ES2339541T3 - Procedimiento y dispositivo para la realizacion de un enlace optico por impulsos laser. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la localización de un móvil (2) que se aleja de un dispositivo de localización, poniendo en práctica dicho procedimiento un enlace óptico por impulsos láser (4) entre dicho dispositivo de localización y dicho móvil y teniendo dicho enlace óptico un emisor (3) de dichos impulsos láser (4), dispuesto en dicho móvil (2) o en dicho dispositivo de localización, y un receptor (1) de dichos impulsos láser (4), dispuesto en dicho dispositivo de localización, caracterizado por que el comienzo de la emisión de dichos impulsos láser (4) está retardado con respecto a la partida de dicho móvil (2) y por que se hace variar la energía de dichos impulsos láser sucesivos (4) como una función creciente del tiempo (t) que transcurre desde el comienzo de la emisión de dichos impulsos láser.
Description
Procedimiento y dispositivo para la realización
de un enlace óptico por impulsos láser.
El presente invento se refiere a un
procedimiento y a un dispositivo para la realización de un enlace
óptico por impulsos luminosos entre el emisor de dichos impulsos y
un receptor de éstos, muy particularmente apropiado para ser
aplicado en los dispositivos de localización y de guiado de misiles,
tales como el descrito en el documento US-4.710.028
(FR-2.583.523).
En los dispositivos conocidos de este tipo, el
emisor de dichos impulsos luminosos, que puede estar montado a
bordo de dicho misil, o bien estar dispuesto en un puesto fijo, el
enlace óptico que tiene en este caso un espejo montado a bordo del
misil y que reenvía dichos impulsos luminosos hacia dicho detector,
es generalmente una lámpara de destellos, voluminosa y que consume
una energía importante.
Debido a esto, se ha pensado en sustituir dicha
lámpara de destellos por una fuente de láser. Pero entonces, la
energía láser emitida debe ser importante para asegurar un enlace
óptico de gran alcance, resistente a una eventual interferencia. De
esto resultan por tanto no solamente riesgos oculares importantes
para los operadores de dichos dispositivos, sino que además son
necesarias fuentes de láser de gran potencia.
El presente invento tiene como fin remediar
estos inconvenientes permitiendo realizar un enlace óptico mediante
láser, con pocos riesgos oculares y con un bajo consumo de
energía.
Para esto, según el invento, el procedimiento
para la realización de un enlace óptico por impulsos láser entre el
emisor de dichos impulsos y un receptor de éstos, siendo utilizado
dicho enlace óptico por un dispositivo de localización para
localizar un móvil que se aleja de dicho dispositivo de
localización, es importante que el comienzo de la emisión de dichos
impulsos láser esté retardado con respecto a la partida del móvil y
que se haga variar la energía de dichos impulsos láser sucesivos
como una función creciente del tiempo que transcurre después del
comienzo de la emisión de dichos impulsos láser.
De este modo se evita cualquier riesgo ocular
antes y durante la partida del móvil, ya que no se emite energía
láser alguna antes de dicha partida y porque la emisión de los
impulsos láser está retardada, con respecto a la partida del móvil,
hasta el momento en el que es realmente necesario para la
localización del móvil. A continuación el emisor emite una energía
reducida que aumenta progresivamente con la distancia
emisor-receptor, no emitiéndose la energía
necesaria en el alcance máximo del móvil más que al final del
alcance, es decir en una zona en la que no se encuentra operador
alguno.
Se subrayará que el documento
US-4.013.244 describe un dispositivo de control de
un haz óptico que guía un misil hacia un objetivo, dispositivo en
el que, por razones técnicas diferentes de los riesgos oculares
antes mencionados, la energía de dicho haz de guiado es aumentada
durante el vuelo de dicho misil mediante el seguimiento de una ley
deseada.
En el presente invento, al contrario, la subida
de potencia de dicho emisor está predeterminada en función del
tiempo, de forma que no es necesario someterse a condición alguna.
Además, gracias al invento, esta subida de potencia puede ser
relativamente lenta, haciendo al enlace insensible a las
perturbaciones electromagnéticas.
