Laser Target Simulator, Us4021662
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-
8/9/2019 Laser Target Simulator, Us4021662
1/4
United
S t a t e s
P a t e n t [ 1 9 1
Mimms
[ 5 4 ] LASER TARGET SIMULATOR
[ 7 5 ]
I n v e n t o r : V e r n o n Mimms, O r l a n d o , F l a .
[ 7 3 ] A s s i g n e e :
The
U n i t e d
S t a t e s o f
A m e r i c a
a s
r e p r e s e n t e d b y t h e S e c r e t a r y o f t h e
A i r F o r c e ,
W a s h i n g t o n ,
DC.
[ 2 2 ]
F i l e d : J u l y
9 , 1 9 7 5
[ 2 l ] A p p ] . N o . : 5 9 4 , 4 2 1
[ 5 2 ]
US.
l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250/203 R; 2 4 4 / 3 . l 6 ;
3 5 6 / 1 4 8 ; 3 5 6 / 1 5 2
[5]] I n t . C l . 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . G01J
1/20
[ 5 8 ]
F i e l d
o f Search 250/203; 356/148,
1 5 2 ;
2 4 4 / 3 . l 6
[ 5 6 ] R e f e r e n c e s
C i t e d
UNITED STATES P TENTS
3,907,433 9/1975 Nault 356/152
FOREIGN PATENTS
OR
APPLICATIONS
1 , 9 1 4 , 2 5 0
l 0 / i 9 7 0
Germany
2 4 4 / 3 . l 6
P r i m a r y
E x a m i n e r - A l f r e d
E . S m i t h
[ 1 1 ] 4 , 0 2 1 , 6 6 2
[ 4 5 ] May 3 , 1 9 7 7
A s s i s t a n t ExaminerDavid
K .
Moore
A t t o r n e y ,
A g e n t ,
o r F i r m J o s e p h E . R u s z ;
W i l l a r d
R .
M a t t h e w s ,
J r .
[57]
BSTR CT
The
l a s e r
t a r g e t s i m u l a t o r o f t h e i n v e n t i o n
c o m p r i s e s
two p o i n t
s o u r c e s
o f l i g h t e n e r g y
LEDs)
aimed a t a
s e c t i o n
o f
c o n c a v e s p h e r i c a l
m i r r o r w h i c h c o l l i m a t e s
t h e
l i g h t
e n e r g y
a n d p r o j e c t s i t a c r o s s t h e f u l l a p e r t u r e
o f a
l a s e r
seekergOne o f
t h e
p o i n t s o u r c e s o f l i g h t
e n e r g y
i s p o s i t i o n e d
on
t h e l a s e r s e e k e r b o r e s i g h t
a t
t h e
m i r r o r f o c a l p o i n t . T h e o t h e r i s p o s i t i o n e d i n s p a c e d
a d j a c e n t
r e l a t i o n s h i p t o i t
a n d
i s r o t a t a b l e a b o u t t h e
l a s e r s e e k e r
b o r e s i g h t . A
CW i g h t s o u r c e i s
p o s i t i o n e d
c o a x i a l l y t o
t h e b o r e s i g h t p o i n t s o u r c e o f
l i g h t .
The
s i m u l a t o r a l s o i n c l u d e s l i g h t s o u r c e c o n t r o l c i r c u i t s t h a t
make
t
p o s s i b l e t o t e s t t h e
v a r i o u s
o p e r a t i o n a l modes
o f
t h e
l a s e r .
s e e k e r
i n c l u d i n g t r a c k i n g
r a t e s
a n d
a c c u r a
c i e s ,
a c q u i s i t i o n l o g i c , l a s e r p u l s e c o d i n g ,
a n d f a l s e
t a r g e t
r e j e c t i o n .
7
C l a i m s ,
2
D r a w i n g
F i g u r e s
-
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2/4
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4 , 0 2 1 , 6 6 2
1
LASER TARGETSIMULATOR
STATEMENT OF GOVERNMENTINTEREST
The
i n v e n t i o n
d e s c r i b e d
h e r e i n may b e m a n u f a c
t u r e d a n d u s e d b y o r f o r t h e
Government
f o r g o v e r n
m e n t a l p u r p o s e s w i t h o u t t h e p a y m e n t o f a n y r o y a l t y
t h e r e o n .
