WO2013174722A1 - Method for determining the flight path of an object and flight path determining device - Google Patents

Method for determining the flight path of an object and flight path determining device Download PDF

Info

Publication number
WO2013174722A1
WO2013174722A1 PCT/EP2013/060190 EP2013060190W WO2013174722A1 WO 2013174722 A1 WO2013174722 A1 WO 2013174722A1 EP 2013060190 W EP2013060190 W EP 2013060190W WO 2013174722 A1 WO2013174722 A1 WO 2013174722A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
laser
detection
trajectory
laser radiation
detection device
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/060190
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Völker
Ivo Buske
Original Assignee
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. filed Critical Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Publication of WO2013174722A1 publication Critical patent/WO2013174722A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/66—Tracking systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders

Abstract

In order to provide a method for determining the flight path of an object, in particular of an object in outer space, by means of which method the flight path of objects having a small size and/or low reflectivity can be determined with high accuracy, in the method, a laser device and a detecting device are made to track the object along the approximate flight path of the object by means of a tracking device, laser radiation is generated by means of the laser device, the laser radiation is deflected by means of a beam deflecting device, the beam deflecting device is controlled by means of a control device in such a way that the laser radiation is directed in succession at different sub-regions of a detection region detected by the detecting device, and laser light that was emitted by the laser device and reflected by the object arranged in a sub-region of the detection region is detected by means of the detecting device.

Description

Verfahren zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts und  Method for determining the trajectory of an object and
Flugbahnbestimmungsvorrichtung  Trajectory determining means
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum. The present invention relates to a method for determining the trajectory of an object, in particular of an object in space.
Derartige Verfahren sind insbesondere für die Bestimmung der Flugbahn von sogenanntem Weltraumschrott (space debris), beispielsweise von nicht mehr benötigten Objekten, welche sich in einer Umlaufbahn um die Erde befinden, von großer Relevanz. Beispielsweise ist es notwendig, die Flugbahnen von im Weltraum befindlichen Triebwerkstufen von Raketen zu kennen, um eine mögliche Kollision mit Satelliten rechtzeitig vorhersehen, insbesondere mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit ermitteln, und durch eine Kursänderung der Satelliten vermeiden zu können. Such methods are of particular relevance for the determination of the trajectory of so-called space debris, for example objects no longer needed, which are in orbit around the earth. For example, it is necessary to know the trajectories of rocket engine stages in space in order to anticipate a possible collision with satellites in time, in particular with a certain probability, and to be able to avoid them by changing the course of the satellites.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem die Flugbahnen von Objekten, welche eine geringe Größe und/oder einen geringen Reflexionsgrad aufweisen, mit hoher The present invention has for its object to provide a method by which the trajectories of objects which have a small size and / or a low reflectance, with high
Genauigkeit bestimmbar ist. Accuracy is determinable.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum, gelöst, welches Folgendes umfasst: This object is achieved according to the invention by a method for determining the trajectory of an object, in particular of an object in space, which comprises the following:
Nachführen einer Laservorrichtung und einer Detektionsvorrichtung mittels einer Nachführungsvorrichtung zur Verfolgung des Objekts längs seiner ungefähren Flugbahn;  Tracking a laser device and a detection device by means of a tracking device for tracking the object along its approximate trajectory;
Erzeugen von Laserstrahlung, insbesondere Laserpulsen, mittels der Laservorrichtung;  Generating laser radiation, in particular laser pulses, by means of the laser device;
Ablenken der Laserstrahlung mittels einer Strahlablenkungsvorrichtung;  Deflecting the laser radiation by means of a beam deflection device;
Steuern und/oder Regeln der Strahlablenkungsvorrichtung mittels einer Steuervorrichtung derart, dass Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche eines von der Detek- tionsvorrichtung erfassten Detektionsbereichs gerichtet wird; Controlling and / or regulating the beam deflection device by means of a control device such that laser radiation successively is directed to mutually different subregions of a detection area detected by the detection device;
Detektieren von Laserlicht, welches von der Laservorrichtung emittiert und von dem in einem Subbereich des Detektionsbereichs an- geordneten Objekt reflektiert wurde, mittels der Detektionsvor- richtung .  Detecting laser light emitted by the laser device and reflected by the object located in a sub-area of the detection area by means of the detection device.
Mittels eines solchen Verfahrens kann eine bekannte ungefähre Flugbahn eines Objekts präzisiert werden. Insbesondere kann hierdurch ein genaues By means of such a method, a known approximate trajectory of an object can be specified. In particular, this can be an exact
Nachführen, d . h. ein Feintracking, eines Objekts erfolgen. Tracking, d. H. a fine tracking, an object done.
Unter einem Subbereich ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ein Teilbereich des von der Detektionsvorrichtung erfassten Detektionsbereichs zu verstehen. A subregion in this description and the appended claims is to be understood as a subregion of the detection region detected by the detection device.
Ein Bereich ist dabei insbesondere ein Raumbereich, beispielsweise ein Raumwinkelbereich, welcher mittels der Laservorrichtung mit Laserlicht beaufschlagt wird und/oder in welchem Licht emittiert oder reflektiert werden muss, damit dieses von der Detektionsvorrichtung erfassbar ist. A region is in particular a spatial region, for example a solid angle region, which is exposed to laser light by means of the laser device and / or in which light must be emitted or reflected so that it can be detected by the detection device.
Die Raumwinkelbereiche weisen dabei entweder einen gemeinsamen Ursprung oder zwei voneinander verschiedene Ursprünge auf. The solid angle regions have either a common origin or two mutually different origins.
Unter einer ungefähren Flugbahn ist in dieser Beschreibung und in den beige- fügten Ansprüchen eine Flugbahn zu verstehen, welche mit relativ ungenauen, beispielsweise optisch passiven, d . h. ohne zusätzliche künstliche Beleuchtung, Methoden ermittelt wurde oder aufgrund von Berechnungen vorhergesagt wurde. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass das Nachführen der Laservorrichtung mittels einer separaten Nachführungsvorrichtung erfolgt, welche vorzugsweise eine von der Strahlablenkungsvorrichtung separate Nachführungsvorrichtung ist. Alternativ hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Nachführung der Laservorrichtung mittels der Strahlablenkungsvorrichtung erfolgt. An approximate trajectory in this description and in the appended claims is to be understood as a trajectory which is associated with relatively inaccurate, for example optically passive, d. H. without additional artificial lighting, methods was determined or predicted based on calculations. In principle, it can be provided that the tracking of the laser device takes place by means of a separate tracking device, which is preferably a separate tracking device from the beam deflection device. Alternatively, however, it may also be provided that the Tracking of the laser device by means of the beam deflection takes place.
Günstig kann es sein, wenn das Nachführen der Detektionsvorrichtung mittels einer separaten Nachführungsvorrichtung erfolgt, welche vorzugsweise eine von der Laservorrichtung verschiedene Nachführungsvorrichtung ist. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Detektionsvorrichtung und die Laservorrichtung eine gemeinsame Nachführungsvorrichtung umfassen . Vorteilhaft kann es sein, wenn die Strahlablenkungsvorrichtung mittels der Steuervorrichtung so gesteuert und/oder geregelt wird, dass der Detektions- bereich mittels der Laserstrahlung, insbesondere der Laserpulse, abgerastert wird . Unter einem Abrastern ist in dieser Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen eine Steuerung und/oder Regelung der Strahlablenkungsvorrichtung derart zu verstehen, dass die Subbereiche des Detektionsbereichs in strukturierter Art und Weise gemäß einem vorgegebenen Suchmuster mit Laserstrahlung beaufschlagt werden. It may be favorable if the tracking of the detection device takes place by means of a separate tracking device, which is preferably a tracking device different from the laser device. However, it can also be provided that the detection device and the laser device comprise a common tracking device. It may be advantageous if the beam deflection device is controlled and / or regulated by means of the control device such that the detection region is scanned by means of the laser radiation, in particular of the laser pulses. Scanning in this description and in the appended claims is to be understood as meaning control and / or regulation of the beam deflection device in such a way that the subregions of the detection region are exposed to laser radiation in a structured manner in accordance with a predetermined search pattern.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Strahlablenkungsvorrichtung mittels der Steuervorrichtung so gesteuert und/oder geregelt wird, dass der Detektions- bereich mittels der Laserstrahlung spiralförmig und/oder radial zum Zentrum des Detektionsbereichs abgerastert wird. It may be advantageous if the beam deflection device is controlled and / or regulated by means of the control device in such a way that the detection region is scanned spirally and / or radially to the center of the detection region by means of the laser radiation.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Strahlablenkungsvorrichtung mittels der Steuervorrichtung so gesteuert und/oder geregelt wird, dass der Detektionsbereich mittels der Laserpulse in einem quadratischen Muster und/oder linienförmig, insbesondere zeilenweise oder spalten- weise, abgerastert wird . Alternatively or additionally, it may be provided that the beam deflection device is controlled and / or regulated by means of the control device in such a way that the detection region is scanned in a square pattern and / or in line, in particular line by line or column by column.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Laserlicht, welches von der Laservorrichtung emittiert und von dem in einem Subbereich ange- ordneten Objekt reflektiert wurde, mittels einer nicht ortsauflösenden Detektionsvorrichtung detektiert wird . Die Detektionsvorrichtung kann hierdurch eine wesentlich höhere Empfindlichkeit aufweisen. Die Detektionsvorrichtung ist insbesondere in einem Einzelphotonenbetrieb betreibbar, in welchem be- reits ein Photon zur Erzeugung eines Detektionssignals ausreicht. In one embodiment of the invention, it is provided that laser light which is emitted by the laser device and which is applied in a sub-area. ordered object was reflected, is detected by means of a non-spatially resolving detection device. The detection device can thereby have a much higher sensitivity. The detection device can be operated, in particular, in a single-photon mode in which a photon is already sufficient to generate a detection signal.
