DE19911375A1 - Einrichtung zur Detektion der Position eines Flugkörpers - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur Detektion der Position eines sich von einem Ausgangspunkt auf ein Ziel zu bewegenden Flugkörpers, mit mindestens zwei, deren Sehwinkelbereiche sich, auf eine Ebene senkrecht zur Flugbahn projiziert, überschneiden, mit mindestens einem Sender, der einen Lichtstrahl in den Überschneidungsbereich der Sehwinkel dergestalt sendet, daß von beiden Empfängern detektierbare Reflexionen im Überschneidungsbereich auftreten können, und mit einer Kontrolleinheit, die die von den Empfängern gemessenen Reflexionen verarbeitet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung, mit der die Position eines Flug­ körpers detektiert werden kann, der sich von einem Ausgangspunkt auf ein Ziel hin bewegt.

Ein solche Einrichtung ist im Anspruch 1 angegeben. Die Unteransprüche betref­ fen Ausgestaltungen der Erfindung.

Eingesetzt werden können erfindungsgemäße Einrichtungen z. B. in Übungs­ schießanlagen. Insbesondere in solchen Anlagen, in denen der Abschußpunkt relativ weit von dem Zielobjekt entfernt ist, kann eine während des Fluges vorge­ nommene Positionsbestimmung des Flugkörpers eine wesentliche Erleichterung bei der Auswertung des Schußergebnisses darstellen. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich, wie weiter unten beschrieben, ein Meßraster in Flugrich­ tung des Flugkörpers vor dem Ziel installieren und bestimmten Feldern des Meß­ rasters bestimmte Zielbereiche zuordnen.

Man kann dann aus dem Hindurchtreten des Flugkörpers durch ein Feld des Meß­ rasters direkt die Einschlagstelle in dem Zielobjekt bestimmen. Außerdem kann man das Meßraster so auslegen, daß auch Umgebungsbereiche des Zielobjektes erfaßt werden. Man kann daher mit der erfindungsgemäßen Einrichtung auch feststellen, wie weit ein Schuß das Zielobjekt verfehlt hat, was ansonsten nicht so ohne weiteres möglich wäre.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, mit der sich z. B. zu obigem Zweck die Posi­ tion eines Flugkörpers zwischen Ausgangspunkt und Ziel bestimmen läßt, weist mind. zwei optische Empfänger auf, deren Sehwinkelbereiche sich, auf eine Ebe­ ne senkrecht zur Flugbahn projiziert, überschneiden und mind. einen Sender, der einen Lichtstrahl in den Überschneidungsbereich der Sehwinkel beider Empfän­ ger sendet, dergestalt, daß beide Empfänger Reflexionen des Lichtstrahls, ausge­ löst vom Flugkörper, messen können.

Der angesprochene "Überschneidungsbereich" der Sehwinkel ist nicht wörtlich zu nehmen. Die Sehwinkel der Empfänger müssen keine gemeinsame Schnittebe­ ne ausbilden, sondern können durchaus in unterschiedlichen Ebenen quer zur Flugrichtung angeordnet sein. Erforderlich ist lediglich, daß die Sehwinkel in Flugrichtung gesehen einander kreuzen und daß der Sender einen Lichtstrahl in diesen Überschneidungsbereich sendet, der Reflexionen zu beiden Empfängern erlaubt.

Insbesondere für den Fall, daß die Sehwinkel der Empfänger in Flugrichtung zu­ einander beabstandet sind, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, daß jedem Empfänger ein Sender zugeordnet ist, der den Sehwinkelbereich des Empfängers ausleuchtet.

Die in der Erfindung einsetzbaren Sender können grundsätzlich mit Lichtstrahlen arbeiten. In aller Regel werden jedoch als Meßstrahlen Laserstrahlen eingesetzt. Im folgenden wird daher nur noch von Laserstrahlen gesprochen, was aber grundsätzlich nicht die Verwendung anderer Lichtstrahlen ausschließt.

Grundsätzlich können Empfängersehbereiche und Laserstrahlen mit konstantem Durchmesser eingesetzt werden, wobei allerdings in diesem Fall die Größe der Überschneidungsbereiche "sehr limitiert" ist. In aller Regel arbeitet die erfindungs­ gemäße Einrichtung in bevorzugter Ausgestaltung daher mit Empfängern, die einen aufgefächerten Sehwinkel aufweisen, bzw. Sendern, die einen in einem definierten Winkelbereich auffächernden Laserstrahl aussenden.

