DE2454480C2 - IR search and tracking device - Google Patents
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- DE2454480C2 DE2454480C2 DE19742454480 DE2454480A DE2454480C2 DE 2454480 C2 DE2454480 C2 DE 2454480C2 DE 19742454480 DE19742454480 DE 19742454480 DE 2454480 A DE2454480 A DE 2454480A DE 2454480 C2 DE2454480 C2 DE 2454480C2
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein IR-Such- und Verfolgungsgerät zum Überwachen eines Raumwinkels von mehreren Steradiant, bei dem die von einem Flugobjekt abgestrahlte Wärmeenergie durch einen Umlenkspiegel und ein Eingangsobjektiv eines um seine Längsachse rotierenden Aufnahmekopfes auf einen zusammen mit den übrigen Baueinheiten des Gerätes von dem Gehäuse umgebenen und in dessen Längsachse feststehend angeordneten Detektor auftrifft.The invention relates to an IR search and tracking device for monitoring a solid angle of several steradian, at which the heat energy radiated by a flying object is transferred by a Deflecting mirror and an input lens of a recording head rotating about its longitudinal axis on one together with the other structural units of the device surrounded by the housing and in its longitudinal axis fixedly arranged detector impinges.
Die DE-AS 15 48 421 beschreibt eine Vorrichtung dieser Gattung zur Entdeckung elektromagnetischer
Strahlung und zur Feststellung ihrer Einfallsrichtung. Mit Hilfe eines nicht kippbaren Spiegels wird die Szene
horizontal abgetastet und anschließend in ein ebenfalls nicht kippbares Objektiv gespiegelt Da diese Vorrichtung
der Panzerabwehr dient, erfolgt die Abtastung nur in Horizontalebene, wobei die empfangene Strahlung
mit Hilfe eines Gitters moduliert wird.
Das aus der DE-AS 12 95 615 bekannte AbtastgerätDE-AS 15 48 421 describes a device of this type for detecting electromagnetic radiation and determining its direction of incidence. With the help of a non-tiltable mirror, the scene is scanned horizontally and then mirrored in a likewise non-tiltable lens. Since this device is used for anti-tank defense, the scanning is only carried out in the horizontal plane, with the received radiation being modulated with the help of a grid.
The scanning device known from DE-AS 12 95 615
ίο benötigt neun symmetrisch um seine Längsachse im parallelen Strahlengang angeordnete Abtastspiegel. Die einzelnen Spiegel sind dabei in ihren Winkeln zur Längsachse so abgestuft, daß bei der von ihnen ausgeführten Rotations- bzw. Abtastbewegung jederίο needs nine symmetrical about its longitudinal axis in the scanning mirror arranged in parallel beam path. The individual mirrors are at their angles to Longitudinal axis graduated so that each rotation or scanning movement performed by them
Spiegel eine Zeile des interessierenden Objektes abtastet. Die Spiegel werden während ihrer Bewegung langsam nach oben geschwenkt, so daß die von jedem Spiegel abgetastete Zeiie um einen bestimmten Winkel zur Horizontalen geneigt wild und dann oberhalb derjenigen Zeile verläuft, die durch den vorhergehenden Spiegel abgetastet wird. Auch hier handelt es sich um einem Objektiv optisch vorgeschaltete Elevationsspiegel. Mirror scans a line of the object of interest. The mirrors are set as they move slowly swiveled upwards so that the line scanned by each mirror rotates through a certain angle inclined wildly to the horizontal and then runs above the line that goes through the previous one Mirror is scanned. Here, too, it is an elevation mirror that is optically upstream of an objective.
