DE2220316C3 - Modulationsverfahren für Wärme- Aufklärungsgeräte und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Modulationsverfahren für Wärme- Aufklärungsgeräte und Einrichtung zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Modulationsverfahren für ein Wärme-Aufklärungsgerät unter Verwendung eines
schachbrettartigen Bildmusters sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Aus der DE-AS 11 91 119 ist eine Einrichtung der eingangs näher bezeichneten Gattung bekannt. Dabei
findet unter anderem eine in gleichgroße Sektoren eingeteilte Modulationsscheibe Verwendung, wobei die
einzelnen Sektoren durch konzentrisch verlaufende Kreise nochmals unterteilt werden, so daß insgesamt ein
schachbrettartiges Bildmuster entsteht Ferner ist aus der DE-AS 12 94 042 ein Zielverfolgungsgerät bekannt,
das ebenfalls ein Wärmeaufklärungsgerät beinhaltet. Letzteres besitzt ein mit einem Streifenmuster versehenes endloses Band, das bei Rotation das Streifenmuster
unter einem Winkel durch das Bildfeld bewegt Schließlich beschreibt die US-PS 3i 44 555 auch noch
ein Wärmeaufklärungsgerät, bei dem verschiedene Filter zur Analyse der empfangenen Strahlung benutzt
werden.
Ferner sind aus den US-PS 3106 642, 3151247,
24 36 178, 26 59 828, 32 19 642, 30 81 632 und 28 77 356 Modulationsscheiben bekannt, die in verschiedenen
radialen Abständen vom Mittelpunkt Ringe mit unterschiedlich großen und zum Teil auch hinsichtlich
der Anzahl der Schwarz-weiß-Übergänge unterschiedlichen Bildmusterelementen aufweisen. Da sich Lichtpunkte in bezug auf die geometrische Ausbildung der
Elemente senkrecht bewegen, wirken die einzelnen Ringe einer Modulationsscheibe unabhängig von den
Ringen größeren oder kleineren Durchmessers. Die beiden US-PS 26 59 828 und 32 19 642 weisen darüber
hinaus optische Spektralfilter auf. Ein Bildmuster nach Art eines Schachbretts enthält keine dieser Ausführungsformen; auch läßt sich mit ihnen kein konstanter
Winkel erzeugen.
Die US-PS 29 43 204 zeigt eine Modulationsscheibe mit einem spiralenförmigen Bildmuster, dessen Anzahl
von schwarzen Elementen zu weißen Elementen sich verhält wie 3A zu '/4. Die Signalauswertung bzw.
verfügbare Energie ist demzufolge wenig befriedigend. Das Bildmuster nimmt ferner nur einen kreisförmigen
Ausschnitt der Modulationsscheibe ein und führt zusätzlich zu der Rotation der Scheibe bzw. unabhängig
von dieser Rotationsbewegungen aus. Die überlagerten Bewegungen lassen keinen konstanten Winkel zu.
Die US-PS 35 51 680 schließlich zeigt und beschreibt ein Bildmuster, das sich aus Rechtecken unterschiedlicher
Größe und Transparenz zusammensetzt Es ist demzufolge nicht nach Art eines Schachbretts ausgebildet
und ist vor dem Schirm einer Foto-Multiplyer-Röhre
eines Sternbeobachtungsgerätes angeordnet. Das interessierende
Sternbild wird hierbei mit Hilfe eines Schwingspiegels auf die Röhre übertragen und bewegt
sich auf dem Bildmuster unter 45°. Bei diesem spezieilen Winkel erhält man zwei gleiche Frequenzen, deren
Gleichkomponenten sich nicht für jeden Z veck eignen. Aufklärungsgeräte dieser Art filiern heiße punktförmige
Ziele, die sich in größerer Entfernung vom Aufklärungsort befinden, aus einem irgendwie wärmemäßig
strukturierten Hintergrund heraus und bringen ihre ungefähre Winkellage in Azimut und Elevation zur
Anzeige. Es fehlt jedoch bisher ein Verfahren bzw. eine entsprechende Einrichtung, die diese für sich bekannten
Merkmale zusammenfaßt, sie konstruktiv so auswertet und anschließend zum Einsatz bringt, daß hinsichtlich
der Trennung punktförmiger Ziele von einem flächen- oder linienförmig strukturierten Hintergrund ein optimaler
Effekt erzielt wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Trennen punktförmiger Ziele von der flächen- oder linienförmigen
Struktur unter Ausnutzung der ungefähren Temperatur dieser Ziele — die meistens in einem
anderen Bereich als die Hintergrundtemperatur liegt — zu verbessern. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der
Erfindung dadurch, daß das schachbrettartige Bildmuster in einem Winkel χ zwischen 15 und 30° durch das
Bildfeld bwegt wird und vor oder hinter dem Bildmuster
wenigstens ein Spektralfilter in an sich bekannter Weise die Beobachtung in wenigstens zwei Spektralbereichen
ermöglicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sehen vor, daß die Modulation zeitweise unterbrochen wird
und während der Unterbrechung der Strahlungsfluß durch das Bildfeld entweder vollkommen unterbrochen
werden kann oder mittels einer halbdurchlässigen Schicht auf mindestens die Hälfte reduziert wird.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Phasenlage des gewonnenen Modulationssignals mit
der eines von der Drehung der Modulationsscheibe abgeleiteten Signals verglichen und damit die azimutale
Lage des Zielpunktes im Bildfeld bestimmt werden. Dadurch wird es möglich, die azimutale Lage des Zieles
im Bildfeld auf etwa 1 bis 2° genau zu bestimmen, um die . nachfolgenden Verfolgungsgeräte genau einweisen zu
können.