Mit der oben angegebenen Einrichtung läßt sich zwischen Ausgangspunkt eines Flugkörpers und dem angesteuerten Zielobjekt als Meßraster ein Vorhang aus einander überschneidenden ausgeleuchteten Sehwinkelbereichen spannen, wobei die Überschneidungsbereiche jeweils Felder des Meßrasters bilden. Diese Über­ schneidungsbereiche lassen sich, da die Koordinaten der Empfänger sowie ihre Sehwinkel bekannt sind, ohne größeren Aufwand in ein, der weiteren Auswer­ tung angepaßtes, Koordinatensystem umrechnen.

Im einfachsten Fall mit zwei Empfängern, die jeweils einen Sehwinkelbereich abdecken, erzeugt die erfindungsgemäße Einrichtung damit ein Meßraster vor dem Zielobjekt, das genau ein Feld ausbildet. Durchtritt der Flugkörper auf sei­ nem Weg zum Ziel beide Sehwinkelbereiche (fliegt er also durch den von einerm bzw. mehreren Sendern ausgeleuchteten Überschneidungsbereich beider Emp­ fänger) so läßt sich seine Position entsprechend berechnen und Zielkoordinaten zuordnen.

Der Flugkörper erzeugt bei Durchtritt durch den Sehwinkelbereich eines Emp­ fängers charakteristische Reflexionssignale. Aus Anstieg und Abfall des Signals läßt sich z. B. auf die Form des Flugkörpers schließen. Die Dauer erlaubt unter Berücksichtigung der Flugkörpergeschwindigkeit eine Aussage über die Länge. Bei Salven kann aus der Anzahl der Reflexionen auf die Kadenz und Anzahl ge­ schlossen werden etc.

Zur Auswertung der obigen Kriterien enthält die erfindungsgemäße Einrichtung eine Kontrolleinheit, die von den Empfängern gemessenen Reflexionen verar­ beitet. Im einfachsten Fall ermittelt die Kontrolleinheit nur, bei welchen über­ schneidenden Sehwinkelbereichen Reflexionen aufgetreten sind und bestimmt daraus Ortskoordinaten, die unterschiedlichen Zielbereichen zugeordnet z. B. Aufschluß über die Treffgenauigkeit des abgefeuerten Geschosses erlauben. Weiterhin kann die Kontrolleinrichtung bei entsprechender Empfängeranordnung die Geschwindigkeit des Flugkörpers und ggf. seine Länge/Kaliber errechnen bzw. eine Auswertung von Salven etc. erlauben. Die Kontrolleinrichtung kann z. B. ein üblicher Rechner sein, der mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ver­ bunden bzw. in diese integriert ist.

Bei dem bislang beschriebenen einfachsten Fall ist mit der erfindungsgemäßen Einrichtung nur die Aussage möglich, ob ein Flugkörper eine bestimmte Position während seines Flugweges durchquert hat oder nicht.

Für den Fall, daß weitere mögliche Flugkörperpositionen bestimmt werden sol­ len, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, daß mehrere Empfänger vorgesehen sind, die jeweils mehrere sich ergänzende Sehwinkelbereiche vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene überwachen. In einer weiteren Ausgestaltung können Sender vorgesehen werden, die bezüglich ihrer Winkelbereiche ergänzende La­ serstrahlen aussenden.

Wie oben angesprochen sind zwei lichtempfindliche Empfänger mindestens ei­ nem Sender zugeordnet. Die Empfänger müssen in der Lage sein, Reflexionen in dem Laserstrahl des Senders zu messen und insbesondere z. B. eine Aussage über die Dauer etc. der Reflexion zu treffen. Solche Empfänger sind bekannte Bauteile, z. B. Photodioden.

Vorzugsweise wird pro Empfänger ein Sender eingesetzt, der einen innerhalb des Sehwinkels des Empfängers einen aufgefächerten Strahl aussendet. Es gibt nun grundsätzlich die Möglichkeit, einen Empfänger zu verwenden, der eine Reflexi­ on in dem aufgefächerten Laserstrahl bzw des Sehwinkels ohne weitere Differen­ zierung mißt. Möchte man jedoch hier noch eine höhere Auflösung, so kann auch ein Empfänger eingesetzt werden, der in der Lage ist, innerhalb seines Sehwin­ kels gemessenen Reflexionen einen Winkelwert bzw. Winkelwertbereich zuzu­ ordnen. Dies ist z. B. dann von Interesse, wenn mehrere Geschosse nacheinander auf geringfügig versetzten Flugbahnen einen Sehwinkelüberschneidungsbereich passieren.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Empfänger eine parallel zur Fä­ cherebene des Lichtstrahls ausgerichtete zeilenförmige Anordnung von separat ansprechbaren Unterempfängern, z. B. Photodioden, von denen jeweils eine ei­ nem Unterwinkelbereich des gesamten Sehwinkels zugeordnet ist.