In dem älteren Patent 15 47 272 ist das optischeIn the earlier patent 15 47 272 the optical
Prinzip eines automatisch arbeitenden IR-Such- und Verfolgungsgerätes beschrieben, mit dem sich in derselben Brennebene nacheinander Wärmebilder unterschiedlicher Bildgröße darstellen lassen. Ferner ist aus der DE-AS 14 73 939 ein optisch-mechanisches Bildfeldabtastsystem bekannt, das Teil eines Raketen-Zielsuchkopfes ist und das nach dem Auffassen eines Zieles bestimmte Steuersignale für die Rakete erzeugt. Während sich mit den in den beiden ersten Druckschriften dargestellten und beschriebenen Gerä-Principle of an automatically working IR search and tracking device described, with which in the same focal plane successively display thermal images of different image sizes. Furthermore is from DE-AS 14 73 939 an opto-mechanical image field scanning system known, which is part of a missile homing head and that generates certain control signals for the missile after it has hit a target. While the devices shown and described in the first two publications
r> ten lediglich ein sehr begrenzter Raumwinkel von etwa 90° ±15° azimutal abtasten läßt, weil ihre Hauptblickrichtung quer zur Geräteachse verläuft und sie nicht nach oben zu »sehen« vermögen, befassen sich die Geräte der beiden letztgenannten Druckschriften mit speziell gelagerten Trackerproblemen. Sie enthalten ebenfalls keine Aussage darüber, wie die Voraussetzungen für ein möglichst problemloses Handhaben und sicheres Auffinden von Flugobjekten, nämlich der Einsatz eines solchen Gerätes über einen großenr> th only allows a very limited solid angle of about 90 ° ± 15 ° to be scanned azimuthally because its main direction of view runs transversely to the device axis and they are unable to "see" upwards, they deal with Devices of the two last-mentioned publications with specially stored tracker problems. They contain also no statement about how the requirements for problem-free handling and safe finding of flying objects, namely the use of such a device over a large one
Raumwinkel, geschaffen werden sollen.Solid angles to be created.
Die DE-PS 7 24 604 vermittelt die Lehre, den Standort eines Flugzeuges von der Erde aus möglichst schnell aufzufinden. Hierzu wird eine Vielzahl von halbkreisförmig angeordneten RichtstrahlempfängernDE-PS 7 24 604 teaches the location of an aircraft from the earth as possible to be found quickly. A large number of directional beam receivers arranged in a semicircle are used for this purpose
verwendet, die in einer Ausführungsform um ihre lotrechte Symmetrieachse rotieren (Fig. 1) und in einer anderen um das Lot zur Symmetrieachse pendeln (Fig. 2). Beide Varianten überwachen zwar einen Raumwinkel von 180°, sie sind jedoch nicht für alle Verwendungsmöglichkeiten geeignet. So sind z. B. die Anforderungen bei einem Einbau in ein sich mit großer Geschwindigkeit fortbewegendes Flugobjekt ganz anderer Natur als bei einer bodenseitig stationären Anlage: Bei letzterer bestehen die zahlreichen Richt-Strahlempfänger jeder für sich aus einem Kanal mit Eintrittsobjektiv, Detektor und Elektronik. Dies ist eine nicht nur herstellungsmäßig aufwendige, sondern auch aus Platzgründen beispielsweise für einen Raketen-Suchkopf ungeeignete Lösung, die außerdem gegenüber der Verwendung eines einzigen Eintrittsobjektivs wesentlich geringere Empfindlichkeit aufweist. Dies iiangt im wesentlichen mit der Navigation von Raketen-Suchköpfen zusammen, die fortlaufend über-used, which rotate in one embodiment about their perpendicular axis of symmetry (Fig. 1) and in one other commute around the perpendicular to the axis of symmetry (Fig. 2). Both variants monitor you Solid angles of 180 °, but they are not suitable for all uses. So are z. B. the Requirements for installation in a flying object moving at high speed of a different nature than in the case of a stationary system on the ground: The latter has numerous directional beam receivers each from a single channel with entrance lens, detector and electronics. this is a not only complex in terms of production, but also for reasons of space, for example for a rocket seeker head unsuitable solution, which also opposes the use of a single entry lens has much lower sensitivity. This essentially depends on the navigation of Missile seekers, which are continuously