La fuente de láser puede ser un diodo láser. No
obstante, para reducir la energía emitida por el emisor y por tanto
para completar la protección contra los riesgos oculares es
ventajoso que éste lleve un láser VCSEL (Vertical Cavity Surface
Emitting Laser). En efecto, tal láser semiconductor, con sustrato de
arseniuro de galio, emite un haz débilmente divergente (\pm7º),
lo que permite confinar la energía emitida en un cono justo lo
necesario para la localización del móvil. El volumen iluminado por
el emisor, en el que sería posible un riesgo ocular, es por lo
tanto muy reducido. Además, el rendimiento de conversión de un láser
VCSEL entre la energía recibida y la energía suministrada, es
particularmente bueno, de forma que la energía eléctrica consumida
puede ser reducida.
Por otra parte, para que el nivel de recepción
de los impulsos láser por el receptor sea constante, es necesario
que la energía emitida por el emisor varíe según el cuadrado de la
distancia emisor-receptor.
También, en el caso en el que el móvil se
desplaza a una velocidad constante se hace variar la energía de
dichos impulsos láser sucesivos según el cuadrado del tiempo
transcurrido desde el comienzo de la emisión de dichos
impulsos.
Para esto, se puede utilizar un condensador
cuyas descargas sucesivas alimentan dicho emisor para producir
dichos impulsos láser sucesivos y cuyas sucesivas cargas son
mandadas por impulsos rectangulares de carga sucesivos cuyas
duraciones son función lineal creciente del tiempo.
De esta forma, la energía suministrada por el
condensador con diodo láser o con láser VCSEL de dicho emisor es
igual a 1/2CV^{2} (siendo C la capacidad del condensador en
Faradios y V la tensión de descarga en voltios de dicho
condensador), es decir directamente proporcional al cuadrado del
tiempo transcurrido.
Gracias al presente invento se obtiene por
tanto:
- una reducción de la energía emitida y
consumida. En efecto, gracias al diodo láser la emisión de la
energía directamente hacia el receptor y su confinamiento en el
cono exigido, permite economizar esta energía con respecto a la
energía emitida en 4n estereorradianes por una lámpara de destellos
y más o menos bien redirigida hacia el receptor por un espejo y una
lente compleja. Una banda espectral estrecha emitida (algunos nm)
puede estar totalmente incluida en una banda espectral de alta
sensibilidad del receptor, contrariamente a la banda ancha
espectral emitida por una lámpara de destellos (> 1.000 nm) en la
cual una gran parte de la energía se pierde al nivel del receptor.
Al nivel de la señal recibida idéntica, la energía emitida por una
fuente coherente puede por tanto ser mucho más débil que la energía
emitida por una lámpara de espectro ancho. Un diodo láser o un
láser VCSEL posee por otra parte una mucho mejor relación de
conversión energía emitida/energía consumida y no necesita alta
tensión ni muy alta tensión de cebado. La reducción de la energía
eléctrica consumida es por tanto muy importante;
- una reducción de la masa y de las dimensiones.
Un diodo láser o un láser VCSEL, al ser mucho menos voluminoso que
una lámpara de destellos, al necesitar un circuito de alimentación
eléctrica más sencillo (ningún convertidor de alta tensión y de muy
alta tensión) y un menor consumo de energía, se puede realizar un
emisor menos voluminoso y menos pesado que una lámpara de
destellos;
- la reducción del deslumbramiento del receptor.
Como la energía emitida es débil en la partida, el captador
utilizado por el receptor no es deslumbrado y el nivel de la señal
al nivel del receptor es más regular durante el alejamiento del
móvil;
- la reducción de la emisividad
electromagnética. Al ser la tensión utilizada y la energía aplicada
con un diodo láser o un láser VCSEL bastante más débiles que las de
una lámpara de destellos, la emisividad electromagnética de un
láser es mucho más débil que la de un emisor de destellos;
- una mejora de la selectividad espectral. Una
fuente que tiene una longitud de onda de emisión muy estrecha
permite reducir la banda espectral del receptor y mejorar de este
modo la relación señal sobre fondo.
