利用激光脉冲实现光连接的方法及装置

摘要

利用激光脉冲实现光连接以便对运动体进行定位的方法及装置。根据本发明，可使所述相继连续的激光脉冲(4)的能量随着开始沿着至少是接近所述接收机方向发射所述激光脉冲后的时间(t)不断增加。所述激光脉冲的开始发射是相对于运动体的出发延时的。

权利要求

1.一种通过利用相继连续的激光脉冲(4)的光连接对远离一个定位装置的运动体进行定位的方法，所述相继连续的激光脉冲(4)处于该定位装置与运动体(2)之间，所述光连接包括一发射机和一接收机(1)，该发射机被包括在所述运动体(2)中，而该接收机(1)被包括在该定位装置中，其特征在于：

所述激光脉冲(4)的发射开始相对于所述运动体(2)的出发是延时的并且可使所述相继连续的激光脉冲(4)的能量随着开始发射所述激光脉冲以后的时间(t)而增加。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述运动体(2)是以等速移动的，其特征在于：使所述相继连续的激光脉冲(4)的能量随着开始发射所述脉冲后的时间(t)的平方而变化。

3.一种实施根据权利要求1或者2所述的方法的发射机，其特征在于，该发射机包括：-周期信号(12)的第一发生器(11)，该周期信号(12)控制包含在所述发射机中的产生相继连续激光脉冲(4)的激光光源(3)，在运动体(2)出发时，控制指令通过控制线路(17)传递到第一发生器(11)，在该控制线路上接入一个延迟器(18)以使该激光光源的发射延迟一直到激光脉冲(4)确实需要利用接收机(1)对运动体(2)定位的时候；

-电容器装置(6)，其向所述发射机提供相继连续的放电以使所述激光光源(3)产生所述相继连续的激光脉冲(4)，和-第二发生器(14)，该第二发生器(14)响应接收所述周期信号(12)来发射控制所述电容器装置(6)的电脉冲(15)，由该第二发生器(14)发射的电脉冲(15)的宽度随时间而增大。

4.根据权利要求3所述的发射机，其特征在于，所述激光光源是至少一个激光二极管或者至少一个VCSEL激光器。

5.根据权利要求3或者4所述的发射机，其中所述运动体(2)以等速移动，其特征在于：由所述第二发生器(14)发射的电脉冲(15)的宽度随时间而线性增大。

说明书

利用激光脉冲实现光连接的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种利用光脉冲实现所述光脉冲发射机与该光脉冲接收机之间光连接的方法及装置，特别适合于在导弹定位及制导装置中的应用，比如在文献US-4710028(FR-2583523)中所描述的那样。

背景技术

[0002] 在这种类型的一些公知装置中，所述光脉冲发射机可安装在所述导弹上或者安装在固定设备上，光学连接那时包括一个安装在导弹上的反射镜并且可使所述光脉冲发射到所述探测器，该所述光脉冲发射机通常是一个体积庞大并且消耗大量能量的闪光灯。

[0003] 因此，人们已经想到了用激光源代替所述的闪光灯。然而在那种情况下，发射的激光能量应该很大以便保证较大有效范围的光连接，抗可能出现的干扰。由此不仅造成了对于所述装置的操作者眼睛有严重危害，而且还要有一些大功率激光源。

发明内容

[0004] 本发明的目的是克服这些缺点，同时还可以在眼部危害较小并且在低能耗的情况下实现激光光连接。

[0005] 为此，根据本发明，该方法是实现在激光脉冲发射机与激光脉冲接收机之间利用激光脉冲的光连接，所述光连接是被定位装置所利用的以便对远离所述定位装置的运动体定位，该方法值得注意的是：所述激光脉冲发射的开始相对于运动体的出发有所延迟并且还要注意的是，使所述相继连续激光脉冲能量随着开始发射所述激光脉冲后的时间而不断增大。