wachen und verfolgen müssen. Eine Überlagerung der Bewegungsvorgänge gemäß Fig. 1 und 2 der DE-PS 7 24 604 kommt dabei insofern nicht in Frage, weil jede der beiden Bewegungen bereits für sich den gesamten Raumwinkel von 180° erfaßt Grundsätzlich ist jedoch das Abtasten mit überlagerten, aus Rotations- und Schwenkbewegungen bestehenden Bewegungsvorgängen aus der Radartechnik bekannt, wie dies z. B. in der Zeitschrift NTZ, 1960, Heft 12, in dem Abschnitt »Mechanische Schwenkbewegung der Antenne« auf to den Seiten 572/573 näher beschrieben wird.must watch and pursue. A superposition of the movement processes according to FIGS. 1 and 2 of DE-PS 7 24 604 is out of the question because each of the two movements is the entire Solid angle of 180 ° recorded. However, scanning with superimposed, rotational and Pivoting movements existing motion processes known from radar technology, as z. B. in the Magazine NTZ, 1960, issue 12, in the section "Mechanical pivoting movement of the antenna" on to is described in more detail on pages 572/573.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Entwicklung eines Gerätes der eingangs näher bezeichneten Gattung, das ein Abtasten des Bildfeldes über einen Bildwinkel von annähernd 180° χ 180° erlauben soll. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Aufnahmekopf zusammen mit einem Bildaufrichteprisma, einem Umlenkspiegel in Form eines Kippspiegels und einem geknickten Strahlengang um die Längsachse rotierend ausgebildet ;<u, während das Bildaufrichteprisma für zusätzliche Bewegungen einmal um die Längsachse und zum anderen zusammen mit dem Eingangsobjektiv und dem Kippspiegel für eine den Rotationsbewegungen überlagerte Bewegung in zur Längsachse senkrechter Ebene drehbar ist. Ein solches Wärmeortungsgerät überdeckt praktisch den halben Raumwinkel. Es bietet dadurch einen erheblichen Sicherheitsgrad, beispielsweise im Erfassen feindlicher Flugobjekte. Auch kann man bei dieser Spannweite auf Führungs- oder Einweisungsvorrichtungen verzieh- j< > ten und dadurch ausschließlich passiv arbeiten.The object of the invention consists in the development of a device of the type specified in the introduction which is intended to allow the image field to be scanned over an image angle of approximately 180 ° χ 180 °. According to the invention, this object is achieved in that the recording head is designed to rotate around the longitudinal axis together with an image erecting prism, a deflecting mirror in the form of a tilting mirror and a bent beam path ; < u, while the image erecting prism for additional movements once around the longitudinal axis and the other together is rotatable with the input lens and the tilting mirror for a movement superimposed on the rotational movements in a plane perpendicular to the longitudinal axis. Such a heat location device practically covers half the solid angle. It thus offers a considerable degree of security, for example when detecting hostile objects in flight. With this span, one can also use guiding or instruction devices and thus work exclusively passively.
Eine vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß je ein Motor für die Rotation des Aufnahmekopfes und des Bildaufrichteprismas, weiterhin je ein Winkelgeber für die Rotation und die js Polarabtastung beim Trackerbetrieb sowie ein Schleifringsatz für die Spannungsversorgung auf der Längsachse angeordnet sind, während ein weiterer Motor für die Kippbewegung des Prismas sowie ein Winkelgeber und ein das Eingangsobjektiv und den Kippspiegel verbindendes Getriebe auf einer in der zur Längsachse senkrechten Ebene verlaufenden Kippachse angeordnet sind. Auf diese Weise läßt sich eine besonders kompakte Bauform des Gerätes erreichen, ohne daß im Einsatzfall die Geräteachse aus ihrer Stellung verändert zu werden braucht.An advantageous structural embodiment of the invention provides that one motor for each rotation the recording head and the image erecting prism, furthermore an angle encoder each for the rotation and the js Polar scanning during tracker operation as well as a slip ring set for the power supply on the longitudinal axis are arranged, while another motor for the tilting movement of the prism and an angle encoder and a transmission connecting the input lens and the tilting mirror on one in the direction of the longitudinal axis vertical plane extending tilt axis are arranged. In this way, a particularly compact Achieve the design of the device without the device axis being changed from its position during use needs.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Bildaufrichteprisma mit einer zum übrigen Aufnahmekopf arideren (z. B. halben) Frequenz rotierend ausgebildet ist. Dadurch wird das momentane Bildfeld im Verlauf der Rotationsbewegung derart gedreht, daß bei Verwendung einer Detektorreihe diese jeweils radial im Bildfeld ausgerichtet bleibt und dadurch ein gleichmäßiger, kreisförmiger Suchstreifen erfaßt wird.An advantageous development of the invention provides that the image erecting prism with one to the rest Recording head arideren (z. B. half) frequency is designed to rotate. This becomes the momentary Image field rotated in the course of the rotational movement in such a way that when using a row of detectors this remains aligned radially in the image field and thus a uniform, circular search strip is detected.