Wie oben bereits angesprochen, können die Empfänger in Flugrichtung gesehen beabstandet zueinander angeordnet sein, so daß ihre Sehwinkel in unterschiedli­ chen Ebenen liegen. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, daß man über die Zeitdifferenz, mit der an beiden Empfängern die Reflexion eines Flugkörpers erfolgt, dessen Geschwindigkeit errechnen kann. Kennt man die Geschwindig­ keit, so läßt sich aus der Reflexionsdauer (d. h. der Dauer, die der Flugkörper be­ nötigt, um den Sehwinkel des Empfängers vollständig zu durchqueren) die Länge des Flugkörpers bestimmen. Man kann bei Anordnung der Sensoren gemäß dieser Ausgestaltung daher in einfacher Weise den detektierten Flugkörper bezüglich Geschwindigkeit und Ausdehnung charakterisieren und z. B. Fehlerquellen aus­ schließen, z. B. vom Empfänger erfaßte Insekten oder Vögel etc.

Im folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Abbildungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine ersten einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Detekti­ onseinrichtung in Flugrichtung gesehen,

Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 1, wobei allerdings die gezeigte Ausführungsform eine höhere Auflösung besitzt,

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines in der erfindungsgemäßen Einrichtung einsetzbaren Sensors in Teilansicht,

Fig. 4 zeigt den Aufbau einer Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung in einer Seitenansicht.

In Fig. 1 erkennt man eine erfindungsgemäße Einrichtung 10 zum Detektieren eines Flugkörpers 11, die zwei Empfänger 12 und 13 aufweist. Die Flugrichtung des Projektils 11 verläuft in die Zeichnungsebene hinein von einem nicht gezeig­ ten definierten Ausgangspunkt auf ein Ziel 14 hin. Die Empfänger 12 und 13 sind in Flugrichtung vor dem Ziel 14 angeordnet und beobachten jeder in einem Seh­ winkelbereich 15 bzw. 16. Die Empfänger 12 und 13 sind so ausgerichtet, daß ihre Sehwinkelbereiche 15 und 16 in Flugrichtung auf das Ziel 14 projiziert sich in einem Bereich 17 überschneiden. Der Bereich 17 ist im gezeigten Fall einem zentralen Bereich des Ziels 14 zugeordnet und entspricht damit in seiner Position einem Volltreffer. Nicht gezeigt ist der mindestens eine Sender der zur Beleuch­ tung des Bereichs 17 erforderlich ist. Es kann sich dabei um einen Sender mit z. B. hoher Lichtleistung handeln der im Winkel zu beiden Sehwinkelbereichen gezielt in den Bereich 17 hineinleuchtet. Genauso gut ist es aber auch möglich, einen Empfänger mit einem parallel abstrahlenden Sender zusammenzufassen.

Mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform 10 der erfindungsgemäßen Ein­ richtung läßt sich lediglich ermitteln, ob der Flugkörper 11 auf seiner Flugbahn vom definierten Startpunkt zum Ziel 14 den Bereich 17 durchquert hat oder nicht. Mit Durchtritt des Flugkörper 11 durch den Bereich 17 ist gemeint, daß er auf seinem Weg vom Ausgangspunkt zum Ziel 14 in beiden Sehwinkelbereiche 15 und 16, Reflexionen erzeugt. Tritt der Flugkörper 11 dagegen nur durch einen der beiden Sehwinkelbereiche 15 oder 16 bzw. durch keinen hindurch, so bedeutet das, daß er sich auf einer anderen nicht weiter differenzierten Flugbahn befindet.

Die Auswertung der diesbezüglichen von den Empfängern 12 und 13 gelieferten Daten erfolgt in einer Kontrolleinheit 18, die über Datenleitungen 19 mit beiden Sensoren verbunden ist.

