DE2855954A1 - METHOD FOR AUTOMATICALLY TARGETING MOVING GROUND-CLOSE TARGETS - Google Patents

Description

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, 3. Oktober 19?8MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM Ottobrunn, October 3, 19--8

GESELLSCHAFT BTO1 Bd/Th MIT BESCHRÄNKTER HAETUlTG,SOCIETY BTO1 Bd / Th WITH RESTRICTED RESPONSIBILITY,

MÜNCHEN 8414MUNICH 8414

Verfahren zur automatischen Zielortung von sich bewegenden bodennahen ZielenMethod for the automatic targeting of moving ones ground-level targets

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Zielortung von sich bewegenden bodennahen Zielen mit Hilfe eines Doppler-Lidarsystems.The invention relates to a method for automatic target location of moving targets close to the ground with the help of a Doppler lidar system.

Von tief- und schnellfliegenden Kampf- und Aufklärungsflugzeugen aus ist es im allgemeinen sehr schwierig, zu bekämpfende, sich am Boden bewegende Ziele zu entdecken. In vielen Pällen bleibt nicht mehr genügend Zeit, die Ziele vor dem Überflug zu identifizieren und die zur Bekämpfung vorgesehenen Waffen, beispielsweise Lenkflugkörper, einzuweisen und auszulösen.From low and fast flying combat and reconnaissance aircraft, it is generally very difficult to combat, to discover targets moving on the ground. In many palls there is not enough time left to set the goals identify the overflight and those intended for combat Instruct and deploy weapons, such as guided missiles.

Eine automatische Zielortung mit Hilfe von bekannten Radarverfahren führt häufig nicht zu befriedigenden Ergebnissen, . da sich Ziele, die sich nur langsam bewegen, nicht genügend vom Bodenhintergrund unterscheiden. Die Positionen solcher Ziele können nicht oder nicht ausreichend genau festgestellt werden, so daß eine sichere Bekämpfung mit Waffen unmöglich ist.Automatic target location using known radar methods often does not lead to satisfactory results,. since targets that move slowly are not enough differ from the ground background. The positions of such targets cannot be determined or cannot be determined with sufficient accuracy so that a safe fight with weapons is impossible.

Zur Vermessung von Geschoß-, Raketen- und Satellitenbahnen sowie für atmosphärische Messungen,ist es bekannt, ein Laser-Dopplerradar oder Doppler-Lidarsystem (Light-Detection and Ranging) zu verwenden. Bei Doppler-Lidarsystemen dientA laser Doppler radar is known for measuring missile, rocket and satellite trajectories and for atmospheric measurements or Doppler lidar system (light detection and ranging). Used in Doppler lidar systems

030026/(149030026 / (149

- 4 - Akte 8414- 4 - File 8414

ein Laser als Signalgenerator. Durch eine Optik wird der Laserstrahl auf die erforderliche Strahlgeometrie gebracht und zum Ziel gesendet. Das reflektierte Signal mit der Frequenz f^.-f^, wobei f_k die Frequenz des ausgesendeten Signals und fj die Dopplerverschiebung ist, wird wieder mit einer Optik auf einen Photodetektor abgebildet, auf welchem es mit dem ursprünglichen Signal f, optisch gemischt wird. Die Mischfrequenz f,, d.h. die Dopplerverschiebung, welche im Radiofrequenzgebiet liegt, wird elektronisch verarbeitet und auf einem Anzeigegerät dargestellt. Die Dopplerverschiebung f, ändert sich mit der ausgestrahlten Laserwellenlänge und der Geschwindigkeit des Ziels. Die von einem Ziel zurückgestreute Intensität ist vom Streuvolumen und von der Oberfläche abhängig. Das reflektierte Signal ist maximal und der· Hintergrund minimal, wenn die Empfängeröffnung sehr grc-S und das Gescihtsfeld sowie die optische Bandbreite sehr klein gemacht" werden. Für eine optimale Konfiguration eines Lidarsystems ist ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis am Photodetektor erforderlich (vgl. Technische Rundschau Nr. 41 vom 27. Sept. 1968).a laser as a signal generator. The laser beam is through an optic brought to the required beam geometry and sent to the target. The reflected signal with frequency f ^ .- f ^, where f_k is the frequency of the transmitted signal and fj is the Doppler shift is again with an optic imaged on a photodetector, on which it is optically mixed with the original signal f i. The mixing frequency f ,, i.e. the Doppler shift which occurs in the radio frequency range is electronically processed and shown on a display device. The Doppler shift f, changes with the emitted laser wavelength and the speed of the target. The one scattered back from a target Intensity depends on the scattering volume and the surface. The reflected signal is maximum and the background minimal if the receiver opening is very grc-S and that Field of view and the optical bandwidth made very small " will. For an optimal configuration of a lidar system, there is an optimal signal-to-noise ratio on the photodetector required (see Technische Rundschau No. 41 of Sept. 27, 1968).