Weitere Merkmale der Erfindung sehen vor, daß der Detektor bzw. die Detektorreihe mit einem Kühler nach Vuillenmier ausgestattet ist. Ein solcher Kühler besitzt ein geschlossenes Kühlsystem, das sich durch seine kompakte Bauweise bei gleichzeitig geringem Eigenge- ω wicht auszeichnet. Zweckmäßig ist es ferner, wenn das Gehäuse im Bereich des Eingangsobjektivs von einem sphärisch ausgebildeten Radom aus gesintertem CdTe abgedeckt ist. Dieses nicht hygroskopische Material besitzt hervorragende thermische Eigenschaften: Es μ verträgt aerodynamische Aufheizungen, und seine Absorption steigt bis zu Temperaturen um 200° C nur unwesentlich an.Further features of the invention provide that the detector or the detector row with a cooler after Vuillenmier is equipped. Such a cooler has a closed cooling system, which is through its compact design with a low weight ω at the same time. It is also useful if that Housing in the area of the input lens of a spherical radome made of sintered CdTe is covered. This non-hygroscopic material has excellent thermal properties: Es μ tolerates aerodynamic heating and its absorption only increases up to temperatures around 200 ° C insignificant.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand einer Zeichnung näher erläutert, wobei die in den beiden dargestellten Figuren einander entsprechenden Teile dieselben Bezugszahlen aufweisen. Es zeigtIn the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to a drawing, the parts corresponding to one another in the two figures shown have the same reference numbers. It shows
F i g. 1 eine Seitenansicht auf den die Erfindung enthaltenden Teil des Gerätes — zum Teil im Schnitt dargestellt undF i g. 1 is a side view of the part of the device containing the invention - partly in section shown and
F i g. 2 die Draufsicht auf ein Gerät gemäß F i g. 1, aus dessen Gehäusewand ein Stück herausgebrochen wurde.F i g. 2 shows the top view of a device according to FIG. 1, a piece broken out of the housing wall became.
Die von dem zeichnerisch nicht dargestellten Flugobjekt abgestrahlte Wärmeenergie gelangt in Pfeilrichtung 24 und in der dem Energieverlust entsprechenden Reihenfolge über das beispielsweise sphärisch ausgebildete Radom 18, das Eingangsobjektiv 1, das Bildaufrichteprisma 2, den Kippspiegel 3, einen aus mehreren optischen Gliedern bestehenden geknickten Strahlengang 4 auf den mit einem Kühler 17 — beispielsweise einem Vuillenmier-Kühler — ausgestatteten Detektor 5. Als Materialien für das Radom kommen im wesentlichen CdTe, Ge oder GaAs und für die Optiken des geknickten Strahlenganges Germanium, Cadmiumtellurid, Irtan 6, Cäsiumjodid oder auch Thalliumbromid in Frage.The heat energy emitted by the flying object (not shown in the drawing) reaches Arrow direction 24 and in the order corresponding to the energy loss via the example spherically formed radome 18, the input lens 1, the image erecting prism 2, the tilting mirror 3, a kinked beam path 4 consisting of several optical elements on the with a cooler 17 - for example a Vuillenmier cooler - equipped detector 5. As materials for the radome mainly CdTe, Ge or GaAs and for the optics of the kinked beam path germanium, Cadmium telluride, irtane 6, cesium iodide or also Thallium bromide in question.
Durch ein Rotieren des in den Punkten 6 und 7 gelagerten Aufnahmekopfes 21 um die Längsachse 22 wird der Suchbereich, in dem ein Flugobjekt vermutet wird, kreisförmig abgetastet. Der Aufnahmekopf 21 trägt das Eingangsobjektiv l.das Bildaufrichteprisma 2, den Kippspiegel 3, den geknickten Strahlengang 4 und das Radom 18 und wird von dem Motor 8 angetrieben. Außerdem kann das Bildaufrichteprisma 2 für sich zusätzlich noch mit einer im Verhältnis zum Aufnahmekopf 21 abgeänderten Frequenz rotieren; im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotiert es mit halber Frequenz, z. B. mit 5 Hz, so daß der Aufnahmekopf in diesem Fall mit 10 Hz rotieren wird. Die zusätzliche Drehbewegung des Bildaufrichteprismas 2 wird durch den gleichfalls in der Längsachse 22 angeordneten Motor 9 bewirkt und dient im Trackerbetrieb der Bildfeldabtastung.By rotating the pick-up head 21 mounted at points 6 and 7 about the longitudinal axis 22 the search area in which a flight object is suspected is scanned in a circle. The pickup head 21 the input lens l. carries the image erecting prism 2, the tilting mirror 3, the bent beam path 4 and the radome 18 and is driven by the motor 8. In addition, the image erecting prism 2 can also have one in relation to the recording head Rotate 21 changed frequency; in the present embodiment it rotates at half the frequency, z. B. at 5 Hz, so that the recording head will rotate at 10 Hz in this case. The additional turning movement of the image erecting prism 2 is effected by the motor 9, which is also arranged in the longitudinal axis 22 and serves to scan the image field in tracker mode.
