DE2908231A1

DE2908231A1 - Co tief 2 -laser-zielortungs- und flugkoerperlenkverfahren

Info

Publication number: DE2908231A1
Application number: DE19792908231
Authority: DE
Inventors: Gunther Dipl Phys Dr Sepp; Dieter Dipl Phys Dr Siemsen
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-03-02
Filing date: 1979-03-02
Publication date: 1980-09-04
Also published as: FR2450438B1; GB2046550B; GB2046550A; FR2450438A1

Description

MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM - 3 - Ottobrunn, 20.02.1979

GESELLSCHAFT BT01 - Kre/Schö.

MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

MÜNCHEN 8478

CO^-Laser-Zielortungs- und Flugkörperlenkverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zielortungs-und Flugkörperlenkverfahren mittels eines CO^-Laser-Doppler-Suchlidars. ₀

Zielortungs- und Flugkörperlenkverfahren sind in den verschiedensten Ausfuhrungsformen und Systemen bekannt geworden. Bei Verwendung von C0_-Lasern zu diesen Verfahren waren bisher immer mindestens zwei getrennte Laser für die Ortung und die Lenkung erforderlich. Die bekannten Verfahren wiesen eine Reihe von Nachteilen auf, so erforderten sie komplizierte übergabemaßnahmen der georteten Zielrichtung an die Flügkörpersteuerung und weiterhin einen zusätzlichen IFF-Sender (Freund-Feinderkennung). Die Empfindlichkeit dieser Anordnungen bzw. Systeme war und ist noch zu gering. Bei Zweiphasenlenkung, wo der Flugkörper in der ersten Phase durch einen die thermische Strahlung des Zieles entdeckenden Zielsuchkopf gelenkt wird, ist der IR-Suchkopf bisher immer leicht zu stören gewesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Ortungs- und Lenkverfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das es möglich wird, bewegte Feinziele einschließlich Flugkörper in extrem niedriger Bodennähe optimal zu orten, zu verfolgen, zu identifizieren und zu bekämpfen, Hierbei werden die Nachteile der Systeme des Standes der Technik völlig oder weitgehend beseitigt.

Hierzu liegt das Hauptproblem in der Tatsache, daß die rein passiven Systeme - z.B.. Wärmebildgeräte - häufig nur in der Lage sind, ein Objekt als mögliches Ziel auszumachen, aber nicht

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dieses Ziel einwandfrei zu identifizieren, wenn sich das Objekt nicht vor dem Himmel, sondern vor einem Geländehintergrund befindet und sich von diesem nichtausreichend abhebt. Hier greift die Erfindung ein und -beseitigt durch das Laser-Doppler-Lidar die Unsicherheiten, wobei mit einem C0₂-Laser mit optischem überlagerungsempfang gearbeitet wird. Es wertet die Laufzeit und Frequenzverschiebung des von einem bewegten Ziel rückgestreuten Laserstrahles aus, so daß das Ziel nach Richtung, Entfernung und Geschwindigkeit detektiert werden kann.

Die verfahrensmäßigen und anordnungsmäßigen Maßnahmen der Erfindung sind in den Ansprüchen niedergelegt und an einem Ausführungsbeispiel beschrieben sowie in den Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1a einen Aufbau des CO„-Doppler-Lidars mit Homodynempfang in schematischer Darstellung;

Fig. 1b einen Aufbau des CO_-Doppler-Lidars mit Heterodynempfang in schematischer Darstellung;

Fig. 2 ein Blockschaltbild für die Freund-Feinderkennung bei dem erfindungsgemäßen Laserverfahren;

Fig. 3 einen Aufbau der Leitstrahl-Kommandosysteme für Überlagerungsempfang in schematischer Darstellung;

Fig. 4 einen Aufbau der Leitstrahl-Kommandosysteme für Direktempfang in schematischer Darstellung.

