DE3330496C2 - Einrichtung zur Lenkung eines Flugkörpers in ein Ziel - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Lenkung eines Flugkörpers in ein Ziel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 29 42 181 bekannt. In einem Lenkstand sind zwei optische Kanäle mit gemeinsamer Eintrittspupille für in unterschiedlichen Wellenlängenbereichen arbeitende Bildwiedergabegeräte vorgesehen, wobei der eine optische Kanal zur Zielbeobachtung im Wellenbereich υηιΙΟμιη und der andere optische Kanal zur Zielortung und gegebenenfalls Flugkörperlenkung im Bereich von 4 μΐη empfindlich ist In jedem optischen Kanal ist zur Bildabtastung in Seite und ,Höhe ein geschränktes Polygonprisma vorgesehen, die auf einer gemeinsamen Welle drehbar gelagert sind. Die zugehörigen, zueinander phasenstarren Abtastsignale werden jeweils mit Hilfe eines Detektors und eines Bildwiedergabegerätes aufgenommen. Die beiden Bildwiedergabegeräte sind über eine Elektronikschaltung miteinander verbunden und zu einem gemeinsamen Wärmebildgerät zusammengeführt. Dieses Wärmebildgerät kann noch Einrichtungen zur Flugkörperlenkung aufweisen. Dieses Wärmebildgerät kann wahlweise auf einen rief optischen Kanäle geschaltet werden, so daß ein Lenkschütze das Ziel und die Zielumgebung bzw. die Position eines am Heck des zu lenkenden Flugkörpers brennendem pyrotechnischen Leuchtsatzes in bezug zu der Visierlinie beobachten kann. Zusätzlich können mit Hilfe eines Rechners die Ausgangssignale der beiden optischen Kanäle durch Summen- oder Differenzbildung bewerlet werden, um die Signifikanz bestimmter Bestandteile hervorzuheben. Der apparative Aufwand für diese bekannte Hinrichtung ist hoch, da für beide optischen Kanäle jcweiK ein eigenes Bildwiedergabegerat notwendig ist. die erst anschließend zu einem gemeinsamen Wärmebildgerai zu sammengeführt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Einrichtung der in Rede stehenden Art sowohl den mechanischen als auch elektronischen Aufwand zu vereinfachen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß diesen Merkmalen wird /w Zielbeobachtung. Zielverfolgung und zur Lenkung des Flugkörpers lediglich ein einziges gemeinsames Wärmebildgerai verwendet, auf das ohne Zwischenschaltung von Bildym-dorgabegeräten die beiden optischen Kanäle mit Hilfe eines gemeinsamen, für eine Abtastrichtung wirksamen Slrahlschaltcrs geleitet werden. Dieser Strahlschaltcr ist vorzugsweise gemäß Anspruch 2 ein rotierendes l'olygonrad mit unterschiedlich geneigten Dachschrägen, mil denen die beiden optischen Kanüle /.eilenmäßig abwechselnd auf den gemeinsamen Wärmebildempfänger gelenkt werden.

Vorzugsweise weisen die beiden optischen Kanäle separate Eingangsoptiken mit unterschiedlicher Brennweite auf, wobei für die Eingangsoptik des Ortungs- und Lenkgerätes eine größere Brennweite als für die Eingangsoptik des Beobachtungsgerätes verwendet wird. Hiermit ist es möglich, simuitan zwei unterschiedlich große Sehfelder gleichzeiiig zeilenmäßig abzutasten, wobei immer eine Zeile eines Sehfeldes nach einer Zeile des anderen Senfeides auf den gemeinsamen Wärmebildempfänger gelenkt werden. Die beiden Sehfelder werden so periodisch ineinander verschachtelt abgetastet. Durch die größere Brennweite der Eingangsoptik für das Ortungs- und Lenkgerät werden die für die Ziellenkung signifikanten Bildinformationen, nämlich die Abweichung des Flugkörpers von der Visierlinie hervorgehoben und können im Lenkgerät ausgewertet werden. Der Lenkschütze hat, wie bisher bei sogenannten semiauiomatischen Lenkverfahren üblich, nur die durch ein Fadenkreuz definierte Visierlinie auf das Ziel zu halten.