Durch eine weitere — vom Eingangsobjektiv 1, dem Bildaufrichteprisma 2 und dem Kippspiegel 3 gleichzeitig ausgeführte — den vorbeschriebenen Rotationsbewegungen überlagerte Kippbewegung um eine in zur Längsachse 22 senkrechter Ebene angeordnete Kippachse 19 entsteht eine spiralförmige Bewegung. Die Kippbewegung kann je nach Betriebsfall 0,25 bis 1 Hz betragen und wird von dem auf der Achse 19 befestigten Motor 10 erzeugt. Hierbei darf der Kippspiegel 3 lediglich um den halben Winkel der diese Kippbewegung mitmachenden übrigen Elemente verdreht werden, was durch ein zwischen Eingangsobjektiv 1 und Kippspiegel 3 geschaltetes Getriebe 11 erreicht wird.Through another - from the input lens 1, the Image erecting prism 2 and the tilting mirror 3 executed at the same time - the above-described rotational movements superimposed tilting movement about a tilting axis arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis 22 19 creates a spiral movement. The tilting movement can be 0.25 to 1 Hz, depending on the operating case and is generated by the motor 10 mounted on the axis 19. The tilting mirror 3 are only rotated by half the angle of the remaining elements participating in this tilting movement, which is achieved by a gear 11 connected between the input lens 1 and the tilting mirror 3.
Für die Regelschleife ist auf der Kippachse 19 ein Tachogenerator 12 vorgesehen. Auf der Längsachse 22 dagegen ist für die Zielkoordinatenauswertung bei Rotationsbewegung sowie für die Polarabiastung bei Trackerbetrieb je ein Winkelgeber 13 bzw. 15 angeordnet, während ein entsprechender Winkelgeber 14 für die Kippbewegung auf der Kippachse 19 befestigt ist. Außerdem ist auf der Längsachse 22 noch ein die Spannungsversorgung für die Antriebs- und Referenzsignale der rotierenden Teile überragender Schleifringsatz 16 angeordnet.A tachometer generator 12 is provided on the tilt axis 19 for the control loop. On the longitudinal axis 22 on the other hand, for the evaluation of the target coordinates in the case of rotational movement and for the polar basting at Trackers each have an angle encoder 13 or 15, while a corresponding angle encoder 14 is attached to the tilt axis 19 for the tilting movement. In addition, there is also a die on the longitudinal axis 22 Power supply for the drive and reference signals of the rotating parts, outstanding slip ring set 16 arranged.
Beim Umschalten von Such- auf Trackerbetrieb dient der Rotations- und Kippmechanismus lediglich dem Nachführen des momentanen Bildfeldes. Deshalb wirdWhen switching from search to tracker mode, the rotation and tilting mechanism is only used for this Tracking of the current image field. Therefore will
die automatische Rotations- und Kippbewegung unterbrochen; die Antriebe hängen für diesen Fall in der Servoschleife des Nachführsystems. Zur Abtastung des kleineren Trackerbildfeldes braucht auch das Bildaufrichteprisma 2 lediglich noch mit einer weniger als 25 Hz betragenden Frequenz zu rotieren. Mit dieser Bewegung wird das Bildfeld über den Detektorstreifen gedreht.the automatic rotation and tilting movement interrupted; in this case the drives hang in the Servo loop of the tracking system. The image erecting prism is also required to scan the smaller tracker image field 2 only to rotate with a frequency of less than 25 Hz. With this Movement, the image field is rotated over the detector strip.
Eine im Gehäuse 20 ebenfalls noch vorgesehene, jedoch nicht näher dargestellte, weil bekannte Elektronik, enthält Multiplexer, sowie die für Verstärkung, Punktflächentrennung u. dgl. mehr erforderlichen elektronischen Bauelemente.An in the housing 20 also still provided, but not shown in detail because known electronics, contains multiplexers, as well as the electronic ones required for amplification, point area separation and the like Components.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19742454480 Expired DE2454480C2 (en) | 1974-11-16 | 1974-11-16 | IR search and tracking device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AG | Has addition no. |
Ref country code: DE Ref document number: 2457760 Format of ref document f/p: P |
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| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |