DE3404402C1

DE3404402C1 - Einrichtung zur optischen winkelmäßigen Erkennung eines beweglichen Zieles

Info

Publication number: DE3404402C1
Application number: DE19843404402
Authority: DE
Inventors: Kurt-Volker Dipl.-Ing. 8011 Eglharting Hechtenberg; Willi Dipl.-Phys. Dr. 8000 München Platz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1984-02-08
Filing date: 1984-02-08
Publication date: 1985-04-25

Description

— mindestens zwei Detektoren (Su £2) sind horizontal seitlich zur optischen Achse (3) einer Empfangsoptik (2) versetzt (a) in einem bestimmten Abstand {bß zueinander angeordnet,

— das Ausgangssignal (10) des ersten Detektors (St) wird sowohl einer Vorrichtung zur Pulslängenbestitnnwag (4), als auch einer Vorrichtung zur Differenzbildung (5) zugeieuei, der ihrerseits das Ausgangssignal (20) des zweiten Detektors (5h) als zweites Eingangssignal zugeführt wird,

— die Ausgangssignale (11, 21) der Vorrichtung zur Pulslängenbestimmung (4) und der Vorrichtung zur Differenzbildung (5) werden in einem Multiplizierer (6) miteinander multipliziert

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur optischen winkelmäßigen Erkennung ein?? beweglichen Zieles mittels einer Anordnung mehrerer Detektoren bestimmter spektraler Empfindlichkeit bezüglich der optischen Achse einer Empfangsoptik, wobei die Ausgangssignale der Detektoren über Schwellwertschalter einer Signalverarbeitungsschaltung zugeführt werden.

Derartige Einrichtungen dienen zunächst einmal zur Ortung eines sich bewegenden Zieles, das sich im Bereich des Beobachtungsfeldes einer Waffe befindet Innerhalb dieses optischen Beobachtungsfeldes kann der Winkel zwischen der Visierrichtung und der Zielrichtung bestimmt werden. Hierfür werden Systeme verwendet, die nach einem aktiven oder passiven Verfahren arbeiten, je nach dem. ob sie eine Lichtquelle zur Markierung des Zieles verwenden oder nicht. Beim passiven Verfahren wird die vom Ziel stammende Strahlung im Infrarotbereich benutzt, um das Ziel von seiner Umgebung zu unterscheiden. Zum Empfang der infraroten Strahlung weist die Einrichtung ein Objektiv auf, das mit einem Filter mit einer spektralen Empfindlichkeit für den benutzten Lichtwellenlängenbereich ausgerüstet sein kann. Etwa im Bereich der Brennebene des Objektives sind fotoelektrische Detektoren angebracht, die bezüglich der optischen Achse, die der Visierachse entspricht, symmetrisch angeordnet sind.

Eine derartige Einrichtung ist aus der deutschen Patentschrift 26 14 055 bekannt, in der eine Vielzahl von Detektoren dazu benutzt wird, um im Zielbereich befindliche Ziele, die größer als eine Bezugsgröße sind, deutlich von Zielen zu unterscheiden, die gleich oder kleiner als diese Bezugsgröße sind. Hierfür ist jedoch eine große Anzahl von Detektoren notwendig, die ihrerseits einen großen Aufwand bei der signalverarbeitendcn Schallung zur Folge haben.

Ein weiteres optoelektrischcs System zur Winkclorlung eines Zieles ist in der deutschen Offenlegungsschrift 2554846 beschrieben. Dieses System arbeitet mit vier Defektoreh, die zu beiden Seiten der zwei Koordinatenachsen X und Asymmetrisch angeordnet sind. Damit ist die Detektion der Höhen- und Seitenablage des Zielschwerpunktes bezüglich der Visierachse möglich.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, die die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelgröße eines beweglichen Objektes bestimmen kann, wobei der Aufwand an Detektoren und der signalverarbeitenden Schaltung möglichst gering gehalten werden soll.

Dss Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei Detektoren horizontal seitlich zur optischen Achse einer Empfangsoptik versetzt in einem bestimmten Abstand zu einander angeordnet sind, daß das Ausgangssignal des ersten Detektors sowohl einer Vorrichtung zur Pulslängenbestimmung als auch einer Vorrichtung zur Differenzbildung zugeleitet wird, der ihrerseits das Ausgangssignai des zweiten Detektors als zweites Eingangssignal zugeführt wird, daß die Ausgangssignale der Vorrichtung zur Pulslängenbestimmung und der Vorrichtung zur Differenzbildung in einem Multiplizierer miteinander multipliziert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt unfi wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Einrichtung zur optischen winkelmäßigen Erkennung eines Objekts..