Mit der Erfindung ist es möglich, Zielbeobachtur.g und Zielverfolgung sowie Lenkung des Flugkörpers in einer kompakten robusten Einheit ohne hohen mechanischen und vor allem elektronischen Aufwand innerhalb des Lenkstands zu integrieren, wodurch Größe und Gewicht des Lenkstands gegenüber bekannten Einrichtungen verringert werden können.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert sind. In der Zeichnung stellt dar

F i g. 1 eine schematische teilweise geschnittene Ansicht einer Einrichtung zur Lenkung eines Flugkörpers in ein Ziel gemäß der Erfindung mit einem Beobachtungsgerät sowie mit einem Ortungs- und Lenkgerät;

F i g. 2 schematisch den Aufbau des Beobachtungsgerätes sowie des Ortungs- und Lenkgerätes gemäß F i g. 1 mit eifern rotierenden Polygonrad zur Zeilenabtastung;

F i g. 3a und 3b eine schematische Ansicht und einen Schnitt längs III6-III6 des in F i g. 2 dargestellten PoIygonrades;

Fig. 4 schematisch den Aufbau eines Beobachtungssowie Ortungs- und Lenkgerätes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In F ι g. 1 ist ein Teil eines Lenkstandes 1 dargestellt, in den ein Beobachtungsgerät 2 und ein Ortungs- und Lenkgerät 3 integriert find. Das Beobachtungsgerät weist ein Eingangsteleskop 4, das Ortungs· und Lenkgerät ein Eingangsteleskop 5 nit größerer Brennweite auf. Die Visierlinien 6 und 7 von Beobachtungsgerät bzw. Ortungs und Lenkgerät sind parallel, so daß mit dem Eingangsteleskop 5 des Ortungs- und Lenkgerätes ein vergrößerter Ausschnitt des mit dem Beobachtungsgerät 2 wahrgenommenen Sehfeldes geliefert wird. Die von dem Eingangsteleskop 5 des Oitungs- und Lenkgerätes 3 aufgefangene Wärmestrahlung w.rd über zwei Umlenkspiegel 8 und eine Strichgitteroptik 9. die von dem Lingangsteleskop 4 des Beobachtungsgerätes 2 aufgenommene Strahlung jedoch direkt in einen mit 10 bezeichneten Abtast/Empfangsblock geleitet.

Dieser Abtast/Empfangsblock ist näher in F i g. 2 dargestellt. Die optischen Abbildungssysteme für das Beobachtungsgerät 2 sowie das Ortungs- und Lenkgerät 3 sind identisch aufgebaut Im Anschluß an die Eingangsoptik fällt die Strahlung jedes Gerätes auf einen Höhenabtastspiegel Ua bzw. 116, die jeweils um eine zu dem Strahlengang senkrechte Achse 12a, 126 rotieren. Zur Verdeutlichung ist der Strahlengang des Ortungs- und Lenkgerätes schraffiert eingezeichnet und hier mit 136 bezeichnet, während der Strahlengang des Beobach-~ tungsgerätes mit 13a gestrichelt eingezeichnet ist. Der Strahlengang innerhalb des Abtast/Empfangsblockes 10 sei anhand des Ortungs- und Lenkgerätes 3 erläutert: Vom Höhenabtastspiegel 116 wird die Strahlung auf einen Parabolspiegel 146 einer Zwischenoptik 156, in

to diesem Falle einer sogenannten Bouwers-Optik gelenkt und von dort auf einen hyperbolischen Umlenkspiegel 166 im Brennpunkt des Parabolspiegels 146 umgelenkt. Von dort wird das Licht zurück auf den Parabolspiegel 146 geworfen und von diesem parallel zu dem einfallenden Strahlengang in Richtung auf einen Strahlschalter 17 reflektiert