Es ist außerdem bekannt, Lidarsysteme mit einem schmalen, abtastenden Laserstrahl für Rendez-vous- "und Ankopplungsmenöver bei Satelliten zu verwenden (Applied Optics, February 1972, Vol. 11, No. 2, S. 291 bis 299). 'It is also known to have lidar systems with a narrow, scanning Laser beam for rendezvous and docking maneuvers to be used in satellites (Applied Optics, February 1972, Vol. 11, No. 2, pp. 291 to 299). '

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur automatischen Zielortung von sich bewegenden bodennahen Zielen anzugeben, das es ermöglicht, mit geringem Aufwand und in sehr kurzer Zeit von einem tief- und schnellfliegenden Flugkörper aus sich langsam bewegende bodennahe Ziele mit hoher Genauigkeit zu orten.The object of the invention is to provide a method for automatic Specify the location of moving targets close to the ground, which makes it possible with little effort and in a very short time Time from a low and fast flying missile to slow moving targets close to the ground with high accuracy to locate.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vonThis object is achieved in that of

030026/0499030026/0499

- 5 - Akte 8414- 5 - File 8414

einem bemannten oder unbemannten Flugzeug aus der überflogene Boden mit einem frequenzselektiven Laser-Lidarsystem streifenweise abgetastet und das reflektierte Signal in einem Überlagerungsempfänger detektiert wird, wobei es bei Eeflexion von einem, sich bewegenden Ziel in einem Zwischenfrequenzband auftritt, dessen Frequenzbereich sich von den Zwischenfrequenzen unterscheidet, die sich bei Abtastung des uberflogenen unbewegten Bodens ergeben, und dieses mit einem entsprechend abgestimmten Zwischenfrequenzfilter nachgewiesene Signal zur Markierung des sich bewegenden Ziels auf einem Bildschirm herangezogen wird und/oder zur Einweisung sowie Auslösung eines Waffensystems dient.a manned or unmanned aircraft from the overflown Floor with a frequency-selective laser lidar system in strips is scanned and the reflected signal is detected in a heterodyne receiver, where it is reflected from a moving target in an intermediate frequency band occurs whose frequency range differs from the intermediate frequencies that differ when the unmoved ground overflown, and this is proven with an appropriately tuned intermediate frequency filter Signal is used to mark the moving target on a screen and / or for instruction as well as triggering a weapon system.

Die weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist aus den Unteransprüchen ersichtlich.' Bei einer vorteilhaften Ausgestaltting des Verfahrens wird ein Doppler-CCU-Lidarsystem verwendet. Bei der Wellenlänge von 10,6 £im des COp-Lasers hat die Atmosphäre ein Fenster, so daß die Energie ab Schwächung relativ gering ist. Außerdem weisen CO₀-Laser eine kompakte Bauweise auf und sind frequenzstabil.The further embodiment of the method according to the invention is evident from the subclaims. In an advantageous embodiment of the method, a Doppler CCU lidar system is used. At the wavelength of 10.6 lm of the COp laser, the atmosphere has a window, so that the energy is relatively low after attenuation. In addition, CO ₀ lasers have a compact design and are frequency-stable.

Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird zusätzlich die Wärmestrahlung zur Identifizierung eines georteten Ziels gemessen. Hierbei wird sich im allgemeinen eine Korrelation zwischen Doppler- und Wärmesignalen ergeben, da die Temperatur bewegter Ziele meist über der Temperatur des Bodens liegt. Zur Messung kann das Detektorelement mit verwendet werden, das für den Überlagerungsempfang der reflektierten Lasersignale vorgesehen ist. Diese zusätzliche Information "'·": ist insbesondere für die Messung von unbemannten Plugzeugen aus vorteilhaft. Um Fehlauslösungen von Waffensystemen zu vermeiden. According to a further development of the method, additionally the thermal radiation measured to identify a located target. In general, there will be a correlation between Doppler and heat signals, since the The temperature of moving targets is usually higher than the temperature of the ground. The detector element can also be used for the measurement which is provided for the superimposition reception of the reflected laser signals. This additional information "'·": Is especially for the measurement of unmanned plug-in tools from advantageous. To avoid false triggering of weapon systems.

Durch zusätzliche Frequenz- oder Amplitudenmodulation der La-Additional frequency or amplitude modulation of the load

030026/0499030026/0499

- 6 - Akte ^laund Echolaufzeitmessungen kann die Entfernung des georteten Ziels ermittelt werden. Eine Amplitudenmodulation wird in einfacher Weise durch Überlagerung von Pulsen mit höherer Leistung erzielt.- 6 - Acts and echo delay measurements can measure the distance of the located target can be determined. An amplitude modulation is achieved in a simple manner by superimposing pulses achieved with higher performance.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die flächenmäßige Ausdehnung eines georteten Ziels durch aufeinanderfolgende streifenweise Abtastung ermittelt. Da der Strahlquerschnitt des Laserstrahls wesentlich kleiner ist als die Abmessungen eines Ziels, kann die iür die Abtastung benötigte Zeit als Maß für die Größe des Ziels dienen. Es ist jedoch auch eine Markierung der Umkehrpunkte des abtastenden Strahls auf einem Bildschirm möglich, so daß die konkrete Form eines Ziels festgestellt werden kann.According to a further advantageous embodiment of the method, the areal extent of a located Target determined by successive strip-wise scanning. Since the beam cross-section of the laser beam is essential is smaller than the dimensions of a target, the time it takes to scan can be used as a measure of the size of the target Serve the purpose. However, it is also possible to mark the reversal points of the scanning beam on a screen, so that the concrete form of a goal can be determined.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbesondere darin, daß infolge der Differenzbildung im Zwischenfrequenzbereich zwischen der Dopplerverschiebung, die durch ein bewegtes Objekt verursacht wird und der Dopplerverschiebung, die das überflogene (unbewegte)Gelände hervorruft, sich langsam bewegende, bodennahe Ziele schnell geortet und wirksam bekämpft werden können. Außerdem ermöglicht der geringe Querschnitt des abtastenden Laserstrahls eine Messung der flächenmäßigen Ausdehnung eines Ziels, was mit einem im Eadiofrequensbereich arbeitenden Eadarsystem nicht möglich ist.The particular advantages of the method according to the invention are, in particular, that as a result of the difference formation in the intermediate frequency range between the Doppler shift caused by a moving object and the Doppler shift caused by the overflown (unmoved) terrain, slowly moving, close to the ground Targets can be located quickly and effectively combated. In addition, the small cross-section of the scanning Laser beam is a measurement of the area of a target, which is what works in the Eadiofrequensbereich Eadar system is not possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere auch zur gleichzeitigen Bekämpfung von Mehrfachzielen.The method according to the invention is also particularly suitable to combat multiple targets at the same time.