Bei Verwendung einer rotierenden Modulationsscheibe oder Modulationstrommel, die mit einem streifenförmigen
Bildmuster versehen durch das Bildfeld bewegt wird, ist es zweckmäßig, daß das streifenförmige
Bildmuster dergestalt schachbrettartig ausgebildet ist, daß die Parallelen einer Richtung einen Winkel /?von 60
ι bis 75° mit der Bewegungsrichtung einschließen und vor
, oder hinter dem Bildmuster mindestens ein gleichfalls . rotierendes, die Beobachtung in zwei Spektralbereichen
ermöglichendes Spektralfilter angeordnet ist.
Eine möglichst volle Demodulation der Signalfunktion ergibt sich, wenn das schachbrettartige Muster aus
Rechtecken besteht, deren Kantenverhältnis größer als
1 :1,5 und kleiner als 1 :4 ist Ein noch günstigerem
Signal-Rausch-Verhältnis als bei reiner Schachbrettmodulation sowie eine optimale Punktflächentrennung
wird erzielt, wenn das schachbrettartige Muster aus Parallelogrammen besteht, deren Schräglage so gewählt
ist, daß der Spitzen winkel /dopelt so groß ist wie ίο der Winkel oc, in dem das Bildmuster durch das Bildfeld
bewegt wird. Eine im Hinblick auf die optimale Punktflächentrennung vorteilhafte Ausgestaltung der
Erfindung sieht ferner vor, daß der kleinere Abstand der schachbrettförmigen Konfiguration gleich dem Streukreisdurchmesser
der optischen Abbildung ist
Zweckmäßig kann es auch sein, daß die Größe der Spektralfilter annähernd der Größe des Bildfeldes
entspricht. Weitere Merkmale der Erfindung sehen vor, daß zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Modulationsfeldern
sich ein Bereich befindet, in dem keine Modulation stattfindet, und daß die Filter an denjenigen
Stellen, an denen die Modulation unterbrochen ist, entweder eine Schicht aufweisen, die den Strahlungsfluß
durch das Bildfeld vollkommen unterbricht, oder aber eine lediglich halbdurchlässige Schicht aufweisen, die
den Strahlungsfluß durch das Bildfeld auf mindestens die Hälfte reduziert.
Sofern durch irgendeinen Zufall eine Kontur des Hintergrundes eine Modulation der Grundwelle hervorrufen
sollte, so wird diese Modulation in einem der beiden Filter nicht auftreten und es ergibt sich ein
weiteres Kriterium für die Punktflächentrennung, wenn die Winkellage β der Parallelogramme in den einzelnen
Modulationsfeldern verschieden ist. Dabei können die einzelnen Felder zweckmäßigerweise so aufeinander
abgestimmt sein, daß das Integral über die gesamte Bildfeldstrahlung des Hintergrundes bei den verschiedenen
Gittern gleich ist. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes sieht
schließlich auch noch vor, daß die Modulationsfelder nicht größer sind als das Bildfeld des optischen Systems
und das dahintergeschaltete Filter aus mindestens zwei verschiedenen Spektralfiltern zusammengesetzt ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
BiIdI ein Schachbrettmuster mit quadratischen
Einzelfeldern,
Bild la und Ib die Modulationskurven gemäß BiIdI,
B i I d 2 ein Schachbrettmuster mit rechteckigen Einzelfeldern,
Bild 2a, 2b und 2c die Modulationskurven gemäß B i I d 2,
B i I d 3 ein Schachbrettmuster mit Einzelfeldern in Form von Parallelogrammen,
B i 1 d 3a und 3b die Modulationskurven gemäß Bi Id 3,
B i 1 d 4 ein aus verschiedenen parallelogrammförmigen Schachbrettmustern bestehendes Modulationsband,
bei dem zwischen je zwei Modulationsfelder ein nicht modulierendes, halbdurchlässiges Feld geschaltet ist und
B11 d 5 und 6 den Gesamtaufbau einer Modulationsanlage.