\vskip1.000000\baselineskip
Las figuras del dibujo anejo facilitarán la
comprensión de cómo puede realizarse el invento. En estas figuras,
referencias idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 ilustra esquemáticamente la
localización de un misil.
La figura 2 es el esquema sinóptico del emisor
de impulsos láser montado a bordo de dicho misil.
Las figuras 3A, 3B y 3C son diagramas temporales
que ilustran el funcionamiento del emisor de la figura 2.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 1 se ha representado un dispositivo
1 apto para localizar un misil 2 con respecto a un eje de
referencia X-X (por ejemplo un eje visor),
alejándose dicho misil 2 a velocidad constante del dispositivo de
localización 1. Este último es por ejemplo del tipo descrito en el
documento US-4.710.028
(FR-2.583.523).
A efectos de su localización por el dispositivo
1, el misil 2 tiene una fuente láser 3, del tipo diodo láser o
láser VCSEL, apto para emitir impulsos láser 4 en la dirección de
dicho dispositivo 1.
El dispositivo 5, montado a bordo del misil 1 y
destinado al mando de la fuente de láser 3 tiene un condensador 6
montado en paralelo en dicha fuente de láser 3 y apto para ser
cargado a partir de una fuente de tensión 7, por medio de un
interruptor de mando 8. Igualmente, el circuito de la fuente de
láser 3, que tiene una resistencia de carga 9, se cierra por medio
de un interruptor de mando 10.
El dispositivo 5 tiene además un generador 11 de
señales periódicas 12 (véase la figura 3A), apto para mandar el
cierre del interruptor mandado 10 por medio de un dispositivo de
mando 13. Por otra parte, el generador de señales 11 manda un
generador 14 de impulsos 15 de anchura variable (véase la figura
3B), que manda el interruptor actuable 8 por medio de un sistema de
mando 16. El generador 14 es tal que emite un impulso en respuesta
a la recepción de una señal 12 y que la anchura de los impulsos 15
aumenta linealmente en función del tiempo t.
Antes de la partida del misil 2 la fuente de
láser 3 no ha emitido impulso láser 4 alguno. Por lo tanto, no
existe riesgo ocular alguno, incluso en el entorno inmediato del
misil 2.
Durante la partida del misil 2, se dirige una
orden de mando al generador de señales 11 por una línea de mando 17
en la que está interpuesto un dispositivo de temporización 18. Se
puede así retardar la emisión de la fuente de láser 3 hasta el
momento en el que los impulsos láser 4 sean realmente necesarios
para la localización del misil 2 por el dispositivo 1.
\newpage
Cuando la temporización realizada por el
dispositivo 18 ha terminado, el generador 11 genera una primera
señal 12.1 que:
- cierra durante unos pocos instantes el
interruptor 10 por medio del dispositivo de mando 13, de forma que
se pueda descargar una eventual carga en el condensador 6 a través
de la fuente de láser 3 por medio de la resistencia de carga 9
después de que dicho interruptor 10 se abra de nuevo inmediatamente;
y
- manda al generador 14 que genere un primer
impulso de carga rectangular 15.1, de anchura temporal l1, que
permite cerrar el interruptor 8 durante el intervalo l1, de forma
que el condensador 6 se cargue a partir de la fuente 7 durante
dicho intervalo (véase c1 en la figura 3C). En la exploración del
intervalo l1 el condensador 6 se ha cargado al nivel de tensión V1
que mantiene hasta la aparición de la señal siguiente 12.2.
Cuando el generador 11 emite esta señal
siguiente 12.2, como anteriormente, el interruptor 10 se cierra
instantáneamente durante unos pocos instantes, de forma que la
carga a la tensión V1 del condensador 6 se descarga a través de la
fuente 3 (véase el segmento d1 en la figura 3C) que emite un impulso
láser 4, en tanto que el generador 14 genera un segundo impulso de
carga rectangular 15.2 de anchura l2 igual a l2=l1+\deltat
(\deltat constante de intervalo de duración, la anchura del
impulso de carga rectangular varía linealmente con el tiempo).