Günstig kann es sein, wenn zur Bestimmung der Entfernung des Objekts von der Laservorrichtung und der Detektionsvorrichtung mittels einer Auswertungsvorrichtung eine Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden von Laser- Strahlung, insbesondere eines Laserpulses, einerseits und der Detektion des von dem Objekt teilweise reflektierten Laserlichts, insbesondere Laserpulses, andererseits ermittelt wird . It may be favorable if, for determining the distance of the object from the laser device and the detection device by means of an evaluation device, a time difference between the emission of laser radiation, in particular a laser pulse, on the one hand and the detection of the partially reflected by the object laser light, in particular laser pulse, on the other hand is determined.
Ferner kann es günstig sein, wenn die ungefähre Flugbahn des Objekts mittels einer Radarvorrichtung und/oder mittels einer passiven Detektionsvorrichtung, d . h. ohne aktive künstliche Beleuchtung, ermittelt wird. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die ungefähre Flugbahn des Objekts aus einer Datenbank entnommen und/oder berechnet wird. Hierzu kann beispielsweise eine Datenbankvorrichtung vorgesehen sein, welche insbesondere mit mindestens einer Nachführungsvorrichtung gekoppelt ist. Furthermore, it may be favorable if the approximate trajectory of the object is determined by means of a radar device and / or by means of a passive detection device, i. H. without active artificial lighting. Alternatively or additionally, it can be provided that the approximate trajectory of the object is taken from a database and / or calculated. For this purpose, for example, a database device may be provided, which is in particular coupled to at least one tracking device.
Mittels einer Auswertungsvorrichtung wird vorzugsweise die Position und/oder die Ausrichtung der Strahlablenkungsvorrichtung beim Aussenden der By means of an evaluation device is preferably the position and / or orientation of the beam deflection device when emitting the
Laserstrahlung erfasst. Laser radiation detected.
Vorzugsweise wird aus dieser Position und/oder aus dieser Ausrichtung der Strahlablenkungsvorrichtung eine Relativposition des Objekts relativ zu einem Zentrum des Detektionsbereichs zu einem vorgegebenen Zeitpunkt ermittelt. Insbesondere dann, wenn mittels der Laservorrichtung Laserpulse aussendbar sind oder ausgesandt werden, kann vorgesehen sein, dass mittels der Auswertungsvorrichtung eine Zuordnung von detektiertem Laserlicht zu ausgesandten Laserpulsen, insbesondere über eine Abschätzung der Laufzeit, durchführbar ist oder durchgeführt wird. Insbesondere dann, wenn mehrere Laserpulse ausgesandt werden, bis reflektiertes Laserlicht eines zuvor ausgesandten Laserpulses detektiert wird, kann eine solche Zuordnung vorteilhaft sein. Die Detektionsvorrichtung wird und/oder ist vorzugsweise deaktiviert und/oder vor reflektiertem Laserlicht geschützt, während Laserlicht mittels der Laservorrichtung erzeugt wird und/oder während Laserlicht auf dem Hinweg zu dem Objekt ist. Die Detektionsvorrichtung wird und/oder ist vorzugsweise aktiviert, insbesondere zur Detektion von reflektiertem Laserlicht bereit, während von dem Objekt reflektiertes Laserlicht auf dem Rückweg von dem Objekt ist. Preferably, from this position and / or from this orientation of the beam deflection device, a relative position of the object relative to a center of the detection area is determined at a predetermined time. In particular, when laser pulses can be emitted or emitted by means of the laser device, it can be provided that an assignment of detected laser light to emitted laser pulses, in particular via an estimation of the transit time, can be carried out by means of the evaluation device is or is being carried out. In particular, when a plurality of laser pulses are emitted until reflected laser light of a previously transmitted laser pulse is detected, such an assignment may be advantageous. The detection device is and / or is preferably deactivated and / or protected from reflected laser light while laser light is generated by means of the laser device and / or while laser light is on the way to the object. The detection device is and / or is preferably activated, in particular ready for the detection of reflected laser light, while laser light reflected from the object is on the return path from the object.
Insbesondere über eine Abschätzung der Laufzeit wird vorzugsweise bestimmt, ob das Laserlicht auf dem Hinweg zu dem Objekt oder auf dem Rückweg von dem Objekt ist. In particular, via an estimate of the transit time, it is preferably determined whether the laser light is on the way to the object or on the way back from the object.
Die Strahlablenkungsvorrichtung wird mittels der Steuervorrichtung vorzugsweise so gesteuert und/oder geregelt, dass der Detektionsbereich mittels der Laserstrahlung, insbesondere der Laserpulse, längs eines vorgegebenenThe beam deflection device is preferably controlled and / or regulated by means of the control device such that the detection region is moved along a predetermined path by means of the laser radiation, in particular the laser pulses
Rasters abgerastert wird und dass mittels einer Auswertungsvorrichtung aus einem ermittelten Zeitpunkt, zu welchem eine Reflexion erfolgt und/oder zu welchem mittels der Detektionsvorrichtung reflektierte Laserstrahlung detektiert wird, eine Relativposition des Objekts relativ zu einem Zentrum des Detektionsbereichs ermittelt wird . Insbesondere wird hierbei aus einer ermittelten verstrichenen Zeit während der Durchführung des Verfahrens auf einen bestimmten Punkt des Rasters geschlossen, um die Relativposition des Objekts relativ zu dem Zentrum des Detektionsbereichs zu ermitteln. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus der ermittelten Relativposition des Objekts relativ zu dem Zentrum des Detektionsbereiches und aus der ungefähren Flugbahn des Objekts und/oder aus mindestens zwei zeitlich nacheinander ermittelten Relativpositionen des Objekts relativ zu dem Zentrum des Detektionsbereichs eine tatsächliche Flugbahn des Objekts bestimmt wird, insbesondere unter Verwendung der ermittelten Winkelpositionen mindestens einer Nachführungsvorrichtung . Die Bestimmung der tatsächlichen Flugbahn kann beispielsweise durch Berechnung der Keplerbahn mit den zuge- hörigen Keplerelementen erfolgen. Vorzugsweise wird die Nachführung der Laservorrichtung und der Detektionsvorrichtung an die tatsächliche Flugbahn des Objekts angepasst. Eine solche Anpassung wird auch als "Feintracking" bezeichnet. Günstig kann es sein, wenn das Verfahren mehrfach hintereinander durchgeführt wird, um nach und nach eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der tatsächlichen Flugbahn des Objekts zu erzielen. Die bei der erstmaligen Durchführung des Verfahrens ermittelte tatsächliche Flugbahn des Objekts ist dann die ungefähre Flugbahn des Objekts bei der zweiten Durchführung des Verfahrens, usw. Raster is scanned and that by means of an evaluation device from a determined time, to which a reflection is carried out and / or to which by the detection device reflected laser radiation is detected, a relative position of the object is determined relative to a center of the detection area. In particular, in this case, it is concluded from a determined elapsed time during the execution of the method to a specific point of the grid in order to determine the relative position of the object relative to the center of the detection area. In one embodiment of the invention it is provided that from the determined relative position of the object relative to the center of the detection area and from the approximate trajectory of the object and / or at least two chronologically successively determined relative positions of the object relative to the Center of the detection area an actual trajectory of the object is determined, in particular using the determined angular positions of at least one tracking device. The determination of the actual trajectory can be done, for example, by calculating the Kepler track with the associated Kepler elements. Preferably, the tracking of the laser device and the detection device is adapted to the actual trajectory of the object. Such an adaptation is also referred to as "fine tracking". It may be favorable if the method is carried out several times in succession in order to gradually achieve a higher accuracy in determining the actual trajectory of the object. The actual trajectory of the object ascertained when the method is carried out for the first time is then the approximate trajectory of the object in the second execution of the method, etc.
Nach der Bestimmung der tatsächlichen Flugbahn des Objekts wird somit vorzugsweise die Nachführung mittels der Nachführungsvorrichtung so angepasst, dass die Laservorrichtung und die Detektionsvorrichtung zur Verfolgung des Objekts längs seiner tatsächlichen Flugbahn nachgeführt werden. After the determination of the actual trajectory of the object, the tracking by means of the tracking device is thus preferably adjusted such that the laser device and the detection device for tracking the object are tracked along its actual trajectory.
Auch Objekte, welche sich relativ zu der Laservorrichtung und/oder der Also, objects which are relative to the laser device and / or the
Detektionsvorrichtung nicht bewegen, d .h. stationäre Objekte, können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert werden . Insbesondere kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Position eines Objekts relativ zu der Laservorrichtung und der Detektionsvorrichtung ermittelt werden. Do not move the detection device, ie. stationary objects can be detected by means of the method according to the invention. In particular, the position of an object relative to the laser device and the detection device can be determined by means of the method according to the invention.
Die Bestimmung der (stationären) Position eines Objekts ist ein Spezialfall der Bestimmung der Flugbahn eines Objekts, bei welchem die Flugbahn als Bewe- gungsvektor den Nullvektor aufweist. The determination of the (stationary) position of an object is a special case of determining the trajectory of an object in which the trajectory has the zero vector as the motion vector.
Die Laservorrichtung und die Detektionsvorrichtung werden zur Detektion der Position eines Objekts auf den Bereich einer erwarteten, ungefähren Position des Objekts gerichtet. Dieses Richten ist somit auch ein Spezialfall des Nachführens, bei welchem der Bewegungsvektor der Nullvektor ist. The laser device and the detection device are used to detect the position of an object in the region of an expected, approximate position of the object. This directing is thus also a special case of tracking, in which the motion vector is the zero vector.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum, umfassend : The present invention thus also relates to a method for determining the position of an object, in particular of an object in space, comprising:
Richten einer Laservorrichtung und einer Detektionsvorrichtung auf einen Bereich einer erwarteten Position des Objekts;  Directing a laser device and a detection device to an area of an expected position of the object;
Erzeugen von Laserstrahlung mittels der Laservorrichtung;  Generating laser radiation by means of the laser device;
- Ablenken der Laserstrahlung mittels einer Strahlablenkungsvorrichtung;  - deflecting the laser radiation by means of a beam deflection device;
Steuern und/oder Regeln der Strahlablenkungsvorrichtung mittels einer Steuervorrichtung derart, dass die Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche eines von der Detektionsvorrichtung erfassten Detektionsbereichs gerichtet wird; Controlling and / or regulating the beam deflection device by means of a control device such that the laser radiation is successively directed to mutually different subregions of a detection area detected by the detection device;
Detektieren von Laserlicht, welches von der Laservorrichtung emittiert und von dem in einem Subbereich des Detektionsbereichs angeordneten Objekt reflektiert wurde, mittels der Detektionsvorrichtung . Detecting laser light emitted by the laser device and reflected by the object located in a subregion of the detection region by means of the detection device.
Dieses Verfahren kann einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit dem Verfahren zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts und/oder der Flugbahnbestimmungsvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen. This method may comprise one or more of the features and / or advantages described in connection with the method for determining the trajectory of an object and / or the trajectory determination device.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Flugbahnbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts. The present invention further relates to a trajectory determination device for determining the trajectory of an object.
Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, eine Flugbahn- bestimmungsvorrichtung bereitzustellen, mittels welcher die Flugbahn vonThe invention is in this respect the task of providing a trajectory determination device, by means of which the trajectory of
Objekten, welche eine geringe Größe, einen geringen Reflexionsgrad und/oder einen großen Abstand von der Vorrichtung aufweisen, mit hoher Genauigkeit bestimmbar ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Flugbahnbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum, gelöst, welche Folgendes umfasst: Objects that have a small size, a low reflectance and / or a large distance from the device can be determined with high accuracy. This object is achieved according to the invention with a trajectory determination device for determining the trajectory of an object, in particular of an object in space, which comprises the following:
- eine Laservorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung;  a laser device for generating laser radiation;
eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Laserlicht, welches mittels der Laservorrichtung emittiert und in einem Detektions- bereich der Detektionsvorrichtung reflektiert wurde;  a detection device for detecting laser light emitted by the laser device and reflected in a detection area of the detection device;
eine Nachführungsvorrichtung zum Nachführen der Laservorrich- tung und der Detektionsvorrichtung zur Verfolgung des Objekts längs seiner ungefähren Flugbahn;  a tracking device for tracking the laser device and the detection device for tracking the object along its approximate trajectory;
eine Strahlablenkungsvorrichtung zum Ablenken der Laserstrahlung;  a beam deflection device for deflecting the laser radiation;
eine Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Strahlab- lenkungsvorrichtung derart, dass die Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche des von der Detektionsvorrichtung erfassten Detektionsbereichs richtbar ist.  a control device for controlling and / or regulating the beam deflection device in such a way that the laser radiation can be directed successively to different subregions of the detection range detected by the detection device.
Die erfindungsgemäße Flugbahnbestimmungsvorrichtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere Merkmale und/oder Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf. The trajectory determination device according to the invention preferably has one or more features and / or advantages of the method according to the invention.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Detektionsvorrichtung eine nicht ortsauflösende Detektionsvorrichtung ist. Beispielsweise kann die Detektions- Vorrichtung ein Einzeldetektor, insbesondere ein Photomultiplier und/oder eine Single Photon Avalanche Diode (SPAD), sein. In particular, it is provided that the detection device is a non-spatially resolving detection device. For example, the detection device may be a single detector, in particular a photomultiplier and / or a single photon avalanche diode (SPAD).
Günstig kann es sein, wenn die Flugbahnbestimmungsvorrichtung eine Auswertungsvorrichtung umfasst, mittels welcher durch Ermitteln einer Zeitdiffe- renz zwischen dem Aussenden eines Laserpulses einerseits und der Detektion des von dem Objekt teilweise reflektierten Laserpulses andererseits die Entfernung des Objekts von der Laservorrichtung und der Detektionsvorrichtung ermittelbar ist. Die Flugbahnbestimmungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Auswertungsvorrichtung, mittels welcher aus einer ermittelten Relativposition des Objekts relativ zu dem Zentrum des Detektionsbereichs und aus der ungefäh- ren Flugbahn des Objekts und/oder aus mindestens zwei zeitlich nacheinander ermittelten Relativpositionen des Objekts relativ zu dem Zentrum des Detektionsbereichs eine tatsächliche Flugbahn des Objekts bestimmbar ist. It may be favorable if the trajectory determination device comprises an evaluation device, by means of which the distance of the object from the laser device and the detection device can be determined by determining a time difference between the emission of a laser pulse on the one hand and the detection of the laser pulse partially reflected by the object. The trajectory determination device preferably comprises an evaluation device, by means of which an actual relative position of the object relative to the center of the detection area and the approximate trajectory of the object and / or from at least two temporally successively determined relative positions of the object relative to the center of the detection area Trajectory of the object is determinable.
Die Steuervorrichtung der Flugbahnbestimmungsvorrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass einzelne oder mehrere Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführbar sind . The control device of the trajectory determination device is preferably designed so that one or more steps of the method according to the invention can be carried out.
Eine Strahlablenkungsvorrichtung kann beispielsweise ein sogenannter Tip- Tilt-Spiegel sein. Insbesondere ist die Strahlablenkungsvorrichtung ein opti- sches Element mit hoher zeitlicher Dynamik und hoher Winkelauflösung, so dass die Laserpulse gezielt in voneinander verschiedene Subbereiche des von der Detektionsvorrichtung erfassten Detektionsbereichs richtbar sind . A beam deflection device may, for example, be a so-called tip-tilt mirror. In particular, the beam deflection device is an optical element with high temporal dynamics and high angular resolution, so that the laser pulses can be directed in targeted manner into different subregions of the detection range detected by the detection device.
Es kann vorgesehen sein, dass mittels der erfindungsgemäßen Flugbahn- bestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum, auch stationäre Objekte detektierbar sind. It can be provided that stationary objects can also be detected by means of the trajectory determination device according to the invention for determining the trajectory of an object, in particular of an object in outer space.
Die Flugbahnbestimmungsvorrichtung ist dann eine Positionsbestimmungs- Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum. The trajectory determination device is then a position determination device for determining the position of an object, in particular of an object in space.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit auch eine Positionsbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Position eines Objekts, insbesondere eines Objekts im Weltraum, umfassend : The present invention thus also relates to a position determining device for determining the position of an object, in particular of an object in space, comprising:
eine Laservorrichtung zur Erzeugung von Laserstrahlung; eine Detektionsvorrichtung zur Detektion von Laserlicht, welches mittels der Laservorrichtung emittiert und in einem Detektions- bereich der Detektionsvorrichtung reflektiert wurde; a laser device for generating laser radiation; a detection device for detecting laser light emitted by the laser device and reflected in a detection area of the detection device;
eine Ausrichtungsvorrichtung zum Ausrichten der Laservorrichtung und der Detektionsvorrichtung auf eine erwartete, ungefähre Position des Objekts;  an alignment device for aligning the laser device and the detection device to an expected, approximate position of the object;
eine Strahlablenkungsvorrichtung zum Ablenken der Laserstrahlung;  a beam deflection device for deflecting the laser radiation;
eine Steuervorrichtung zum Steuern und/oder Regeln der Strahl- ablenkungsvorrichtung derart, dass die Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche des von der Detektionsvorrichtung erfassten Detektionsbereichs richtbar ist.  a control device for controlling and / or regulating the beam deflecting device in such a way that the laser radiation can be directed successively to different subregions of the detection range detected by the detection device.
Die erfindungsgemäße Positionsbestimmungsvorrichtung weist vorzugsweise einzelne oder mehrere Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Flugbahnbestimmungsvorrichtung auf. The position-determining device according to the invention preferably has one or more features of the method according to the invention and / or of the trajectory determination device according to the invention.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung können insbesondere auch Objekte bis zum geostationären Orbit detektiert und deren Position bestimmt werden. By means of the method according to the invention and / or the device according to the invention, in particular objects can also be detected up to the geostationary orbit and their position determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren und/oder die erfindungsgemäße Flugbahnbestimmungsvorrichtung können vorzugsweise ferner einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen. The method according to the invention and / or the trajectory determination device according to the invention may preferably furthermore have one or more of the features and / or advantages described below.
Günstig kann es sein, wenn mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung Objekte mit einer Größe bis ungefähr 10 cm detektierbar und deren Flugbahnen bestimmbar sind . Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung kommen vorzugsweise ohne positionsempfindliche Detektoren, insbesondere ohne Quadrantendetektoren, Lateraleffektdioden, Focal Plane Arrays, etc. aus. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung können vorzugsweise auch Objekte erfasst und deren Flugbahnen bestimmt werden, welche nicht wie Satelliten mit optischen Ret ro- Reflektoren versehen sind . It may be favorable if by means of the method according to the invention and / or the device according to the invention objects with a size of up to approximately 10 cm can be detected and their trajectories can be determined. The method according to the invention and the device according to the invention preferably take place without position-sensitive detectors, in particular without quadrant detectors, lateral effect diodes, focal plane arrays, etc. By means of the method according to the invention and / or the device according to the invention, objects can also be detected and their trajectories can be determined, which are not provided with optical retouch reflectors like satellites.
Vorzugsweise muss das zu detektierende Objekt nicht permanent mit Laserstrahlung beaufschlagt werden. Vielmehr kann ein ungefähr bekannter Raumbereich vorzugsweise mittels Laserpulsen abgerastert werden. Ein Laser-Tracking-Verfahren kann beispielsweise auf der Messung von Positionsabweichungen relativ zu einer optischen Achse beruhen, wobei positionsempfindliche Detektoren verwendet werden, welche zum Betrieb eine große Anzahl von reflektierten Photonen benötigen. Insbesondere für kleine Objekte, Objekte mit kleinerem Reflexionsgrad oder weit entfernte Objekte ist diese Methode jedoch eher ungeeignet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind hingegen vorzugsweise auch sehr kleine Objekte und/oder sehr weit entfernte Objekte detektierbar und deren Flugbahnen bestimmbar. Vorzugsweise wird die Detektionsvorrichtung im Durchbruchsbetrieb (Geigermodus) betrieben. Dies bedeutet, dass die Verstärkung der Detektionsvorrichtung vorzugsweise derart hoch eingestellt wird, dass schon ein einziges Photon die Detektionsvorrichtung in Sättigung treibt und somit mit hoher Wahrscheinlichkeit detektiert wird . Hierdurch kann eine Detektionsvorrichtung mit sehr hoher Empfindlichkeit bereitgestellt werden, so dass auch sehr kleine Objekte zuverlässig erfasst werden können. Preferably, the object to be detected does not have to be permanently exposed to laser radiation. Rather, an approximately known spatial area can preferably be scanned by means of laser pulses. For example, a laser tracking technique may be based on the measurement of positional deviations relative to an optical axis using position sensitive detectors which require a large number of reflected photons to operate. Especially for small objects, objects with a smaller reflectance or distant objects, this method is rather unsuitable. By contrast, by means of the method according to the invention and / or the device according to the invention, it is also possible to detect very small objects and / or very distant objects and to determine their trajectories. Preferably, the detection device is operated in the breakdown mode (Geiger mode). This means that the gain of the detection device is preferably set so high that even a single photon drives the detection device into saturation and thus is detected with high probability. In this way, a detection device with very high sensitivity can be provided, so that even very small objects can be detected reliably.
Vorzugsweise werden Objekte zunächst in einem Ad-hoc-Modus detektiert öder es werden bekannte Flugbahnen von Objekten nachvermessen, bis eine sogenannte Kataloggenauigkeit aufrechterhalten wird (Katalog-Modus). Die so erhältliche Flugbahn dieser Objekte ist vorzugsweise die ungefähre Flugbahn der Objekte. In einem nächsten Schritt wird vorzugsweise ein Suchraum definiert, in welchem das Objekt, beispielsweise anhand der Präzision der ursprünglichen Orbitbestimmung oder aufgrund der Genauigkeit eines genutzten Katalogs, zu erwarten ist. Preferably, objects are first detected in an ad hoc mode, or known trajectories of objects are measured until a so-called catalog accuracy is maintained (catalog mode). The trajectory of these objects thus obtainable is preferably the approximate trajectory of the objects. In a next step, a search space is preferably defined in which the object can be expected, for example based on the precision of the original orbit determination or on the accuracy of a catalog used.
In einem weiteren Schritt wird vorzugsweise mittels eines Pulslasers der Suchraum abgescannt, in dem die Winkel, unter denen der Laserstrahl ausgesandt wird, nach und nach verändert werden. Hierbei kann insbesondere die angestrahlte Position im Suchraum nach jedem Laserpuls verändert werden. Grundsätzlich kommen dabei jedoch sämtliche Suchstrategien in Frage. In a further step, the search space is preferably scanned by means of a pulse laser, in which the angles at which the laser beam is emitted are changed gradually. In this case, in particular the illuminated position in the search space can be changed after each laser pulse. In principle, however, all search strategies come into question.
Vorteilhaft kann es dann sein, die Horizontal- und Vertikalwinkel, unter denen der Laserpuls ausgesandt wird, zu speichern und diese Winkelkoordinaten, die sich insbesondere aus der Stellung des Teleskops und dem Subbereich ergeben, mit einem Zeitstempel zu versehen. It can then be advantageous to store the horizontal and vertical angles at which the laser pulse is emitted and to provide these angular coordinates, which result, in particular, from the position of the telescope and the subregion, with a time stamp.
Durch geeignete Wahl der Pulswiederholrate der Laservorrichtung und Anpassung der Scanrate wird das Objekt irgendwann während des Scanzyklus von einem Laserpuls erleuchtet. By suitable choice of the pulse repetition rate of the laser device and adaptation of the scan rate, the object is illuminated by a laser pulse sometime during the scan cycle.
Zur Detektion wird vorzugsweise eine beispielsweise als Ranging-Sensor ausgebildete Detektionsvorrichtung verwendet, so dass reflektiertes Laserlicht mit hoher Empfindlichkeit zuverlässig erfasst werden kann. Trifft ein Laserpuls während des Scanvorgangs das Objekt, so können von diesem reflektierte Photonen von der Detektionsvorrichtung detektiert werden . Durch eine Laufzeitbestimmung kann zudem der Abstand des Objekts bestimmt werden. Dieser Abstand wird ebenso wie die zuvor vermerkte Horizontal- und Vertikalwinkelposition und die Zeit erfasst. Sämtliche Daten können in Beziehung zueinander gesetzt werden, so dass ein Datensatz erhältlich ist, aus welchem eine sehr genaue Absolutposition des Objekts im Weltraum (relativ zu der Erde) bestimmbar ist. Dieses Verfahren lässt sich vorzugsweise entlang eines angenommenen Orbits weiter durchführen, so dass aus den gewonnenen Datensätzen schließlich eine tatsächliche Flugbahn des Objekts ermittelt werden kann. Die Genauigkeit des Verfahrens hängt im Wesentlichen vom Laserstrahldurchmesser am Ort des Zielobjekts und von der Winkelauflösung der Strahlablenkungsvorrichtung ab. For detection, a detection device designed, for example, as a ranging sensor is preferably used, so that reflected laser light can be reliably detected with high sensitivity. If a laser pulse strikes the object during the scanning process, reflected photons from the detection device can be detected by it. By determining the transit time, the distance of the object can also be determined. This distance is detected as well as the previously noted horizontal and vertical angular position and time. All data can be related to each other so that a data set is available from which a very accurate absolute position of the object in space (relative to the earth) can be determined. This method can preferably be carried out further along an assumed orbit, so that finally an actual trajectory of the object can be determined from the data records obtained. The accuracy of the method depends essentially on the laser beam diameter at the location of the target object and on the angular resolution of the beam deflection device.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Laservorrichtung mit einer Pulswiederholrate von ungefähr 1 kHz, einer Pulsenergie von 1 J und einem Strahldurchmesser von ungefähr 7 m in einer Entfernung von ungefähr 1.000 km sowie ein Suchraum in Form einer Ellipse (große Halbachse, welche vorzugsweise entlang der Flugbahn verläuft: ungefähr 500 m, kleine Halbachse, welche vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Flugbahn verläuft: ungefähr 100 m; was ungefähr der aktuellen Genauigkeit des Bahndatenkatalogs für Weltraumschrott in niedrigen Erdorbits entspricht) vorgesehen sind . Zur kompletten Abdeckung dieses Suchraums benötigt man beispielsweise ungefähr 1.000 Pulse. Bewegt man den Suchraum mit der ungefähren Flugbahn mit, so trifft man das Objekt in diesem Beispiel ungefähr lx pro Sekunde und kann somit einen Datensatz aufzeichnen. Abhängig von derFor example, it may be provided that a laser device with a pulse repetition rate of about 1 kHz, a pulse energy of 1 J and a beam diameter of about 7 m at a distance of about 1,000 km and a search space in the form of an ellipse (large semi-axis, which preferably along the Trajectory is approximately 500 m, small semi-axis, which is preferably substantially perpendicular to the trajectory: approximately 100 m, which is approximately the current accuracy of the orbital catalog for low-earth orbit space debris equivalent) provided. For complete coverage of this search space you need, for example, about 1,000 pulses. If one moves the search space with the approximate trajectory, one hits the object in this example approximately lx per second and can thus record a data record. Depends on the
Scanstrategie kann die Anzahl der Treffer des Objekts pro Sekunde und somit die Häufigkeit der Positionsmessung erhöht werden . Scan strategy can increase the number of hits of the object per second and thus the frequency of the position measurement.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mittels der erfindungsge- mäßen Flugbahnbestimmungsvorrichtung wird ein nachgeführter Detektions- bereich vorzugsweise mittels Laserpulsen abgerastert oder gescannt. In the method according to the invention and / or by means of the trajectory determination device according to the invention, a traced detection area is preferably scanned or scanned by means of laser pulses.
Unter Laserstrahlung ist insbesondere kontinuierliche Laserstrahlung oder gepulste Laserstrahlung (Laserpulse) zu verstehen . By laser radiation is meant in particular continuous laser radiation or pulsed laser radiation (laser pulses).
Vorzugsweise hängt die Genauigkeit bei der Positionsermittlung somit von dem Strahldurchmesser des Lasers und nicht von einer Ortsauflösung der Detek- tionsvorrichtung ab. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Genauigkeit bei der Positionsermittlun von der Genauigkeit der Strahlablenkungsvorrichtung, der mindestens einen Nachführungsvorrichtung und/oder mindestens einer Aufnahme- und Lagerungsvorrichtung für die Laservorrichtung abhängt. The accuracy in the position determination thus preferably depends on the beam diameter of the laser and not on a spatial resolution of the detection device. Furthermore, it can be provided that the accuracy in the position determination depends on the accuracy of the beam deflection device, the at least one tracking device and / or at least one recording and storage device for the laser device.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen. Further preferred features and / or advantages of the invention are the subject of the following description and the drawings of exemplary embodiments.
In den Zeichnungen zeigen : eine schematische Darstellung einer Flugbahnbestimmungsvorrichtung zur Bestimmung der Flugbahn eines Objekts im Weltraum; eine schematische Darstellung einer Laservorrichtung der Flugbahnbestimmungsvorrichtung; eine schematische Darstellung eines mittels einer Detektionsvor richtung der Flugbahnbestimmungsvorrichtung erfassbaren Detektionsbereichs, welcher mittels Laserpulsen aus der Laservorrichtung spiralförmig abgerastert wird; eine der Figur 3 entsprechende schematische Darstellung des Detektionsbereichs, wobei quadratische Subbereiche des Detektionsbereichs spiralförmig nacheinander mit Laserpulsen beaufschlagt werden; eine der Figur 3 entsprechende schematische Darstellung eines Detektionsbereichs, wobei quadratische Subbereiche des Detektionsbereichs zeilenweise nacheinander mit Laserpulsen beaufschlagt werden; und Figur 6 eine schematische Darstellung der ungefähren Flugbahn und der tatsächlichen Flugbahn eines mittels der Flugbahnbestimmungsvorrichtung erfassbaren Objekts. In the drawings: a schematic representation of a trajectory determination device for determining the trajectory of an object in space; a schematic representation of a laser device of the trajectory determination device; a schematic representation of detectable by means of a Detektionsvor direction of the trajectory determination device detection area which is scanned spirally by means of laser pulses from the laser device; a schematic representation of the detection area corresponding to Figure 3, wherein quadratic subregions of the detection area are spirally applied successively with laser pulses; a schematic representation of a detection range corresponding to Figure 3, wherein quadratic sub-areas of the detection area are successively applied line by line with laser pulses; and 6 shows a schematic illustration of the approximate trajectory and the actual trajectory of an object detectable by means of the trajectory determination device.
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference numerals in all figures.
Eine in den Figuren 1 und 2 dargestellte, als Ganzes mit 100 bezeichnete Flugbahnbestimmungsvorrichtung umfasst eine Laservorrichtung 102 und eine Detektionsvorrichtung 104. A trajectory determination device 100, designated as a whole as 100 in FIGS. 1 and 2, comprises a laser device 102 and a detection device 104.
Zur Ausrichtung der Laservorrichtung 102 und der Detektionsvorrichtung 104 auf ein zu detektierendes Objekt 106, beispielsweise ein Objekt 106 im Welt- räum, umfasst die Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 mindestens eine Ausrichtungsvorrichtung 108, welche beispielsweise als eine Nachführungsvorrichtung 110 ausgebildet ist. In order to align the laser device 102 and the detection device 104 with an object 106 to be detected, for example an object 106 in the world, the trajectory determination device 100 comprises at least one alignment device 108, which is designed, for example, as a tracking device 110.
Mittels der Ausrichtungsvorrichtung 108 können die Laservorrichtung 102 und die Detektionsvorrichtung 104 auf das Objekt 106 ausgerichtet werden. By means of the alignment device 108, the laser device 102 and the detection device 104 can be aligned with the object 106.
Insbesondere bei stationären Objekten, welche sich relativ zu der Laservorrichtung 102 und der Detektionsvorrichtung 104 nicht bewegen, beispielsweise Objekte 106 in einem geostationären Orbit, ist mittels der Flugbahnbestim- mungsvorrichtung 100 somit als Spezialfall der Bestimmung einer Flugbahn die Position des Objekts 106 ermittelbar. In particular for stationary objects which do not move relative to the laser device 102 and the detection device 104, for example objects 106 in a geostationary orbit, the position of the object 106 can be determined by means of the trajectory determination device 100 as a special case of determining a trajectory.
Die Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 ist somit auch eine Positionsbestimmungsvorrichtung 111. The trajectory determination device 100 is therefore also a position determination device 111.
Zur Detektion von relativ zu der Laservorrichtung 102 und der Detektionsvorrichtung 104 bewegten Objekten 106 können die Laservorrichtung 102 und die Detektionsvorrichtung 104 mittels der Nachführungsvorrichtung 110 zur Ver- folgung des Objekts 106 längs einer ungefähren Flugbahn 112 des Objekts 106 nachgeführt werden. In order to detect objects 106 moving relative to the laser device 102 and the detection device 104, the laser device 102 and the detection device 104 can be read by means of the tracking device 110. Tracking the object 106 along an approximate trajectory 112 of the object 106 tracked.
Die Laservorrichtung 102 ist dabei mittels der Ausrichtungsvorrichtung 108 so ausrichtbar und/oder mittels der Nachführungsvorrichtung 110 so nachführbar, dass von der Laservorrichtung 102 emittierte Laserpulse 114 in einen Raumbereich gerichtet werden können, in welchem das Objekt 106 angeordnet ist. Ferner ist die Detektionsvorrichtung 104 mittels der Ausrichtungsvorrichtung 108 so ausrichtbar und/oder mittels der Nachführungsvorrichtung 110 so nachführbar, dass ein Detektionsbereich 116 der Detektionsvorrichtung 104, in welchem Licht abgestrahlt oder reflektiert werden muss, damit dieses von der Detektionsvorrichtung 104 erfassbar ist, stets einen erwarteten, ungefähren Aufenthaltsort des Objekts 106 und dessen Umgebung umfasst. In this case, the laser device 102 can be aligned by means of the alignment device 108 and / or can be tracked by the tracking device 110 in such a way that laser pulses 114 emitted by the laser device 102 can be directed into a spatial region in which the object 106 is arranged. Furthermore, the detection device 104 can be aligned by means of the alignment device 108 and / or so trackable by the tracking device 110 that a detection region 116 of the detection device 104, in which light must be emitted or reflected, so that it can be detected by the detection device 104, always an expected , approximate location of the object 106 and its surroundings.
Die Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Radarvorrichtung 118, mittels welcher ein Objekt 106 detektierbar ist und mittels welcher eine ungefähre Position und/oder eine ungefähre Flugbahn 112 des Objekts 106 ermittelbar ist. The trajectory determination device 100 further comprises a radar device 118, by means of which an object 106 can be detected and by means of which an approximate position and / or an approximate trajectory 112 of the object 106 can be determined.
Die Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Steuervorrichtung 120 und eine Auswertungsvorrichtung 122. Mittels der Steuervorrichtung 120 sind die Laservorrichtung 102, die Detektionsvorrichtung 104, die Ausrichtungsvorrichtung 108, die Nachführungsvorrichtung 110, die Radarvorrichtung 118 und/oder eine (noch zu beschreibende) Strahlablenkungsvorrichtung steuerbar und/oder regelbar. Mittels der Auswertungsvorrichtung 122 sind von der Laservorrichtung 102 und/oder der Detektionsvorrichtung 104 sowie der Radarvorrichtung 118 ermittelte und/oder erzeugte Signale zur Bestimmung der Position und/oder der Flugbahn 112 des Objekts 106 auswertbar. Wie Figur 2 zu entnehmen ist, umfasst die Laservorrichtung 102 eine Laser- pulserzeugungsvorrichtung 124 und eine Strahlablenkungsvorrichtung 126. Mittels der Laserpulserzeugungsvorrichtung 124 der Laservorrichtung 102 können Laserpulse 114 erzeugt werden. The trajectory determination device 100 further comprises a control device 120 and an evaluation device 122. By means of the control device 120, the laser device 102, the detection device 104, the alignment device 108, the tracking device 110, the radar device 118 and / or a beam deflection device (to be described later) can be controlled and / or or controllable. By means of the evaluation device 122, signals determined and / or generated by the laser device 102 and / or the detection device 104 and the radar device 118 can be evaluated for determining the position and / or the trajectory 112 of the object 106. As can be seen from FIG. 2, the laser device 102 comprises a laser pulse generation device 124 and a beam deflection device 126. Laser pulses 114 can be generated by means of the laser pulse generation device 124 of the laser device 102.
Mittels der Strahlablenkungsvorrichtung 126 können die Laserpulse 114 abgelenkt werden. By means of the beam deflection device 126, the laser pulses 114 can be deflected.
Die Strahlablenkungsvorrichtung 126 ist hierzu vorzugsweise als ein Spiegel 128, beispielsweise als ein oder mehrere Kippspiegel, insbesondere ein Tip- Tilt-Spiegel, ausgebildet und um beispielsweise zwei Schwenkachsen 130 schwenkbar. For this purpose, the beam deflection device 126 is preferably designed as a mirror 128, for example as one or more tilting mirrors, in particular a tip-tilt mirror, and can be pivoted about, for example, two pivot axes 130.
Die von der Laserpulserzeugungsvorrichtung 124 erzeugten Laserpulse 114 sind direkt oder indirekt auf die Strahlablenkungsvorrichtung 126 richtbar und mittels der Strahlablenkungsvorrichtung 126 relativ zu einer Zentralachse 132 der Laservorrichtung 102 ablenkbar. The laser pulses 114 generated by the laser pulse generating device 124 can be directly or indirectly directed to the beam deflection device 126 and deflected by means of the beam deflection device 126 relative to a central axis 132 of the laser device 102.
Die vorstehend beschriebene Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 und somit auch die Positionsbestimmungsvorrichtung 111 funktionieren wie folgt: The above-described trajectory determination apparatus 100 and thus also the position determination apparatus 111 function as follows.
Mittels der Radarvorrichtung 118 wird eine ungefähre Position und/oder eine ungefähre Flugbahn 112 eines Objekts 106 im Weltraum, beispielsweise von sogenanntem Weltraumschrott, ermittelt. By means of the radar device 118, an approximate position and / or an approximate trajectory 112 of an object 106 in space, for example of so-called space debris, is determined.
Die Bestimmung der Position und/oder Flugbahn des Objekts 106 ist bei der Verwendung einer Radarvorrichtung 118 jedoch relativ ungenau. However, the determination of the position and / or trajectory of the object 106 is relatively inaccurate when using a radar device 118.
Zur exakteren Bestimmung der Position und/oder Flugbahn 112 des Objekts 106 wird die Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 verwendet. Hierzu werden die Laservorrichtung 102 und die Detektionsvorrichtung 104 mittels der Ausrichtungsvorrichtung 108 auf einen Punkt im Weltraum gerichtet, in welchem gemäß der Messung mittels der Radarvorrichtung 118 das Objekt 106 vermutet wird . For more precise determination of the position and / or trajectory 112 of the object 106, the trajectory determination device 100 is used. For this purpose, the laser device 102 and the detection device 104 are directed by means of the alignment device 108 to a point in outer space in which, according to the measurement by means of the radar device 118, the object 106 is suspected.
Insbesondere wird die Zentralachse 132 der Laservorrichtung 102 auf diesen Punkt gerichtet. In particular, the central axis 132 of the laser device 102 is directed to this point.
Ferner bildet dieser Punkt vorzugsweise ein Zentrum 134 des Detektions- bereichs 116 der Detektionsvorrichtung 104. Furthermore, this point preferably forms a center 134 of the detection area 116 of the detection device 104.
Zur Detektion von bewegten Objekten 106 werden die Laservorrichtung 102 und die Detektionsvorrichtung 104 mittels der Nachführungsvorrichtung 110 längs der ungefähren Flugbahn 112 des Objekts 106 nachgeführt. For the detection of moving objects 106, the laser device 102 and the detection device 104 are tracked by means of the tracking device 110 along the approximate trajectory 112 of the object 106.
Zur exakteren Bestimmung der Position und/oder Flugbahn 112 des Objekts 106, d .h. zum Feintracking des Objekts 106, werden mittels der Laserpulser- zeugungsvorrichtung 124 Laserpulse 114 erzeugt, welche zunächst längs der Zentralachse 132 der Laservorrichtung 102 in das Zentrum 134 des Detek- tionsbereichs 116 gerichtet werden. For more exact determination of the position and / or trajectory 112 of the object 106, ie. for fine-tracking the object 106, laser pulses 114 are generated by the laser pulse generating device 124, which are first directed along the central axis 132 of the laser device 102 into the center 134 of the detection region 116.
Wenn das Objekt 106 tatsächlich im Zentrum 134 des Detektionsbereichs 116 angeordnet ist, so wird Laserlicht eines Laserpulses 114 von dem Objekt 106 reflektiert und mittels der Detektionsvorrichtung 104 detektiert. When the object 106 is actually located in the center 134 of the detection area 116, laser light of a laser pulse 114 is reflected by the object 106 and detected by the detection device 104.
Mittels der Auswertungsvorrichtung 122 wird dabei die aktuelle Ausrichtung der Laservorrichtung 102 und der Detektionsvorrichtung 104 sowie die By means of the evaluation device 122 is thereby the current orientation of the laser device 102 and the detection device 104 and the
Stellung der Strahlablenkungsvorrichtung 126 erfasst, so dass exakt ermittelt werden kann, in welchem Raumsegment das Objekt 106 angeordnet ist. Position of the beam deflection device 126 detected so that it can be determined exactly in which space segment, the object 106 is arranged.
Durch eine Laufzeitmessung der Laserpulse 114 von dem Aussenden derselben mittels der Laservorrichtung 102 bis zum Detektieren des teilweise reflektierten Laserpulses 114 mittels der Detektionsvorrichtung 104 kann zudem auf die Entfernung des Objekts 106 von der Laservorrichtung 102 und der Detektions- vorrichtung 104 geschlossen werden. By a transit time measurement of the laser pulses 114 from the emission of the same by means of the laser device 102 to the detection of the partially reflected laser pulse 114 by means of the detection device 104 can also on the Removal of the object 106 from the laser device 102 and the detection device 104 are closed.
Vorzugsweise sind sämtliche Schritte mittels der Auswertungsvorrichtung 122 durchführbar, so dass automatisch die Position des Objekts 106 relativ zu der Laservorrichtung 102 und der Detektionsvorrichtung 104 bestimmt werden kann. Preferably, all steps can be carried out by means of the evaluation device 122, so that the position of the object 106 relative to the laser device 102 and the detection device 104 can be determined automatically.
Für den Fall, dass das Objekt 106 nicht im Zentrum 134 des Detektionsbe- reiches 116 angeordnet ist, wird der Detektionsbereich 116 segmentweise mit Laserpulsen 114 beaufschlagt. In the event that the object 106 is not arranged in the center 134 of the detection area 116, the detection area 116 is subjected to laser pulse 114 in segments.
Die Laserpulse 114 werden hierzu mittels der Strahlablenkungsvorrichtung 126 relativ zu der Zentralachse 132 abgelenkt, so dass nacheinander ver- schiedene Subbereiche 136 des Detektionsbereiches 116 mit Laserlicht beaufschlagt werden. Günstig kann es hierbei sein, wenn einander benachbarte Subbereiche 136 sich abschnittsweise überlappen. For this purpose, the laser pulses 114 are deflected relative to the central axis 132 by means of the beam deflection device 126, so that successive different subregions 136 of the detection region 116 are exposed to laser light. It may be favorable in this case if adjacent subregions 136 overlap in sections.
Wie insbesondere Figur 3 zu entnehmen ist, kann vorgesehen sein, dass der Detektionsbereich 116, ausgehend von dem Zentrum 134 des Detektions- bereichs 116, im Wesentlichen spiralförmig mit Laserpulsen 114 beaufschlagt wird . As can be seen in particular from FIG. 3, it can be provided that the detection region 116, starting from the center 134 of the detection region 116, is essentially spirally charged with laser pulses 114.
Insbesondere kann der Detektionsbereich 116 mittels der Laserpulse 114 ab- gerastert werden. In particular, the detection region 116 can be scanned by means of the laser pulses 114.
Wenn nun zu irgendeinem Zeitpunkt ein Subbereich 136 mit einem Laserpuls 114 beaufschlagt wird und in diesem Subbereich 136 tatsächlich das Objekt 106 angeordnet ist, so wird von dem Objekt 106 Laserlicht reflektiert und das reflektierte Laserlicht mittels der Detektionsvorrichtung 104 detektiert. If, at some point in time, a sub-area 136 is subjected to a laser pulse 114 and the object 106 is actually arranged in this sub-area 136, laser light is reflected by the object 106 and the reflected laser light is detected by means of the detection device 104.
Durch die Kenntnis des Suchmusters und/oder der Position und/oder Ausrichtung der Strahlablenkungsvorrichtung 126 zum Zeitpunkt der Detektion und/oder des Aussendens von reflektiertem Licht mittels der Detektionsvorrichtung 104 kann auf eine Positionsabweichung Δχ, Δν des Objekts 106 von dem Zentrum 134 des Detektionsbereichs 116 geschlossen werden. Durch eine mehrfache Wiederholung dieser Positionsbestimmung des Objekts 106 relativ zu dem Zentrum 134 des Detektionsbereichs 116 längs der ungefähren Flugbahn 112 des Objekts 106 kann die Flugbahn 112 des Objekts 106 näher bestimmt werden, so dass schließlich die tatsächliche Flugbahn 138 des Objekts 106 (siehe Figur 6) erhältlich ist. By knowing the search pattern and / or the position and / or orientation of the beam deflection device 126 at the time of detection and / or the emission of reflected light by means of the detection device 104, a positional deviation Δχ, Δν of the object 106 from the center 134 of the detection region 116 can be closed. By repeatedly repeating this position determination of the object 106 relative to the center 134 of the detection area 116 along the approximate trajectory 112 of the object 106, the trajectory 112 of the object 106 can be determined more closely, so that finally the actual trajectory 138 of the object 106 (see FIG ) is available.
Dadurch, dass die Laserpulse 114 stets jeweils nur in einen relativ kleinen Subbereich 136 des Detektionsbereichs 116 gerichtet werden und eine Lichtreflexion nur dann auftritt, wenn das Objekt 106 in dem gerade mit Laserlicht beaufschlagten Subbereich 136 angeordnet ist, wird eine hohe Ortsauflösung der Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 mittels der Laservorrichtung 102 erzielt. As a result of the fact that the laser pulses 114 are always directed only into a relatively small subarea 136 of the detection area 116 and a light reflection only occurs when the object 106 is arranged in the subareas 136 that are being exposed to laser light, a high spatial resolution of the trajectory determination device 100 is achieved the laser device 102 achieved.
Die Detektionsvorrichtung 104 muss dabei lediglich Licht aus irgendeinem der Subbereiche 136 des Detektionsbereichs 116 empfangen können. Eine posi- tionssensitive Detektion mittels der Detektionsvorrichtung 104 ist somit nicht notwendig. Vielmehr kann die Detektionsvorrichtung 104 zur Ausnutzung auch sehr schwacher Signale in einem Einzel-Photonen-Betrieb betrieben werden, um auch sehr kleine Objekte 106, welche nur eine geringe Anzahl an Photonen zurück zu der Detektionsvorrichtung 104 reflektieren, detektieren und deren Position und/oder Flugbahn 112 mit hoher Genauigkeit bestimmen zu können. In this case, the detection device 104 only has to be able to receive light from any of the subareas 136 of the detection area 116. A position-sensitive detection by means of the detection device 104 is thus not necessary. Rather, the detection device 104 can be operated to exploit even very weak signals in a single-photon operation to detect even very small objects 106, which reflect only a small number of photons back to the detection device 104, and their position and / or trajectory 112 to determine with high accuracy.
In Figur 4 ist ein alternatives Suchmuster zum Abrastern des Detektionsbereichs 116 mittels der Laserpulse 114 dargestellt. Hierbei sind im Wesentlichen quadratische Subbereiche 136 vorgesehen, welche nacheinander mit Laserpulsen 114 beaufschlagt werden. Die Subbereiche 136 werden hierbei, ausgehend vom Zentrum 134 des Detektionsbereichs 116, längs einer eckigen Spirale abgerastert. FIG. 4 shows an alternative search pattern for scanning the detection region 116 by means of the laser pulses 114. In this case, substantially square subregions 136 are provided which are successively exposed to laser pulses 114. The subregions 136 are thereby scanned along an angular spiral starting from the center 134 of the detection region 116.
Im Übrigen erfolgt die Detektion des Objekts 106 bei dem in Figur 4 darge- stellten Suchmuster gemäß der Detektion des Objekts 106 bei dem in Figur 3 dargestellten Suchmuster, so dass auf dessen Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Incidentally, the detection of the object 106 in the search pattern shown in FIG. 4 takes place according to the detection of the object 106 in the search pattern shown in FIG. 3, so that reference is made to the description thereof.
Ein in Figur 5 dargestelltes Suchmuster unterscheidet sich von dem in Figur 4 dargestellten Suchmuster im Wesentlichen dadurch, dass die Subbereiche 136 nicht ausgehend von dem Zentrum 134 des Detektionsbereichs 116 und spiralförmig mit Laserpulsen 114 abgerastert werden. Vielmehr ist bei dem in Figur 5 dargestellten Suchmuster ein zeilenweises Abrastern des Detektionsbereichs 116 vorgesehen. Dies kann beispielsweise entlang der Flugbahn oder auch senkrecht zur Flugbahn durchgeführt werden. Im Übrigen erfolgt die Detektion des Objekts 106 in dem Detektionsbereich 116 auch bei der Verwendung des Suchmusters gemäß Figur 5 so, wie im Zusammenhang mit dem in Figur 3 dargestellten Suchmuster beschrieben wurde. A search pattern shown in FIG. 5 differs from the search pattern illustrated in FIG. 4 essentially in that the subregions 136 are not scanned from the center 134 of the detection area 116 and spirally with laser pulses 114. Rather, in the search pattern shown in FIG. 5, scanning of the detection area 116 is provided line by line. This can be done, for example, along the trajectory or perpendicular to the trajectory. Incidentally, the detection of the object 106 in the detection area 116 is also carried out using the search pattern according to FIG. 5 as described in connection with the search pattern shown in FIG.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
100 Flugbahnbestimmungsvorrichtung 100 trajectory determination device
102 Laservorrichtung  102 laser device
104 Detektionsvorrichtung  104 detection device
106 Objekt  106 object
108 Ausrichtungsvorrichtung  108 alignment device
110 Nachführungsvorrichtung  110 tracking device
111 Positionsbestimmungsvorrichtung  111 position determining device
112 ungefähre Flugbahn  112 approximate trajectory
114 Laserpuls  114 laser pulse
116 Detektionsbereich  116 detection area
118 Radarvorrichtung  118 radar device
120 Steuervorrichtung  120 control device
122 Auswertungsvorrichtung  122 evaluation device
124 Laserpulserzeugungsvorrichtung  124 laser pulse generating device
126 Strahlablenkungsvorrichtung  126 beam deflection device
128 Spiegel  128 mirrors
130 Schwenkachsen  130 pivot axes
132 Zentralachse  132 central axis
134 Zentrum  134 center
136 Subbereiche  136 subregions
138 tatsächliche Flugbahn  138 actual trajectory

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Bestimmung der Flugbahn (138) eines Objekts (106), insbesondere eines Objekts (106) im Weltraum, umfassend : Method for determining the trajectory (138) of an object (106), in particular of an object (106) in space, comprising:
Nachführen einer Laservorrichtung (102) und einer Detektionsvor- richtung (104) mittels einer Nachführungsvorrichtung (110) zur Verfolgung des Objekts (106) längs seiner ungefähren Flugbahn (112);  Tracking a laser device (102) and a detection device (104) by means of a tracking device (110) for tracking the object (106) along its approximate trajectory (112);
Erzeugen von Laserstrahlung mittels der Laservorrichtung (102); Ablenken der Laserstrahlung mittels einer Strahlablenkungsvorrichtung (126);  Generating laser radiation by means of the laser device (102); Deflecting the laser radiation by means of a beam deflection device (126);
Steuern und/oder Regeln der Strahlablenkungsvorrichtung (126) mittels einer Steuervorrichtung (120) derart, dass Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche (136) eines von der Detektionsvorrichtung (104) erfassten Detek- tionsbereichs (116) gerichtet wird;  Controlling and / or regulating the beam deflecting device (126) by means of a control device (120) such that laser radiation is directed successively to mutually different subregions (136) of a detection region (116) detected by the detection device (104);
Detektieren von Laserlicht, welches von der Laservorrichtung (102) emittiert und von dem in einem Subbereich (136) des Detektions- bereichs (116) angeordneten Objekt (106) reflektiert wurde, mittels der Detektionsvorrichtung (104).  Detecting laser light emitted by the laser device (102) and reflected by the object (106) arranged in a subregion (136) of the detection region (116) by means of the detection device (104).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkungsvorrichtung (126) mittels der Steuervorrichtung (120) so gesteuert und/oder geregelt wird, dass der Detektionsbereich (116) mittels der Laserstrahlung abgerastert wird. A method according to claim 1, characterized in that the beam deflection device (126) by means of the control device (120) is controlled and / or regulated so that the detection area (116) is scanned by means of the laser radiation.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkungsvorrichtung (126) mittels der Steuervorrichtung (120) so gesteuert und/oder geregelt wird, dass der Detektionsbereich (116) mittels der Laserstrahlung spiralförmig abgerastert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Laserlicht, welches von der Laservorrichtung (102) emittiert und von dem in einem Subbereich (136) angeordneten Objekt (106) reflektiert wurde, mittels einer nicht ortsauflösenden Detektionsvorrichtung (104) detektiert wird . Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the beam deflection device (126) by means of the control device (120) is controlled and / or regulated so that the detection area (116) is scanned spirally by means of the laser radiation. Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that laser light which has been emitted by the laser device (102) and reflected by the object (106) arranged in a subregion (136) is detected by means of a non-spatially resolving detection device (104) ,
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Entfernung des Objekts (106) von der Laservorrichtung (102) und der Detektionsvorrichtung (104) mittels einer Auswertungsvorrichtung (122) eine Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden von Laserstrahlung einerseits und der Detektion von von dem Objekt (106) teilweise reflektierter Laserstrahlung andererseits ermittelt wird. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that for determining the distance of the object (106) from the laser device (102) and the detection device (104) by means of an evaluation device (122) a time difference between the emission of laser radiation on the one hand and the Detection of the object (106) partially reflected laser radiation is determined on the other hand.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ungefähre Flugbahn (112) des Objekts (106) mittels einer Radarvorrichtung (118) und/oder mittels einer passiven Detektionsvorrichtung ermittelt und/oder mittels einer Datenbankvorrichtung vorgegeben wird . Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the approximate trajectory (112) of the object (106) by means of a radar device (118) and / or determined by means of a passive detection device and / or predetermined by means of a database device.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Auswertungsvorrichtung (122) die Position und/oder die Ausrichtung der Strahlablenkungsvorrichtung (126) beim Aussenden der Laserstrahlung erfasst wird . Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that by means of an evaluation device (122) the position and / or orientation of the beam deflection device (126) is detected when emitting the laser radiation.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass aus dieser Position und/oder aus dieser Ausrichtung der Strahlablenkungsvorrichtung (126) eine Relativposition des Objekts (106) relativ zu einem A method according to claim 7, characterized in that from this position and / or from this orientation of the beam deflection device (126) has a relative position of the object (106) relative to a
Zentrum (134) des Detektionsbereichs (116) ermittelt wird . Center (134) of the detection area (116) is determined.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlablenkungsvorrichtung (126) mittels der Steuervorrichtung (120) so gesteuert und/oder geregelt wird, dass der Detektions- bereich (116) mittels der Laserstrahlung längs eines vorgegebenen Rasters abgerastert wird und dass mittels einer Auswertungsvorrichtung (122) aus einem ermittelten Zeitpunkt, zu welchem eine Reflexion erfolgt und/oder zu welchem mittels der Detektionsvorrichtung (104) reflektierte Laserstrahlung detektiert wird, eine Relativposition des Objekts (106) relativ zu einem Zentrum (134) des Detektionsbereichs (116) ermittelt wird . 9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the beam deflection device (126) by means of the control device (120) is controlled and / or regulated so that the detection area (116) scanned by means of laser radiation along a predetermined grid and in that a relative position of the object (106) relative to a center (134) of the object (106) is determined by means of an evaluation device (122) from a determined point in time at which reflection takes place and / or to which laser radiation reflected by the detection device (104) is detected Detection area (116) is determined.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus der ermittelten Relativposition des Objekts (106) relativ zu dem Zentrum (134) des Detektionsbereichs (116) und aus der ungefähren Flugbahn (112) des Objekts (106) und/oder aus mindestens zwei zeitlich nacheinander ermittelten Relativpositionen des Objekts (106) relativ zu dem Zentrum (134) des Detektionsbereichs (116) eine tatsächliche Flugbahn (138) des Objekts (106) bestimmt wird. 10. The method according to any one of claims 8 or 9, characterized in that from the determined relative position of the object (106) relative to the center (134) of the detection area (116) and from the approximate trajectory (112) of the object (106) and / or from at least two temporally successively determined relative positions of the object (106) relative to the center (134) of the detection area (116) an actual trajectory (138) of the object (106) is determined.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bestimmung der tatsächlichen Flugbahn (138) des Objekts (106) die Nachführung mittels der Nachführungsvorrichtung (110) so angepasst wird, dass die Laservorrichtung (102) und die Detektionsvorrichtung (104) zur Verfolgung des Objekts (106) längs seiner tatsächlichen Flugbahn (138) nachgeführt werden. 11. The method according to claim 10, characterized in that after the determination of the actual trajectory (138) of the object (106) the tracking by means of the tracking device (110) is adjusted so that the laser device (102) and the detection device (104) for Trace the object (106) along its actual trajectory (138) tracked.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (104) deaktiviert und/oder vor reflektiertem Laserlicht geschützt wird und/oder ist, während Laserlicht mittels der Laservorrichtung (102) erzeugt wird und/oder während Laserlicht auf dem Hinweg zu dem Objekt (106) ist, und/oder 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that the detection device (104) is deactivated and / or protected from reflected laser light and / or while laser light is generated by the laser device (102) and / or during laser light the way to the object (106), and / or
dass die Detektionsvorrichtung (104) aktiviert wird und/oder ist, während von dem Objekt (106) reflektiertes Laserlicht auf dem Rückweg von dem Objekt (106) ist. that the detection device (104) is activated and / or is, while laser light reflected from the object (106) is on the way back from the object (106).
13. Verfahren zur Bestimmung der Position eines Objekts (106), insbesondere eines Objekts (106) im Weltraum, umfassend : 13. A method for determining the position of an object (106), in particular of an object (106) in space, comprising:
Ausrichten einer Laservorrichtung (102) und einer Detektionsvor- richtung (104) mittels einer Ausrichtungsvorrichtung (108) auf eine erwartete, ungefähre Position des Objekts (106);  Aligning a laser device (102) and a detection device (104) by means of an alignment device (108) to an expected, approximate position of the object (106);
Erzeugen von Laserstrahlung mittels der Laservorrichtung (102); Ablenken der Laserstrahlung mittels einer Strahlablenkungsvorrichtung (126);  Generating laser radiation by means of the laser device (102); Deflecting the laser radiation by means of a beam deflection device (126);
Steuern und/oder Regeln der Strahlablenkungsvorrichtung (126) mittels einer Steuervorrichtung (120) derart, dass die Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche (136) eines von der Detektionsvorrichtung (104) erfassten Detek- tionsbereichs (116) gerichtet wird;  Controlling and / or regulating the beam deflection device (126) by means of a control device (120) such that the laser radiation is successively directed to mutually different sub-areas (136) of a detection area (116) detected by the detection device (104);
Detektieren von Laserlicht, welches von der Laservorrichtung (102) emittiert und von dem in einem Subbereich (136) des Detektions- bereichs (116) angeordneten Objekt (106) reflektiert wurde, mittels der Detektionsvorrichtung (104).  Detecting laser light emitted by the laser device (102) and reflected by the object (106) arranged in a subregion (136) of the detection region (116) by means of the detection device (104).