Fig. 1 zeigt die einfachste Ausführung einer erfindungsgemäßen Einrichtung. Mit der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung kann lediglich differenziert werden zwi­ schen z. B. der Aussage "Treffer ja oder nein". Falls in diesem Fall das Ziel 14 vollständig verfehlt wurde, läßt sich nicht mehr sagen, wo der Flugkörper hinge­ flogen ist.

Um hier eine genauere Aussage zu ermöglichen, wird daher in aller Regel vorge­ sehen, daß die Empfänger nicht nur jeweils einen sondern mehrere Sehwinkelbe­ reiche abdecken. Den Aufbau einer solchen erfindungsgemäßen Einrichtung 20 zeigt Fig. 2. Die gezeigte Einrichtung 20 weist zwei Sensoren 22 und 23 auf, die jeweils mehrere nicht dargestellte Empfänger enthalten, die aufgefächerte Seh­ winkelbereiche 25 und 26 abdecken, und zusammen jeweils für jeden Sensor 22 und 23 einen Bereich von fast 180 Grad überdecken. Mit Sensor soll im folgen­ den eine Einheit aus mehreren Empfängern/und ggf. einem oder mehreren Sen­ dern bezeichnet werden. In Fig. 2 sind nur beispielhaft für jeden Sensor zwei der Sehwinkelbereiche - mit den jeweiligen Referenzzeichen - versehen. Es ver­ steht sich, daß die anderen dargestellten Sehwinkelbereiche ebenfalls dem einen bzw. dem anderen Sensor zuzuordnen sind.

Man erkennt nun, daß sich die von den Sensoren 22 und 23 abgedeckten Sehwin­ kelbereiche 25 und 26 in einer Vielzahl von Bereichen überschneiden. Als Bei­ spiel sei nur ein Bereich 27 angegeben, der in etwa dem zentralen Bereich eines Ziels 24 entspricht. Der Bereich 27 ist jedoch von weiteren Überschneidungsbe­ reichen umgeben, die insgesamt das Ziel 24 vollständig und auch den Umge­ bungsbereich des Ziel abdecken. Nur als weiteres Beispiel ist ein außerhalb des Ziels 24 angeordneter Überschneidungsbereich 28 dargestellt, dessen Koordina­ ten von einer nicht gezeigten Kontrolleinheit ermittelt würden, falls der ebenfalls nicht gezeigt Flugkörper die beiden Sehwinkelbereiche 26' und 25' durchtreten würde, die diesen Bereich 28 definieren. Aus den Koordinaten des Bereiches 28 könnte man dann berechnen, wieweit der Flugkörper das Ziel 24 verfehlt hat.

Fig. 3 zeigt nun in einer Teildarstellung den Aufbau eines Sensors 32. Gestri­ chelt dargestellt ist ein Sender 33, der eine Laserdiode 34 aufweist, die einen La­ serstrahl 35 zu einer Linse 36 aussendet. Die Linse 36 fächert den Laserstrahl 35 in einem definierten Winkelbereich zu einem Strahl 35' auf. Weiterhin enthält der Sensor 32 einen Empfänger 37. Der Empfänger 37 weist eine zeilenförmige An­ ordnung 38 von separat ansprechbaren Unterempfängern 39a bis 39h auf, die z. B. Photdioden oder dergleichen sein können. Der Empfänger 37 enthält weiterhin eine Linse 40, die einen Sehbereich 41 definiert. Die Blickebene des Empfängers 37 und die Fächerebene des Laserstrahls 35' werden zumindest in dem interessie­ renden Meßbereich in einer Ebene angeordnet, dergestalt, daß der Empfänger 37 Reflexionen im Laserstrahl 35 messen kann. Dabei werden je nach Durchtrittsort eines Flugkörpers durch den Sehwinkelbereich ggf. unterschiedliche Unteremp­ fänger 39a-39h angesprochen, die dann eine Auflösung des Reflexionereignisses ermöglichen.