in BiIdI sind durch das aus quadratischen Einzelfeldern 11 bestehende Schachbrettmuster zwei in
der Bewegungsrichtung laufende Geraden a und b eingezeichnet, die verschiedene Lagen des Streukreises
10 im Modulationsfeld darstellen. BiIdIa gibt die
Modulationskurven für die Gerade a, BiIdIb die
Modulationskurven für die Gerade b wieder. Die Signalfunktion ist jeweils mit 1 bezeichnet. Aus den
Abbildungen ist zu ersehen, daß sich eine Grundwelle 2 mit der halben Schachbrettfrequenz ausbildet und eine
Harmonische 3, die gleich 1Ii der Schachbrettfrequenz
ist.
Obwohl der Modulationsgrad der gesamten Signalfunktion 1 je nach Lage des Streukreises 10 im Bildfeld
sich von etwa 60 auf 100% ändert, bleibt der Modulationsgrad der Grundwelle 2 bzw. deren
3. Harmonischen 3 mit je etwa 50% konstant, da sich beim Bewegen des Streukreises durch das Bildfeld die
Phasenlage beider Frequenzen zueinander ändert. Die beiden extremen Funktionen sind in den Bildern la
und Ib aufgezeichnet, wobei der Streukreisdurchmesser
gleich dem Abstand der Quadrate 11 gemacht wurde.
Eine volle Durchmodulation der Signalfunktion 1 ergibt sich bei der Verwendung von Rechtecken als
Modulations-Einheiten; jedoch erst dann, wenn das Seitenverhältnis der Modulations-Rechtecke mindestens 1 :1,5 gemacht wird. B i 1 d 2 zeigt ein schachbrettartiges Muster mit Rechtecken 12, deren Seitenverhältnis 1 :2 beträgt. Die hier entstandenen Modulationskurven zeigen die B i I d e r 2a bis 2c In diesem Falle sind
die Kurven exakt gleich, nur phasenverschoben und haben konstanten Modulationsgrad. Wegen der komplizierten Kurvenformen — der Abstand der Signalspitzen
bewegt sich um 3:4 — ist aber ein verhältnismäßig breiter Verstärker notwendig, was den Nachteil starker
Rauschempfindlichkeit des gesamten Systems hat
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird ein Parallelogramm-Muster zur Modulation benutzt,
dessen Schräglage so gewählt ist, daß der spitze Winkel γ der Parallelogramme 13 doppelt so groß ist wie der
Winkel «, in dem das Bildmuster durch das Bildfeld
bewegt wird (BiId3). In diesem Fall wird der Signalkreis unter gleichen Winkeln geschnitten und es
ergibt sich eine Signalfunktion 1 nach den Bildern 3a
und 3b. Eine Fourrier-Analyse zeigt, daß der Anteil der
Grundwelle 2 etwa 80% der Gesamtmodulation ist und die Oberwelle 3 um den Faktor 3 kleiner geworden ist.
Man erhält also mit dieser Modulation ein wesentlich günstigeres Signalrausch-Verhältnis als mit der reinen
Schachbrettmodulation, und die Punktflächen-Trennung wird ebenfalls optimal. Wird der Signalkreis nur
doppelt so groß wie der Streukreisdurchmesser, der hier einer Schmalbreite des Parallelogramms entspricht, so
geht das Signal um etwa den Faktor 4 bis 5 zurück, was auf eine sehr gute Punktflächen-Trennung hindeutet
Auch Längskanten des strukturierten Hintergrundes werden, da sie nicht auf der Frequenz der Grundwelle,
d.h. der halben Frequenz der Modulation durch die
Schmalseite des Parallelogramms liegen, weitgehend unterdrückt
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, die Modulationsfelder nur so groß zu machen wie das
Bildfeld des optischen Systems und hinter diese Spektralfilter zu schalten, die Zonen verschiedener
Spektralbereiche enthalten, so dafi abwechselnd Strahlungen verschiedener Wellenlänge durchmoduliert
werden. Wird beispiebweie das atmosphärische Fenster
von 33 bis 4,2 μ Wellenlänge in zwei Teilbereiche von
3,2 bis 3J μ (Feld 4) und von 37 bis 4,2 μ (FeJd S) geteilt,
so ergibt sich bei Zielen verschiedener Temperatur ein anderes Ampfituden-VerhäTtms zwischen diesen beiden
Spektralbereichen. Bei Zielen mit 3000K ist das
Verhältnis der Amplitude 1 des niederen Spektralbereichs zur Amplitude 2 des höheren Spektralbereichs
kleiner als 1, bei Zielen um 1000° K jedoch größer als 1. Ziele von 6000° K, wie reflektiertes Sonnenlicht, haben
ein sehr großes Verhältnis zwischen diesen beiden Amplituden. Durch geignete Speicher und Amplitudensiebe kann nun die spezifische Zielstrahlung analysiert
und die Temperatur des Zieles als Kriterium benutzt werden.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Gedanke ist, zwischen diesen beiden Modulationsfiltern eine nicht
modulierte Strahlung des gesamten Hintergrundes durch ein halbdurchlässiges Filter 6 hindurchzulassen.
