DE3225474A1 - Verfahren zur zielerkennung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Zielerkennung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Zielerkennung von einem in Richtung, Höhe und Geschwindigkeit vorherbestimmt fliegenden Flugkörper mit einem Suchkopf, dessen Strahl senkrecht zur Flugrichtung um einen Winkel mittels eines Scanners in bestimmter Scangeschwindigkeit geschwenkt wird.
• Solche Verfahren sind an sich bekannt. So offenbart die DE-OS 30 OO 007 ein Kampfrahrzeug-Abwebrsystem, bei welcnem von einem oberhalb eines zu treffenden Kampffahrzeugs befindlichen Flugkörper aus Geschosse von oben herab auf das Kampffahrzeug abchießbal- sind.
• Bei diesem Verfahren wird ein sogenannter Überflugsensor in einem Flugkörper bzw. Geschoß verwendet, der das Ziel erst detektiert, wenn das Geschoß bereits über dem Ziel ist bzw. an diesem vorbeifliegt. Eine Zieldetektion auf weite Entfernungen - beispielsweise 1 km - vorausschauend ist mit dem offenbarten Verfahren nicht möglich, außerdem steht vom Zielerfassungszeitpunkt bis zum Waffenablieferungsze itpunkt nur eine kurze Zeitspanne für Flugmanöver zur Verfügung. Dieses Verfahren arbeitet nach dem Prinzip der Laufzeitbestimmung des Laserpulses des eintreffenden Echo impulses und unterscheidet sich deshalb grundsätzlich vom erfindungsgemäßen Verfahren.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Sensor vorausschauend und selbständig ein Ziel innerhalb seines Abtast-Gesichtsfeldes auf weite Entfernungen mit hoher Auflösung feststellt.
• Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen niedergelegten Maßnahmen in einwandfreier und zeitlich schneller Weise gelöst. In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Zum näheren Verständnis sind in der Zeichnung schematische Skizzen beigefügt. Es zeigen Fig. 1 eine schematische Ansicht quer zur Flugrichtung mit AngaDe der für das Verfahren maßgeblichen Streckenangaben, Fig. 2 eine schematische Draufsicht zu dem Scanvorgang bzw. Streifenabtastung quer zur Flugrichtung in zwei Flugkörperstellungen, Fig. 3a ein Zeitdiagramm des ausgesendeten Suchstrahls, Fig. 3b ein Zeitdiagramm des rückgestreuten Suchstrahls bei Abwesenheit von Zielen, Fig. 3c schematische Darstellung des Lichtflecks gemäß Zustand entsprechend Fig. 3b, Fig. 3d ein Zeitdiagramm und der entsprechende Lichtfleck bei Auftreffen auf ein Ziel.
• Gemäß der in Fig 1 veranschaulichten Situation eines Flugkörpers mit Suchkopf und Laserlichtstrahl L fliegt der Flugkörper in einer voreingewiesenen Richtung mit einer Flughöhe, die zur Erlãute-ung des Verfahrens mit einem Rechenbeispiel mit H = 170 m angenommen wird.
• Die Fluggeschwindigkeit soll Mach 1 betragen und die Divergenz des Suchkopfstrahles e = 0,3 mrad. Dieser Suchkopfstrahl R beleuchtet in einer Distanz R = 1 km den Boden unter einem Aspektwinkel von 100. Mit R ist der Abstand zwischen dem Laserzielsuchkopf und dem Auftreffpunkt bezeichnet.
• Auf horizontalem Boden ergibt sich nun mit diesen Daten ein nahezu elliptischer Leuchtfleck oder "Abdruck" des Strahles R von 1,73 m Länge in Flugrichtung gesehen (Fig. 3c). Die Breite dieses "Abdrucks' ist 0,3 m. Mittels eines an sich bekannten Scanners im Suchkopf wird nun der Laserlichtstrahl R senkrecht zur Flugrichtung um einen Winkel q = + 20 (+ 35 mrad) bezüglich der Flugkörperlängsachse geschwenkt. Im 1 km Entfernung wird somit ein 70 m langer Streifen quer zur Flugrichttng erfaßt, wie die Fig. 2 veranschaulicht.
• Um nun eine fast vollständige Flächendeckung zu erreichen, muß die Scangeschwindigkeit t entsprechend der sc Fluggeschwindigkeit VF so gewählt werden, daß der während einer Streifenabtastung zurückgelegte Flugweg von derselben Größenordnung wie die Streifenbreite ist.
• Bei der hier im Beispiel zugrunde gelegten Abtastzeit von 3 ms £r einen Streifen erzielt man eine ueber 90%-ige Flächendeckung ds Bodens. Zur Zielauffassung und Zielerkennung sind Verfahren, die mit Direktempfang arbeiten verwendbar, genauso Verfahren mit optischem Überlagerungsempfang.
