Ein Echtzeit Sub-µrad Laserstrahl Tracking System

Abstract

Die Identifikation von schnell bewegten Objekten in großen Entfernungen mittels abbildender optischer Verfahren benötigt eine hochpräzise Laserstrahlführung und Nachverfolgung um mechanische Schwingungen und die durch die Atmosphäre verursachten Strahllageschwankungen zu kompensieren. Für diesen Zweck werden beugungsbegrenzte f/10 Objektive mit einer Brennweite von 1 – 2 m in Verbindung mit hoch auflösenden Bildsensoren mit einem geringen Pixelabstand eingesetzt. Dadurch ergeben sich erforderliche Genauigkeiten im sub-µrad Bereich. Wir stellen ein robustes und zuverlässiges Laserstrahl Tracking System vor, mit dem in Echtzeit die Strahllagekorrektur erfolgt. Als Stellglied kommt ein piezoelektrischer 2 achsigen Kippspiegel mit hoher Geschwindigkeit und Auflösung zum Einsatz. Hierfür wurde ein kommerziell erhältlicher programmierbarer Regler (PAC) verwendet, um einen deterministischen digitalen PID Regler bereitzustellen. Die Umsetzung der gewünschten Funktionalität dieses konfigurierbaren Systems wird durch die grafische Entwicklungsumgebung erleichtert. Der im Regler integrierte FPGA (field programmable gate array) mit 1 Million Gattern ermöglicht eine Regelfrequenz von mehr als 50 kHz. Strahlverfolgung mit einer Standardabweichung besser als 50 nrad konnten in einem Laboraufbau verifiziert werden. Das als Zusatzmodul geplante System soll zukünftig die Leistungsfähigkeit etablierter mechanischer Tracking Systeme verbessern.