Dieser Strahlschalter 17 ist ein rotierendes Polygonrad, längs dessen Umfang ebene Dachschrägen 18a und 186 angeordnet sind. Wie aus der Fig.3 hervorgeht, weist das Polygonrad acht derartige ichschrägen auf, die Strahlung des Ortungs- und Lenkge'ätes 3 fällt in dem in F i g. 2 dargestellten Fall auf eine Dachschräge 186, die gegen die Radiusrichtung 19 des Polygonrades 17 mit einem Winkel λ angestellt ist. Die Dachschräge 186 wirk als Umlenkelement für die Strahlung 136 und lenkt diese in Richtung eines Wärmebildempfängers 20, auf dessen Detektor die Strahlung mit Hilfe einer Sammeloptik 21 fokussiert wird. Wird bei angehaltenem Höhenablenkspiegel 116 das Polygonrad 17 gedreht, so wird durch diese Dachschräge 186 eine Zeile des Sehfeldes des Ortungs- und Lenkgerätes 3 abgetastet

Im Strahlengang 13a ist die zur Zwischenoptik 156 identische Zwischenoptik 15a mit einem Parabolspiegel 14a und einem Umlenkspiegel 16a angeordnet Die Strahlung des Beobachtungsgerätes trifft in der in F i g. 2 dargesteiiten Steiiung des Poiygonrades Ί7 ebenfalls auf die Dachschräge 186, wird jedoch von dieser nicht auf den Wärmebildempfänger 20 umgelenkt. Erst wenn das Polygonrad 17 weitergedreht ist, so daß in dem Strahlengang die nachfolgende Dachschräge 18a gelegen ist, wird die Strahlung des Beobachtungsgerätes auf den Wärmebildempfänger 20 gelenkt, so daß eine Zeile des Sehfeldes des Beobachtungsgerrtes 2 abgetastet wird. Die auf diese Dachschräge '8a einfallende Strahlung des Ortungs- und Lenkgerätes 3 wird an dem Wärmebildempfänger vorbeigelenkt. Dementsprechend weisen die Dachschrägen 18a gegenüber der Radiusrichtung 19 des Polygonrades den gleichen Anstellwinkel λ auf. der jedoch auf der anderen Seite der Radiusrichtung 19 liegt. D^;e Anstellwinkel sind demnach entgegengesetzt gleich. Während der Abtastung einer Zei Ie der beiden Sehfelder ve.-bleiben die Höhenabtastspiege' Π* und 116 in der gleichen Stellung und werden erst weitergeschwenkt, wenn die jeweilige Strahlung 13a bzw. 136 auf die jeweils übernächste Dachse! rage 18a bzw. 186 des Polygonrades 17 fällt Auf diese Weise werden die beiden Sehfelder des Beobachtungsgerätes 2 bzw. des Ortur.g«·- und Lenkgerätes 3 zeilenmäßig ineinander verschachtelt im Wärmebildempfänger 20 aufgenommen. Die Bilder der beiden Sehfelder können nach herkömmlichen Methoden getrennt wurden, so daß z. B. auf zwei verschiedenen Sichtschirmen die Sehfelder der beiden Geräte abgebildet werden. Ebenfalls möglich ist es, die beiden Sehfelder auf einem gemeinsamen Sichtschirm abzubilden, wobei dann das Bild des Sehfeldes des Ortungs- und Lenkgerätes 3 wahlweise in das Bild des Beobachtungsgerätes auf dem Sichtschirm eingeschaltet werden kann.

Um mit der beschriebenen Abtastung eine hohe Bildqualität zu erreichen, muß das Polygonrad 17 um seine zur Radiusrichtung 19 senkrechte Drehachse 22 etwa doppelt so schnell angetrieben werden, wie bei der Abtastung eines Einzelbildes. Die hierbei auftretenden hohen Zentrifugalbeschleunigungen können durch entsprechende Materialien des Polygonrades einwandfrei beherrscht werden. Ein derartiges Material ist z. B. Zerodur.

Aus F i g. 3 geht nochmals die Konstruktion des Polygonrads 17 hervor. Hier ist ersichtlich, daß sämtliche Dachschrägen 18a und 186 den gleichen Zentrumswinkel aufweisen, demnach die gleiche Länge längs des Umfangs des Polygonrads 17 haben. Die Größe des Sehfeldes wird daher lediglich durch die Teleskope 4 b/w. 5 des Beobachtungsgerätes 2 bzw. des Ortungsund Lenkgerätes 3 bestimmt.

