DE2829277A1

DE2829277A1 - Sendeanlage mit einem system zur kompensation von raeumlichen phasenverzerrungen

Info

Publication number: DE2829277A1
Application number: DE19782829277
Authority: DE
Inventors: Thomas R O'meara
Original assignee: Hughes Aircraft Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-07-04
Publication date: 1979-02-15
Also published as: DE2829277C3; JPS5430857A; IL54951A; GB2002615A; US4102572A; GB2002615B; DE2829277B2; FR2400218A1

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 26. Juni 1978

Hughes Aircraft Company P $567 S/kg

Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7000 Stuttgart 1

Sendeanlage mit einem System zur Kompensation von räumlichen Phasenverzerrungen

Die Erfindung betrifft eine Sendeanlage mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strahles hochfrequenter Energie und zum Ausrichten des Strahles auf ein Ziel sowie mit einem System zur Kompensation von räumlichen Phasenverzerrungen, welche die ausgesandte Energie auf dem Weg

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zum Ziel erleidet, das auf hochfrequente Energie anspricht, die im wesentlichen auf dem gleichen Weg, den die ausgesandte Energie durchläuft, von dem Ziel empfangen wird, kontinuierlich die Phasenverzerrungen, die auf diesem Weg auftreten, feststellt und davon Steuersignale ableitet und das eine im Weg des auf das Ziel gerichteten Strahles angeordnete Phasenschiebermatrix umfaßt, die auf die erzeugten Steuersignale anspricht und die Phasenverteilung über dem ausgesandten Strahl elektromagnetischer Energie derart einstellt, daß die festgestellten Phasenverzerrungen kompensiert werden und die ausgesandte Energie das Ziel mit im wesentlichen phasengleichen Anteilen erreicht.

Aus der DE-PS 21 57 485 ist eine Sende-Empfangs-Anlage für kohärentes Licht bekannt, bei der eine adaptive Phasensteuerung dazu benutzt wird, eine Phasengleichheit aller Anteile der ausgesandten Energie am Ziel zu gewährleisten. Bei einer der in der DE-PS 21 57 485 beschriebenen Anlagen wird eine Vielzahl von Teilquerschnitten des ausgesandten Strahles mit verschiedenen, der Kennzeichnung dienenden Frequenzen phasenmoduliert. Infolge von Wechselwirkungen zwischen den Energieanteilen, die den verschiedenen Teilquerschnitten zugeordnet sind, weist die am Ziel reflektierte und wieder empfangene Energie eine Amplitudenmodulation mit Komponenten der zur Kennzeichnung benutzten Modulationsfrequenzen auf, die für Phasenverzerrungen über dem Querschnitt des Strahles charakteristisch sind. Die bekannte Anlage stellt die relative Phasenlage

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der den einzelnen Teilquerschnitten zugeordneten Kanäle so ein, daß die Komponenten der Amplitudenmodulation in der empfangenen Energie reduziert wird. Auf diese Weise wird erreicht, daß am Ziel alle Anteile dea abgestrahlten Lichtes phasengleich sind, also Phaaengleichheit über dem ganzen Querschnitt des Strahles bestehte

Aus der DE-PS 23 21 118 ist eine weitere Sende-Empfangs-Anlage für kohärentes Licht bekannt, bei der Teilquerschnitte eines empfangenen Strahles eine räumliche Phasenmodulation mit verschiedenen Modulationsfrequenzen erhalten. Das resultierende Signal wird durch die öffnung einer Blende einem Detektor zugeführt. Das Ausgangssignal des Detektors enthält Modulationskomponenten mit den zur Kennzeichnung der verschiedenen, den Teilquerschnitten zugeordneten Teilstrahlen benutzten Frequenzen. Der Modulationsgrad mit einer bestimmten Kennzeichnungsfrequena ist für die Phasenverachiebung charakteristisch, die der zugeordnete Teilstrahl erlitten hat. Durch Einstellen von Phasenverschiebungen in den verschiedenen Empfangskanälen, welche den Teilstrahlen zugeordnet sind, wird die Amplitudenmodulation im Ausgangssignal des Detektors auf ein Minimum reduziert» Auf diese Weise wird eine Phasengleichheit über den Querschnitt des empfangenen Strahles hergestellt* Die Phasenverschiebungen, die in d«n den Teilstrahlen zugeordneten Kanälen während der Empfangsphase des Systems eingestellt worden aind, werden während der folgenden Sendeperiode beibehalten· Auf diese Weise erhalten die Teilstrahlen des Sendestrahlea,

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welche während der Sendeperiode durch die gleichen Kanäle geleitet werden wie der empfangene Strahl während der Empfangsperiode, Phasenverschiebungen, welche die auf dem Weg zum Ziel auftretenden Phasenverschiebungen kompensieren, so daß die ausgesandte Energie das Ziel in einem Zustand der Phasengleichheit über dem gesamten Querschnitt erreicht.