14. Flugbahnbestimmungsvorrichtung (100) zur Bestimmung der Flugbahn (138) eines Objekts (106), insbesondere eines Objekts (106) im Weltraum, umfassend : 14. trajectory determination device (100) for determining the trajectory (138) of an object (106), in particular an object (106) in space, comprising:
eine Laservorrichtung (102) zur Erzeugung von Laserstrahlung; eine Detektionsvorrichtung (104) zur Detektion von Laserlicht, welches mittels der Laservorrichtung (102) emittiert und in einem Detektionsbereich (116) der Detektionsvorrichtung (104) reflektiert wurde;  a laser device (102) for generating laser radiation; a detection device (104) for detecting laser light emitted by the laser device (102) and reflected in a detection area (116) of the detection device (104);
mindestens eine Nachführungsvorrichtung (110) zum Nachführen der Laservorrichtung (102) und der Detektionsvorrichtung (104) zur Verfolgung des Objekts (106) längs seiner ungefähren Flugbahn (112); eine Strahlablenkungsvorrichtung (126) zum Ablenken der Laserstrahlung; at least one tracking device (110) for tracking the laser device (102) and the detection device (104) for tracking the object (106) along its approximate trajectory (112); a beam deflecting device (126) for deflecting the laser radiation;
eine Steuervorrichtung (120) zum Steuern und/oder Regeln der Strahlablenkungsvorrichtung (126) derart, dass die Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche (136) des von der Detektionsvorrichtung (104) erfassten Detektionsbereichs (116) richtbar ist.  a control device (120) for controlling and / or regulating the beam deflecting device (126) in such a way that the laser radiation can be directed successively to different subregions (136) of the detection region (116) detected by the detection device (104).
15. Flugbahnbestimmungsvorrichtung (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsvorrichtung (104) eine nicht ortsauflösende Detektionsvorrichtung (104) ist. 15. trajectory determination device (100) according to claim 14, characterized in that the detection device (104) is a non-spatially resolving detection device (104).
16. Flugbahnbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugbahnbestimmungsvorrichtung (100) eine Auswertungsvorrichtung (122) umfasst, mittels welcher durch Ermitteln einer Zeitdifferenz zwischen dem Aussenden von Laserstrahlung einerseits und der Detektion von von dem Objekt (106) teilweise reflektierter Laserstrahlung andererseits die Entfernung des Objekts (106) von der Laservorrichtung (102) und der 16. trajectory determination device (100) according to any one of claims 14 or 15, characterized in that the trajectory determination device (100) comprises an evaluation device (122), by means of which by determining a time difference between the emission of laser radiation on the one hand and the detection of the object ( 106) partially reflected laser radiation on the other hand, the removal of the object (106) from the laser device (102) and the
Detektionsvorrichtung (104) ermittelbar ist.  Detection device (104) can be determined.
17. Flugbahnbestimmungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Flugbahnbestimmungsvorrichtung (100) eine Auswertungsvorrichtung (122) umfasst, mittels welcher aus einer ermittelten Relativposition des Objekts (106) relativ zu dem Zentrum (134) des Detektionsbereichs (116) und aus der ungefähren Flugbahn (112) des Objekts (106) und/oder aus mindestens zwei zeitlich nacheinander ermittelten Relativpositionen des Objekts (106) relativ zu dem Zentrum (134) des Detektionsbereichs (116) eine tatsächliche Flugbahn (138) des Objekts (106) bestimmbar ist. Positionsbestimmungsvorrichtung (111) zur Bestimmung der Position eines Objekts (106), insbesondere eines Objekts (106) im Weltraum, umfassend : 17. trajectory determination device (100) according to any one of claims 14 to 16, characterized in that the trajectory determination device (100) comprises an evaluation device (122), by means of which a determined relative position of the object (106) relative to the center (134) of the detection area (116) and from the approximate trajectory (112) of the object (106) and / or at least two temporally successively determined relative positions of the object (106) relative to the center (134) of the detection area (116) an actual trajectory (138) of Object (106) is determinable. Position determining device (111) for determining the position of an object (106), in particular of an object (106) in space, comprising:
eine Laservorrichtung (102) zur Erzeugung von Laserstrahlung; eine Detektionsvorrichtung (104) zur Detektion von Laserlicht, welches mittels der Laservorrichtung (102) emittiert und in einem Detektionsbereich (116) der Detektionsvorrichtung (104) reflektiert wurde;  a laser device (102) for generating laser radiation; a detection device (104) for detecting laser light emitted by the laser device (102) and reflected in a detection area (116) of the detection device (104);
eine Ausrichtungsvorrichtung (108) zum Ausrichten der Laservorrichtung (102) und der Detektionsvorrichtung (104) auf eine erwartete, ungefähre Position des Objekts (106);  an alignment device (108) for aligning the laser device (102) and the detection device (104) with an expected, approximate position of the object (106);
eine Strahlablenkungsvorrichtung (126) zum Ablenken der Laserstrahlung;  a beam deflecting device (126) for deflecting the laser radiation;
eine Steuervorrichtung (120) zum Steuern und/oder Regeln der Strahlablenkungsvorrichtung (126) derart, dass die Laserstrahlung nacheinander auf voneinander verschiedene Subbereiche (136) des von der Detektionsvorrichtung (104) erfassten Detektionsbereichs (116) richtbar ist.  a control device (120) for controlling and / or regulating the beam deflecting device (126) in such a way that the laser radiation can be directed successively to different subregions (136) of the detection region (116) detected by the detection device (104).
PCT/EP2013/060190 2012-05-21 2013-05-16 Method for determining the flight path of an object and flight path determining device WO2013174722A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012104349A DE102012104349A1 (en) 2012-05-21 2012-05-21 Method for determining the trajectory of an object and trajectory determination device
DE102012104349.3 2012-05-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013174722A1 true WO2013174722A1 (en) 2013-11-28

Family

ID=48485154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/060190 WO2013174722A1 (en) 2012-05-21 2013-05-16 Method for determining the flight path of an object and flight path determining device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012104349A1 (en)
WO (1) WO2013174722A1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105487082A (en) * 2015-11-19 2016-04-13 中国空间技术研究院 Laser radar for long-distance object detection
JP2017088072A (en) * 2015-11-13 2017-05-25 三菱重工業株式会社 Space object observation system and method for observation of space object
JP2017124790A (en) * 2016-01-15 2017-07-20 三菱重工業株式会社 Mobile object observation system and mobile object observation method

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019003948A1 (en) * 2019-06-06 2020-12-10 Mbda Deutschland Gmbh Laser weapon system and distance measurement method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0922968A2 (en) * 1997-12-11 1999-06-16 TRW Inc. A tracking means for distant ballistic missile targets
US6198564B1 (en) * 1973-01-29 2001-03-06 Raytheon Company Optical scanning system
US20090147238A1 (en) * 2007-03-27 2009-06-11 Markov Vladimir B Integrated multi-sensor survailance and tracking system
US20090260511A1 (en) * 2005-07-18 2009-10-22 Trex Enterprises Corp. Target acquisition and tracking system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3407588A1 (en) * 1984-03-01 1985-09-05 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen DEVICE FOR AUTOMATICALLY TRACKING A MOVING OBJECT
US5822713A (en) * 1993-04-05 1998-10-13 Contraves Usa Guided fire control system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6198564B1 (en) * 1973-01-29 2001-03-06 Raytheon Company Optical scanning system
EP0922968A2 (en) * 1997-12-11 1999-06-16 TRW Inc. A tracking means for distant ballistic missile targets
US20090260511A1 (en) * 2005-07-18 2009-10-22 Trex Enterprises Corp. Target acquisition and tracking system
US20090147238A1 (en) * 2007-03-27 2009-06-11 Markov Vladimir B Integrated multi-sensor survailance and tracking system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017088072A (en) * 2015-11-13 2017-05-25 三菱重工業株式会社 Space object observation system and method for observation of space object
CN105487082A (en) * 2015-11-19 2016-04-13 中国空间技术研究院 Laser radar for long-distance object detection
JP2017124790A (en) * 2016-01-15 2017-07-20 三菱重工業株式会社 Mobile object observation system and mobile object observation method

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012104349A1 (en) 2013-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3633405A1 (en) Measuring apparatus for geometric 3d-scanning of an environment having a plurality of emission channels and semiconductor photomultiplier sensors
EP3450915B1 (en) Total station or theodolite with scan functionality and adjustable receiving areas of the receiver
EP3451021A1 (en) Measuring device with scan functionality and adjustable receiving areas of the receiver
EP2296002B1 (en) Opto-electronic scanner for range determination in azimuth and elevation
AT16690U1 (en) Improved laser scanning device and method therefor
DE102018109544A1 (en) Optoelectronic sensor and method for distance determination
EP3091369B1 (en) Laser scanner
WO1997006409A1 (en) Process and device for the rapid detection of the position of a target marking
DE102014018278B4 (en) Determination of the rotational position of a sensor by means of a laser beam emitted by a satellite
DE4301637C2 (en) Method for docking an aircraft to a passenger boarding bridge of an airport building
DE102016114995A1 (en) Apparatus and method for taking distance images
DE10217295B4 (en) Determining the orientation of an optoelectronic sensor
WO2013174722A1 (en) Method for determining the flight path of an object and flight path determining device
DE102018222629A1 (en) Method and device for determining at least one spatial position and orientation of at least one object
DE102018126522A1 (en) Runtime-based distance measurement using modulated pulse trains of laser pulses
WO2018149704A1 (en) Lidar sensor for detecting an object
DE102010023461A1 (en) Device and method for determining the position of a working device
DE102019213963A1 (en) LIDAR sensor for optical detection of a field of view, work device or vehicle with a LIDAR sensor and method for optical detection of a field of view using a LIDAR sensor
DE102014216368B4 (en) MULTI-ARM LIDAR SYSTEM
AT16975U1 (en) System for determining and / or predicting a position and / or a trajectory of orbital objects in space
DE102017101791B4 (en) Optoelectronic sensor device for a motor vehicle and motor vehicle
WO2018206251A1 (en) Lidar device and method having simplified detection
DE102017204587A1 (en) Method and device for scanning a solid angle
EP3607348A1 (en) Lidar device and method for scanning a scanning angle and for evaluating a detector
DE102010015045B4 (en) Method and system for determining trajectories of fast-moving objects or projectiles by means of a time-wavelength-coded detection space

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13724790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13724790

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1