In Fig.4 ist für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Lenken eines Flugkörpers in ein Ziel lediglich ein Abtast/Empfangsblock 10' dargestellt. Dieser Abtast/Empfangsblock 10' ist bis auf den Strahlschalter 17' identisch zu dein Abtast/Empfangsblock 10 gemäß Fig. 2 aufgebaut. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, denen jedoch ein Strich (') hinzugefügt ist.

Kür das Beobachtungsgerät 2' sind demnach wiederum ein Höhenabtastspiegel 11a'. eine Zwischenoptik 15a'mit einem Parabolspiegel 14a'und einem Umlenkspiegel 16a'vorgesehen. Für das Ortungs- und Lenkgerät 3' sind ebenfalls ein Höhenabtastspiegel 116', eine Zwischenoptik 156' aus einem Parabolspiegel 146'und einem Umlenkspiegel 166' vorgesehen. Ferner ist ein Wärmebildempfänger 20' und eine Sammeloptik 2V zur Fokussierung der auf den Wärmebildempfänger 20' einfallenden Strahlung verwendet.

Der Strahlschalter 17' ist ebenfalls als Polygonrad mit z. B. ebenfalls acht Dachschrägen JS' ausgebildet. Diese Dachschrägen 18' weisen gegenüber der Radiusrichtung 19' des Polygonrades sämtlich den gleichen Anstellwinkel t' auf. Das Polygonrad 17' rotiert um seine -to zentrische Drehachse 22'. Das Polygonrad 17' ist in zwei Stellungen A und B schwenkbar, wobei das Polygonrad in der Stellung A gestrichelt dargestellt ist. Der Schwenk winkel β entspricht dem doppelten Anstellwinkel λ. Dementsprechend ändert sich auch die Winkelstellung der Rotationsachse: diese beiden Winkelstellungen sind in F i g. 4 mit 22/1 und 22B bezeichnet.

In der Stellung A des Polygonrades 17' wird die Strahlung 13a' des Beobachtungsgerätes 2' auf den Wärmebildempfänger 20' gelenkt, so daß während der Drehung längs einer Dachschräge 18' das Sehfeld des Beobachtungsgerätes 2' in einer Zeile abgetastet wird. Anschließend wird das Polygonrad in die Stellung B geschwenkt, so daß jetzt bei weiterem Drehen des Polygonrades um die neue Stellung 22ß der Drehachse die Strahlung Mb' des Ortungs- und Lenkgerätes 3' durch die folgende Dachschräge 18' in den Wärmebildempfänger 20' umgelenkt wird.

Auch bei dieser Einrichtung werden die beiden Sehfelder vom Beobachtungsgerät 2' sowie Ortungs- und Lenkgerät 3' Zeile für Zeile abgetastet, wobei diese Zeilenabtastung ineinander verschachtelt ist. Durch gesteuertes Verschwenken der Höhenabtastspiegel 11a'und 1 Xb'werden die beiden Sehfelder insgesamt abgetastet

Am Ausgang des Wärmebiidgerätes erscheinen bei beiden Ausführungsbeispielen Bildsignale, die entsprechend der Stellungen der einzelnen Umlenkelemente der Beobachtungsphase bzw. der Ortungs- und Lenkphase zugeordnet werden können. Selbstverständlich ist es möglich, auch die Bildsignale aus der Beobachtungsphase zur Ortung und Lenkung des Flugkörpers zu verwenden. Hierzu kann eine nicht dargestellte elektrische Auswahlschaltung verwendet werden. Eine solche Anwendung kann dann zweckmäßig sein, wenn der zu lenkende Flugkörper nicht unmittelbar in der Nähe des Lenkstandes abgeschossen wird. In diesem Fall muß dafür Sorge getragen werden, daß der Flugkörper möglichst frühzeitig nach dem Abschuß durch das Ortungsund Lenkgerät erfaßt wird.