Beiden Systemen ist gemeinsam, daß sie eine Kompensation von Phasenverzerrungen nur in Intervallen zwischen Sendeperioden gestatteno Daher ist eine kontinuierliche Überwachung des Übertragungsweges nicht mögliche Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anlagen derart weiterzubilden, daß sie eine kontinuierliche überwachung des Signalweges ermöglichen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Kompensationssyatem auf hochfrequente Energie anspricht, die eine andere Wellenlänge aufweist als die ausgesandte Energie.

Durch die Verwendung von Energie anderer Wellenlänge für das Kompensationssystem kann die Phasenkompensation unabhängig von der übertragenen Energie mit der ersten Wellenlänge und daher auch kontinuierlich erfolgen. Dabei iat das System auch unabhängig von der Form, in welcher die Energie zum Ziel übertragen wird, bei impulsweiaer Energieübertragung insbesondere unabhängig von Impulsbreite und Folgefrequenz. Dabei kann auch mit einer "Geisterstrahl"-Technik gearbeitet werden, bei der ein Strahl hoher Leistung gegenüber einem Bezugsstrahl geringer Leistung versetzt ist, mit dessen Hilfe

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die für den Hauptstrahl erforderliche Phasenkompensation festgestellt wird« Endlich werden durch die Erfindung die Probleme vermieden, die bei den bekannten Systemen durch eine parasitäre Amplitudenmodulation auftreten, die auf eine zufällige Hauschmodulation zurückzuführen ist»

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Energie eines Hochleistungs-Lasers mit einer ersten Wellenlänge λ,, mit Hilfe eines nachgeführten Hochleistungs-Phasenschieberspiegels, eines gekühlten Beugegitters zur Strahltrennung und eines gekühlten Richtspiegels übertragen. Der Strahl eines Laaers niedriger Leistung mit der Wellenlänge λ ρ wird von einem kohärenten optischen adaptiven System ausgesandt, das dem in der DE-PS 21 57 4-85 offenbarten System entspricht, und dann von dem Beugungsgitter auf einen Weg gelenkt, der im wesentlichen mit dem Weg des Hochleistungs-Laserstrahles übereinstimmt. Das kohärente optische adaptive System enthält einen für geringe Leistung ausgelegten Phasenschieberspiegel, der gemäß der in der genannten Patentschrift beschriebenen Art Teil einer geschlossenen Regelschleife ist. Dadurch wird empfangene Energie mit der Wellenlänge A₂ so verarbeitet, daß der Phasenschieberspiegel über dem Querschnitt des Strahles mit der Wellenlänge A^ eine Phasenverteilung erzeugt, die eine Gleichphasigkeit über dem Strahl am Ziel gewährleistet. Die Phasenschieberspiegel für die Strahlen hoher und geringer

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Leistung bestehen jeweils aus Abschnitten, deren Stellung in Abhängigkeit von Steuersignalen veränderbar ist. Auf diese Weise ist die relative Phasenlage der verschiedenen Teilstrahlen oder Kanäle wählbare Die Signale, die in geschlossener Eegelschleife gebildet werden, um die Phasenstörungen auszugleichen, welche der Strahl geringer Leistung erleidet, werden in offener Schleife zur Steuerung des Phasenschieberspiegels in dem Hochleistungskanal benutzt ο

Es sei bemerkt, daß die Messung von Verzerrungen im Übertragungsweg und deren Korrektur kontinuierlich erfolgt und weder durch die Impulsbreite noch die Impulsfolgefrequenz der Energieübertragung im Hochleistungskanal beeinflußt wird» Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Anlage der Modulationsindex der Phasenmodulation des adaptiven Systems im Hin^ blick auf den Meßvorgang optimal gewählt werden, ohne daß auf Probleme Rücksicht genommen werden müsste, die auf eine parasitäre Amplitudenmodulation des phasenmodulierten Strahles zurückzuführen sind, weil eine solche Amplitudenmodulation des Strahles geringer Leistung zugelassen werden kann, während eine Amplitudenmodulation des Strahles hoher Leistung nicht zulässig ist. Andererseits kann der Hochleistungsstrahl mit der Wellenlänge \, eine beträchtliche Amplitudenmodulation bei Frequenzen aufweisen, die im Bereich der Bandbreite der zur Kennzeichnung der Anteile des

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Meßstrahles verwendeten Phasenmodulation liegen, ohne daß dadurch im Ausgangsaignal dea optischen Detektors dea adaptiven Systems störende Signale hervorgerufen werden.

Bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die besonders dann anwendbar ist, wenn die beiden verwendeten Wellenlängen λ* und λ~ nahe beieinander liegen und/oder die Fehler in der Weglänge keine Dispersion hervorrufen, kann ein einziger Phasenschieberspiegel in dem Weg angeordnet sein, der sowohl von dem Strahl hofter Leiatung als auch dem Strahl geringer Leistung durchlaufen wird. In diesem Fall steuert das adaptive Syatem den einzigen Hochleistungs-Phasenschieberspiegel in der Weise, daß der Strahl geringer Leiatung am Ziel in Phase ist. Diese Steuerung des Phasenschieberspiegels in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen mit der Wellenlänge Λ ρ stellt auch die Phase des Hochleistungsstrahles in solcher Weise ein, daß die Phasenverschiebungen kompensiert werden, die dieser Strahl auf dem Weg zum Ziel erleidet.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung wird eine Quelle niedriger Leistung zur Beleuchtung des Zieles oder auch eine natürlich vorhandene Beleuchtungsquelle ausgenutzt, die ihre Energie dem Ziel auf einem anderen Weg zuführen kann als der Strahl hoher Leistung. In diesem Fall wird die Energie empfangen, die von dem Ziel in Hichtung eines Weges

