DE2714178A1

DE2714178A1 - Rundumempfangseinrichtung fuer optische signale

Info

Publication number: DE2714178A1
Application number: DE19772714178
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Current assignee: Precitronic Gesellschaft fuer Feinmechanik und Electronic mbH
Priority date: 1977-03-30
Filing date: 1977-03-30
Publication date: 1978-10-05

Description

Rundumempfangseinrichtung für optische Signale
Die Erfindung betrifft eine Rundumempfangseinrichtung für optische Signale, mit einem bezüglich einer etwa lotrechten Achse rotationssymmetrischen Reflektor, der queraxial aus beliebiger Richtung einfallende Strahlung in einen achsnahen Bereich reflektiert, in dem ein zur Achse zentrierter Empfänger angeordnet ist.
Eine Rundumempfangseinrichtung dieser Art ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 942 840 bekannt. Gegenüber Anordnungen, bei denen eine Vielzahl von einzelnen Empfängern mit begrenztem Empfangswinkelbereich derart angeordnet sind, daß sie sich zu einem omnidirektionalen Empfänger ergänzen, hat die bekannte Bauart den Vorteil, daß sie den Rundumempfang mit einer sehr einfachen, platzsparenden, robusten und kostenmäßig wenig aufwendigen Anordnung ermöglicht.
Durch geeignete Gestaltung des Reflektors kann weiter erreicht werden, daß auch Strahlen, die unter einem von 900 abweichenden Winkel zur Achse eintreffen, empfangen werden können, so daß die Empfangseinrichtung gegen Verkippungen ihrer lotrechten Achse relativ unempfindlich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rundumempfangseinrichtung zu schaffen, die eine Ermittlung der Einfallsrichtung der Strahlung mit guter Genauigkeit ermöglicht.
Die Ermittlung der Einfallsrichtung von aus beliebiger Richtung einfallenden Strahlen war bisher nur möglich entweder durch die bereits erwähnte Verwendung einer Vielzahl von Einzelempfängern, von denen Jeder Strahlung nur aus einem eng begrenzten Winkelbereich empfangen kann, oder aber durch Verwendung eines rotierenden Empfängers (z.B. nach DT-OS 24 53 265). Im ersten Fall ergibt sich eine verhältnismäßig kostspielige und platzaufwendige Anordnung, deren Genauigkeit bei der Winkelerfassung für den Aufbau von Ubertragungsstrecken nicht ausreichen dürfte. Die Verwendung eines rotierenden Empfängers hat den Nachteil, daß er ein aus bestimmter Richtung einfallendes Signal immer nur kurzzeitig im Moment des Durchgangs durch diese Richtung empfangen kann, so daß die Erfassung einer vom Signal in zeitlicher Folge übertragenen, z.B. pulscodierten Information nicht möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß von einer Rundumempfangseinrichtung der eingangs genannten Art ausgegangen wird, und daß deren Empfänger aus einer in einer etwa queraxialen Fläche angeordneten Sensoranordnung zur Erfassung des Auftreffpunktes der vom Reflektor kommenden Strahlung besteht, und daß die Sensoranordnung an eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Azimutwinkels des Auftreffpunktes bezüglich der Achse und zur Abgabe eines entsprechenden Signals angeschlossen ist.
Die Lage des Auftreffpunktes der vom rotationssymmetrischen Reflektor umgelenkten Strahlung auf der Sensoranordnung entspricht direkt der Einfallsrichtung der Strahlung auf den Reflektor, so daß der in der Auswerteeinrichtung ermittelte Azimutwinkel ç des Auftreffpunktes unmittelbar die Einfallsrichtung angibt. Die Genauigkeit, mit der der Auftreffpunkt und damit der Azimutwinkel ermittelt werden können, hängt selbstverständlich von der Art und Dichte der verwendeten Sensoranordnung ab. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Matrixanordnung oder um eine Ringanordnung von Photodioden handeln, oder aber z.B. auch um den elektronisch abtastbaren Schirm einer Bildaufnahmeröhre (Vidiconröhre).
