SE463840B - Foerfarande vid en laservarnare och laservarnare - Google Patents

Description

465 10 15 20 25 30 35 840 första cylinderlins, prisma, reflektor, filter, andra cylinderlins, blän- dare och glasblock, vilket optiska system har given begränsad lobbredd i systemets rotationsplan för ljusingángarna, av ett fast anordnat detek- torsystem, vilket detekterarstorleken av det via det roterbara optiska systemets ljusingångar inkommande och genom det optiska systemet till det fasta detektorsystemet överförda ljuset, samt av en utvärderingsenhet som utgående från två i tiden separerade av detektorsystemet detekterade amp- litudvärden i laserstrålens riktning beräknar tiden för att laserstrålen skall nå fram till laservarnaren ur de detekterade amplitudvärdena med ledning av att amplituden upphöjd till en konstant är proportionell mot avståndet till laserstrålen enligt sambandet D = K - An, där K och n är konstanter, D är det vinkelräta avståndet till laserstrålen och A ett de- tekterat amplitudvärde.

Enligt ett fördelaktigt utförande är förfarandet kännetecknat av att tiden för att laserstrålen skall nå fram till laservarnaren, den s k an- slagstiden T, beräknas ur de uppmätta värdena enligt följande samband: T = AT / [(A1/A2)n-1], där AT är tidsskillnaden mellan tidpunkten för ett första amplitudvärde och tidpunkten för ett andra amplitudvärde, A1 är det första amplitudvärdet för en första mätning i laserstrålkällans riktning och A2 är det andra amplitudvärdet för en andra mätning i laser- strålkällans riktning och n är en konstant sådan att -1,0 < n < -0,9.

Enligt ett annat fördelaktigt utförande av förfarandet undersöks även tecknet för sambandet T = AT / [(A1/A2)n-1]. Ett positivt värde för sambandet indikerar att hotet, eller egentligen laserstålen, närmar sig, medan ett negativt värde indikerar att hotet avlägsnar sig från iakttaga- ren. Teckeninformationen ger en anvisning om hur anslagstiderna kan komma att förändras för kommande mätningar. Det föredragna förfarandet känne- tecknas av att tecknet för sambandet T = AT / [A1/A2)n-1] som anger an- slagstiden undersöks för bestämning av hotets rörelse i förhållande till iakttagaren och för erhållande av en anvisning om anslagstider för efter- följande mätningar, varvid ett positivt värde indikerar att hotet närmar sig iakttagaren, medan ett negativt värde indikerar att hotet avlägsnar sig från iakttagaren.

Enligt ett fördelaktigt utförande av laservarnaren är den känneteck- nad av att tiden för att laserstrålen skall nå fram till laservarnaren, den s k anslagstiden (T), beräknas ur de detekterade amplitudvärdena enligt sambandet T = AT / [(A1/A2)n-1], där AT är tidsskillnaden mellan 10 15 20 25 30 35 463 840 tidpunkten för ett första amplitudvärde och tidpunkten för ett andra amplitudvärde, A1 är det första amplitudvärdet för en första mätning i lasersträlkällans riktning och A2 är det andra amplitudvärdet för en andra mätning i laserstrálkällans riktning och n är en konstant sådan att -1,0 < n < -0,9.

Enligt ett annat fördelaktigt utförande av en laservarnare enligt uppfinningen försedd med tvâ ljusingàngar kännetecknas den av att nämnda filter, andra cylinderlins, bländare och glasblock som ingår i det roter- bara optiska systemet är gemensamma för de tvâ ljusingángarna och att de- tektorsystemet utgöres av en fast detektor. Genom detta utförande uppnås en besparing av antalet ingående komponenter, vilket kan vara fördelak- tigt bl.a. ur kostnadssynpunkt.

I vissa fall kan det vara fördelaktigt med ett optiskt system upp- byggt av två helt separerade delar med en fast detektor för var och en av de separerade delarna. En separering i tvâ delar av det optiska systemet medför bl.a. att samma höga känslighet som för ett optiskt system med en ljusingáng kan upprätthällas och det uppstår inte nagra problem att hälla isär två stycken laserstàlkällor som sänder inom samma intervall. En la- servarnare med tva ljusingångar kännetecknas därvid av att det optiska systemet är uppbyggt av tvä helt separerade delar som är anordnade att samverka med en ljusingáng vardera och att detektorsystemet innefattar en fast detektor för var och en av de separerade delarna.