[0006] 因此，避免了运动体出发之前及出发当中对眼睛的任何危险，因为在所述运动体出发之前没有发射任何激光能量并且激光脉冲的发射相对于运动体的出发是延迟的，一直到真正需要对运动体定位的时候。然后，发射机发射较低的渐近能量，它随着发射机-接收机的距离而逐渐增大，运动体最大射程(有效范围)所必需的能量只发射到最后的射程处，也就是说只发射到运算装置起作用的地方。

[0007] 要指出的是，专利文献US-4013244描述了一种可把导弹引导到靶目标的光束控制装置，在该装置中，由于上面联想到的对眼部危害的各种不同的技术原因，所述制导光束的能量在所述导弹的飞行过程中是按照所要求的规律而伺服增加的。

[0008] 在本发明中正好相反，所述发射机的功率提高是预先确定好随时间而变化的，以致于不需要任何伺服装置。此外，借助于本发明，这种功率提高可以相当慢，这就使得光连接在实际应用中对电磁干扰不敏感。

[0009] 激光源可以是激光二极管。然而，为了降低由发射机所发射的能量并因此而完全可以实现保护眼睛不受伤害，有利的是该发射机带有VCSEL激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。实际上，这种砷化镓基质半导体激光器发射一种低发散度(+或-7°)的光束，这可以接近于沿着正好是运动体定位必需的锥形方向所发射的能量。由发射机所照射的可能会对人眼有伤害的立体范围就因此而大大减少了。此外，VCSEL激光器在接收能量与输出能量之间的转换率特别好，以致于可以降低电能的消耗。

[0010] 另外，为了使接收机接收的激光脉冲接收电平固定不变，必需是使发射机所发射的能量按照发射机-接收机距离的平方而变化。

[0011] 因此，在运动体以等速移动的情况下，使所述相继连续激光脉冲的能量按照所述脉冲开始发射后的时间平方而变化。

[0012] 为此，可使用一个电容器，其连续放电可激励所述发射机，以便产生上述的相继连续激光脉冲并且其连续充电是由连续的矩形充电脉冲控制的，其充电时间的长短是随着时间的推移而成线性增加的。

[0013] 这样，电容器向所述发射机的激光二极管或VCSEL激光器输送的能量等于2
1/2CV(C是以法拉表示的电容器容量，而V是以伏特表示的所述电容器的放电电压)，也就是直接与时间平方成正比。

[0014] 由于本发明，因而可达到：

[0015] -减少了发射能和消耗能。实际上，借助于激光二极管，可直接向接收机发射能量并且将其约束在所要求的锥形范围内，可以节省这种能量，这是相对于利用闪光灯按4兀球面度所发射的并且利用反射镜及复合透镜较好地引向接收机的光能量来说的。所发射的窄谱带(几个nm)可以完全包含在接收机的高灵敏谱带内，与闪光灯发射的宽谱带(＞1000nm)正相反，在该宽谱带内大部分能量都在接收机方面被损失掉了。以相同的接收信号电平来说，由相干光源所发射的能量因而远远地低于宽谱灯所发射的能量。激光二极管或VCSEL激光器此外还具有很好的发射能量/消耗能量的转换比并且不需要高压也不需要很高的击穿电压。因而大大减少了所消耗的电能；

[0016] -减少了质量及体积。激光二极管或VCSEL激光器比闪光灯的体积更小，需要更简单的供电电路(不是高压转换器及甚高压)并且消耗较少的能量，人们可以实现一种比采用闪光灯的体积更小并且不太重的发射机；