Die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung ist besonders geeignet für jede Art von Signalübertragungsstrecken mittels optischer Signale (worunter sowohl Lichtsignale im sichtbaren Bereich als auch Signale im Infrarotbereich bzw. Mikrowellenbereich verstanden werden), insbesondere für Laser-Nachrichtenstrecken zwischen Fahrzeugen, Schiffen, sowohl im militärischen Bereich, z.B. auch für Schuß- und Manöversimulation, als auch im zivilen Bereich, z.B. auf Großbaustellen, Ölfeldern oder zwischen Fischereifahrzeugen. Ein besonderer Vorteil der Empfangseinrichtung besteht darin, daß es wegen der relativen Unempfindlichkeit der Anordnung gegen Verkippungen der Hochachse nicht erforderlich ist, die Empfangseinrichtung auf einer kreiselstabilisierten Lageplattform anzuordnen.
Das in der Auswerteeinrichtung abgegebene, den Azimutwinkel anzeigende Signal kann zum Steuern einer analogen oder digitalen Anzeigeeinrichtung verwendet werden, an der der Azimutwinkel der Einfallsrichtung abgelesen werden kann, und/oder das Signal kann zum selbsttätigen Ausrichten eines Antwortsenders in die betreffende Richtung dienen.
Außer der den Azimutwinkel bestimmenden Auswerteeinrichtung kann das empfangene Signal auch weiteren Demodulier- oder Decodiereinrichtungen zur Ermittlung des vom Signal übertragenen Informationsgehaltes zugeführt werden.
Diese kann das empfangene Signal entweder von der für die Azimutbestimmung verwendeten Sensoranordnung oder von einem zusätzlichen Einzelsensor empfangen.
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Aufbauschema einer erfindungsgemäßen Empfangseinrichtung im Längsschnitt.
Fig. 2 zeigen in Draufsicht zwei Beispiele für Sensor-und 3 anordnungen für die erfindungsgemäße Empfangseinrichtung.
Gemäß Fig. 1 ist ein zu einer Achse 1 rotationssymmetrischer Reflektor 2 vorgesehen, dessen kegelförmige oder im Schnitt schwach parabolisch gekrümmte Reflektorfläche 3 queraxial einfallende Strahlung 4 etwa achsparallel in einen achsnahen Bereich umlenkt. Die umgelenkte Strahlung tritt durch eine als Fresnel-Linse ausgebildete fokussierende Optik 5 und trifft auf einen Empfänger 6, der als selektiv positionsempfindliche Sensoranordnung ausgebildet ist. Die Sensoranordnung 6 ist an eine Auswerteeinrichtung 7 angeschlossen, die ein Signal erzeugt, welches dem dem Auftreffpunkt 8 entsprechenden Azimutwinkel ç bezüglich der Achse 1, von einer festen Bezugslinie aus gerechnet, und damit auch dem Azimutwinkel der Einfallsrichtung der Strahlung 4 entspricht. Mit dem Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung 7 kann z.B. eine Anzeigeeinrichtung 9 angesteuert werden, die die Einfallsrichtung der Strahlung 4 bezüglich der Achse 1 z.B. in analoger Form durch eine Marke 10 (z.B.
selektiv ansteuerbare LED-Anzeige) oder aber in digitaler Form anzeigt.
Für eine Auswertung der in der empfangenen Strahlung 4 z.B. durch Pulscodierung enthaltenen Information ist eine Decodier- bzw. Demoduliereinrichtung 11 vorgesehen. Diese empfängt das Signal entweder von der Sensoranordnung 6 oder aber von einem zusätzlichen Einzelsensor 12. Letzteres hat den Vorteil, daß der nicht für die Zwecke der Azimutbestimmung benötigte Sensor 12 speziell für die Zwecke der Informationserfassung ausgelegt, z.B. ein besonders breitbandiger Sensor sein kann. Außerdem kann der Sensor 12 oberhalb der fokussierenden Optik 5 angeordnet sein, so daß er z.B.
Strahlung, die beim Durchgang durch die Optik 5 geschwächt wird, ungeschwächt empfangen kann. Das Ausgangssignal der Decodier- bzw. Demodulierstufe 11 kann in beliebiger Weise zu Anzeige- und Steuerzwecken verwendet werden, und z.B.
kann auch die Azimutwinkelanzeige in der Anzeigeeinrichtung 9 von dem Ausgangssignal der Decodiereinrichtung 11 abhängig gemacht werden.
Wie in Fig. 2 in Draufsicht dargestellt, kann der Empfänger 6 eine Ringanordnung von einzelnen Photosensoren 15 aufweisen, die insbesondere als Photodioden, hochempfindliche Avalanche-Photodioden od.dgl. ausgebildet sein können und mit ihren Signal ausgangsleitungen 16 an die Auswerte- einrichtung 7 angeschlossen sind. Da der Kranz von Sensoren 15 zur Achse 1 zentriert ist, zeigt der jeweils mit dem Auftreffpunkt 8 der Strahlung belegte Sensor unmittelbar den Azimutwinkel g der einfallenden Strahlung 4 relativ zu einer festen Bezugslinie 17 an.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 besteht die Sensoranordnung 6 aus einer Zeilen-Spaltenmatrix von Einzelsensoren 19. Uber die Zeilen-und Spalten-Signalleitungen kann, wiederum von der Achse 1 aus gerechnet, die x- und y-Koordinate des Auftreffpunktes 8 abgegriffen und dem Auswertegerät 7 zugeführt werden, welches hieraus den Azimutwinkel g ermittelt.
Bei einer anderen, nicht dargestellten Ausführungsform wird als Empfänger 6 der Bildempfangsschirm einer Vidiconröhre angeordnet, der mit einem Elektronenstrahl zeilenweise abgetastet wird, wobei die Ermittlung des Azimutwinkels des Auftreffpunktes 8 der Strahlung ähnlich wie in Fig. 3 aus der x- und y-Koordinate ermittelt werden kann.
Durch die Jeweilige Formgeb~ung der reflektierenden Fläche 3 des Reflektors 2 kann erreicht werden, daß sich die Lage des Auftreffpunktes 8 der Strahlung auf den Empfänger 6 nur wenig ändert, wenn die Strahlung nicht senkrecht zur Achse 1, sondern, wie bei 4 angedeutet, unter einem von 900 abweichenden Winkel eintrifft.
Zahlreiche Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. Insbesondere sind für den Reflektor 2 andere Realisierungsmöglichkeiten anwendbar, wie sie z.B. in dem bereits genannten DT-Gbm 1 942 840 dargestellt sind. Insbesondere kann der Reflektor 2 auch so ausgebildet sein, daß die Strahlung 4 vor Erreichen des Empfängers 8 die Achse 1 kreuzt, wobei dann der Azimutwinkel g des Auftreffpunktes 8 auf dem Empfänger von dem Azimutwinkel der einfallenden Strahlung 4 um 1800 abweicht.
Statt der dargestellten Sensoranordnungen sind andere, positionsempfindliche Sensoren für die Ermittlung des Azimutwinkels verwendbar, z.B. Quadrantendetektoren, totoempfindliche Ringdetektoren od.dgl.
Das Ausgangs signal der Auswerteeinrichtung 7 kann zur Nachsteuerung eines Antwort senders entsprechend dem Azimutwinkel , d.h. in die Einfallsrichtung der Strahlung 4 dienen.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche 1. Rundumempfangseinrichtung für optische Signale, mit einem bezüglich einer etwa lotrechten Achse rotationssymmetrischen Reflektor, der queraxial aus beliebiger Richtung einfallende Strahlung in einem achsnahen Bereich reflektiert, in dem ein zur Achse zentrierter Empfänger angeordnet ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Empfänger (6) aus einer in einer etwa queraxialen Fläche angeordneten Sensoranordnung zur Erfassung des Auftreffpunktes (8) der vom Reflektor (2) umgelenkten Strahlung besteht, und daß die Sensoranordnung an eine Auswerteeinrichtung (7) zur Ermittlung des Azimutwinkels p des Auftreffpunktes (8) bezüglich der Achse (1) und zur Abgabe eines entsprechenden Signals angeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoranordnung aus einer ringförmigen Anordnung von Einzelsensoren (15) besteht.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoranordnung aus einer Zeilen-Spaltenmatrix von Einzelsensoren (19) besteht.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Sensoranordnung aus einem mittels Elektronenstrahl abtastbaren Schirm einer Bildaufnahmeröhre (Vidiconröhre) besteht.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gek e n n z e i c h ne t , daß zwischen Reflektor (2) und Empfänger (6) eine fokussierende Optik (5) angeordnet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Empfänger (6) außerhalb der Fokalebene der Optik (5) angeordnet ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Empfänger (6) außer an die Auswerteeinrichtung (7) zur Ermittlung des Azimutwinkels an eine Decodier- bzw. Demoduliereinrichtung (11) für die vom Signal übertragene Information angeschlossen ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Empfänger zusätzlich zu der der Bestimmung des Azimutwinkels w dienenden Sensoranordnung (6) einen Einzelsensor (12) aufweist, der an die Decodier- bzw.

Demoduliereinrichtung (11) angeschlossen ist.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das von der Auswerteeinrichtung (7) abgegebene, dem Azimutwinkel g entsprechende Signal eine analoge oder digitale Anzeigeeinrichtung (9) für die Einfallsrichtung der Strahlung (4) steuert.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung (7) zur Nachsteuerung eines richtbaren Antwort senders in die Einfallsrichtung der Strahlung (4) dient.