Durch die Verwendung eines leistungsstarken C0_-Lasers bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, anstelle des im militärischen Bereich bisher verwendeten Nd:YAG-Lasers, ist eine Ausdehnung des Wellenbereichs auf das mittlere IR möglich geworden und dadurch eine wesentlich bessere Durchdringung der Atmosphäre durch die Laserstrahlung sowie die Kompatibilität mit den neuerdings verwendeten IR-Wärmebildgeräten (FLIR) gegeben. Außerdem wird nun infolge der größeren Wellenlänge der überlagerungsempfang durchführbar, d.h. es können nunmehr Relativgeschwindigkeiten durch Doppler-Auswertung gemessen werden.

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In diesem gewählten Wellenlängenbereich sind optische Gegenmaßnahmen schwierig. Da die CO -Laserstrahlung bei den hier vor-

liegenden Systemen auf eine Strahlungsdichte von 0,1 W/cm abgesenkt werden kann, wird außerdem eine Gefährdung des Bedienungspersonals vollkommen vermieden. Hierbei wird die Ortungsund Flugkörperlenkfähigkext des erfindungsgemäßen Verfahrens bis zu einer mittleren Reichweite von ca. 5 km bei Laserleistungen von ca. 5 W in keiner Weise beeinträchtigt. Da die Erfindung vorschlägt, einen C0_?-Wellenleiterlaser zu verwenden, ist es möglich, gegenüber allen bekannten Verfahren und Anordnungen des Standes der Technik eine wesentliche Verringerung des Bauvolumens und des Baugewichtes zu erzielen und trotzdem noch die erforderliche hohe mechanische Stabilität zu erreichen. Diese ist Voraussetzung für die zum Überlagerungsempfang erforderliche Frequenzkonstanz der emittierten Strahlung. Beim überlagerungsempfang (10.6 um Wellenlänge) wird auf dem Empfangsdetektor der Signalstrahlung eine Referenzstrahlung, welche von der Signalstrahlung einen festen Frequenzabstand besitzt, überlagert. Dies kann durch einen vom Sendestrahl abgeleiteten Teilstrahl (Homodynempfang) oder durch einen gesonderten Lokaloscillator-Laserstrahl (Heterodynempfang) geschehen. Bei Homodynempfang wird also noch ein weiterer Laser eingespart.

Das bei dieser Zwischenfrequenz am Detektorausgang entstehende Signal (elektrische) wird schmalbandig gefiltert und verstärkt. Beim Empfang der von einem bewegten Ziel zurückgestreuten Strahlung tritt eine zusätzliche Frequenzverschiebung (Dopplereffekt) auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet nun wie folgt:

Der Schütze richtet das Zielgerät 10 der Abschußstation 11 grob in die Richtung eines vermuteten oder beobachteten Zieles 12 und schaltet nun auf aktive Ortung um, wobei die Steuerung des Gesamtsystems von der Steuereinheit 20 übernommen wird. Der CO₂-Wellenleiterlaser 13 wird aktiviert und sendet den Ortungsstrahl 14 aus, dem durch den Modulator/Deflektor 18

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eine zur Zielabtastung und -Verfolgung (tracking) geeignete räumliche Modulation sowie eine zur Entferungsmessung und IFF-Erkennung, aber auch eine den Zielsuchkopf eines auf das Ziel gelenkten Flugkörpers sensibilisierende, zeitliche Modulation aufgeprägt ist. Das Licht des Ortungsstrahles 14 wird vom Ziel 12 zurückgestreut und von einer Empfangsoptik 15 auf einen Detektor 16 zusammen mit der überlagernden Strahlung eines Lokaloszillators 17 (bei Heterodynempfang) bzw. der durch einen Modulator frequenzverschobenen Strahlung des Lasersenders (13) selbst gegeben (Hornodynempfang) . Die Lage der Differenzfrequenz von ausgesandter und empfangener Strahlung 14, 14a, - die in geeigneter und bekannter Weise bestimmt wird - gibt Aufschluß über die Radialbewegung des angepeilten Zieles. Zur Messung der Zielentfernung wird der auf das Ziel gerichtete Laserstrahl 14 amplitudemoduliert und die Phasendifferenz zwischen gesendeter und empfangener Modulation aus den Einheiten 18 und 19 ausgewertet. Das heißt: in der Auswerteeinheit 19 werden die ermittelten Werte an den Nachführrechner 21 und an die Steuereinheit 20 gegeben.

