. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Verarbeitungssystem (32, 38) einen Verarbeitungsschaltkreis (32) umfasst, der aus einer zweiten Ringstruktur (34) gebildet ist, wobei die zweite Ringstruktur (34) mit den Strahlungsempfängern (24) verbunden ist und auf einer gegenüberliegenden Seite der Linse (12) von den Strahlungsempfängern (24) aus gesehen angeordnet ist.

10. System gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass

- die zweite Ringstruktur (34) mit der ersten Ringstruktur (16) verbunden ist und auf einer gegenüberliegenden Seite der Linse (12) von der ersten Ringstruktur (16) aus gesehen angeordnet ist.

11. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

- ein Antriebssystem (42, 44, 48) zum Bewegen der Strahlungsempfänger (24) relativ zu der Linse (12).

12. System gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Antriebssystem (42, 44, 48) zum Bewegen der Ringstruktur (16), die durch die Strahlungsempfänger (24) gebildet wird, relativ zu der Linse (12) vorgesehen ist.

13. System gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Antriebssystem (42, 44, 48) mit der zweiten Ringstruktur (34) verbunden ist und diese antreibt, um die zweite Ringstruktur (34) relativ zur Linse (12) zu bewegen.

14. System gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Antriebssystem (42, 44, 48) die zweite Ringstruktur (34) antreibt, um eine Kreiselbewegung der zweiten Ringstruktur (34) um die Linse (12) mit einem fixen Winkel (Θ) relativ zu einer fixen Referenzrichtung (46) hervorzurufen, um eine Höhenabtastung des 360º-Sichtfeldes bezüglich einer Ebene senkrecht zur Referenzrichtung (46) zur Verfügung zu stellen.

15. System gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass

- das Antriebssystem (42, 44, 48) eine Vielzahl linearer Antriebe (42) umfasst, die um die zweite Ringstruktur (34) herum angeordnet sind.

16. System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Linse (12) Millimeterwellenstrahlung sammelt und fokussiert, und die Strahlungsempfänger (24) die Millimeterwellenstrahlung detektieren.

17. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes eines Ortes, die umfasst:

- das Zurverfügungstellen einer sphärischen Linse (12),

- das Einsammeln und Fokussieren von Strahlung mit der Linse (12) von einem Ort,

- Zurverfügungstellen von Strahlungsempfängern (24), die um die Linse (12) angeordnet sind,

- Detektieren der Strahlung, die von der Linse (12) eingesammelt ist, durch die Strahlungsempfänger (24), um ein augenblickliches 360º-Sichtfeld um die Linse (12) zur Verfügung zu stellen, und

- Zurverfügungstellen eines Bildes des Ortes auf der Basis der von den Strahlungsempfängern (24) detektierten Strahlung.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, das umfasst:

- Sammeln und Fokussieren von Millimeterwellenstrahlung mit der Linse (12) von dem Ort, und

- Detektieren der Millimeterwellenstrahlung durch die Strahlungsempfänger (24).

19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, das umfasst:

- Zurverfügungstellen der Strahlungsempfänger (24) in einer Ringanordnung (16) um die Linse (12) in der Weise, dass die Strahlungsempfänger (24) in der Brennebene der Linse (12) angeordnet sind.

20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei der Schritt des Zurverfügungstellens der Linse (12) das Zurverfügungstellen einer Linse vom Luneburg-Typ mit einem variierenden Brechungsindex von einem Zentrum der Linse (12) zu einer Außenfläche der Linse (12) umfasst.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, das ein Bewegen der Ringanordnung (16) der Strahlungsempfänger (24) um die Linse (12) in einer Kreiselbewegung umfasst, um eine Höhenabtastung des 360º-Sichtfelds zur Verfügung zu stellen.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem das Erzeugen des Bildes durch ein Abbildungssystem (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 ausgeführt wird.