BACKGROUND OF THE INVENTION
T h i s
i n v e n t i o n
r e l a t e s
t o t a r g e t s i m u l a t i o n means f o r
e v a l u a t i n g p o i n t t a r g e t t r a c k i n g
s y s t e m s ,
a n d
m o r e
p a r t i c u l a r l y t o
l a s e r
t a r g e t
s i m u l a t o r s
a d a p t e d t o u s e i n
c o m b i n a t i o n w i t h m i s s i l e
b o r n e
l a s e r s e e k e r s .
I t i s n e c e s s a r y ,
i n e v a l u a t i n g s y s t e m s
o f t h i s t y p e , t o
g e n e r a t e
a
p o i n t s o u r c e l a s e r t a r g e t which c o v e r s t h e
e n t i r e o p t i c a l a p e r t u r e o f t h e l a s e r
s e e k e r
a n d t o p u t
t h i s
s i m u l a t i n g
means i n t o
a
s m a l l
package
which
can
b e p l a c e d o v e r t h e n o s e o f t h e l a s e r s e e k e r b e a r i n g
m i s s i l e .
I t i s
d e s i r a b l e t h a t s u c h a s y s t e m
a c h i e v e
t h e s e
t h i n g s an d
t h a t
i t d o e s
s o
i n
s u c h a w ay t h a t t h e v a r i o u s
o p e r a t i o n a l
modes
o f
t h e
m i s s i l e
c a n b e
t e s t e d .
L o s t
p u l s e l o g i c , m i s s i n g p u l s e ,
g o o d g u i d a n c e t r a c k i n g r a t e s
a n d a c c u r a c i e s , a c q u i s i t i o n
l o g i c ,
l a s e r
p u l s e
c o d i n g ,
f a l s e t a r g e t
r e j e c t i o n ,
o p t i c a l n o i s e
r e j e c t i o n ,
a n d o p e r
a t i o n
a t
v a r i o u s
power l e v e l s a l l
must
b e
t e s t e d w i t h
t h e
l a s e r t a r g e t s i m u l a t o r . The s t a t e - o f - t h e - a r t a p p r o a c h t o
t h i s problem i s
t o
u s e
e i t h e r
a
s t r o b e o r
a
l a s e r diode
p l a c e d a t s u f f i c i e n t
d i s t a n c e
f r o m t h e l a s e r s e e k e r
t o
a p p r o x i m a t e a
p o i n t s o u r c e . S u c h a t e c h n i q u e r e q u i r e s
much s p a c e ,
t h e u s e o f cumbersome a n d c o m p l e x
e q u i p m e n t a n d
t h e a p p l i c a t i o n
o f
e x a c t i n g
a l i g n m e n t
p r o c e d u r e s .
F u r t h e r m o r e ,
i t
i s n o t
p o s s i b l e
t o p e r f o r m
a l l o f t h e
a b o v e m e n t i o n e d t e s t s a n d e v a l u a t i o n s
u s i n g
c o n v e n t i o n a l t e c h n i q u e s .
T h e r e
c u r r e n t l y e x i s t s , t h e r e
f o r e ,
t h e
need
f o r
a
t a r g e t
s i m u l a t o r t h a t
i s
c o m p a c t ,
l i g h t w e i g h t , a n d
t h a t
more a c cu r a t e l y s i m u l a t e s a l a s e r
t a r g e t . I t i s i m p o r t a n t t h a t i t b e p o s s i b l e t o c o m p l e t e l y
c h e c k o u t a
l a s e r
s e e k e r w i t h
i t and
t h a t i t b e c a p a b l e o f
g e n e r a t i n g q u a l i t a t i v e a s
w e l l
a s q u a n t i t a t i v e d a t a . I n
a d d i t i o n , s u c h
a
d e v i c e
s h o u l d
a l l o w t h e
s e n s i t i v i t y
o f
t h e
1 . 0 6 ; ) . d e t e c t o r
u s e d i n
most
l a s e r
s e e k e r s
t o b e
v e r i ? e d i n two
modes
t o i n s u r e t h a t
t h i s c r i t i c a l i t e m
h a s n o t d e t e r i o r a t e d .