Es kann nun für spezielle Fälle vorteilhaft sein, wenn eine Impulslaufzeitmessung als alternatives Ortungsverfahren durchgeführt wird, bei dem dann ein Zeit- bzw. Entfernungstor gesetzt wird, das die Ausblendung des Nahbereiches des Ortungsgerätes erlaubt.

Von der Auswerteinheit 19 gehen nun die ermittelten Werte zu einem Nachführrechner, welcher über den Modulator/Deflektor 18 die Zielverfolgung veranlaßt. Gleichzeitig erfolgt über die Steuereinheit 20 und die ihr zugeordnete IFF-Einheit 22 eine Überprüfung gemäß dem an sich bekannten Freun-Fein-Identifikations-Verfahren. Diese IFF-Einheit 22 setzt sich aus einem IFF-Kodegenerator 22a und einem IFF-Detektor 22b zusammen. Die dazugehörige IFF-Antworteinheit 23 eines "Freund"-Zieles umfaßt einen IFF-Dekodierer 23a, einen IFF-Antwortkodegenerator 23b, einen Modulatortreiber. 24a und einen Modulator 24b, der dem IFF-Retroreflektor 24c vorgeschaltet und nur synchron mit dem

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Antwortkodemuster durchlässig ist. Infolgedessen empfängt die das vermeintliche Ziel anmessende Bodenstation automatisch das IFF-Antwortkodezeichen, während auf ein eventuelles feindliches Lasersystem der Retroreflektor nicht ansprechen kann.

Das von einem mit IFF-Retroreflektor ausgestatteten Ziel rückgestrahlte Lasersignal ist immer zweifelsfrei identifizierbar, da es wegen der Retroreflexion um mehrere Größenordnungen stärker ist als ein diffus reflektiertes Zielsignal. Dabei kann es wegen der außerordentlich geringen Divergenz des retroreflektierten Strahles ( 0,1mrad) nur von der Abschußstation selbst empfangen werden, was die GetgLmhaltung des IFF-Antwortkodes erleichtert.

Die Fig. 3 und 4 zeigen die erweiterte Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens und zwar für die lenkbaren Flugkörper 30. Die Abschußstation bzw. die Ortungs- und Leitstelle 11 ist wie vorbeschrieben für den auszusendenden Ortungs- und Leitstrahl 14 eingerichtet. Der Flugkörper 30 ist an seiner rückwärtigen Front mit einem Leitstrahlempfänger 31 versehen. Dieser kann, wie in Fig. 3 gezeichnet, für Direktempfang oder ähnlich dem in Fig. 1 gezeichneten Empfänger für Überlagerungsempfang ausgelegt sein. Er kann aber auch - wie in Fig. 4 gezeigt - nur aus einem Retroreflektor bestehen, falls die Flugkörperposition dann mittels des retroreflektierten Strahles bzw. Signales an der Abschußstation ausgewertet wird und die erforderlichen Lenkkommandos gesondert übermittelt werden.

Die Flugkörperspitze besitzt einen Zielleitkopf 32. Gemäß Fig. ist hier die Anordnung gezeigt, wie sie für den Direktempfang im Zielleitkopf vorgeschlagen wird; jedoch kann auch - ähnlich wie in Fig. 1 gezeigt - Überlagerungsempfang durchgeführt werden. Der Zielleitkopf ist für die vom Ziel rückgestrahlten Signale mit einer Empfangsoptik 45, einem Detektor 46, der Signalauswerteinheit 49 und dem Ablage- bzw. Nachführrechner ausgerüstet, der in der zweiten Lenkphase seine Signale direkt an die Steuerorgane 33 übergibt.

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Die Signalauswerteinheit 49 wertet dabei nur Signale aus, welche gemäß der an den Modulator/Deflektor 18 angelegten Modulationsspannung moduliert sind. Damit ist gewährleistet/ daß der IR-Suchkopf nur auf den jetzt zusätzlich als Zielbeleuchter dienenden Ortungs- und Leitstrahl 14 sensibilisiert ist. Durch diese Art der Zielbeleuchtung wird im allgemeinen der geometrische Schwerpunkt des Zieles markiert, also ein waffentechnisch günstigerer Ort als der durch übliche IR-Zielsuchköpfe aufgefundene thermische Schwerpunkt (z.B. Abgasstrahl etc.) des Zieles. Außerdem werden Gegenmaßnahmen ganz wesentlich erschwert.

Die vorgenannten Angaben und die Verständlichkeit der Zeichnung sind als zweifelsfrei anzusehen, wodurch weitere Ausführungen entfallen dürften.

Somit ist also ein Verfahren der eingangs genannten Art geschaffen worden, bei dem der ausgesendete Ortungsstrahl nach einer Zielentdeckung weiter aktiviert wird und mittels eines Trackmodes dieses festgelegte Ziel automatisch verfolgt und gleichzeitig als Freund-Feind-Erkenndungssignal, als Flugkörperleitstrahl und als Zielmarkierer dient. Hierbei lenkt in einem Ausführungsbeispiel - wie vorbeschrieben - der als Leitstrahl dienende Ortungsstrahl die erste Flugphase, die man auch als Abschußphase bezeichnen kann, des Flugkörpers, während die zweite zielverfolgende Flugphase durch den IR-Zielsuchkopf 32 gelenkt wird, der auf die modulierten und vom Ziel zurückgestreuten Laserstrahlen sensibilisiert ist.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

M./ Zielortungs- und Flugkörperlenkverfahren mittels eines CO_-

Laser-Doppler-Suchlidars und optischem Überlagerungsempfang, dadurch gekennzei chnet, daß der ausgesendete Ortungsstrahl nach einer Zielentdeckung mittels eines Trackmodes dieses Ziel automatisch verfolgt und gleichzeitig als Freund-Feind-Erkennungssignal, Flugkörperleitstrahl und Zielmarkierer dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Leitstrahl dienende Ortungsstrahl (14) die erste Flugphase des Flugkörpers (30) lenkt und die zweite zielverfolgende Flugphase durch einen IR-Zielsuchkopf (32) gelenkt wird, der auf die geeignet modulierte und vom Ziel zurückgestreute Laserstrahlung (14a) des Ortungs- und Leitstrahls (14) sensibilisiert ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Überlagerungsempfang des Ortungssystems mittels Homodyn- bzw. Heterodyndetektion

realisierbar ist.

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-Ι Α. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sender (I), bestehend aus einem frequenzstabilen CO₂-Wellenleiterlaser (13), dem ein Modulator (18) und eine Sendeoptik (13a) vorgeschaltet und eine Steuereinheit (20) sowie eine IFF-Einheit (22) zugeordnet sind, ein Empfänger (II) - bestehend aus einer Empfangsoptik (15), einem Strahlteiler (13b), einem Modulator (17b) für die notwendige Frequenzverschiebung gegenüber dem Sendelaser (13) zur Realisierung des Homodynempfangs, und einem Strahlteiler (17a), die die vom Ziel rückgestreuten Strahlen (14a) des Ortungs- und Leitstrahls (14) sowie den Strahl (17c,} einem Detektor (16) zuführen, dessen Ausgangssignale einer Auswerteinheit (19) zur Ermittlung der Azimut-, Elevations-, Entfernungs- und Zielbewegungswerte sowie der Freund-Feinderkennungseinheit (22) zugeführt und der Steuereinheit (20) sowie einem Nachführrechner (21) weitergeleitet werden, zugeordnet ist und' beide Systeme mit dem Waffensystem (30, 11) in Wirkverbindung stehen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (13b) und der Modulator (17b) durch einen Lokaloscillatorlaser (17) ersetzbar sind.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lokaloscillatorlaser (17) einen festen, wohldefinierten Frequenzabstand zum Sendelaser (13) besitzt.

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