030026/0499030026/0499

Claims (6)

MESSERSCHMITT-BÖLKOvl-BLOHM Ottobrunn/ 3. Oktober 1978MESSERSCHMITT-BÖLKOvl-BLOHM Ottobrunn / October 3, 1978 GESELLSCHAFT BTO1 Bd/Th MIT BESCHRAlIi[TER HAi¹TUlIG,SOCIETY BTO1 Bd / Th WITH DESCRIBE [TER HAi ¹ TUlIG, MÜNCHEN 84-14MUNICH 84-14 Verfahren zur automatischen Zielortung von sich bewegenden, bodennahen ZielenProcedure for the automatic target location of moving, ground-level targets Pat ent ansprüchePatent claims Verfahren zur automatischen Zielortung von sich bewegenden bodennahen Zielen mit Hilfe eines Poppier-Lidarsystems, dadurch gekennzeichnet , daß von einem bemannten oder unbemannten Flugzeug aus der überflogenο Boden mit einem frequenzselektiven Laser-Lidarsystem streifenweise abgetastet und das reflektierte Signal in einem Überlagerungsempfänger detektiert wird, wobei es bei Reflexion von einer;, sich bewegenden Ziel in einem Zwischenfrequenzband auftritt, dessen Frequenzbereich sich von den Zwischenfrequenzen unterscheidet, die sich bei Abtastung des überflogenen unbewegten Bodens ergeben, und dieses mit einem entsprechend abgestimmten Zwischenfrequenzfilter nachgewiesene Signal zur Markierung des sich bex-jegenden Ziels auf einem Bildschirm herangezogen wird und/oder zur Einweisung sowie Auslösung eines Waffensystems dient.Method for the automatic targeting of moving ones ground-level targets with the help of a Poppier lidar system, thereby marked that by a manned or unmanned aircraft from the overflown o ground with A frequency-selective laser lidar system is scanned in strips and the reflected signal is detected in a heterodyne receiver, and when it is reflected from a ;, moving target occurs in an intermediate frequency band whose frequency range differs from the intermediate frequencies, which result when scanning the unmoved ground overflown, and this with a correspondingly coordinated Intermediate frequency filter detected signal used to mark the bex-any target on a screen and / or is used to instruct and trigger a weapon system. ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED 030028/0499030028/0499 - 2 - .Akte 8414- 2 -. File 8414 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des lokalen Oszillators im Überlagerungsempfänger der Abtastung so nachgeführt wird, daß mit dem vom unbewegten Boden reflektierten Signal ein Zwischenfrequenz signal mit konstanter Frequenz gebildet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the frequency of the local oscillator is tracked in the heterodyne receiver of the scanning so that with the signal reflected from the stationary ground, an intermediate frequency signal is formed with a constant frequency. J. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Doppler-C0_o-Lidarsystem verwendet wird.J. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a Doppler C0 _o lidar system is used. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß zusätzlich mit Hilfe eines Infrarotdetektors die Wärmeabstrahlung eines georteten Ziels gemessen wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the heat radiation of a located target is also measured with the aid of an infrared detector. 5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Strahlen des Doppler-Lidarsystems zusätzlich frequenz- oder amplitudenmoduliert werden und über eine Echolaufzeitmessung die Entfernung des georteten Ziels ermittelt wird.5. Method according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the beams of the Doppler lidar system can also be frequency or amplitude modulated and the distance of the located target is determined. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß durch Wahl eines eng gebündelten Strahls, dessen Durchmesser am Ziel kleiner als die Dimensionen des Ziels sind und durch eine aufeinanderfolgende streifenweise Abtastung die flächenmäßige Ausdehnung und Form eines Ziels ermittelt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5> characterized in that by choosing a tightly bundled Ray whose diameters at the target are smaller than the dimensions of the target and through a successive one strip-wise scanning of the area and shape a target is determined. 7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ein geortetes Ziel streifenweise abtastende Laserstrahl an den Konturen des Ziels umkehrt und diese Umkehrpunkte auf einem Bildschirm markiert werden.7. The method according to claim 6, characterized in that that the laser beam scanning a located target strip-wise reverses the contours of the target and these reversal points marked on a screen. 030026/0499030026/0499