DE2938934C2 - System zur Entdeckung von Wärmestrahlung aussendenden tieffliegenden Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Entdeckung von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, auslendenden tieffliegenden Objekten, mit mehreren in einer Reihe nebeneinander angeordneten Detektoren.

Derartige Systeme sind inbesondere zum Auffangen der von tieffliegenden Objekten, z. B. von Flugzeugen oder von sogenannten Marschflugkörpern, ausgesandten Wärmestrahlung vorgesehen, Marschflugkörper sind Unbemannte, vorprogrammiert anfliegende Lenk' waffen mit Eigenantrieb, die sehr tief fliegen, d. h. das Ziel in einer Höhe Von etwa 20 bis 30 Meter anfliegen Und die relativ langsam sind. Außerdem haben derartige Flugkörper kleine Radarrückstrahlquerschnitte. Die Abwehr von niedfigfliegenden Objekten ist in durchschnittenem Gelände schwierig, da diese Flugkörper auch von Tieffliegerradars zu spät entdeckt werden, wenn sie nicht ausleuchtbare Geländefalten zum Anflug benutzen.

Aus der Zeitschrift »Wehrtechnik«, Heft 3, 1972, S. 112 bis 118 ist es bereits bekannt, Flugobjekte aufgrund ihrer Wärmestrahlung zu orten. Ferner ist es aus derselben Zeitschrift, Heft 8, 1975, S. 389 und 390 in der passiven Wärmebildtechnik bekannt, als Wärmepei-Ier auch pyroelektrische Detektoren zu verwenden. Außerdem ist aus der DE-PS 7 24 604 ein Gerät und Verfahren zum schnellen Auffinden und Anzeigen des jeweiligen Standortes eines Flugzeugs von der Erde aus bekannt, bei dem auch auf Wärmewellen ansprechende Rückstrahlungsempfänger verwendet werden. Diese sind jedoch in einer Reihe nebeneinander auf einem einzigen, bewegbaren (rotierenden oder pendelnden) Träger angeordnet

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, welches die Entdeckung von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung aussendenden tieffliegenden Objekten bei möglichst einfachem Aufbau und weitgehend unabhängig vom Anfluggelände ermöglicht

Diese Aufgabe wird bei einem System der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß die Detektoren aus pyroelektrischen Detektoren bestehen und zu mehreren Detektorgruppen zusammengefaßt sind, daß die Detektorgruppen in einer Reihe in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß sich die Gesichtsfelder jeweils zweier benachbarter Detektorgruppen überschneiden, und daß die einzelnen Detektoren der Detektorgruppen so angeordnet sind, daß sich ihre Gesichtsfelder in Längsrichtung der Reihe unmittelbar aneinander anschließen.

Ein erfindungsgemäßes System mit mehreren Detektorgruppen bildet einen Detektorzaun, welrher in einfacher Weise in dem zu überwachenden Gelände

■to aufgebaut werden kann, !nfolj,; der vorteilhaften Anordnung der Einzeldetektoren und der Detektorgruppen mit sich aneinanderreihenden bzw. mit sich überschneidenden Gesichtsfeldern gewährleistet der Detektorzaun eine lückenlose Abdeckung des zu überwachenden Geländes. Mit besonderem Vorteil läßt sich ein derartiges System daher in Tälern. Geländefalten oder Lichtungen aufstellen.

Die von tieffliegenden Objekten ausgesandte Strahlung wird bei einem erfindungsgemäßen System mittels pyroelektrischer Detektoren aufgefangen. Derartige Detektoren unterscheiden automatisch feste und bewegte Objekte, da sie nur bewegte, nicht aber feste Objekte anzeigen. Pyroelektrische Detektoren sind thermische Detektoren, deren Betrieb von einer pyroelektrischen Wirkung abhängig ist Solche Detektoren zeigen temperaturabhängige Ladungseffekte. Sie sind daher besonders gut für den vorgesehenen Zweck geeignet. Außerdem liefern sie ein für eine Weiterverarbeitung geeignetes Signal.

Zweckmäßigerweise sind bei einem erfindungsgemä Ben System die Detektorgruppen auf jeweils einer im Gelände angeordneten niedrigen Haherung angeord' net. Derartige Halterungen können im Falle des Einsatzes des Systems zur Entdeckung von tieffliegen' den Objekten aus etwa 10 Meter hohen Masten bestehen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer Einrichtung mit einem einzelnen Detektor für ein

erfindungsgemäßes System ist der Detektor in der Brennebene einer Eingangsoptik angeordnet, wobei zwischen der Eingangsoptik und dem Detektor ein auf die Wellenlänge der Strahlung des Objektes abgestimmtes Spektralfilter vorgesehen ist. Hierbei konzentriert die Eingangsoptik die empfangene Strahlung auf den pyroelfiktrischen Detektor Mit dem dazwischen angeordneten Filter, z, B. einem IR-Filter, wird derjenige Spektralbereich herausgefiltert, in dem das Maximum der Strahlung eines tieffliegenden Objekts liegt Das Spektralfilter ist also der Temperatur des Strahlers angepaßt- Auf diese Weise ist die Gefahr von Falsuhalarm durch natürliche Wärmequellen, wie z. B. Vögel, die mit niedriger Temperatur strahlen, ausgeschlossen, wenn das Filter langwellige Strahlung unterdrückt

Ferner ist es bei einer Einrichtung für ein erfindungsgemäßßs System vorteilhaft, wenn in oder nach einem dem Detektor nachgeschalteten Vorverstärker eine Bandpaßanordnung vorgesehen ist, weiche die Anstieigsflanke des beim Überfliegen des Detektors entstehenden Pulses einschränkt Durch eine entsprechende Bandpaßanordnung in Form eines Hoch-Tiefpasses wird zunächst die von der Fluggeschwindigkeit des strahlenden Objektes abhängige Anstiegsflanke des Pulses so eingeschränkt daß Signale von zu langsamen oder zu schnell fliegenden Objekten unterdrückt werden.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der Bandpaßanordnung ein Pulslängendiskriminator nachgeschaltet ist der auf die der Geschwindigkeit des Objektes entsprechende Pulslänge abgestimmt ist Somit filtert auch der Pulslängendiskriminator Signale von zu langsamen oder von zu schnellen Objekten aus.

Hinsichtlich der Minimierung der Falschalarmrate ist es ferner von Vorteil, wenn vor dem Ausgang der Einrichtung eine einstellbare Amplitudenschwelle vorgesehen ist

Das erfindungsgemäße System und ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung mit einem einzelnen Detektor für ein erfindungsgemäßes System sind im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die

F i g. I zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems schematisch im Profil eines Tales. In

F i g. 2 ist das Ausführungsbeisp.el einer Einrichtung für <:·η erfindungsgemäßes System gezeigt.

Nach Fig. 1 ist das System im Profil eines z. B. etwa 300 Meier tiefen Tales angeordnet. Das System besteht bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus drei, vorteilhafter Weise von Detektorarrays gebildeten Detektotgruppen 1, 2 und 3, welche auf der Spitze jeweils eines niedrigen, z. B. 10 Meter hohen Mastes 4,5, 6 angeordnet sind, wobei die Masten und damit die Detektoi-gruppen in einer Reihe nebeneinander liegen und einen Abstand von ca. 300 Meter aufweisen. Eine Detektorgruppe 1, 2 oder 3 besteht z. B. aus vier oder sechs pyroelektrischen Detektoren mii beispielsweise je 20 Grad Gesichtsfeld, wobei die einzelnen Detektoren so angeordnet sind, daß sich ihre Gesichtsfelder in Längsrichtung der Reihe unmittelbar aneinander anschließen. Das Gesichtsfeld einer Detektorgruppe beträgt 80 oder 120 Grad. Die Abstände zwischen jeweils zwei Masten 4 und 5 oder 5 und 6 und damit die Abstände zwischen jeweils zwei benachbarten Detektorgruppen 1 und 2 oder 2 und 3 sind dabei so gewählt, daß sich die Gesichtsfelder benachbarter Detektorgruppen in der aus der Fig. 1 ersichtlichen Weise derart überschneiden, daß der von tieffliegenden Objekten durchflogene Bereich vollständig von den Detektoren erfaßt ist Mit Hilfe eines derartigen Systems kann die Strahlung eines Objektes, welches den durch das System gebildeten Zaun überfliegt entdeckt werden. Höhe und Azimut dieses Objektes können dann nach Verarbeitung in einer einfachen Logikschaltung auf einem zentralen Sichtanzeigegerät, z. B. mittels Leuchtdioden, angezeigt werden. Von dort kann die Information an Waffensysteme weitergeleitet werden, die dann in kürzester Zeit nach dem Auftauchen bzw. dem Demaskieren des Objektes reagieren können.

Der genauere Aufbau der auf df. Masten angeordneten Detektorgrapper. geht aus F i ^. ? hervor, die eine Einrichtung mit einem einzelnen Detektor" für das in F i g. 1 dargestellte System zeigt Eine Detektorgruppe besteht dann — wie oben bereits angegeben — aus z. B. vier Fliehen Einrichtungen nach F i g. 2. Die Einrichtung nach F i g. 2 weist einen pyroelektrischen Detektor 7 auf, der in der Brennebene einer Eingangsoptik 8 mit etwa 20° Gesichtsfeld angeordnet ist Die Eingangsoptik konzentriert die empfangene Wärmestrahlung des tieffliegenden Objektes auf den pyroelektrischen Detektor 7. Zwischen der Eingangsoptik und dem Detektor befindet sich ein IR-Filter 9, mit dem der Spektralbereich herausgefiltert wird, in dem das Maximum der Strahlung eines tieffliegenden Objektes liegt Dieses Filter ist a'so der Temperatur des Strahlers angepaßt Nach oder in einem Vorverstärker 10 wird zunächst die Anstiegsflanke des beim Überfliegen der Detektorgruppe entstehenden Pulses durrh einen Hoch-Tiefpaß 11 so eingeschränkt daß Signale von zu langsamen oder zu schnellen Flugobjekten unterdrückt ν erden und das Signal-Rauschverhältnis nicht durch unnötig große Bandbreite verschlechtert wird. Der nachgeschaltete Pulslängendiskriminator 12 unterstützt diese Filterung. Auch er filtert Signale von m langsamen oder von zu schnellen Flugobjekten aus, indem er auf die der Geschwindigkeit eines tieffliegenden Objektes entsprechende Pulslänge abgestimmt ist. Schließlich sorgt eine einstellbare Amplitudenschwelle 13 für weitere Minimierung der Falschalarmrate für die gegebene Reichweite bei vorgegebener Temperatur. Geschwindigkeit und Größe der Flugobjekte.

Somit werden bei der Einrichtung nach F ι g. 2 Fakchalarme durch natürliche Wärmequellen und/oder durch hochfliegende und/oder zu langsame Flugobjekte durch eine geeig'iete Signalverarbeitung vprmieoen. Ein Ausgangsverstärker 14 schließlich hebt das Alarmsignal am Ausgang der Schaltung auf eine gewünschte Einheitsamplitude, z. B. auf ein bestimmtes Logiksigi-al an.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. System zur Entdeckung von Wärmestrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, aussendenden tiefliegenden Objekten, mit mehreren in einer Reihe nebeneinander angeordneten Detektoren, d a durch gekennzeichnet, daß die Detektoren aus pyroelektrischen Detektoren (7) bestehen und zu mehreren Detektorgruppen (1, 2, 3) zusammengefaßt sind, daß die Detektorgruppen (1, 2, 3) in einer Reihe in einem derartigen Abstand voneinander angeordnet sind, daß sich die Gesichtsfelder jeweils zweier benachbarter Detektorgruppen (1, 2 bzw. 2, 3) überschneiden, und daß die einzelnen Detektoren (7) der Detektorgruppen so angeordnet sind, daß sich ihre Gesichtsfelder in Längsrichtung der Reihe unmittelbar aneinander anschließen.

2 System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorgruppen (1, 2, 3) auf jeweils einer im Gelände angeordneten niedrigen Haherung (4,5,6) angeordnet sind.

3. System nach Anspruch · oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Detektoren (7) ein Gesichtsfeld von jeweils 20° aufweisen.

4. Einrichtung mit einem einzelnen Detektor für ein System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daP der Detektor (7) in der Brennebene einei Eingangsoptik (8) angeordnet ist und zwischen der Eingangsoptik (8) und dem Detektor (7) ein auf die Wellenlänge der Strahlung des Objekts abgestimmtes Spektralfilter (9) vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in oder nach einem dem Detektor (7) nachgeschalteten Vorverstärker (10) eine Bandpaßanordnung (11) vorgesehen ist, welche die Anstiegsflanke des beim Überfliegen des Detektors (7) entstehenden Pulses einschränkt

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandpaßanordnung (11) ein Pulslängendiskriminator (12) nachgeschaltet ist, der auf die der Geschwindigkeit des Objektes entsprechende Pulslänge abgestimmt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Ausgang der Einrichtung eine einstellbare Amplitudenschwelle (13) vorgesehen ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung mit einem Ausgangsverstärker (14) versehen ist