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ausgeht, der mit dem Weg des Strahles hoher Leistung im wesentlichen zusammenfällt, und dann durch ein optisches adaptives System verarbeitet, welche Phasenverzerrungen über dem Querschnitt des empfangenen Strahles geringer Leistung auf die Weise korrigiert, wie es in der DE-PS 23 21 118 beschrieben ist. Der Phasenschieberspiegel, .der dazu dient, Phasenverzerrungen aus dem Strahl geringer Leistung zu entfernen, befindet sich in einem Weg, den auch der Strahl hoher Leistung durchläuft, so daß auf diese Weise auch der Strahl hoher Leistung bezüglich atmosphärischer Phasenverzerrungen korrigiert wird. Ks sei erwähnt, daß diese Ausführungsform der Erfindung auch dazu geeignet ist, auf Energie anzusprechen, die unmittelbar von einem strahlenden Ziel emittiert wird.

Alle Ausführungsformen der Erfindung bieten sich für einen "Geisterstrahl"-Betrieb an, bei dem ein Strahl geringer Leistung auf einen Bezugspunkt einrastet und diesen verfolgt, wie beispielsweise eine punktförmige Strahlungsquelle, einen hellen Punkt in einer ausgedehnten Strahlungsquelle oder ein Glanzlicht, also eine kleine stark reflektierende Stelle auf einem größeren Ziel. Der Hochleistungsstrahl ist dann gegenüber dem Strahl geringer Leistung um einen geringen Betrag versetzt. Ein Geisterstrahl-Betrieb kann bei Jeder Ausführungsform der Erfindung lediglich dadurch erzielt werden,

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daß zwischen die Hochleistungs-Energiequelle und den Strahlteiler ein Spiegel angeordnet wird, der eine geringe Strahlverschiebung oder Strahlschwenkung bewirkte Dieser zusätzliche Spiegel kann so angeordnet sein, daß er den Einfallswinkel des Hochleistungsstrahles auf den Strahlteiler um einen geringen Betrag änderte Ein Geisterstrahl-Betrieb ist bei dem erfindungsgemäßen System eine ausgezeichnete Möglichkeit zum Versetzen des Zielpunktes, da hierbei fortlaufend Änderungen des Ausbreitungsweges überwacht und korrigiert werden, wenn die Verschiebung klein gehalten wird, und keinerlei Störsignale in das System einführte

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Ausführungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigen

Fig» 1 das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Phasenschiebermatrix und der Modulationsmatrix der Anordnung nach Figo I₁

Fig. 3 die Rückansicht eines Phasenschieborspiegels, der für die Anordnung nach Fig. 1 geeignet ist,

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Fig« 4 eine Draufsicht auf die Modulationsmatrix der Anordnung nach Fig_o 1,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, das Einzelheiten der Steuereinheit der Anordnung nach Fig. 1 wiedergibt und

Fig. 6 und 7 Blockschaltbilder weiterer Ausführungaformen der Erfindung«

In der in Fig. 1 dargestellten Sendeanlage wird ein Energiestrahl hoher Leistung mit der Wellenlänge λ,., der von einem Laser 10 geliefert wird, von einer Phasenschiebermatrix 12, einer verstellbaren Spiegelanordnung 11 und einem Strahltrenner in Form eines Beugungsgitters 14 verarbeitet. Die am Beugungsgitter 14 reflektierte Energie wird als nächstes von einem Spiegel 16 reflektiert und dann durch ein Fernrohr 18 auf ein Ziel 20 gerichtet·

Energie mit einer Wellenlänge λ„ wird von einem Laser 22 geringer Leistung erzeugt und über eine Phasenschiebermatrix 24, einer Modulationsmatrix 26 und einem Strahl-■feeiler 28 dem Beugungsgitter 14 zugeführt. Die Wellenlängen Λ λ und λ ρ sowie die Parameter des Beugungsgitters aind ao gestimmt, daß beide Strahlen vom Beugungsgitter 14 in Richtung auf den Umlenkspiegel 16 über gleiche oder benachbarte Wege 17 reflektiert werden.