Damit ist gesichert, daß nicht beide Filter gleichzeitig
bei der Modulation sich im Bildfeld befinden können und
in der Zwischenzeit eine Gesamtgleichstrahlung auf den Wärmeempfänger gelangt, die dem idealen Mittelwert
der Modulationsfilter entspricht Durch diese Maßnahme wird der Gleichstromanteil, der sich bei derartigen
Modulationsarten immer ausbildet nicht moduliert und bleibt annähernd konstant. B i I d 4 zeigt das Prinzip
dieser Modulations-Anordnung.
Bei Aufklärungsgeräten wird weiterhin gefordert, daß die azimutale Lage des Zieles im Bildfeld auf etwa 1 bis
2° genau bestimmt werden muß, um die nachfolgenden Verfolgungsgeräte genau einweisen zu können.
Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung wird dies durch die Phasenlage der Modulations-Spannung
bewirkt, die je nach der azimutalen Lage des Punktes im
Bildfeld die Modulation gegenüber der Drehung des
Modulators zu einem anderen Zeitpunkt beginnt. Wird von der Rotation des Modulators eine entsprechende
Sinus- oder Rechteck-Spannung abgeleitet, so kann die Phasenverschiebung der Modulations-Spannung als,
werden. Ist z. B. das Bildfeld 10° groß, so kann eine
kleiner als 1° mit Sicherheit erfolgen.
Parallelogramme zwischen den beiden Filtern von/ft auf
fii geändert, so wird, wenn durch einen Zufall eine
Kontur des Hintergrundes eine Modulation der Grundwelle hervorrufen sollte, diese Modulation in
einem der beiden Filter mit Sicherheit nicht auftreten, so
daß hierdurch ein weiteres Kriterium für die Punktflächentrennung gegeben ist
Die Anordnung der Modulations-Einrichtung im Wärme-Aufklärungsgerät und ihr Zusammenwirken mit -den anderen Teilen des Geräts ist aus den Bildern 5
so und 6 zu ersehen. Das Gehäuse 8 ist an einem Teil seines
Umfangs aufgeschnitten. In diesem Ausschnitt sind über- und nebeneinander Linsen 9 von äußerlich
rechteckiger Form so angeordnet, daß ihre Grundflächen eine Kugelkalotte bilden. Die äußeren Oberflächen
sind jede für sich entsprechend der gewünschten Brennweite geschliffen, so daß sich äußerlich das Bild
eines Facettenauges ergibt Unmittelbar hinter den äußeren Linsen (im Sinne des Lichtstrahls gesehen) ist
eine zweite Gruppe von linsen 19 angeordnet deren
innere Flächen konkav geschliffen sind. Jeweils ein Paar der Linsen 9,19 badet eic Objektiv, dessen Brennweite
auf das zugehörige Empfangselement abgestimmt ist Im Inneren des Gehäuses sind auf einer Zwischenwand
25 in ähnlicher Weise FeMBnsen 15 angeordnet und
hinter den Feküinsen auf einer weiteren Zwischenwand 24 Empfangszelten 14. EMe Objektiv-Linsen 9, 19, die
Fekffinsen 15 and die Emmpfangszeflen 14 sind jeweils
so angeordnet, daß immer zwei Objektivlinsen, eine
Feldlinse und eine Empfangszelle auf einer gemeinsamen optischen Achse liegen.
Die Wand 24 ist auf ihrer Vorderseite kugelkalottenartig gekrümmt, so daß die Empfangszellen 14
unmittelbar an ihr angekittet werden können. Sie bildet auf der Innenseite mit einer weiteren (nicht dargestellten) trommelartigen Wand einen Hohlraum 28, in dem
das Kühlmittel untergebracht ist.
