DE2533270C2

DE2533270C2 - Thermisches Visier- und Ortungsverfahren für die automatische Lenkung von Flugkörpern und Einrichtung dafür

Info

Publication number: DE2533270C2
Application number: DE19752533270
Authority: DE
Inventors: Günter Dr.-Ing. 6903 Neckargemünd Pusch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-07-25
Filing date: 1975-07-25
Publication date: 1987-01-02
Also published as: DE2533270A1

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Visier- und Ortungsverfahren für die automatische Lenkung von Flugkörpern, bei dem von der thermischen Emission eines Ziels und seiner Umgebung und der des Flugkörpers einander verschiedene Spektralbereiche für die Darstellung und Wiedergabe eines Wärmebilds gewählt werden, und eine Einrichtung dafür.
Aus der DE-OS 15 06 099 ist ein Fernlenksystem für einen Flugkörper bekannt, bei dem eine IR-Kamera eine vom Flugkörper reflektierte IR-Strahlung innerhalb eines Wellenbereichs von 1,8—2,6 μ aufnimmt, während mit einem Bildwandler in einem Bereich von 0,8— 1,2 μ eine vom Ziel reflektierte IR-Strahlung visuell beobachtet wird. Aus der visuell beobachteten Visierlinie bzw. deren Ausrichtung auf das Ziel werden dann Rieht- und Einstelldaten für den Flugkörper abgeleitet und diesem über Draht zugeführt.

Für den Einsat/ der modernen Flugkörperwaffen bzw. Raketen verbieten sich jedoch aktive IR-Visiere. während IR-Kameras und Bildwandlerverstärker durch den Leuchtsatz bzw. das Marschtriebwerk der Rakete so überstrahlt werden können, daß eine einwandfreie Bildbeobachtung nicht mehr möglich ist. Außerdem ist Hie genaue Justierung des Wärmebildvisiers auf das in der Absenkanlage eingebaute IR-Ortungsgerät für die Lenkung der Rakete nur schwer möglich, insbesondere wenn sich die Ziele auch noch relativ schnell bewegen Durch das ältere deutsche Patent 17 97 610 ist ein optistheiektronisches Aufklärungs- und Zielgerät vorgeschlagen worden, dem gleichzeitig Informationen

*5 wenigstens zweier verschiedener Spektralbereiche zugeführt werden, wobei ein auf Eigenstrahlung ansprechendes Wärmebildgerät mit einem auf sichtbare und unsichtbare, aus der Remission resultierende Spektralbcreiche ansprechenden Bildwandlergerät kombiniert worden ist.

Abgesehen davon, daß zwei verschiedene IR-Wiedergjbegeräte verwendet werden, ist eine Ortung für die automatische Lenkung von Flugkörpern damit kaum möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein passives Verfahren der eingangs genannten Art und eine Einrichtung dafür zu schaffen, das bzw. die völlig automatisch die Daten für die Steuerung des Flugkörpers liefert, die für das Treffen des Ziels benötigt werden, und gestattet.

so gleichzeitig Ziel und Flugkörper einwandfrei zu beobachten, insbesondere bei Nacht.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß für die Wiedergabe des Ziels der Bereich des atmosphärischen Fensters Il (3 —5.5 μ) oder des atmosphärischen

fts Fensters III (8—14 μ) und für die gleichzeitige Bestimmung der Bildfeldkoordinaten des Flugkörpers, aus denen seine Ablagekoordinaten zur Nachlenkung in die Visierlinie abgeleitet werden, der Bereich des

atmosphärischen Fensters I (1,5—2,5 μ) bei ein und derselben Wärmebildabtasteinrichtung und Wiedergabeeinrichtung verwendet werden.

Das Strahlungsmaximum des pyrotechnischen Leuchtsatzes, den die Flugkörper gegebenenfalls tragen, liegt bei etwa 2 μ Wellenlänge. In diesem Spektralbereich kann bei Nacht auch sehr gut die Strahlung des Marschtriebswerks geortet werden, so daß evtl. der pyrotechnische Leuchtsatz entfallen kann.

Der pyrotechnische Leuchtsatz kann auch durch einen modulierbaren Leuchtsatz ersetzt werden, dessen Modulation beispielsweise aus täglich geänderten ■ Impulsfolgen besteht Wird diese Modulation im Ortungsgerät detektiert, so ist ein signifikantes Merkmal zur Identifizierung des Flugkörpers vorhanden und es besteht eine erhöhte Sicherheit gegen eine Störung der Waffensysteme von gegnerischer Seite.

Nach erfolgter Zeilen- und Bildabtastung kann die gesamte momentane Stralungsenergie der eigentlichen Abbildungsebene z.B. mittels eines Strahlteilers auf zwei Detektorara>rdnungen in verschiedene Bildebenen verteüt werden, wobei die eine die Signale für die Wärmebilddarstellung und die andere die Signale für die Flugkörperortung erzeugt. Dadurch wird es möglich, daß die eine Detektoranordnung, die z. B. im Fenster II arbeitet, die Signale für die Darstellung des thermischen Bildes und die andere Detektoranerdnung im Fenster I die Signale für die Ablagekoordinaten liefert.

Die Strahlteiler können auch eingespart werden, wenn eine Einrichtung verwendet wird, bei der ein gemeinsames Substrat zwei Gruppen von Detektorelementen verschieii jner Grenzwellenlänge enthält, wobei die eine Gruppe für die Frzeugt.-.g des Wärmebildes und die andere Gruppe zur Frzeugung der Ablagekoordinaten benutzt wird. Die Kongruenr der Ablagekoordinaten und des Wärmebildes, die bei den verschiedenen Lagen der Detektorgruppen rein geometrisch nicht immer gesichert ist, kann durch elektrische Phasenschieberschaltungen erzeugt werden.