The
p r e s e n t i n v e n t i o n i s
d i r e c t e d
t o w a r d s a t i s f y i n g t h o s e
~ n e e d s .
SUMMARY OF
THE
INVENTION
T h e i n v e n t i o n
c o m p r e h e n d s
t a r g e t s i m u l a t i o n
b y
means o f
a
convex s p h e r i c a l m i r r o r
segment
t h a t
r e
? e c t s
l i g h t
f r o m
v a r i o u s
p o i n t s o u r c e s o f
l i g h t
o n t o t h e
l i g h t r e c e i v i n g a p e r t u r e
o f a
l a s e r s e e k e r . T h e p o i n t
s o u r c e s
o f l i g h t ( 1 . 0 6 p . LEDs n o n e p r e f e r r e d embodi
m e n t )
a r e p o s i t i o n e d a t
t h e
m i r r o r f o c a l p o i n t
w i t h
o n e
b e i n g o n
t h e
l a s e r s y s t e m
b o r e s i g h t
a n d a n o t h e r d i s
p l a c e d f r o m a n d
r o t a t a b l e
a b o u t t h e f i r s t . ACW o u r c e
o f
l i g h t
i s a l s o p r o v i d e d . The
t a r g e t s i m u l a t o r
i s o p e r
a t e d
b y
c o n t r o l s
t h a t p r o v i d e c o d e d
o p e r a t i o n
a n d
p o w e r
l e v e l
m a n i p u l a t i o n o f t h e
p o i n t
s o u r c e s
o f
l i g h t .
I t i s
a p r i n c i p a l
o b j e c t o f t h e i n v e n t i o n t o p r o v i d e a
new
a n d i m p r o v e d l a s e r
t a r g e t
s i m u l a t o r .
I t i s
a n o t h e r
o b j e c t
o f
t h e i n v e n t i o n
t o
p r o v i d e
a l a s e r
t a r g e t s i m u l a t o r
t h a t i s
c o m p a c t ,
l i g h t w e i g h t
a n d a c c u
r a t e l y
s i m u l a t e s a
l a s e r
t a r g e t .
I t i s a n o t h e r
o b j e c t
o f
t h e i n v e n t i o n
t o
p r o v i d e
a l a s e r
t a r g e t
s i m u l a t o r t h a t
i s c a p a b l e o f t e s t i n g a l a s e r s e e k e r
s y s t e m
f o r
l o s t p u l s e
l o g i c , m i s s i n g
p u l s e s ,
g u i d a n c e ,
t r a c k i n g
r a t e s a n d
a c c u r a c i e s , l a s e r
p u l s e c o d i n g , a c
20
25
30
3 5
2
q u i s i t i o n l o g i c , f a l s e
t a r g e t
r e j e c t i o n , o p t i c a l
n o i s e
r e
j e c t i o n , a n d o p e r a t i o n a t v a r i o u s p o w e r l e v e l s .
I t i s
a n o t h e r
o b j e c t
o f t h e i n v e n t i o n t o p r o v i d e
a
l a s e r
t a r g e t
s i m u l a t o r
t h a t
i s
c a p a b l e
o f
g e n e r a t i n g
q u a l i t a
t i v e
a s w e l l a s q u a n t i t at i v e t e s t d a t a .
T h e s e , t o g e t h e r w i t h o t h e r o b j e c t s , f e a t u r e s a n d a d
v a n t a g e s o f t h e i n v e n t i o n , w i l l become more r e a d i l y
a p p a r e n t f r o m t h e f o l l o w i n g d e t a i l e d d e s c r i p t i o n when
t a k e n i n c o n j u n c t i o n w i t h t h e i l l u s t r a t i v e
e m b o d i m e n t
i n t h e a c c o m p a n y i n g d r a w i n g s .
DESCRIPTION
OF THE DRAWINGS
F I G . 1 i s a s i d e v i e w o f
one
p r e s e n t l y
p r e f e r r e d
e m
b o d i m e n t
o f
t h e i n v e n t i o n ; a n d
F I G . 2 i s a
s e c t i o n a l
v i e w o f
t h e
c o n v e x s p h e r i c a l
m i r r o r
o f F I G .
