NO300028B1 - Overvåkningssystem - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et overvåkningssystem for detektering av stråling fra avgassrøyken fra et missil, idet strålingen har en bølgelengde som ligger innenfor det ultrafiolette ozon-absorpsjonsbølgebånd.

Kjente luftbårne varselsystemer for ankommende missiler har en forholdsvis kort detekteringsavstandsevne og/eller er beheftet med problemer vedrørende klutter-refleks.

Den kjente teknikk omfatter SE 430730, men denne publika-sjon er taus hva angår den type av detektor eller filter som skal benyttes for å oppnå den ønskede sensitivitet og ytelse i det ultrafiolette bølgebånd.

GB 2 119 985 omhandler ikke det samme ultrafiolette av-følingsarrangement som den foreliggende oppfinnelse.

GB 1 056 620 omhandler et aktivt kommunikasjonssystem som benytter pulset ultrafiolett laserlys som nødvendiggjør et forskjellig mottakelsesarrangement sammenlignet med det foreliggende.

GB 1 516 281 omhandler et annet aktivt system der det benyttes ultrafiolett laserlys. Strålingsbølgelengden som benyttes er 337 nanometer, hvilket ligger utenfor ozon-absorps jonsbåndet .

Med andre ord gir ingen av disse publikasjoner anvisning på at et missil kan detekteres ved detektering av den ultrafiolette emisjon som utgår derfra.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er denne kjenne-tegnet ved at systemet omfatter

et fotorør med et parti som definerer et vindu for å tillate at det i nevnte fotorør bare<*>slipper inn stråling med en bølgelengde som ligger over en første forhåndsbestemt verdi,

en katode som er plassert inne i fotorøret for å motta nevnte stråling som er tillatt å slippe inn i foto-røret gjennom nevnte vindu, og er innrettet til å genere-re elektroner bare som reaksjon på komponenter i nevnte stråling som har bølgelengder under en andre forhåndsbestemt verdi, og

organer for å detektere de genererte elektroner.

I det ultrafiolette spektralbånd forekommer det kraftig absorpsjon på grunn av atmosfærisk ozon som består av noen få diffuse bånd fulgt av et meget sterkt kontinuum som strekker seg fra 200 nm - 300 nm. Under 300 nm er utstrålingen fra atmosfæren neglisjerbar sammenlignet med den utstråling som kommer fra solen.

Ozonkonsentrasjonen er av en størrelsesorden lavere ved havflaten enn ved høyder mellom 15 og 20 km, og således vil solens utstråling ved havflaten være sterkt redusert. Dersom ozon-kontinuumet ved havflaten således tillater en rimelig "i bånd" transmisjon, vil et detekteringssystem kunne arbeide mot en i virkeligheten sort foton-bakgrunn, slik at klutter-refleks ikke vil være et betydelig prob-lem.

Solarspektral-fotonutstrålingen ved havflaten er mindre enn 1 ph/sek/m<2>/nm for bølgelengder mellom 232 og 275 nm. Således vil et system med et hemisfærisk synsfelt og en 1 m oppsamlingsapertur motta mindre enn 1 foton pr. sekund fra solen i dette bølgebånd. For at et detekteringssystem skal kunne være fullstendig solblindt, må det derfor ha et filter som ruller av til et stopp-bånd med tilbakevisning større enn 10~<18>ved 315 nm.

Systemet er fortrinnsvis innrettet til å detektere stråling med en bølgelengde som ligger i området fra 232 nm til 275 nm. Innenfor dette bølgebånd kan det detekteres linje-emisjoner fra missil-eksosrøykskyer. Solarutstrålingen ved et hvilket som helst nivå er avhengig av den optiske banelengde. For hovedkonsentrasjon-en av ozon befinner seg mellom 10 og 25 km, vil de optiske banelengder ikke endre seg betydelig før mottakeren overskrider en høyde på 10 km, men vil deretter øke eks-ponensielt over denne høyde. Et operasjonstak for et UV-detekteringssystem vil derfor være ved ca. 10 km.

Et UV-bånd detekteringssystem vil være mer følsomt overfor aerosolkonsentrasjon enn et synlig eller infrarødt system. Dette utgjør den fysiske konsekvens av øket spredning med kortere bølgelengder. Ved høyder over havflaten og opp til 10 km (hvor atmosfæren er renere), vil detekteringsområdet øke. Over 10 km vil imidlertid ozonkonsentrasjonen øke raskt og transmisjonen vil avta under den ved havflaten.

Ved konstruksjonen av et hvilket som helst detekteringssystem må man ta i betraktning størrelsen av de avgivende kilder som systemet er konstruert for å detektere. Pri-mærkilden for utstråling i UV-bølgebåndet vil oppstå fra de varme forbrenningsprodukter som forekommer i rakett-eksosrøykskyer. Strålingen fra disse er primært av mole-kylær opprinnelse, men de elektroniske nivåer blir eksi-tert og gir opphav til svakere emisjon i det synlige og ultrafiolette område. På den annen side vil reaksjonsson-en for en eksosflamme kunne inneholde høye konsentrasjon-er av elektronisk eksiterte, midlere UV-aktive partikler.

Det er viktig å tilveiebringe en markert avgrensning,

slik at bare utstråling i et forhåndsbestemt bølgebånd blir detektert, fordi systemet ellers ville bli oversvøm-met av solarstråling. Systemet omfatter derfor fortrinnsvis filterorganer som sikrer en skarp avgrensning ved hver ende av et valgt bølgebånd. Filterorganene kan om-fatte et inngangsvindu, f.eks. et som er fremstilt av et polymerbasert stoff som tjener til å tilveiebringe et

kortbølge-avgrensningsfilter.

En utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under henvisning til den vedføyde tegning, som skjematisk viser et overvåkningssystem.

Et overvåkningssystem som generelt er betegnet med hen-visningstall 10, omfatter et avsøkningsspeil 12 som er forbundet med en drivmotor 14, slik at det kan avsøke i høyde og azimut, et teleskopisk system beregnet med hen-visningstall 16, samt et lysrør 18. Lysrøret 18 omfatter en katode 20 av wolfram og en anode 22 som befinner seg i et evakuert kammer. En liten mengde av en inert gass kan være tilført kammeret for å tilveiebringe forsterkning. Det fremre parti 24 av lysdioden 18 er fremstilt av kvartsglass, f.eks. Corning 9720 eller Corning 9700, for således å danne et vindu som bare vil slippe igjennom stråling med en bølgelengde større enn en valgt verdi, f.eks. 232 nm.

Wolframkatoden reagerer bare på stråling med en bølge-lengde lavere enn valgt verdi, f.eks. 275 nm, slik at systemet 10 fungerer i det ultrafiolette bølgebånd fra 232 nm til 275 nm. Under bruk, ved påtrykking av en spen-ning mellom katoden 20 og anoden 22 og når ultrafiolett stråling av denne bølgelengde slår an på katoden 20, f.eks. som et resultat av linje-emisjoner fra missil-eksosrøykskyer, blir det utsendt elektroner fra katoden 20, og disse strømmer mot anoden 22 for således å etable-re et signal som blir videreført til signalbehandlende komponenter (ikke vist).

Det forekommer forsterkning av den opprinnelige fotostrøm ved ionisering av den inerte gass. Med korrekt elektrode-avstand og gasstrykk blir det tilveiebrakt rasionisering ved utsendelse av ett eneste elektron, og røret kan således utformes for å gi en stor forsterknng. Kortbølge-spektralresponsen avhenger av valget av vindus-materiale for lysrøret. Mange fargestoffer og polymerer og kvartsglass oppviser en rask endring i absorpsjons-lengde i forhold til bølgelengde.

Anordningens spektralrespons ved korte bølgelengder er avhengig av arbeidsfunksjonen av det metall som danner lys- eller fotokatoden. Den hastighet som responsen ruller av med, relatert til økende bølgelengde, er avhengig av distribusjonen av valenselektroner innenfor metallets energinivåer. Ved absolutt nullpunkt vil elektronene okkupere disse tilstander opp tilFermi-nivået. Ved dette tilfelle vil et elektron ikke bli utsendt fra overflaten hvis ikke et innfallende foton har en bølgelengde som er kortere enn avgrensningsbølgelengden. Wolfram og kobber med avgrensningsbølgelengder på hhv. 273 og 281 nm er å betrakte som det mest hensiktsmessige katodemateriale for dette passbånd. Faktorer som man må ta hensyn til ved konstruksjonen av katoden, innbefatter temperaturvirk-ningen på spektralresponsen og kvanteutbyttet.

Et overvåkningssystem av denne type kan benyttes i for-bindelse med en luftbåren varsler for ankommende missiler, for derved å tilveiebringe en "se ned"-evne over kampområdet, og denne vil ikke bli forringet på grunn av klutter fordi solarkilder med ultrafiolett stråling i operasjonsbølgebåndet er blitt absorbert av ozonlaget. Det foreliggende system oppviser derfor fordeler overfor infrarøde systemer som benyttes for dette formål, og hvor termiske bireflekser eller klutter utgjør et hovedprob-lem.

Overvåkningsystemet i henhold til foreliggende oppfinnelse kan være forsynt med en nedad-skuende UV-føler og en oppad-skuende infrarød føler.

Claims (7)

1. Overvåkningssystem for detektering av stråling fra avgassrøyken fra-et missil, idet strålingen har en bølge-lengde som ligger innenfor det ultrafiolette ozon-absorp-s j onsbølgebånd, karakterisert ved at systemet omfatter: et fotorør med et parti som definerer et vindu for å tillate at det i nevnte fotorør bare slipper inn stråling med en bølgelengde som ligger over en første forhåndsbestemt verdi, en katode som er plassert inne i fotorøret for å motta nevnte stråling som er tillatt å slippe inn i foto-røret gjennom nevnte vindu, og er innrettet til å genere-re elektroner bare som reaksjon på komponenter i nevnte stråling som har bølgelengder under en andre forhåndsbestemt verdi, og organer for å detektere de genererte elektroner.

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ytterligere innbefatter strålingsmottakelsesorganer som er tilkoblet nevnte fotorør og innrettet til å avsøke et synsfelt og til å detektere stråling som er mottatt fra nevnte synsfelt og inn i nevnte vindu.

3. System som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den første for-håndsbestemte bølgelengde har en verdi på 232 nanometer.

4. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at den andre forhånds-bestemte bølgelengde er 275 nanometer.

5. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at vinduet er produ-sert av et polymerbasert stoff.

6. System som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at katoden er fremstilt av wolfram.

7. System som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at katoden er fremstilt av kobber.