Genom att förse det optiska systemet med två eller flera ljusingángar och därmed lika många mottagarlober, kan en laservarnare åstadkommas som medger snabbare bestämning av anslagstiden för en lasersträlkälla.

Uppfinningen kommer att beskrivas närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, där fig_1 schematiskt illustrerar ett förfarande enligt uppfinningen för bestämning av anslagstiden, fig_¿ visar defini- tion av avstànd och spridningsvinkel, fig_1 visar amplitudvärden som funktion av spridningsvinkeln enligt fig 2 för två olika vinkelräta av- stand till laserstràlen, fig_g visar ett första utföringsexempel pä en laservarnare enligt uppfinningen för bestämning av anslagstiden, fig_§ visar ett andra utföringsexempel pä en laservarnare enligt uppfinningen för bestämning av anslagstiden, och fig_§ visar ett tredje utföringsexem- pel på en laservarnare enligt uppfinningen för bestämning av anslags- tiden.

Enligt fig 1 roteras en mottagarlob 3 i ett rotationsplan, företrä- desvis horisontalplanet. Mottagarloben har en given begränsad lobbredd i 465 10 15 20 25 30 35 840 horisontalplanet. När sändarloben 2 hos en laserstrålkälla 1 sammanträf- far med känslighetsloben, kan det ljus som alstras av den av laserstrål- källan utsända pulsade laserstrålen och som uppstår inom laserstràlens spridningsområde detekteras av mottagarloben. I ett vanligt utförande mottages en serie pulser varje gång som mottagarloben sveper förbi laser- strålkällan, vilket normalt kan uppnås med en rotationshastighet för det optiska systemet på ca 1/3 varv/s.

De mottagna pulserna förstärks i en förstärkare 4 för att sedan före- trädesvis omvandlas från analoga pulser till digitala signaler i en ana- log/digitalomvandlare 5, vilka digitala signaler bearbetas i en utvärde- ringsenhet 6. Utgående från de mottagna pulserna fastställer utvärde- ringsenheten 6 ett värde på anslagstiden. De för varje varv mottagna pul- sernas amplituder utnyttjas därvid för fastställande av ett amplitudvärde som kan ingå i ett samband ur vilket anslagstiden beräknas. Det största amplitudvärdet för en mätning kan härvid med fördel utnyttjas för beräk- ning av anslagstiden. För att förkorta tiden som behövs för mätning och fastställande av två amplitudvärden som behövs för beräkning av det nedan framtagna sambandet för anslagstiden, vilket normalt motsvaras av två ro- tationsvarv hos mottagarloben, kan det roterbara optiska systemet förses med två ingångar och därmed två mottagarlober. Därigenom kan tiden för fastställande av de erforderliga amplitudvärdena halveras.

Tester underbyggda av praktiska prov har visat att amplituden A upp- höjd till en konstant n är proportionell mot avståndet D till laserstrå- len. Följande samband kan därför uppställas: D = K - An (1) där n är en konstant sådan att -1,0 < n < -0,9. Definitionen av D är vi- sad i fig 2 i vilken hänvisningsbeteckningen 1 avser laserstràlkällan och anordningen enligt uppfinningen är lokaliserad vid avstándspilens D spets. Om variablerna tillhörande en första mätning indiceras med 1 som fotindex och variablerna tillhörande en andra mätning indiceras med 2 som fotindex kan följande samband uppställas: D1 = K - A1n (2) D2 = K - Azn (3) där K är en konstant, vars värde inte behöver vara känt. Genom division av de två sambanden och förkortning erhålles: D1/D2 = (A1/A2)n För avståndsskillnaden AD mellan två mätningar gäller: AD = D1-n2 _ (5) (4) 10 15 20 25 30 35 0A UH' 463 Ett samband mellan tiden mellan två mätningar AT och laserstrålkällans (närmande-)hastighet V kan då uppställas enligt: V = AD/AT Tiden för anslag T från tidpunkten för mätning 2 kan skrivas: r = nz/v = m2 . AT/AD = 132/(01-02) _ AT = Ar/(n1/D2-1) Genom att i sambandet (7) införa sambandet (4) erhålles: T = AT/[(A1/A2)n-1] (8) Med kännedom om amplituden för två mätningar och tiden mellan dessa två (6) (7) mätningar kan utvärderingskretsen beräkna anslagstiden T.

I fig 3 visas amplituden A som funktion av spridningsvinkeln w för två olika vinkelräta avstånd D1 och D2.

Ett första utföringsexempel på en laservarnare för bestämning av an- slagstiden är visat i figur 4. I laservarnaren ingår ett roterbart op- tiskt system 7, en fast detektor 8 och en utvärderingsdel 9. Det optiska systemet är uppbyggt av en cylinderlins 10, vilken mottager infallande ljus som kan härröra från en laserstrålkälla och vars cylinderaxel ligger väsentligen i ritningens plan. Cylinderlinsens 10 huvuduppgift är att forma det roterande optiska systemets mottagarlob med en lobbredd i hori- sontalplanet på exempelvis 10'.Cylinderlinsen 10 är anbringad på ingångs- ytan av ett prisma 11. På en andra yta av prismat 11 är en reflektor 12 anordnad och på en tredje yta, prismats utgångsyta, är ett filter 13 an- ordnat. En mot prismats ingångsyta infallande laserstråle går genom pris- mat 11 och reflekteras mot reflektorn 12 för att sedan lämna prismat 11 genom utgångsytan. Filtret 13 begränsar våglängdsområdet som skall be- traktas och har företrädesvis en bandbredd < 50 nm vid ett våglängdområde för det infallande laserljuset av storleksordningen 1um. Sedan laserlju- set passerat filtret 13 går ljuset genom en andra cylinderlins 14, en bländare 15 och ett glasblock 16 för att slutligen träffa den fasta de- tektorn 8. Cylinderlinserna 10 och 14, vilka båda har sina cylinderaxlar väsentligen i ritningens plan, har ljussamlande uppgifter. Bländaren 15 tillsammans med den första cylinderlinsen 10 definierar i huvudsak kän- slighetslobens form. Prismat och glasblocket bidrar till ett gynnsamt synfält i höjdled.Genom det angivna optiska systemet uppnås en jämn för- delning av den energi som mottages över detektorns 8 hela yta. Utsignalen från detektorn 8 är kopplad till en utvärderingsdel 9 i vilken ingår en förstärkare 4, en analog/digitalomvandlare 5 och en utvärderingsenhet 6.

Utvärderingsenheten 6 beräknar utgående från två signalamplitudvärden 463 UT 10 15 20 25 30 35 840 uppmätta under tvâ på varandra följande rotationsvarv hos det roterbara optiska systemet i laserstrålkällans riktning anslagstiden T enligt sam- bandet T = AT/[(A1/A2)n-11, där AT är tidsskillnaden mellan tidpunkten för det första amplitudvärde och tidpunkten för ett andra amplitudvärde, A1 riktning och A2 är det andra amplitudvärdet för en andra mätning i laser- är det första amplitudvärdet för en första mätning i laserstrålkällans strålkällans riktning och n är en konstant sådan att -1,0 < n < -0,9.

Det ljus som detekteras av detektorn 8 kan ha en styrka som varierar högst väsentligt. För att kunna hantera sådana variationer i styrka, d v s ett stort dynamikområde, kan delar av detektorn förses med dämpan- ordningar så att den dämpade delen av detektorn bidrager till detektorns utsignal då den infallande strålningen överstiger mättnadsvärdet för den odämpade detektordelen. I sammanhanget hänvisas särskilt till US 3 193 687 och US 3 962 577.

Ett andra utföringsexempel på en laservarnare för bestämning av an- slagstiden är visat i figur 5. I laservarnaren ingår ett roterbart optiskt system 7, fasta detektorer 8a resp. 8b och en utvärderingsdel 9.

Det roterbara optiska systemet 7 är uppdelat i två separerade delar a, b som var och en är uppbyggd av en cylinderlins 10a resp. 10b vilken motta- ger infallande ljus som kan härröra från en laserstrålkälla.Cylinderlin- sens 10a resp. 10b huvuduppgift är att forma det roterbara optiska syste- mets mottagarlob med en lobbredd i horisontalplanet på exempelvis 10'.

Cylinderlinsen är anbringad på ingångsytan av ett prísma 11a resp. 11b med cylinderaxeln väsentligen i ritningens plan. På en andra yta av pris- mat 11a resp. 11b är en reflektor 12a resp. 12b anordnad och på en tredje yta, prismats utgångsyta, är ett filter 13a resp. 13b anordnat. De två separerade delarna a, b är separerade genom ett block 17. En mot prismats ingångsyta infallande ljusstråle går genom prismat 11a resp. 11b och re- flekteras mot reflektorn 12a resp. 12b för att sedan lämna prismat 11a resp. 11b genom utgångsytan. Filtret 13a resp. 13b begränsar våglängds- området som skall betraktas och har företrädesvis, liksom i det föregåen- de utföringsexemplet en bandbredd < 50 nm vid ett våglängdsområde för det infallande laserljuset av storleksordningen 1um. Sedan laserljuset passe- rat filtret 13a resp. 13b går ljuset genom en andra cylinderlins 14a resp. 14b, en bländare 15a resp. 15b och ett glasblock 16a resp. 16b för att slutligen träffa den fasta detektorn 8a resp. 8b. Cylinderlinserna 10 resp. 10b och 14a resp. 14b har ljussamlande uppgifter och har sina cy- linderaxlar förlagda väsentligen i ritningens plan. Bländaren 15a resp. 4\ fr 10 15 20 25 30 35 463 840 15b tillsammans med den första cylinderlinsen 10a resp. 10b definierar i huvudsak känsligheteslobens form. Prismat och glasblocket bidrar till ett gynnsamt synfält i höjdled. Genom det angivna optiska systemet uppnås en jämn fördelning av den energi som mottages över de respektive detektorer- nas 8a, 8b hela ytor. Utsignalen från detektorerna 8a, 8b är kopplade till en utvärderingsdel 9 i vilken ingar en förstärkare 4, en analog/ digitalomvandlare 5 och en utvärderingsenhet 6. Utvärderingsenheten 6 fastställer signalamplitudvärden för varje rotationsvarv hos det roterba- ra optiska systemet i lasersträlkällans riktning och utför en beräkning av anslagstiden T enligt sazmbandet T = AT/[(A1/A2)n-1] där AT är tids- skillnaden mellan tidpunkten för ett första amplitudvärde och tidpunkten för ett andra amplitudvärde, A1 är det första amplitudvärdet för en förs- ta mätning i laserstrálkällans riktning och A2 är det andra amplitudvär- det för en andra mätning i laserstrálkällans riktning och n är en kon- stant sådan att -1,0 < n < -0,9.

Figur 6 visar ett tredje utföringsexempel på en laservarnare för be- stämning av anslagstiden för en laserstrálkälla. I laservarnaren ingår ett roterbart optiskt system 7, en fast detektor 8 och en utvärderingsdel 9. Det optiska systemet har två ljusingängar. Fran ljusingángarna leds ljuset mot den fasta detektorn 8 via en för varje ljusingång separat del innefattande en första cylinderlins 10a resp. 10b, ett prisma 11a resp. 11b och en reflektor 12a resp. 12b, samt en gemensam del innefattande filter 13, andra cylinderlins 14, bländare 15 och glasblock 16. Det in- kommande ljuset detekteras här till skillnad mot utföringsexemplet enligt figur 5 i en enda detektor. Detta gör konstruktionen mindre komponentkrä- vande. I figur 6 har ingàngsytorna visats inbördes vridna 180' i rota- tionsplanet främst i förtydligande syfte. I det fall att en gemensam de- tektor användes och ett roterbart optiskt system med delvis gemensamma komponenter,är 180' inbördes vridning normalt inte lämplig, eftersom man inte kan bestämma mot vilken ljusingáng det inkommande ljuset infaller.

Genom att ändra den inbördes vridningen till ett värde skilt frán 180', exempelvis 135', kan detta problem undvikas.

För att förhindra att i laservarnarens närhet befintliga reflektions- benägna organ stör laservarnaren för bestämning av anslagstiden, kan ett runt varnaren anordnat icke visat hölje förses med maskeringar som för- hindrar reflexer från de reflektionsbenägna organen. Exempel på reflek- tionsbenägna organ är exempelvis tornet pá en U-båt.

Claims (11)

463 10 15 20 25 30 35 840 Patentkrav

1. Förfarande vid en laservarnare avsedd att varna för laserljus från en laserstrålkälla som används för styrning av projektiler, missiler och dylikt, t ex laserljus från en pulsad laserstråle som riktas mot ett mål- område, varvid laserljus riktat mot ett målområde, avkänns med en rote- rande mottagarlob med väsentligen konstant svephastighet, k ä n n e - t e c k n a t av att ett första amplitudvärde av det spridda ljuset från laserstrålen uppmätes vid en första tidpunkt och ett andra amplitudvärde av det spridda ljuset uppmätes vid en andra tidpunkt, att tidsskillnaden mellan nämnda första och andra tidpunkter uppmätes, och att tiden för att laserstràlen skall ná fram till laservarnaren beräknas ur de uppmätta värdena med ledning av att amplituden upphöjd till en konstant är propor- tionell mot avståndet till laserstrålen enligt sambandet D = K - An, där K och n är konstanter, D är det vinkelräta avståndet till laserstrá- len och A ett uppmätt amplitudvärde.

2. Förfarande enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att tiden för att laserstràlen skall nå fram till laservarnaren, den s k an- slagstiden T, beräknas ur de uppmätta värdena enligt följande samband: T = AT/ [(A1/A2)fl-11, där AT är tidsskillnaden mellan tidpunkten för ett första amplitudvärde och tidpunkten för ett andra amplitudvärde, A1 är det första amplitudvärdet för en första mätning väsentligen i riktning mot laserstrålkällan och A2 ning väsentligen i riktning mot laserstrålkällan och n är en konstant så- dan att -1,0 < n < -0,9. är det andra amplitudvärdet för en andra mät-

3. Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att tecknet för sambandet: T = AT / [(A1/A2)n-11, som anger anslagstiden undersöks för bestämning av hotets rörelse i förhållande till iakttaga- ren och för erhållande av en anvisning om anslagstider för efterföljande mätningar, varvid ett positivt värde indikerar att hotet närmar sig iakt- tagaren, medan ett negativt värde indikerar att hotet avlägsnar sig från iakttagaren.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t av att det största amplitudvärdet för en mätning utnyttjas för beräkning av tiden för att laserstràlen skall nå fram till laservar- Hälfên . 01 10 15 30 35 463 840

5. Laservarnare avsedd att varna för laserljus frän en lasersträlkälla som används vid styrning av projektiler, missiler och dylikt, t ex laser- ljus frän en pulsad laserstråle som riktas mot ett målområde, varvid la- serljus riktat mot ett målområde avkänns med en roterande mottagarlob med väsentligen konstant svephastighet, k ä n n e t e c k n a d av ett roter- bart optiskt system med minst en ljusingáng innefattande från respektive ljusingáng räknat första cylinderlins, prisma, reflektor, filter, andra cylinderlins, bländare och glasblock, vilket optiska system har given be- gränsad lobbredd i systemets rotationsplan för ljusingángarna, av ett fast anordnat detektorsystem, vilket detekterar storleken av det via det roterbara optiska systemets ljusingängar inkommande och genom det optiska systemet till det fasta detektorsystemet överförda ljuset, samt av en ut- värderingsenhet som utgående från två i tiden separerade av detektorsy- stemet detekterade amplitudvärden väsentligen i riktning mot laserstrál- källan beräknar tiden för att laserstrálen skall nå fram till laservarna- ren ur de detekterade amplitudvärdena med ledning av att amplituden upp- höjd till en konstant är proportionell mot avståndet till laserstrålen enligt sambandet D = K _ An, där K och n är konstanter, D är det vin- kelräta avståndet till laserstrålen och A ett detekterat amplitudvärde.

6. Laservarnare enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d av att tiden för att laserstrálen skall nä fram till laservarnaren, den s k an- slagstiden (T), beräknas ur de detekterade amplitudvärdena enligt samban- det T = AT / [(A1/A2)n-11, där AT är tidsskillnaden mellan tidpunkten för ett första amplitudvärde och tidpunkten för ett andra amplitudvärde, A1 är det första amplitudvärdet för en första mätning väsentligen i rikt- ning mot lasersträlkällan och A2 är det andra amplitudvärdet för en andra mätning väsentligen i riktning mot laserstrálkällan och n är en konstant sådan att -1,0 < n < -0,9.

7. Laservarnare enligt patentkravet 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att det optiska systemet är försett med tvâ ljusingångar.

8. Laservarnare enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda filter, andra cylinderlins, bländare och glasblock som ingår i det roterbara systemet är gemensamma för de tvâ ljusingängarna, och att de- tektorsystemet utgöres av en enda fast detektor. 463 10 15 20 25 30 35 840 10

9. Laservarnare enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d av att ljusingángarna i rotationsplanet för det roterbara optiska systemet är inbördes vridna 135”.

10. Laservarnare enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d av det optiska systemet är uppbyggt av tvâ helt separerade delar som är anordnade att samverka med en ljusingáng vardera, och att detektorsystemet innefattar en fast detektor för var och en av de separerade delarna.

11. Laservarnare enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k n a d av att ljusingàngarna i rotationsplanet för det roterbara optiska systemet är inbördes vridna 180°. 'll m