1 .
DETAILED DESCRIPTION
OF
THE PREFERRED
EMBODIMENT
R e f e r r i n g n o w t o F I G S . 1 and 2 ,
a concave
s p h e r i c a l
m i r r o r
segment
12 i s c e n t e r e d on t h e b o r e s i g h t
o r
cen
t e r - l i n e o f
l a s e r
s e e k e r 4
a n d
i s p o s i t i o n e d
a n d
o r i e n t e d
t o
r e ? e c t
l i g h t e n e r g y
o n t o l a s e r
s e e k e r l i g h t
r e c e i v i n g
a p e r t u r e
5 .
M i r r o r
segment 1 2 h a s a
r a d i u s
o f c u r v a t u r e
r e
I t
i s i l l u s t r a t e d i n s e c t i o n b y F I G . 2 . A r s t p o i n t
s o u r c e
o f l i g h t e n e r g y
9
i s p o s i t i o n e d on t h e l a s e r
s e e k e r
c e n t e r - l i n e a t
a
d i s t a n c e c / 2 from
m i r r o r s e g
ment
l 2
and
i s o r i e n t e d t o p r o j e c t l i g h t e n e r g y t h e r e a t .
A e c o n d p o i n t s o u r c e
o f
i g h t e n e r g y
1 0
i s p o s i t i o n e d
a d j a c e n t
t o p o i n t
s o u r c e 9 a l s o a t a d i s t a n c e r c / 2 from
t h e m i r r o r and
i s
mechanized t o r o t a t e a b o u t t h e s y s
tem
c e n t e r - l i n e
b y means o f motor 7 .
Any
s u i t a b l e
mounting s t r u c t u r e
s u c h
a s frame
6
can be u s e d t o
r e t a i n t h e c o m p o n e n t s o f t h e s i m u l a t o r i n p l a c e a n d
s e c u r e i t t o m i s s i l e 3 . ACW
i g h t s o u r c e
8 i s
mounted
c o a x i a l l y
t o p o i n t s o u r c e 9 a n d i s
d i r e c t e d t o w a r d
t h e
m i r r o r . C o d i n g
a n d c o n t r o l
c i r c u i t s 1 1 c o n t r o l p o i n t
s o u r c e s 9 a n d 1 0 i n t e s t i n g t h e v a r i o u s o p e r a t i o n a l
. mod es of t h e
l a s e r s e e k e r .
40
45
50
5 5
60
65
By way
o f s p e c i ? c e x a m p l e , a
t a r g e t
s i m u l a t o r o f t h e
t y p e d e s c r i b e d
can c o n s i s t o f a 1 0 - i n c h c i r cu l a r s e c t i o n
o f
a n 1 8 - i n c h
r a d i u s s p h e r i c al m i r r o r w h i c h c o l l i r n a t e s
and
r e ? e c t s
l i g h t f r o m a G a l l i u m - l n d i u m - A r s e n i d e
1 . 0 6 ; ; l i g h t e m i t t i n g d i o d e ( L E D ) 9
w h i c h
i s
p l a c e d
9
i n c h e s
f r o m t h e
m i r r o r
a t t h e f o c a l
p o i n t ) .
B e c a u s e t h e
f o c a l p o i n t o f
t h e
m i r r o r i s a 9 i n c h e s r a d i u s s p h e r e ,
LEDs can be placed a t more than
o n e l o c a t i o n o r
may
b e r o t a t e d a r o u n d a c i r c l e , t h e p l a n e o f w h i c h i s
p e r
p e n d i c u l a r t o t h e c e n t e r l i n e
o f
t h e s y s t e m , b y
u s e
o f a
m o t o r i z e d m e c h a n i s m .
The
LEDs
9 , 1 0 s h o u l d
b e
a i m e d
i n
t h e
d i r e c t i o n o f
t h e r a d i u s
o f
t h e m i r r o r
1 2 ,
a n d t h e
l a s e r
s e e k e r 4
s h o u l d b e
c l o s e e n o u g h
b e h i n d
t h e d i o d e s s o
t h a t
t h e
f u l l a p e r t u r e 5 i s i l l u m i n a t e d .