Vor den Feldlinsen IS ist eine Modulationstrommel 16
angeordnet. Diese Trommel enthält die bereits erwähn-
ten Modulationsfelder, von denen hier die mit 13 bezeichneten dargestellt sind. Unmittelbar hinter den
Modulationsfeldern sind Filterscheiben 23 angebracht, die Modulationen auf verschiedenen Wellenlängen
ermöglichen. Die Trommel 16 wird von einem Ring 7 getragen, der seinerseits unter Zwischenschaltung
zweier Kugellager 17 in dem Stützring 18 gelagert ist. Der Ring 7 ist an seinem unteren Teil mit einer
Innenverzahnung versehen und wird über diese von
einem (nicht dargestellten) Elektromotor angetrieben.
Claims (16)
1. Modulationsverfahren für ein Wärme-Aufklärungsgerät unter Verwendung eines schachbrettarti- s
gen Bildmusters, dadurch gekennzeichnet, daß das schachbrettartige Bildmuster in einem
Winkel zwischen 15 und 30° durch das Bildfeld bewegt wird und vor oder hinter dem Bildmuster
wenigstens ein Spektralfilter in an sich bekannter Weise die Beobachtung in wenigstens zwei Spektralbereichen ermöglicht.
2. Modulationsverfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation zeitweise
unterbrochen wird.
3. Modulationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbrechung der Modulation der Strahlungsfluß durch das
Bildfeld mittels einer halbdurchlässigen Schicht auf mindestens die Hälfte reduziert wird.
4. Modulationsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Unterbrechung der Modulation der Strahlungsfluß durch das
Bildfeld vollkommen unterbrochen wird.
5. Modulationsverfahren nach einem der Anspriiehe 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Phasenlage des gewonnenen Modulations-Signals mit der eines von der Drehung der Modulationsscheibe abgeleiteten Signals verglichen und damit
die azimutale Lage des Zielpunktes im Bildfeld bestimmt wird.
6. Einrichtung zur Durchführung des Modulationsverfahrens nach einem der vorausgehenden Ansprüche und unter Verwendung einer rotierenden
Modulationsscheibe oder Modulationstrommel, die mit einem streifenförmigen Bildmuster versehen
durch das Bildfeld bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das streifenfö-mige Bildmuster dergestalt schachbrettartig ausgebildet ist, daß die
Parallelen einer Richtung einen Winkel [J?) von 60 bis 75° mit der Bewegungsrichtung einschließen und
vor oder hinter dem Bildmuster mindestens ein gleichfalls rotierendes, die Beobachtung' abwechselnd in zwei Spektralbereichen ermöglichendes
Spektralfilter (23) angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schachbrettartige Muster aus
Rechtecken (12) besteht, deren Kanten-Verhältnis größer als 1 : 1,5 und kleiner als 1 :4 ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das schachbrettartige Muster aus
Parallelogrammen (13) besteht, deren Schräglage so gewählt ist, daß der Spitzenwinkel (γ) doppelt so
groß ist als der Winkel (λ), in dem das Bildmuster durch das Bildfeld bewegt wird.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Abstand
der schachbrettförmigen Konfiguration gleich dem Streukreisdurchmesser der optischen Abbildung (10)
ist.
10. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Spektralfilter
(23) annähernd der Größe des Bildfeldes entspricht.
11. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Modulationsfeldern (4,5) sich ein Bereich
(6) befindet, in dem keine Modulation stattfindet.
12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Filter an den Stellen, an
denen die Modulation unterbrochen ist, eine halbdurchlässige Schicht aufweisen, die den Strahlungsnuß durch das Bildfeld auf mindestens die
Hälfte reduziert
13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter an den Stellen, an
denen die Modulation unterbrochen ist, eine Schicht aufweisen, welche den Strahlungsfluß durch das
Bildfeld vollkommen unterbricht
14. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage (ß) der Parallelogramme in den einzelnen Modulationsfeldern (4,5)
verschieden ist
15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis
14, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Felder so aufeinander abgestimmt sind, daß das
Integral über die gesamte Bildfeldstrahlung des Hintergrundes bei den verschiedenen Gittern
annähernd gleich ist.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1,6 und
10 bib 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Mqdulationsfelder nicht größer sind als das Bildfeld
des optischen Systems und daß das dahinter geschaltete Filter aus mindestens zwei verschiedenen Spektralfiltern zusammengesetzt ist
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8227 | New person/name/address of the applicant |
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