[0017] -降低了接收机的眩目度。因为发射的能量开始时较少，接收机所用的传感器没有引起炫目并且接收机方面的信号电平在运动体远距的过程中是比效有规律的；

[0018] -降低了电磁发射率。采用激光二极管或VCSEL激光器所利用的电压及起作用的能量比闪光灯的更低，激光器的电磁发射率比闪光发射机的电磁发射率低很多；

[0019] -改进了光谱选择性。光源的发射波长很窄，可以缩减接收机的谱带并因此而改善了背景信号比。

附图说明

[0020] 几个附图可使人们更好地理解本发明是如何实施的。在这些附图上，相同的参考标注表示相似的元部件。

[0021] 图1概括地说明了导弹的定位。

[0022] 图2是安装在所述导弹上的激光脉冲发射机的方块示意图。

[0023] 图3A、3B及3C是说明图2发射机工作运行情况的时态曲线图。

具体实施方式

[0024] 在图1上，表示出了能够相对于参考轴X-X(例如瞄准轴)对导弹2定位的装置1，所述导弹2以等速的速度远离定位装置1。该定位装置比如是文献US-4710028(FR-2583523)中所描述的那种类型。

[0025] 为了通过装置1对导弹定位，导弹2带有一种激光二极管型或VCSEL激光器型的激光源3，它能够朝所述装置1方向发射激光脉冲4。

[0026] 安装在导弹1上并指定用于控制激光源3的装置5包括一个并联安在所述激光源3上的电容器6，它适宜于利用受控开关8由电压电源7充电。同样，带有负载电阻9的激光源3电路是利用受控开关10闭合的。

[0027] 此外装置5还包括同步周期脉冲12的发生器11(见图3A)，它能够借助于控制装置13控制受控开关10关闭。另一方面，同步脉冲发生器11控制可变宽度脉冲15的发生器14(参见图3B)，其本身又利用控制系统16控制可控开关8。发生器14是这样的，即，它响应接收同步脉冲12而发射脉冲并且脉冲15的宽度随着时间t线性增加。

[0028] 导弹2发射之前，激光源3没有发射任何激光脉冲4。因而不存在任何对眼的伤害，甚至在最接近导弹2的环境内也是如此。

[0029] 当导弹2发射时，控制指令通过控制线路17传递到同步脉冲发生器11，在该控制线路上接入一个延迟器18。因此可以使激光源3的发射延时，一直到激光脉冲4确实需要利用装置1对导弹2定位的时候。

[0030] 当延迟器18实现的延时过后，发生器11产生第一个同步脉冲12.1它：

[0031] -借助控制装置13短瞬间关闭开关10，以致于可能在电容器6中的充电能够，利用负载电阻9，通过激光源3放电，紧接着所述开关10立即重新打开；

[0032] -控制发生器14，它产生第一个时宽为11的矩形波脉冲，可以在11时间内关闭开关8，以致于电容器6在所述时间内利用电压源7充电(参见图3C上的C1)。在11时间终止时，电容器6充电到V1电压程度，它一直保持到下一个同步脉冲12.2的出现。

[0033] 当发生器11发射下一个同步脉冲12.2时，如前面所述，开关10即刻短瞬间闭合，使得电容器6的V1电压充电可通过激光光源3放电(参见图3C上的d1线段)，该光源发射激光脉冲4，而发生器14则产生第二个其宽度为12的矩形波脉冲15.2，该宽度12＝11+δt(δt是时间常数，矩形波脉冲宽度与时间成线性变化)。其结果是，宽度12也相对于宽度11随着时间t线性地增加。因此，开关10重新打开，电容器6在时间间隔12内充电(参见图3C上的线段C2)一直到电压V2＝KV1。该电压V2保持到第三个同步脉冲12.3的出现。

[0034] 那时就发生与上一章节中相同的现象，电容器6的电压V2充电可通过光源3放电(线段d2)发射出激光脉冲4，紧接着该电容器在第三个矩形波脉冲15.3内充电至V3＝KV2，该矩形波脉冲的时间宽度13等于12+δt…

[0035] 因此，相继连续的光脉冲4是由于电压V1、V2、V 3，…的放电(d1，d2，…)而产生的，这些电压随着时间t线性增加，以致于其能量随着时间的平方而增加。