B y
u s i n g two
LEDs,
one
b o r e s i g h t e d
and one l o c a t e d
a t
a n o t h e r
p o i n t w i t h i n t h e i n s t a n t a n e o u s
? e l d o f
v i e w
o f
s e e k e r 4 , i t i s
p o s s i b l e t o
t e s t t h e s e e k e r f o r
l a s t p u l s e
l o g i c b y
t r i g g e r i n g
o n e LED 1 0 0
n / s e c
a f t e r
t h e ? r s t .
The
s e e k e r
g i m b a l
a n g l e s c a n b e u s e d t o i n d i c a t e which
LED s b e i n g t r a c k e d . M i s s i n g p u l s e
l o g i c
may b e t e s t e d
b y c a u s i n g
t h e LEDs t o
d r o p p u l s e s
a n d t o o b s e r v e
w h e t h e r t r a c k i n g i s
p r o p e r l y m a i n t a i n e d .
T r a c k i n g r a t e s a n d
a c c u r a c i e s
may b e m e a s u r e d b y
o p e r a t i n g
? r s t o n e LED, t h e n
t h e
o t h e r , a n d m e a s u r i n g
t h e
t i m e
r e q u i r e d
t o
n u l l
t h e
s e e k e r
a n d
t h e
g i m b a l
a n g l e a t n u l l .
By r o t a t i n g
t h e
o f f - a x i s LED
1 0
a t
a
known r a t e w i t h
t h e
m o t o r i z e d
s y s t e m , t h e t r a c k i n g
l a g
a n d
r a t e s
c a n b e m e a s u r e d . A c q u i s i t i o n l o g i c ,
l a s e r
p u l s e c o d i n g , a n d
f a l s e
t a r g e t
r e j e c t i o n c a n a l l
b e
t e s t e d
-
8/9/2019 Laser Target Simulator, Us4021662
4/4
4 , 0 2 1 , 6 6 2
3
b y
p r o p e r l y
c o d i n g t h e LED.
The s i m u l a t o r c a n u s e
a
CW
i g h t s o u r c e
8 t o
g e n e r a t e
o p t i c a l n o i s e .
T h i s
n o i s e
c a n
b e c a l i b r a t e d b y
m e a s u r i n g
t h e l e v e l o f
t h e
n o i s e
AGC i g n a l a n d
c a n
b e u s e d
t o
i n s u r e t h a t t h e d e t e c t o r
on
t h e
s e e k e r h a s n o t
become n o i s y b e c a u s e
o f a g i n g o r
ot h e r factors.
B y
c o n t r o l l i n g
t h e p o w e r
o u t p u t o f
t h e 1 . 0 6 ; } .
s o u r c e ,
t h e s e e k e r s
o p e r a t i o n
a t
v a r i o u s
p o w e r
l e v e l s
( w a t t s l c m z )
c a n
b e
t e s t e d .
By u s i n g a c a l i b r a t e d s o u r c e
t h e s e n s i t i v i t y o f
t h e
s e e k e r
c a n b e
m e a s u r e d .
W h i l e t h e i n v e n t i o n
h a s
b e e n d e s c r i b e d
i n
one p r e s
e n t l y
p r e f e r r e d e m b o d i m e n t , i t
i s u n d e r s t o o d
t h a t t h e
w o r d s
w h i c h h a v e b e e n
u s e d
a r e w o r d s
o f
d e s c r i p t i o n
r a t h e r
t h a n
w o r d s
o f
l i m i t a t i o n
a n d
t h a t
c h a n g e s w i t h i n
t h e p u r v i e w
o f
t h e
a p p e n d e d c l a i m s
may b e
made w i t h
o u t d e p a r t i ng
f r o m
t h e s c o p e
a n d
s p i r i t
o f
t h e
i n v e n t i o n
i n i t s
b r o a d e r a s p e c t s .