Fig. 4 zeigt schließlich den Aufbau einer Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung von der Seite. Dargestellt ist z. B. ein üblicher Schießstand 50 mit einem Abschußpunkt 51 und einem Ziel 52. Die Abbildung zeigt weiterhin einen Flugkörper 53, der sich auf einer gestrichelt dargestellten Flugbahn 54 zwischen dem Punkt 51 und dem Ziel 52 bewegt. Im Verlauf der Flugbahn ist nun die er­ findungsgemäße Einrichtung 55 vorgesehen, die zwei Empfänger 56 und 57 auf­ weist mit Sehwinkelbereichen 58 und 59. Die Sehwinkelbereiche 58 und 59 ver­ laufen in verschiedenen Ebenen sind jedoch so ausgerichtet, daß sie sich in eine Ebene senkrecht zur Flugrichtung projiziert in einem bzw. bei mehreren Empfän­ gern in mehreren Bereichen überschneiden. Mit mindestens einem nicht darge­ stellten Sender werden wie oben ausgeführt die Überschneidungsbereiche ausge­ leuchtet. Die Bewegung des Flugkörpers 53 auf einer Flugbahn innerhalb eines bestimmten Bereiches ist dann gegeben, wenn der Flugkörper Reflexionen an den jeweiligen beiden, diesen Bereich definierenden Sehwinkelbereichen 58 und 59 erzeugt. Aus den Koordinaten des Bereiches läßt sich die weitere Flugbahn des Objektes 53 und damit der Aufschlagort auf dem Ziel 52 voraussagen und die Treffgenauigkeit ermitteln. Außerdem läßt sich aber auch noch aus der Differenz der Zeiten, zu der der Flugkörper 53 an dem Sehwinkelbereich 58 und am Seh­ winkelbereich 59 eine Reflexion erzeugt (z. B. in beiden Fällen Beginn der Refle­ xion) die Geschwindigkeit des Flugkörpers 53 berechnen. Ist die Geschwindig­ keit ermittelt, kann weiterhin aus der Dauer der Reflexion (d. h. in der Zeit, die der Flugkörper 53 braucht, um den Sehwinkelbereich 58 vollständig zu durchque­ ren - Startsignal bis Stopsignal) die Länge des Flugkörper 53 bestimmen. Beide Daten - Geschwindigkeit und Flugkörperlänge - erlauben eine Fehlerprüfung d. h. man kann so sicherstellen, daß die gemessenen Reflexionen tatsächlich durch den gewünschten Flugkörper und nicht durch andere Objekt, z. B. Vögel oder Insekten etc. hervorgerufen wurden.

Claims (11)

1. Einrichtung zur Detektion der Position eines sich von einem Ausgangs­ punkt (51) auf ein Ziel (14, 24, 52) zu bewegenden Flugkörpers (11), mit mindestens zwei Empfängern (12, 13; 22, 23; 32; 56, 57), deren Sehwin­ kelbereiche (15, 16, 25, 26, 25', 26', 41, 58, 59) sich, auf eine Ebene senk­ recht zur Flugbahn projiziert, überschneiden, mit mindestens einem Sender (33), der einen Lichtstrahl (35') in den Überschneidungsbereich (17, 27, 28) der Sehwinkel (15, 16, 25, 26, 25', 26', 41, 58, 59) dergestalt sendet, daß von beiden Empfängern (12, 13; 22, 23; 32; 56, 57) detektierbare Re­ flexionen im Überschneidungsbereich auftreten können, und mit einer Kontrolleinheit (18), die die von den Empfängern (12, 13, 22, 23, 56, 57) gemessenen Reflexionen verarbeitet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Emp­ fänger (37) ein Sender (33) zugeordnet ist, der in der Ebene des Sehwin­ kels abstrahlt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl (15, 16, 25, 26, 58, 59) ein Laserstrahl ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überschneidungsbereich (17, 27, 28) einem Bereich des Ziels (14, 24) bzw. einem Bereich aus dessen Umgebung zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Sender (33) einen in einem definierten Winkel­ bereich auffächernden Lichtstrahl (35') aussendet.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Empfänger vorgesehen sind, die bezüglich ihrer Winkelberei­ che ergänzende Sehbereiche (25, 26) abdecken.

7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeckten Sehbereiche und/oder Laserstrahlen eine Ebene aufspannen.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des abgedeckten Flächenbereiches mehr als zwei Emp­ fänger vorgesehen sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (37) so ausgebildet ist, daß er in der Lage ist, innerhalb des Sehwinkels detektierten Reflexionen einen Winkelwert bzw. Winkelwer­ tebereich zuzuordnen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfän­ ger (37) eine insbesondere parallel zur Fächerebene des Lichtstrahles (35') ausgerichtete zeilenförmige Anordnung (38) von separat ansprechbaren Unterempfängern (39a-39h) aufweist.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfänger (56, 57) in Flugrichtung (54) gesehen versetzt angeordnet sind.