Resulta de esto que la anchura l2 ha crecido de forma lineal con el
tiempo t con respecto a la anchura l1. En consecuencia, el
interruptor 10 al ser abierto de nuevo, se carga el condensador 6
durante el intervalo temporal l2 (véase el segmento c2 en la figura
3C) hasta la tensión V2=kV1. Esta tensión V2 se mantiene hasta la
aparición de la tercera señal 12.3.
Se produce entonces el mismo fenómeno que en el
apartado anterior, la carga a la tensión V2 del condensador 6 se
descarga a través de la fuente 3 (segmento d2) emitiendo un impulso
láser 4, después de que este condensador se cargue a la tensión
V3=kV2 durante el tercer impulso de carga rectangular 15.3, cuya
anchura temporal l3 es igual a l2+\deltat...
Así, los impulsos luminosos sucesivos 4 resultan
de descargas (d1, d2,...) a tensiones V1, V2, V3,... linealmente
crecientes con el tiempo t, de forma que su energía es creciente con
el cuadrado del tiempo.
Claims (7)
1. Procedimiento para la localización de un
móvil (2) que se aleja de un dispositivo de localización, poniendo
en práctica dicho procedimiento un enlace óptico por impulsos láser
(4) entre dicho dispositivo de localización y dicho móvil y
teniendo dicho enlace óptico un emisor (3) de dichos impulsos láser
(4), dispuesto en dicho móvil (2) o en dicho dispositivo de
localización, y un receptor (1) de dichos impulsos láser (4),
dispuesto en dicho dispositivo de localización,
caracterizado por que el comienzo de la emisión de dichos
impulsos láser (4) está retardado con respecto a la partida de
dicho móvil (2) y por que se hace variar la energía de dichos
impulsos láser sucesivos (4) como una función creciente del tiempo
(t) que transcurre desde el comienzo de la emisión de dichos
impulsos láser.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que dicho móvil (2) se desplaza a velocidad constante,
caracterizado por que se hace variar la energía de dichos
impulsos láser sucesivos (4) según el cuadrado del tiempo (t)
transcurrido desde el comienzo de la emisión de dichos impulsos.
3. Dispositivo para la localización de un móvil
(2) que se aleja de dicho dispositivo de localización, teniendo
dicho dispositivo un enlace óptico por impulsos láser (4) entre
dicho dispositivo de localización y dicho móvil y teniendo dicho
enlace óptico un emisor (3) de dichos impulsos láser (4), dispuesto
en dicho móvil (2) o en dicho dispositivo de localización, y un
receptor (1) de dichos impulsos láser (4), dispuesto en dicho
dispositivo de localización, caracterizado por que tiene
medios (18) para retardar el comienzo de la emisión de dichos
impulsos láser (4) con respecto a la partida de dicho móvil (2) y
medios (5) para hacer variar la energía de dichos impulsos
sucesivos (4) como una función creciente del tiempo que transcurre
desde el comienzo de la emisión de dichos impulsos láser (4).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado por que dicho emisor (3) tiene al menos un
diodo láser.
5. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado por que dicho emisor (3) tiene al menos un
láser VCSEL.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
3 a 5, en el que dicho móvil (2) se desplaza a velocidad constante,
caracterizado por que dichos medios (5) hacen variar la
energía de dichos impulsos láser sucesivos (4) según el cuadrado
del tiempo transcurrido desde el comienzo de la emisión de dichos
impulsos.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado por que tiene un condensador (6) cuyas
descargas sucesivas (d1, d2, d3,...) alimentan dicho emisor (3)
para producir dichos impulsos láser sucesivos (4) y cuyas cargas
sucesivas (c1, c2, c3,...) están mandadas por impulsos de carga
rectangular sucesivos (15.1, 15.2, 15.3,...) cuyas duraciones (l1,
l2, l3,...) son una función linealmente creciente del tiempo t.
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