Durch die angegebene elektrische Auswahlschaltung kann zu Beginn der Flugphase das Beobachtungsgerät mit dem größeren Öffnungswinkel des Sehfeldes zur Erfassung des Flugkörpers und auch zur Lenkung des Flugkörpers auf die Visierlinie hin verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche: 15

1. Einrichtung zur Lenkung eines Flugkörpers in ein Ziel mit einem Beobachtungsgerät zur Zielbeobachtung und gegebenenfalls Zielverfolgung innerhalb eines ersten Sehfeldes sowie mit einem ein zweites Sehfeld bestimmenden Ortungs- und Lenkgerät für den Flugkörper, das über eine Signalverbindung zur Übertragung von Lenksignalen mit dem Flugkörper in Verbindung steht, wobei Beobachtungsgerät sowie Ortungs- und Lenkgerät in einem Lenkstand angeordnet und zu einem Wärmebildgerät mit zwei dem Beobachtungsgerät bzw. dem Ortungs- und Lenkgerät zugeordneten optischen Kanälen zusammengefaßt sind und jeder optische Kanal Abtastelemente zur Abtastung der dem Beobachtungsgerät bzw. dem Ortungs- und Lenkgerät zugeordneten Sehfelder in Höhe und Seite aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Kanäle (13a. i3b) vom Beobachtungsgerät (2) sowie Ortungs- und Lenkgerät (3) auf einem für eine Abtastrichtung gemeinsamen gesteuerten Strahlschalter (17) vereinigt sind, der die Strahlengänge von Beobachtungsgerät (2) sowie Ortungs- und Lenkgerät (3) zeilenmäßig abwechselnd auf den gemeinsamen Wärmebildempfänger (20) lenkt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlschalter ein rotierendes, angetriebenes p.-lygonrad (17) aufweist, längs dessen Umfang als Abtastelemente für die eine Abtastnchtung gegen die Radiusrichtung <19) geneigte Dachschrägen (18a, 186; angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch ·, dadurch gekennzeichnet, daß die Dachschrägen (18') des Polygonrades (17') alle den gleichen Zentrumswinkel und den gleichen Anstellwinkel (*) gegen die Radiusrichtung (19') aufweisen, und daß die Winkelstellung (22/4. 22ß/der Rotationsachse (22) des Polygonrades (17') periodisch änderbar ist. so daß die Strahlengänge von Beobachtungsgerät (2') sowie Ortungs- und Lenkgerät (3') zeilenmäßig abwechselnd auf den gemeinsamen Wärmebildempfänger (20') gelenkt werden.

4. Einrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß aufeinanderfolgende Dachschrägen (18a. \&b) des Polygonrades (17) alle den gleichen Zentrumswinkel, jedoch gegen die Radiusnchtung (19) jeweils entgegengesetzt gleiche Anstellwinkel (λ) aufweisen, und daß das Polygonrad (17) um eine feste, zur Radiusrichtung (Ϊ9) senkrechte Rotationsachse (22) angetrieben ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Kanäle (13a. 13i>/ von Beobachtungsgerät (2) sowie Ortungs- und Lenkgerät (3) jeweils eine Eingangsoptik (Eingangsteleskope 4, 5), einen Höhenabtastspiegei (Ua. Ub) sowie eine Zwischenoptik (15a. 15b; zur Lenkung des zugeordneten Strahlenganges von dem Höhenabtastspiegel (Ha, Wb) auf den gemeinsamen Strahlschalter (17) aufweisen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsoptiken (4, 5) von Bcobachlungsgerät (2) sowie Ortungs- und Lenkgerät (3) unterschiedliche Brennweiten aufweisen.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ortungs- und Lenkgerät (3) mit dem Wärmebildempfänger (20) auch in der Beobachtungsphase verbindbar ist, wenn der optische Kanal (13a) des Beobachtungsgerätes (2) auf den Wärmebildempfänger (20) geschaltet ist

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für Beobachtungsgerät (2) sowie Ortungs- und Lenkgerät (3) jeweils ein mit dem Wärmebildempfänger (20Ϊ verbundener Sichtschirm vorgesehen ist.