Ein Teil der vom Ziel 20 reflektierten Energie wird vom Fernrohr 18 empfangen und vom Umlenkspiegel 16 in Richtung auf das Beugungsgitter 14 reflektiert. Das Beugungsgitter

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reflektiert die Energie mit der Wellenlänge λ^ in Richtung des oberen Wegea 13, wo sie auf natürliche Weiae vernichtet wirdo Die empfangene Energie mit der Wellenlänge λρ wird länga dea mittleren Weges 15 übertragen und mittels eines ringförmigen Trennspiegela 28 auf eine Linse 30 gerichtet, welche den Strahl fokussiert und auf einen optischen Detektor 32 richtet· Wie im einzelnen in der DE-PS 21 57 485 behandelt, steuern die Oszillatoren einer Oszillatorgruppe 34 jeweils einen von vielen elektrisch steuerbaren Phasenschiebern, welche die Modulationsmatrix 26 bilden. Als Ergebnis der Phasenmodulation, welche der ausgesandten Energie mit der Wellenlänge λ ρ ^⁰*^{1 der} Modulationsmatrix erteilt wird, sind die Phasenverzerrungen, die am Ziel 20 existieren, durch die Komponenten einer Amplitudenmodulation gekennzeichnet, welche die Energie mit der Wellenlänge λρ aufweist, welche dem Detektor 32 zugeführt wird. Die Theorie, weshalb die Amplitudenmodulations-Komponenten für Phasenverzerrungen über dem ausgesandten Strahl mit der Wellenlänge λ₂ am Ziel charakteristisch sind, ist in der soeben genannten deutschen Patentschrift erläutert.

Das Ausgangssignal des optischen Detektors 32 wird einer Steuereinheit 36 zugeführt, welche Steuersignale der Phaaenachiebermatrix 24 zuführt. Diese Steuersignale bewirken eine solche relative Phasenverschiebung über dem Querschnitt des Strahles mit der Wellenlänge A₃₁ daß am Ziel über dem Strahl im wesentlichen Phasengleichheit beateht, indem die Steuereinheit 36 die relative Phase

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über dem Querschnitt des Strahles λ ₂ ^so einstellt, daß die von dem Detektor 32 festgestellte Amplitudenmodulation ein Minimum annimmt.

Die Ausgangssignale der Steuereinheit 36 werden auch der Phasenschiebermatrix 12 zugeführt, so daß die Phasenlage in den Kanälen, die entsprechenden Teilquerschnitten des Strahles mit der Wellenlänge λ. zugeordnet sind, in entsprechender Weise verändert werden. Die einander entsprechenden Teilkanäle für die Stzⁿahlen λ. und λ« werden durch das gleiche Steuersignal bestimmt, d.ho, daß Teilkanäle der beiden Strahlen, die in dem gemeinsamen Wegabschnitt übereinstimmen, durch das gleiche Steuersignal gesteuert werden. Demgemäß bildet das kohärente optische adaptive System, das die Einheiten 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34 und 36 der Ausführungsform nach Fig. 1 umfaßt, einen Strahl mit der Wellenlänge A₂ auf dem Ziel und stellt adaptiv die relative Phasenlage über dem Strahlquerschnitt derart ein, daß die .Energie am Ziel in Phase ist. Diese Einstellung der Phasenlage des Strahles λ ₂ erzeugt Informationen, die für den Übertragungsweg charakteristisch ist, also darin enthaltene atmosphärische Störungen definiert, die sowohl für das Signal mit der Wellenlänge λ y. als auch für den Strahl mit der Wellenlänge λ existieren«. Diese Information erlaubt die Korrektur von Ausbreitungsfehlern im Strahl >t ^ mittels der in offener Schleife gesteuerten oder nachgeführten Phasenschiebermatrix 12. Die Phasenschiebermatrix 24 ist als Teil des

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kohärenten optischen Adaptionssystems in geschlossener Schleife geregelt, während die von diesem System erzeugten Steuersignale auch die Phasenschiebermatrix 12 steuern. Demgemäß wird den Strahlen mit den Wellenlängen λ ^ und λ ο jeweils eine augenblickliche Phasenverschiebung aufgeprägt, die der augenblicklichen Phasenverschiebung entgegengesetzt gleich ist, welche die Strahlen auf ihrem Weg zum Ziel erleiden.

Eine Phasenschiebermatrix, die zur Verwendung als Baueinheit 24 in Fig. 1 geeignet ist, ist in Fig. 8 der US-PS 3 967 899 beschrieben und schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Wie.aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, besteht die Phasenschiebermatrix 24 aus einer einheitlichen Metall- oder Glasfolie 4-0, die eine hochglanzpolierte, in hohem Maße reflektierende Oberfläche aufweist und in regelmäßigen Abständen an Glas- oder Keramikteilen 4-2 befestigt ist, die ihrerseits an einem Ende von piezoelektrischen Stellgliedern 44- angebracht sind. Die Stellglieder 44 bestimmen die Position der Teile 42 und infolgedessen auch der Folie 40 in Abhängigkeit von Steuersignalen, die von der Steuereinheit 36 zugeführt werden, also in Abhängigkeit von den Signalen CS1, CS4 und CS7, wie sie die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 liefert. Die Phasenschi ebermatrix 12 der Anordnung nach Fig. 1 kann in der gleichen Weise ausgebildet sein wie die soeben beschriebene Phasenschiebermatrix 24„

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Ea sei bemerkt, daß die in Figo 3 dargestellte Matrix nur drei Zeilen und drei Spalte, also lediglich neun Stellglieder umfaßt, die mit C1 bis C9 bezeichnet aindο Dieses einfache Beispiel wurde gewählt, um die Zeichnung nicht unnötig zu komplizieren, und es versteht sich, daß auf die beschriebene V/eise eine sehr große Anzahl von Teilkanälen realisiert werden kann· Die Stellglieder G1 bis G9 bewirken eine örtliche Verschiebung der Folie 40 als Funktion der jeweils zugeführten Steuersignale CS1 bis CS°>. Die Kontinuität der Spiegelfläche 40 erzeugt eine sich stetig ändernde, räumliche Phasenfunktion, wie sie normalerweise bei einer Anlage der in Fig. 1 dargestellten Art erwünscht ist. Dies beruht auf der Tatsache, daß beispielsweise atmosphärische Uhgleichförmigkeiten mit sehr viel größerer Wahrscheinlichkeit in Form von sich stetig ändernden Funktionen als von Sprungfunktionen vorliegen. Es versteht sich jedoch, daß bei Bedarf die glatte Oberfläche 40 durch diskrete Flächenspiegel ersetzt werden kann, von denen jeder einea der Stellglieder zugeordnet ist, so daß die von der Matrix erzeugten Phasenverschiebungen sich sprunghaft über der Fläche der Matrix ändern.

Wie Fig. 4 zeigt, existiert für die durch die einzelnen Ieilquerschnitte zugeordneten Kanäle, die durch die einzelnen Stellglieder der Phasenschiebermatrix 24 definiert sind, jeweils ein entsprechender, elektronisch steuerbarer Phasenschieber der Modulationsmatrix 26.

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Wie in Fig. 2 für eine Spalte der Matrix nach Fig. 4-dargestellt, wird jeder Phasenschieber von einem zugeordneten Oszillator gesteuert, so daß er die Energie des zugeordneten Kanals mit der Frequenz dieses Oszillators phasenmoduliert. Beispielsweise ist die Modulationsfrequenz, die der den Phasenschieber 0. durchlaufenden Energie aufgeprägt wird, ω.. Entsprechend wird die den Phasenschieber 0. durchlaufende Energie mit der Modulationsfrequenz ω ^ gekennzeichnet·

Die Steuersignale für die Phasenschiebermatrix 24 werden von der Steuereinheit 36 nach Fig. 1 geliefert, die in Fig. 5 mehr im einzelnen dargestellt ist. Wie ersichtlich, werden die Ausgangssignale des optischen Detektors 32 von einem Verstärker 33 verstärkt und dann durch einen Hüllkurven-Detektor 35 gleichgerichtet· Wie oben erwähnt, sind die Komponenten der Amplitudenmodulation des Aus gangs signal es des Detektors 35 fü*? Phasenverschiebungen zwischen den Strahlanteilen charakteristisch, die über die verschiedenen Kanäle das Ziel erreichen und die durch die verschiedenen Modulationsfrequenzen, beispielsweise ω. bis Wq, gekennzeichnet sind_e Beispielsweise wird die Amplitudenmodulationskomponente mit der kennzeichnenden Frequenz ω * über einen Bandpaß 38 einem Phasendetektor 39 zugeführt. Das Ausgangssignal des Phasendetektors 39 hat die Amplitude Asinö, wobei A eine Funktion der Stärke des vom Filter 38 zugeführten Signals und θ der Phasenwinkel zwischen dem letztgenannten Signal und dem dem Phasendetektor 39 zugeführten Bezugssignal ist.

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Das erfindungsgemäße System gestattet auch die Auswahl spezieller Verfolgungsarten, nämlich die Verfolgung heller oder dunkler Stellen. Unter Verwendung von Steuersignalen der einen Polarität stellt das kohärente adaptive System die Phasenschiebermatrix derart ein, daß der Strahl mit der Wellenlängen λρ sich auf einem Glanzlicht, also einem kleinen, sehr gut reflektierenden Fleck auf einem ausgedehnten Ziel bildet. Die Verwendung von Steuersignalen der entgegengesetzten Polarität bewirkt dann die Ausrichtung des Strahles auf einen kleinen Bereich mit geringem Reflexionsvermögen,, Die letztere Betriebsart wird manchmal auch als "Schwarzlochverfolgung" bezeichnet. Die Umschaltung der Polarität der Steuersignale und infolgedessen der Auswahl einer Verfolgung von hellen oder dunklen Stellen kann durch eine Schalteinrichtung 37 erfolgen, die es erlaubt, in den Weg der Bezugssignale eine Phasendrehung von 180° einzuschalten, bevor die Bezugssignale die Phasendetektoren 39 erreichen· Statt dessen können auch die Ausgangssignale der Phasendetektoren über die Polarität umkehrende, nicht dargestellte Schaltungsanordnungen geleitet werden, um den zweiten Verfolgungsbetrieb einzuschalten.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines mit Signalen zweier Wellenlängen arbeitenden Systems nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine einzige Phasenschiebermatrix 24-' in dem Weg angeordnet, der den Strahlen mit den beiden Wellenlängen λ* und Λο gemeinsam ist. Insbesondere ist zu bemerken, daß die

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bei der Ausführungsform nach Fig. 1 vorhandene Phasenschiebermatrix 12 im Weg 13 entfällt und der Umlenkapiegel 16, der sich in Fig. 1 am Ende des Weges 17 befindet, durch die Phasenschiebermatrix 24' ersetzt ist. Die Phasenschiebermatrix 24" ist in ihrer Funktion die gleiche, wie sie für die Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben worden und deren -Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt sind, als sie auf die Steuersignale der Steuereinheit 36 anspricht und dazu dient, die Phasengleichheit der Energie mit der V/ellenlänge Λ ο ^am Zielort durch Anwendung einer geschlossenen Hegelschleife optimal einzustellen. Gleichzeitig wird die Gleichphasigkeit der Energie mit der Wellenlänge/, am Zielort durch Steuerung in offener Schleife eingestellt. Da die Phasenschiebermatrix 24' sowohl die Energie des Lasers 10 als auch die Energie des Lasers 22 verarbeiten muß, muß es sich um eine gekühlte Einrichtung handeln, wenn die Leistung des Lasers 10 entsprechend hoch ist. Beispielsweise kann die Spiegelfläche 40 (siehe Fig. 2 und 3) Einrichtungen umfassen, die es ermöglichen, ein Kühlmittel durch nicht dargestellte Kanäle an deren Hückseite zu leiten.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist vorausgesetzt, daß die Wellenlängen A,. und λ ρ zueinander ausreichend dicht benachbart sind und/oder die üisperionsweglänge ausreichend klein ist, daß eine Phasenschieber-Spiegelmatrix die notwendigen Korrekturen für beide Wellenlängen

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bewirken kann. Die Ausführungsform nach Fig. 6 hat den Vorteil, daß sie zum Einsparen einer Baueinheit führt, nämlich der Phasenschiebermatrix 24 für den Strahl kleiner Leistung der Anordnung nach Fig. 1. Da weiterhin die Phasenschiebermatrix, welche den Strahl hoher Leistung beeinflußt, Teil einer geschlossenen Regelschleife ist, ist die Zwangsläufigkeit der Steuerung besser als bei der Ausführungsform nach Fig. 1.

Die Phasenschiebermatrix 24* soll in der Ruhestellung, also bei Steuerspannungen Null, eine Stellung einnehmen, die einer Gestalt "hoher Qualität" entspricht, beispielsweise von einer Ebene oder einem Parabol. Auf diese Weise können Korrekturen, die Phasenverschiebungen um zusätzliche Vielfache von 2if Radiant erfordern, vermieden werden. Dadurch können dann auch größere Unstimmigkeiten zwischen Phasenverschiebungen bei den Wellenlängen λ. und Ao ausgeschlossen werden.

Ebenfalls bei der Ausführungsform nach Fig. 6 befindet sich eine verstellbare Spiegelanordnung 11 in dem Weg zwischen dem Laser hoher Leistung 10 und dem Beugungsgitter 14. Die Funktion dieser Spiegelanordnung, die um kleine Beträge elektrisch oder manuell verstellbar sein kann, besteht darin, ein Indern des Einfallswinkels des Strahles hoher Energie um kleine Beträge zu ermöglichen. Hierdurch werden die Ausgangsstrahlen mit den Wellenlängen X* und X~ v*⁰- einen entsprechenden Winkel getrennt· Dieses Versetzen des Strahles macht es möglich,

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den Bezugastrahl mit der Wellenlänge^ _? auf ein erstea ausgewähltea Ziel, "beispielsweise ein Punktziel, einzustellen, während der Strahl hoher Leistung mit der Wellenlänge χ . auf ein zweites Ziel gerichtet ist. Eine solche verstellbare Spiegelanordnung 11 weisen auch die Ausführungsformen nach den Fig. 1 und 7 auf, so daß auch diese mit versetzten Strahlen arbeiten können.

Bei der Auaführungaform nach Pig. 6 ist ferner ein Filter 50 zwischen die Linse 30 und den optischen Detektor 32 geschaltet. Das Filter 50 hat ein Paßband, das das Frequenzband der vom Laser 22 gelieferten Energie einschließt, und dient zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses des adaptiven Systems, in dem Hauschen und andöre Signale eliminiert werden, die außerhalb des gewählten Paßbandes liegen. Insbesondere verhindert das Filter, daß übersprechende Energie mit der Wellenlänge λ. die Arbeitsweise dea adaptiven Systems stört.

Bei der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird der von einem Laser hoher Leistung erzeugte Strahl mit der Wellenlänge λ . über ein Beugungsgitter 14, eine Phasenschiebermatrix 24' und ein Fernrohr 18 auf ein Ziel 20 gerichtet. Der Strahl eines Lasers niedriger Leistung 22 wird ebenfalls auf das Ziel 20 gerichtet, jedoch ist der Weg vom Laser

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zum Ziel 20 nicht mit dem Sende- oder Empfangsweg identisch, auf dem der Strahl hoher Leistung mit der Wellenlänge Λy, übertragen wird. Ea sei erwähnt, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 7 der Laser 22 auch durch irgendeine andere geeignete Energiequelle ersetzt werden kann. Beispielsweise kann es sich bei manchen Anwendungen um Bonnenlicht handeln, das vom Ziel 20 reflektiert und dann von der Anlage nach Fig. verarbeitet wird. Ein anderes Beispiel ist die Anwendung des Systems nach Fig. 7 zu*¹ Verarbeitung von Energie, die von dem Ziel 20 selbst ausgestrahlt wird.

Ein Teil der Energie des Lasers 22, die von dem Ziel reflektiert wird, wird von dem Fernrohr 18 empfangen und von der Phasenschiebermatrix 24' reflektiert. Diese empfangene Energie wird danach von dem Beugungsgitter in liichtung auf ein Sperrfilter 50' reflektiert, das ein Sperrband aufweist, welches die Wellenlänge J\ . der von dem Laser 10 ausgesandten Energie umfaßt. Das Ausgangssignal des Sperrfilters 50 wird über eine Modulationsmatrix 26 geleitet und durch die Öffnung einer Blende J?4 einem optischen Detektor 32 zugeführt. Das Ausgangssignal des optischen Detektors 32 wird von einer Steuereinheit 36 verarbeitet, deren Ausgangssignale die Phasenschiebermatrix 24' in der gleichen Weise ateuern, wie es oben für die Ausführungsform nach Fig. 6 beschrieben worden ist. Die Modulationsmatrix 26, die Oszillatorgruppe 34 und die Steuereinheit 36 der Anordnung nach Fig. 7 können ebenso ausgebildet sein wie die entsprechenden, vorher

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behandelten -Einheiten. Bei der ü-usführungsforia nach Pig. 7 erfolgt jedoch die Kegelung durch eine räumliche Modulation des empfangenen Strahles über der Öffnung 52 gemäß den Lehren der D.Ü-PS 23 21 118. Kurz gesagt wird durch Phasenmodulation des empfangenen Strahles mittels der Modulationsmatrix 26 der Strahl über der öffnung 52 räumlich moduliert und ' es haben Phasenverschiebungen über dem Strahlquerschnitt die Bildung von Amplitudenmodulationskomponenten im Ausgangssignal des Detektors zur Folge. Diese Modulationskompoiienten haben die gleiche Frequenz wie die Frequenzen, die zur Kennzeichnung der entsprechenden Teilkanäle benutzt worden sind, ^s sei daran erinnert, daß die Kennzeichnungs-Frequenz diejenige Frequenz ist, mit der die Hodulationsmat3?ix 26 der Energie, die einen bestimmten Teilkanal durchläuft, eine Phasenmodulation erteilt.

Die Steuereinheit 36 spricht auf die amplitudenmodulierten Komponenten des vom Detektoi" 32 gelieferten Signales so an, daß die relative Phasenlage über der Phasenschiebermatrix 24' so eingestellt wird, daß die Amplitudenmodulation im Ausgangssignal des Detektors 32 auf ein Minimum vermindert wird. Diese Einstellung korrigiert alle Phasenverschiebungen, die der empfangene Strahl auf dem Weg vom Ziel 20 zu der dargestellten Anlage erfahren hat. Die gleichen Korrekturen sind für den Weg vom System zum Ziel 20 anwendbar, so daß also die Phasenschiebermatrix 24-die richtige Einstellung für die -Energie hoher Energie hat, die von der Matrix reflektiert wird. Deugemäß ist der Strahl hoher Leistung am Ziel im wesentlichen in Phase.

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Es sei erwähnt, daß alle vorstehend beschriebenen Ausführung s formen sehr gut für Anlagen geeignet ist, bei denen der Strahl hoher Leistung getastet ist. Bei einem solchen Betrieb wird der Laser für den Strahl mit der Wellenlänge Λ ρ jeweils vor der Impulskette des Signals mit der Wellenlänge ^ eingeschaltet, so daß die Phasenachiebermatrix stets so eingestellt ist, daß der Impuls hoher Energie sofort die richtige Phasenlage hat.

Normalerweise sind die Wellenlängen Λ ^ für den Strahl hoher Energie und Λ _? für den zur Regelung dienenden Strahl geringer Energie sehr dicht beisammenliegend gewählt, da ein großer Abstand zwischen den Wellenlängen die Konstruktion mancher Komponenten des Systems erschwert. Beispielsweise wird es dann schwieriger, die Strahltrennung mittels des Beugungsgitters zu bewirken, und es muß die Wellenfront des Meßatrahles über ein stark ausgedehntes "Abtastnetz" gemessen werden, damit mögliche Unsicherheiten, beispielsweise Yer se hiebungen um 2Nif Radiant, vermieden werden. Beispielsweise kann es sich bei den Wellenlängen A^ und "\~ um verschiedene Übergänge eines GOg-Lasers handeln.

Es ist jedoch möglich, Systeme nach der Erfindung mit einer sichtbaren Beleuchtungsquelle (10 ^m) und einem sichtbaren adaptiven System zur Phasenmessung zu betreiben. Ein Vorteil eines solchen Systems besteht darin, daß es die Möglichkeit bietet, ein atmosphärisch kompensiertes System zur aktiven Erzeugung eines Bildes

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als Systemzusatz zu benutzen, das nur geringe Kosten verursacht. Weiterhin, wie oben in bezug auf die Ausführungsform nach Fig. 7 erwähnt, bei der das kohärente optische adaptive System die empfangene Welle beeinflußt, kann in manchen Fällen eine auf natürliche Weise vorhandene Beleuchtungsquelle benutzt werden, wie beispielsweise die Sonne, an Stelle eines Beleuchtungs-Lasers geringer Leistung, i^in solches System ist natürlich nur unter Tageslichtbedingungen arbeitsfähig und es müssten dabei die Wachteile in Kauf genommen werden, die sich aus einem großen Abstand zwischen den Wellenlängen Λ ^ und λ ο ergeben.

Ferner ist von Bedeutung, daß die Modulationsmatrix mit einem sehr hohen Modul at ionsiiidex arbeiten kann, um ein optimales Arbeiten der Hegelschleife zu gewährleisten, ohne daß man sich um parasitäre Modulationen des Strahles zu kümmern brauchte, weil der Strahl mit der Wellenlänge λ_o nicht dazu bestimmt ist, Leistung auf das Ziel zu übertragen- Da weiterhin keine großen Anforderungen bezüglich der Leistungsübertragung gestellt werden, kann die Modulationsmatrix mittels akustisch-optischer oder elektrdsch-optischer Modulationseinrichtungen erzielt werden.

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fr

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Claims

Patentansprüche

Sendeanlage mit einer Einrichtung zum Erzeugen eines Strahles hochfrequenter Energie und zum Ausrichten des Strahles auf ein Ziel sowie mit einem System zur Kompensation von räumlichen Phasenverzerrungen, welche die ausgesandte Energie auf dem Weg zum Ziel erleidet, das auf hochfrequente Energie anspricht, die im wesentlichen auf dem gleichen Weg, den die ausgesandte Energie durchläuft, von dem Ziel empfangen wird, das kontinuierlich die Phasenverzerrungen, die auf diesem Weg auftreten, feststellt und davon Steuersignale ableitet und das eine im Weg des auf das Ziel gerichteten Strahles angeordnete Phasenschiebermatrix umfaßt, die auf die erzeugten Steuersignale anspricht und die Phasenverteilung über dem ausgesendeten Strahl elektromagnetischer Energie derart einstellt, daß die festgestellten Phasenver ζ erzwungen kompensiert werden und die ausgesandte Energie das Ziel mit im wesentlichen phasengleichen Anteilen erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationssystem auf .hochfrequente Energie anspricht, die eine andere Wellenlänge aufweist als die ausgesandte Energie,

2« Sendeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Einrichtung zum Aussenden und Empfangen eines zweiten hochfrequenten Strahles mit der anderen Wellenlänge, eine Einrichtung zum Phasenmodulieren des zweiten Strahles und eine dritte Einrichtung zum Erzeugen der Steuersignale umfaßt, die auf eine Amplitudenmodulation der vom Ziel empfangenen Energie mit der zweiten Wellenlänge anspricht.

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ORIGINAL INSPECTED

3. Sendeanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System eine Einrichtung zur räumlichen Modulation der empfangenen Energie der anderen Frequenz und eine Einrichtung zum Ableiten der Steuersignale aufgrund der durch die räumliche Modulation erkennbaren Phasenverzerrungen umfaßt.

Sendeanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Beleuchten des Zieles mit einem Energiestrahl der zweiten Wellenlänge vorhanden

5. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Weg des ausgesendeten Strahles der ersten Wellenlänge und des empfangenen Strahles der zweiten Wellenlänge ein Beugungsgitter angeordnet ist, das die vom Ziel empfangene Energie der zweiten Wellenlänge von dem Weg der Energie der ersten Wellenlänge trennt und den Empfangseinrichtungen des Kompensationssystems zuführt.

6. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Spiegelanordnung zur Veränderung der -ttelativstellung des Weges des ausgesendeten Strahles der ersten Wellenlänge und des Weges des empfangenen Strahles der zweiten Wellenlänge umfaßt.

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7« Sendeanlage nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelanordnung zwischen der Einrichtung zum Erzeugen des Strahles der ersten Wellenlänge und dem Beugungsgitter angeordnet ist.

8. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf die Steuersignale ansprechende Phasenschiebermatrix auch im Weg des ausgesandten bzw. empfangenen Strahles der anderen Frequenz angeordnet ist.

9. Sendeanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Phasenschiebermatrix in dem gemeinsamen Weg des auagesandten Strahles der ersten Wellenlänge und des ausgesandten bzw. empfangenen Strahles der anderen Wellenlänge angeordnet ist.

10. Sendeanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das System auf einen Energiestrahl mit der anderen Wellenlänge anspricht, der adaptiv auf einem kleinen Fleck des Zieles mit relativ hohem Keflexionsvermögen gebildet ist.

11» Sendeanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß das System auf einen Energiestrahl mit der anderen Wellenlänge anspricht, der adaptiv auf einem kleinen Fleck des Zieles mit relativ geringem Keflexionsvermögen gebildet ist.

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