• Sind auf dem abgetasteten Gebiet keine Ziele vorhanden, so wird der Suchstrahl im allgemeinen auf dem flachen Boden auftreffen, ausgenommen bei Vorhandensein von Waldrändern, Baumgruppen etc.. Durch den geringen Aspektwinkel von 100 haben Vorder- und Hinterkante des Leuchtfleckes eine Abstandsdifferenz von dH cosr8' = 1>7 m zum Suchkopf. Die hieraus resultierende Laufzeitdifferenz beträgt ## = 2 dH # cos#/c = 11,3 ns.
• Das bedeutet, daß ein ausgesendeter Laserimpuls mit einer Anstiegszeit von = = 5 ns nach der Reflexion A an einem horizontal liegenden Ziel mit einer "verschlifjenen Anstiegszeit i2,4 ns empfangen wird.
• Eine zeitliche Änderung dieses Tatbestandes bildet nun ein Kriterium für das Erfassen eines Zieles, das immer einige stark von der Horizontalen abweichende Flächen -ufweisen wird. Erfaßt der Suchstrahl eine solche Fläche, so entsteht ein anderer "Abdruck" (Leuchtfleck) auf dem Ziel mit fast konstantem Abstand zum Suchkopf.
• Der zurückgestreute Laserimpuls wird deshalb ohne nennenswerte "Laufzeitverschmierung" empfangen.
• Um nun beide zu erwartenden Rückstreuungsimpulsformen, nämlich die Reflexion an horizontaler Fläche (im allgemeinen der Hintergrund) und die Reflexion an vertikalen Flächen (im allgemeinen ein Ziel) auswerten zu können, besitzt der Empfänger im Suchkopf zwei angepaßte Filter - sog. matched filters - . Nach Maßgabe der Signalhöhe an den beiden Filterausgängen wird nun beurteilt, welche Impulsform empfangen worden ist.
• Der Laser impuls wird nun mit einer Puisfolgerate von 80 kHz ausgesendet, so daß die Mittelpunkte der Leuchtflecke von zwei aufeinanderfolgenden Pulsen aufgrund der Scanbewegung etwa 30 cm (in 1 km Entfernunig) voneinander entfernt sind. Wird bei der Signalauswertung festgestellt, daß nur ein oder zwei aufeinanderfolgende Rllckkehrimpulse "schmal" sind, d.h. von nahezu senkrecht ten Flächen reflektiert worden sind, so ist dies ein Indiz, daß ein Baumstamm oder Mast angeleuchtet worden ist. Eine Kontrolle erfolgt automatisch bei der nächsten Scanbewegung, bei der der Laserpuls einen etwa 1 m weiter in Flugrichtung liegenden Geländestreifen bzw. das aufgefaßt Ziel an nahezu derselben Stelle trifft.
• Der Empfang eines nicht gedehnten Impulses ist also ein erstes Anzeichen für ein aufgefaßtes Ziel, das in den nachfolgenden Scanbewegnngen diskriminiert wird, was dann real geschehen ist, wenn die für das erwartete Ziel charakteristische Silhouette sich aus der huswertung ergibt. Da sich der gesamte Feststell- und Auswertvorgang in großer Entfernung wom Ziel vollzieht, schafft das vorgenannte bzw. vorbeschriebene Verfahren sowohl Zeit fur die Auswertung als auch für die Durchfuhrung der Flugmanöver zur Bekämpfung des Zieles.
• Durch das vorbeschriebene Verfahren ist nun ein System geschaffen worden, das mittels eines vorausschauenden Sensors eine selbständige Zielfeststellung innerhalb des Abtastgesichtsfeldes auf weite Entfernungen mit hoher Auflösung durchführt, wobei die Pulsformdiskriminierung, d.h. die Diskriminierung des zeitlichen Verlaufs der "Echoimpulsen (Laufzeitverschmierung) das wesentliche Charakteristikum des Verfahrens ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur Zielerkennung P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Zielerkennung von einem in Richtung, Höhe und Geschwindigkeit worherbesttmt fliegenden Flugkörper mit einem Suchkopf, dessen Laserstrahl senkrecht zur Flugrichtung um einen bestimmten Winkel mittels eines Scanners in bestimmter Scangeschwindigkeit geschwenkt wird, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß dieser Suchkopflaserstrahl (L) mit bestimmter Strahldivergenz (a) in Flugrichtung den zu uberfliegenden Boden in bes-timmter horizonaler Distanz (RH) und in bestimmten Aspektwinkel (#) beleuchtet und anhand der empfangenen Impulsformen bei Reflexion an horitzontalen Hintergrund- bzw. vertikalen Zielflächen in der Auswerteinheit des Suchkopfes eine Zieldiskriminierung erfolgt, wobei dem Laserstrahlempfänger des Suchkopfes zwei den Rückkehrimpulsformen angepaßte Filter zugeordnet sind.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Scangeschwindigkeit (t sc entsprechend der Flugges chwindigkeit (VF) so gewählt wird, daß der während einer StreifenaStastun (I) zurückgelegte Flugweg von derselben Größenordnung wie die Streifenbreite (dh) ist.
3. 3. Verfahren nach den Anspruchen 1 und 2, dadurch X e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erfassung und Auswertung von Zielsignaturen Verfahren mit Direktempfang und/oder mit optischem Uberlagerungsempfang eingesetzt werden.