W h a t
s
c l a i m e d
i s :
1 . I n c o m b i n a t i o n
w i t h a
l a s e r
s e e k e r
s y s t e m h a v i n g a
l i g h t
r e c e i v i n g
a p e r t u r e
a l a s e r
t a r g e t s i m u l a t o r com
p r i s i n g
a segment o f concave s p h e r i c a l m i r r o r h a v i n g a r a
d i u s o f c u r v a t u r e r t
p o s i t i o n e d
t o r e ? e c t l i g h t
e n
e r g y a l o n g
t h e
l a s e r s e e k e r s y s t e m
b o r e s i g h t
t o w a r d
s a i d l i g h t r e c e i v i n g a p e r t u r e ,
a ? r s t p o i n t
s o u r c e
o f l i g h t e n e r g y p o s i t i o n e d on s a i d
l a s e r
s e e k e r
s y s t e m b o r e s i g h t a d i s t a n c e
r m from
s a i d
m i r r o r
a n d o r i e n t e d t o
p r o j e c t l i g h t
e n e r g y
5
20
3 5
40
45
5 5
6 0
6 5
4
t o w a r d s a i d m i r r o r i n
t h e
d i r e c t i o n
o f t h e m i r r o r
r a d i u s
i n t e r c e p t e d t h e r e b y ,
a n d
a
s e c o n d p o i n t s o u r c e o f
l i g h t
e n e r g y p o s i t i o n e d
i n
s p a c e d a d j a c e n t r e l a t i o n s h i p t o s a i d ? r s t
s o u r c e o f
l i g h t e n e r g y
a
d i s t a n c e r m
f r o m s a i d m i r r o r
and
o r i e n t e d
t o
p r o j e c t l i g h t
e n e r g y
t o w a r d s a i d m i r r o r
i n t h e d i r e c t i o n
o f
t h e
m i r r o r
r a d i u s
i n t e r c e p t e d
t h e r e b y .
2 .
A
a s e r t a r g e t
s i m u l a t o r
a s
de? ned
i n
c l a i m
1 i n
c l u d i n g m e a n s
f o r r o t a t i n g
s a i d
s e c o n d
s o u r c e o f l i g h t
e n e r g y
a r o u n d s a i d
? r s t
s o u r c e
o f l i g h t e n e r g y .
3 . A a s e r t a r g e t s i m u l a t o r a s
de? ned i n c l a i m
2 i n
c l u d i n g
a CW i g h t
s o u r c e
d i s p o s e d
i n
c o a x i a l
r e l a t i o n
s h i p
w i t h s a i d
? r s t
p o i n t
s o u r c e o f l i g h t e n e r g y p o s i
t i o n e d a t a
d i s t a n c e s u b s t a n t i a l l y r m f r o m s a i d
m i r r o r
a n d o r i e n t e d t o p r o j e c t l i g h t e n e r g y t o w a r d s a i d m i r r o r .
4 .
A
l a s e r t a r g e t s i m u l a t o r a s de? ned i n
c l a i m
3
w h e r e i n s a i d ? r s t a n d s e c o n d p o i n t s o u r c e s
o f
l i g h t
e n e r g y a r e
. G a l l i u m - I n d i u m - A r s e n i d e l i g h t
e m i t t i n g
d i o d e s .
5 . A a s e r t a r g e t
s i m u l a t o r
a s d e ?n e d i n c l a i m 4 i n
c l u d i n g m e a n s f o r p r o v i d i n g c o d e d o p e r a t i o n
o f
s a i d
? r s t
a n d s e c o n d
p o i n t
s o u r c e s
o f
l i g h t
e n e r g y .
6 . A a s e r t a r g e t s i m u l a t o r a s de? ned i n c l a i m 5 i n
c l u d i n g means
f o r c o n t r o l l i n g t h e p o w e r l e v e l s
o f
s a i d
? r s t
a n d
s e c o n d
p o i n t s o u r c e s
o f
l i g h t
e n e r g y .
7 .
A a s e r
t a r g e t
s i m u l a t o r a s - d e ? n e d
i n
c l a i m 6
w h e r e i n
s a i d
m i r r o r
i s
p o s i t i o n e d a d i s t a n c e f r o m s a i d
l a s e r
s e e k e r t h a t p r o v i d e s t o t a l i l l u m i n a t i o n o f s a i d
l i g h t
r e c e i v i n g
a p e r t u r e b y l i g h t e n e r g y
r e ? e c t e d
t h e r e b y .
* * *