Eine Kühleinrichtung wird zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß sie die Detektoren, die Für die Wärmebilddarstellung notwendig sind, auf ihre optimale Temperatur kühlt. Die Detektoren, die den wesentlich heißeren Flugkörper orten, brauchen normalerweise ohne Verminderung ihrer Leistungsfähigkeit nicht so tief gekühlt zu werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Detektorelemente aus einem Mischkristall bestehen, der durch Änderung seiner Komposition in seiner Grenzwellenlänge verschiebbar ist. Ein solches Material ist bspw. Hg(i _ _sßdx Te, das durch Änderung von χ in etwa von 0,5 bis 14 μ in seiner Grenzwellenlänge veränderbar ist.

Für die Ortung des Flugkörpers ist es vorteilhaft, als Abtastverfahren die an sich bekannte polare Abtastung eines kreisrunden Bildfeldes zu benutzen, da die Informationsrate gegen das Zentrum des Bildfeldes immer höher wird. Hierbei ist es zweckmäßig, das mittlere Element einer Zellenreihe aus einem Material zu machen, das die Flugkörperortung durchführt, also beispielweise seine Grenzwellenlänge bei 2,5 μ hat, während die äußeren Elemente mit einer Grenzwellenlänge von 4,2 μ zur Bilddarstellung benutzt werden.

Die polare Abtastung hat für das Visieren den entscheidenden Vorteil, daß am Rande des Bildfeldes Ziele bereits bemerkt, in der Mitte jedoch aufgrund der wachsenden Auflösung identifiziert werden können. Außerdem kann bei der polaren Abtastung durch die Mittelzelle der Ort des Flugkörpers im Bildfeld nach Radius und Winkel gut bestimmt werden. Es ist aber auch eine Umwandlung in karthesischc- Koordinaten durch bekannte elekfonische Schaltungen möglich.

Um die Ortung des Flugkörper am Rande des Bildfeldes zu erleichtern und nicht unnötig hohe Zeilenzahlen hierfür zu verwenden, ist es vorteilhaft, den mittleren Ortungsdetektor wesentlich größer zu machen als die Bilddetektoren, da die Größe dieses Detektors die Zeilenzahl bestimmt. Die aneinandergereihten Bilddetekioren müssen dann mindestens die Breite des Ortungsdetektors haben.

Da das mittlere Zellenelement für die Bilddarstellung ausfällt, wird in der Bildmitte ein der Breite dieses Elements proportionaler dunkler Fleck erscheinen. Dieser kann als elektronisches Richtrnittel ausgenutzt werden, da er genau die Richtung der Visierlinie definiert, in die der Flugkörper gelenkt wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Thermisches Visier- und Ortungsverfahren für die automatische Lenkung von Flugkörpern, bei dem s von der thermischen Emission eines Ziels und seiner Umgebung und der des Flugkörpers einander verschiedene Spektralbereiche für die Darstellung und Wiedergabe eines Wärmebildes gewählt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wiedergabe des Ziels der Bereich des atmosphärischen Fensters II (3—5,5 μ) oder des atmosphärischen Fensters III (8—14 μ) und für die gleichzeitige Bestimmung der Bildfeldkoordinaten des Flugkörpers, aus denen seine Ablagekoordinaten zur Nachlenkung in die Visierlinie abgeleitet werden, der Bereich des atmosphärischen Fensters I (1,5—24 μ) bei ein und derselben Wärmebildabtast- und Wiedergabeeinrichtung verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flugkörper mit einem Leuchtsatz aus Leuchtdioden, z. B. Laserdioden, deren Modulation einstellbar ist, ausgestattet und die detektierte Modulation als ein Indentifizierungsmerkmal des nachzulenkenden Flugkörpers verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zeilen- und Bildabtastung die gesamte momentane Strahlungsenergie auf zwei Detektoranordnungen verteilt wird, wobei die eine die Signale für die Wärmebilddarstellung und die andere die Signale für die Flugkörperortung erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine polare Wärmebildabtastung verwendet wird, wobei in einer Detektorzellenreihe mit ungerader Elementenanzahl das mittlere Element für die Flugkörperortung und die äußeren Elemente für die Wärmebilddarstellung ausgelegt und benutzt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine polare Wärmebildabtastung und eine Detektorzellenreihe für die Wärmebildabtastung und eine dazu senkrechte Detektorzellenreihe für die Flugkörperortung benutzt werden und für jedes Element der entsprechenden Detektorzellenreihe seine Grenzwellenlänge für den jeweiligen Bereich festgelegt wird.

6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Substrat zwei Gruppen von Detektorelementen verschiedener Grenzwelle&i-mge enthält, wobei die eine Gruppe für die Erzeugung des Wärmebildes und die andere Gruppe zur Erzeugung der Ablagekoordinaten benutzt wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß für das beide Detektorgruppen tragende Substrat eine Kühlvorrichtung auf die für die jeweilige Detektorgruppe optimale Temperatur vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelemente aus einem Mischkristall bestehen, der durch Änderung seiner Komposition in seiner Grenzwellenlänge verschiebbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 6 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Element der Detektorzellenreihe zur Ortung des Flugkörpers wesentlich größer ist als die äußeren Elemente.