DE2453077B2 - Empfangs-sendeeinrichtung fuer die informationsuebermittlung mittels gebuendelter, modulierter lichtstrahlen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangs-Sendeeinrichtung für die Informationsübermittlung mittels gebündelter, modulierter Lichtstrahlen, insbesondere mittels pulscodemodulierter Laserstrahlen, mit einem mit einer optischen Empfangsrichtung gekoppelten photoelektrischen Sensor für das Eingangslichtbündel, einer optischen Einrichtung zur Aussendung eines Antwortlichtbündels in die Richtung des Eingangsüchtbündels, und einem Modulator zum Modulieren des Antwortlichtbündels.

Informationsaustausch zwischen zwei Stationen mittels modulierter Lichtbündel kann beispielsweise im üblichen Lichtfunk-. Lichtsprech-, Fernschreibvcrkchr od. dgl. bestehen. Dem vom Sender ausgesendeten Lichtbündel wird die jeweilige Information mittels eines Lichtmodulators aufmoduliert (wie z. B. schon aus DTPS 7 01541 bekannt). Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung ist der Informationsaustausch im Rahmen militärischer ldentifikationssysteme zur Erkennung und Unterscheidung von Zielobjekten, abgekürzt IFF genannt. Bei derartigen Systemen, wie sie beispielsweise in DT-AS 2142 944 und DT-OS 22 15 463 beschrieben sind, sendet eine Abfragestation. die meistens mit einer Waffe gekoppelt ist, zu einem unidentifizierten Zielobjekt ein Abfragesignal, welches, falls es sich um ein befreundetes oder verbündetes Zielobjekt handelt, dort empfangen wird und die Aussendung eines passend codierten Antwortsignal zurück zur Abfragestation auslöst. Abhängig vom Eintreffen oder Ausbleiben eines solchen Antwortsignals werden dann an der Abfragestation weitere Wirkungen, z. B. Freigabe des Beschüsses des Zielobjektes, gesteuert.

Ein Problem nicht nur bei dieser militärischen, sondern bei jeder Art von Informationsaustausch mittels scharf gebündelter Lichtstrahlen, insbesondere Laserstrahlen, besteht darin, das Antwortlichtbündel exakt in die Richtung des empfangenen Lichtbündels auszusenden, damit es die Abfragestation auch erreicht. Man hat zur Lösung dieses Problems versucht, an der Antwortstation die optische Empfangseinrichtung so auszubilden, daß sie eine Richtungsermittlung des Eingangslichtbündels nach Elevation und Azimut ermöglicht, und einen Sender für die Aussendung des Antwortlichtbündels anhand dieser ermittelten Richtwerte nachzusteuern. Macht dies schon bei stationären Empfangsstationen die Verwendung von aufwendigen Peileinrichtungen für die Richtungsermittlung und von Rieht- und Koppeieinrichtungen zum Nachführen der Sendeeinrichtung erforderlich, so wird die Aufgabe bei fahrbar montierten Empfangsstationen, z. B. auf Panzerfahrzeugen, Schiffen usw., besonders schwierig und kann allenfalls mit großem Aufwand unter Verwendung kreiselstabiiisierter Einrichtungen gelöst werden. Solche Systeme bieten darüber hinaus bei Einsatz als IFF-Gerät nicht die genügende Betriebssicherheit, die insbesondere eine unverzügliche Reaktion des Abfra-

geobjektes, etwa im Millisekunden-Bereich, fordert. Die von den regeltechnischen Einrichtungen benötigten Ausrichtzeiten wären zu groß. Ein Antwortsignalgeber, der einen großen optischen Bereich überstrahlt, ist unerwünscht, weil die Signale auch an anderen Stellen empfangen werden könnten. Darüber hinaus würde ein um Potenzen größerer Energieaufwand erforderlich, den es zu vermeiden gilt, insbesondere >nit Rücksicht auf die Grenzwerte, die das menschliche Auge verträgt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, mit besonders einfachen Mitteln eine ein passend moduliertes Antwortlichtbündel immer exakt in Richtung des Eingangslichtbündels aussendende Einrichtung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch mindestens einen das Eingangslichtbündel in sich selbst i< zurückreflektierenden optischen Reflektor und einen in den Weg des durch diese Reflexion erzeugten Ausgangslichtbündels geschalteten optischen Modulator.

Es wird also im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen auf die gesonderte Erzeugung, Ausrichtung und Stabilisierung eines Antwortlichtbündels verzichtet und das Eingangslichtbündel selbst als Träger auch dos Antwortsignals verwendet, welches ihm bei der Rückreflexion aufmoduliert wird. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die Bedingung der Richtungsgleichheit von Eingangs- und Ausgangslichibündel immer selbsttätig exakt erfüllt ist.

Einen Lichtstrahl unabhängig von der Einfallsrichtung in sich selbst zurückreflektierende Reflektoren sind beispielsweise in Form von Tripel-Spiegeln (Retrosniegeln, Corner-Reflektoren) bekannt und werden z. B. bei der Entfernungsmessung mittels Lichtimpulsen benutzt (LIS-PS 29 70 310). Neu ist jedoch die erfindungsgemäße Kombination eines solchen Reflektors einerseits mit einem Sensor, an den eine die im Eingangslichtbündcl enthaltene Information auswertende Einrichtung angeschlossen ist, und andererseits mit einem Modulator für das reflektierte Ausgangslichtbündel.

Im Gegensatz zu den bisherigen Lösungen, die auf eine Modulierung des Ausgangslichts bei seiner gesonderten Erzeugung, also eine entsprechende Steuerung des Antwortsenders, hinauslaufen, werden bei der Erfindung optische Modulatoren, die auch als elektrooptische Schalter bezeichnet wcdcn können, für durchgehendes Licht benötigt. Derartige Modulatoren sind aber ebenfalls bekannt und verfügbar, z. B. in Form von Flüssigkristall- oder KDP-Modulatoren oder piezokeramisehen Modulatoren (vgl. z. B. die zusammenfassende Übersicht in Proceedings of the IEEE, 1966, S. 1374-1390, und die darin angegebene Literatur).

Der Raumwinkel, innerhalb dessen ein Tripel-Spiege! ein Lichtbündel empfangen und zurückreflektieren kann, ist begrenzt. Um einen Rundum-Empfang zu ermöglichen, kann vorzugsweise eine Vielzahl von Reflektoren jeweils mit zugehörigem Sensor und Modulator in einer Rundum-Anordnung, aiso z. B. ringförmig oder quasi sphärisch angeordnet sein. Zur Vereinfachung der Anordnung kann in diesem Fall auch C; allen ringförmig oder sphärisch angeordneten Reflektoren ein gemeinsamer zentraler Sensor mit quasi sphärischer Empfangscharakteristik zugeordnet sein, u!id gegebenenfalls kennen auch einige oder alle Reflektoren einen gemeinsamen, ihnen vorgeordneten Modulator aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Modulator normalerweise im lichtundurchlässigen Sperrzustand und wird nur bei Empfang eines zugehörigen Eingangslichtbündels am Sensor in den lichtdurchlässigen Zustand gesteuert. Dadurch wird vermieden, daß der Reflektor z. B. für unbefugte Anpeilung oder Entfernungsmessung zugänglich ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Aufbauschen^ der erfindungsgemäßen Einrichtung;

F i g. 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Anordnung der Reflektoren.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Einrichtung dient zum Empfang eines scharf gebündelten Lichtbündels 1. Dieses wird erzeugt und ausgesendet von einer (nicht dargestellten) Abfragestation, die mit geeigneten, ebenfalls nicht dargestellten. Visiereinrichtungen zum Anvisieren der Antwortstation versehen ist. Mit dieser Visiereinrichtung ist die Sendeeinrichtung zum Erzeugen des Lichtbündels 1 entweder direkt achsparallel gekoppelt oder über Fernsteuereinrichtungen nachführbar gekoppelt und erforderlichenfalls z. B. mittels eines Kreiselgerätes raumfest stabilisiert. Bei militärischer Anwendung der Erfindung kann es sich insbesondere um die Visiereinrichtung einer Waffe handeln. Die Sendeeinrichtung zum Erzeugen des Lichtbündels 1 isi vorzugsweise ein Laser, und zwar insbesondere ein Halbleiterlaser mit gegebenenfalls nachgeschalteten optischen Einrichtungen zur Bündelung des Lichtstrahls. Vorzugsweise wird ein Lichtbündel 1 mit i^%iner unterhalb der Augenschädigungsgrenze liegenden Leistungsdichte erzeugt, was mittels Halbleiterlasern auf besonders einfache Weise möglich ist.

Das Abfragelichtbündel 1 wird mit einer Modulation für Identifikations- und/oder Informationsübertragungszwecke versehen. Fs handelt sich vorzugsweise uni eine Pulsmodulation mit festen oder variablen Frequenzen und/oder um eine Festfrequenz mit eingefügten Erkennungscodes für den Empfänger. Am Empfangsort, an dem sich die in F i g. 1 gezeigte Einrichtung befindet, fällt das Lichtbündel auf einen Reflektor 8, insbesondere in Form eines Tripel-Spiegels. Dieser reflektiert das Lichtbündel 1 unabhängig von dessen Einfallsrichtung, also auch bei schrägem Einfall 1', in sich selbst zurück und erzeugt dadurch ein Ausgangs- oder Antwortlichtbündel 3 b/w. 3'. Dieses durch Reflexion erzielte Antwortlichtbündel wird erfindungsgemäß zum Träger der Antwortmodulaiion. Außerdem kann es an der Sendestation zum Nachvisieren der Empfangsstation verwendet werden.

Ein Teil des EingangslichtbünJels 1 fällt auf einen photoelektrischen Sensor 2, der als übliche Photodicke oder, falls hohe Empfindlichkeit und Schaltgeschwindigkeit gewünscht wird, z. B. als Avalanche-Photodiode, ausgebildet sein kann. Das Ausgangssignal des Sensors 2 gelangt über einen Verstärker 13 zu einem Diskriminator 4, wo die mti empfangenen Lichtbündel 1 enthaltene Information verwertet werden kann. Zum Beispiel kann die empfangene ldentifikationskennung mit einer gespeicherten Kennung verglichen, und die Übereinstimmung und/oder Nichtübereinstimmung kann in einer Anzeigeslufe 5 optisch und/oder akustisch angezeigt werden, womit die Antwortstation informiert ist über den Eingang eines Abfragesignais. Selbstverständlich ist in der Anzeigestation auch Wiedergabe einer Sprachinformation mittels Lautsprecher, Fernschreiber od. dgl. möglich.

Dem reflektor 8 vorgeschaltet ist cm Modulator 7, dessen Lichtdurchlässigkeit durch Anlegen eines elek-

mischen Signals geändert werden kann. Kin solcher Modulator, der auch als optischer Schalter betrachtet werden kann, kann insbesondere als Flüssigkristall-, KIID- oder piezokeramischcr Modulator ausgebildet sein. Auch die bekannten Kerrzellcn und Pockelszellen sind prinzipiell geeignet, werden aber wegen der hohen Kosten, der geringen Apertur und anderer Nachteile weniger bevorzugt.

Der Modulator 8 ist steuerbar durch die Diskriminatorstufe 4. die ihr Steuersignal beispielsweise von einer Verstärker- und Signalslufe 9 bezieht. In diese kann das Steuersignal entweder z. B. als Sprachsignal von einem Mikrophon 10 eingegeben werden, oder in Form eines in einem Speicher 11 gespeicherten, standardisierten oder über ein Codiergerät eingegebenen Identilikationssignals für die Freund-Feind-Kennung. Der Diskriminator steuert über die Modulationssteuerstiife 6 den Modulator 7 derart, daß sichergestellt ist. daß die Modulation des rückreflektierten Lichtbündels 3 nur bei Empfang eines im Eingangslichtbündcls 1 enthaltenen, richtig codierten Abfragesignals über den Sensor 2 und Diskriminator 4 freigegeben wird. Die im Eingangssignal enthaltene Information löst also die Modulation oder digitale Codierung des Antwortlichtbündcls 3 mit der im Speicher 11 enthaltenen Information aus und/oder bewirkt die Umschaltung auf Eröffnung des l.ichtsignalverkchrs mittels der Signalcingabevorrichtung. z. B. ein Mikrophon 10.

Vorzugsweise geschieht die Steuerung des Modulators 7 derart, daß dieser normalerweise ständig im lichtundurchlässigen Sperrzustand ist. Hierdurch wird vermieden, daß fremde Lichtsignal den Reflektor erreichen, dieser also z. G. zur Anpeilung der Empfangsstation durch einen angenommenen Feind benutzt werden kann. Die Öffnung des Modulators geschieht erst durch dessen Ansteuerung, nachdem ein vom Sensor 7 aufgenommenes codiertes Signa! entschlüsselt und als Freund-Signal erkannt wurde.

Abweichend von dieser Betriebsweise ist es natürlich auch möglich, der optischen Modulator 7 zunächst ständig für den Empfang des Lichtbindels 1 geöffnet zu halten, so daß dieses auf den Reflektor 8 treffen kann und von der Sende- bzw. Abfragest;;tion /uriickempfangen wird. Dies mag für die Ausrichtung des Lasersenders erwünscht sein.

Reflektor, Modulator und/oder Sensor können /u einer baulichen Einheit zusamme ngefaßl sein. z. B. entsprechend lichtdurchlässig miteinander verklebt

ίο oder verkittet werc.cn. Beispielsweise zeigt F i g. 2 einen dreikantigen Block 14, in dessem Inneren der Tripelspiegel 8 ausgebildet ist, während a ι seiner FroniHäche Sensor 2 und Modulator 7 angeklebt sind. Die jeweiligen elektrischen Anschlüsse sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.

Um einen Rundum-Empfang zu ermöglichen, können mehrere als Tripelspiegel ausgebildete Reflektoren 8 in einer ring- oder kranzförmigen Anordnung vorgesehen werden. In F i g. 2 ist dies beispielsweise durch

jo Anfügen weiterer dreikantiger Glasblöckc 14' angedeutet. Dabei kann jedem dieser Tripelspiegel ein eigener Modulator 7 und ein eigener photoelektrischer Sensor 2 zugeordnet sein. Ei= ist aber auch eine Ausführungsfonr möglich, bei der das Licht auf einen gemeinsamer zentralen Sensor 2 mit allseitiger F mpfangserumikteri stik auftrifft. Die ringförmgc Anordnung kann nacl· oben und unten zu einer annähernd kugelförmiger Anordnung ergänzt werden. Mehrere einen Sektoi bestreichende Anordnungen können parallel geschalte sein, um den Wirkungsgrad zu verbessern.

Weitere die Funktion verbessernde Merkmale können vorgesehen sein. Insbesondere kann man es se einrichten, daß nur Lichtbündel mil einer bestimmten von der zugehörigen Sendestation benutzten Wellen· länge in den Reflektor gelangen und/oder von ihm reflektiert werden. Dies kann durch entsprechend selektive Entspiegelung der Durchgangsflächer und/oder selektive Verspiegelung der Reflexionsflächer von Modulator und'odcr Reflektor erreicht werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

«f Patentansprüche:

1. Empfangs-Sendeeinrichtung für die Ir.formationsübermiulung mittels gebündelter, moduiierter Lichtstrahlen, insbesondere mittels pulscodemodulierter Laserstrahlen, mit einem mit einer optischen Empfangseinrichtung gekoppelten photoelektrischen Sensor für das Eingangslichtbündel, einer optischen Einrichtung zur Aussendung eines Antwortlichtbündels in die Richtung des Eingangslichtbündels, und einem Modulator zum Modulieren des Antwortlichtbündels, gekennzeichnet durch mindestens einen das Eingangsliehibündel in sich selbst zunickreflektierenden optischen Reflektor (8) und einen in den Weg des durch die Reflexion erzeugten Ausgangslichtbündels geschalteten optischen Modulator(7).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Tripel-Spiegel ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Modulator (7) ein Flüssigkristall-, KDP- oder piezokeramischer Modulator mit elektrischer Ansteuerung ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) als optoelektronischer Sensor ausgebildet und dem Reflektor (8) bezüglich der Empfangsrichtung mindestens annähernd parallel geordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (7) durch eine dem Sensor (2) nachgeschaltete Diskriminator- und/oder Signalauswertestufe (4) gesteuert oder zur Steuerung freigegeben wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (7) normalerweise im lichtundurchlässigen Sperrzustand ist und nur bei Empfang eines zugehörigen Eingangslichtbündels am Sensor (2) in den Durchlaßzustand gesteuert wird.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Reflektoren (8) mit zugehörigem oder zentralem Sensor (2) und optischem Modulator (7) in einer Rundum-Anordnung vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (7) mit pulscodemodulierten Steuersignalen betrieben wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Sensor (2) aus dem empfangenen Eingangslichtbündel ein elektrisches Signal gewinnt, das der Diskriminatorstufe (4) zugeführt wird, welche die in diesem Signal enthaltene Kennung mit vorgegebenen, einem Speicher entnommenen Kennungen vergleicht, und das Resultat dieses Vergleichs alphanumerisch oder numerisch zur Anzeige bringt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Modulators (7) in den Durchlaßzustand von dem Ergebnis der Signalauswertung in der Diskriminatorstufe (4) abhängt.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Reflektor (8), optischer Modulator (7) und/oder Sensor (2) zu einer baulichen Einheit zusammengefügt sind, insbesondere dadurch, daß diese Teile miteinander lichtdurchlässig verklebt oder verkittet sind.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Durchgangsflächen des Modulators (7) und/oder des Reflektors (8) und/oder die reflexionsflächen des Reflektors (8) mit einer selektiv für die benutzte Wellenlänge des Eingangslichtbündels durchlässigen bzw. reflektierenden Beschichtung versehen sind.