F i g. 2 ein Blockschaltbild der Signalverarbeitung,
F i g. 3 ein Diagramm der Detektorsignale.
In F i g. 1 ist die Anordnung der Detektoren S\ und S₂ bezüglich der optischen Achse 3 des Empfangsobjektives 2 dargestellt Die Detektoren Si und 52 liegen auf einer horizontalen Linie im Bereich der Brennebene 7 des Objektives 2. Der näher an der optischen Achse 3 liegende Detektor Si weist gegenüber der optischen Achse 3 den Versatz a auf, der irr» wesentlichen durch den Vorhaltewinkel der Waffe gegenüber dem zu bekämpfenden Ziel 1 bestimmt ist Der Abstand d zwischen den Detektoren S\ und 52 wird im Rahmen der durch die Daten der Optik 2 und der durch die Einbaumaße der verwendeten Bauteile gegebenen Grenzen möglichst groß gewählt, da dieser Abstand d bei der Auswertung der Ausgangssignale 10,20 der Sensoren Si und S₁ direkt auf die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit ω Einfluß nimmt.

In der Fig. 1 ist auch das Ziel 1 dargestellt, das sich mit der Geschwindigkeit ν quer zur optischen Achse 3 bewegt. Die von diesem Ziel 1 ausgehende Strahlung, die vor. der Optik 2 empfangen wird, entsteht aufgrund der Emission im Infrarotbereich.

Zusätzlich zu den Detektoren S\ und 52 sind zwei weitere Detektoren 53 und 5» angedeutet, die spiegclsymmetrisch zu den Detektoren S\ und Si bezüglich der optischen Achse 3 angeordnet sind. Diese Detektoren sind für die erfindungsgemäße Einrichtung nicht unmittelbar notwendig, sie werden jedoch für die Erkennung von Zielen verwendet, die sich in der entgegengesetzten Richtung wie das Ziel 1 bewegen. Weiterhin können diese zusätzlichen Detektoren Sj und S» für die Erkennung von Störfällcn herangezogen werden, wenn deren Ausgangssignale zusätzlich zu den Ausgangssignnlcn 10,20 der Detektoren Si und S2 ausgewertet werden.

b5 Die Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild der crfindungsgemäßcn Einrichtung. Wenn sich ein Ziel 1, wie in Fi g. I gezeigt, von rechts nach links in eins ßcobachtungsfckl der Optik 2 bewegt, empfängt zuerst der Detektor .S'i die

mittels der Optik 2 auf ihn projezierte infrarote Emission des Zieles 1, dann, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit vdes Zieles !,der andere Detektor &. Der zeitliche Ablauf der Ausgangssignale 10, 20 der beiden Detektoren S₁ und S₂ ist tn der F r g. 3 dargestellt.

Das Ausgangssignal 10 des Detektors Si wird, wie in F i g. 2 gezeigt, gleichzeitig der Vorrichtung zur Pulslängenbestimmung 4 und der Vorrichtung zur Differenzbildung 5 zugeführt. Die Vorrichtung zur Pulslängenbestimmung 4 wertet mit Hilfe von adaptiven Schwellwertschaltern die Länge der Zeit Ataus, die ein Maß für die Belichtungsdauer des Detektors S\ darstellt.

Der Vorrichtung zur Differenzbildung 5 wird als zweites Eingangssignal das Ausgangssignal 20 des zweiten Detektors Si zugeleitet Diese errechnet unter Be- ts rücksichtigung des Detektorabstandes d die Winkelgeschwindigkeit ω des Zieles 1 bezüglich des Beobachtungsfeldes der Optik Z

Die Pulslänge Al und die Winkelgeschwindigkeit ω werden als Eingangsgrößen dem Multiplizierer 6 eitigespeist. Das Produkt dieser Eingangsgrößen ergibt nach der Formel

[At ■ ω) ■ K

mit K... Proportionalitätskonstante

digkeit und Größe zu klassifizieren und in; optimalen Wirkungsbereich der Waffe zu bekämpfen, wodurch Fehlauslösungen vermieden werden und die Effizienz der mit dieser Einrichtung ausgerüsteten Waffe erheblich gesteigert wird.

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die Winkelgröße *des beobachteten Zieles 1.

Die Winkelgröße « wird zusammen mit der ermittelten Winkelgeschwindigkeit ω zur Erkennung eines bekämpfbaren Zieles verwendet, welches aufgrund der gemessenen Daten nach den Kriterien Zielgröße, Zielgeschwindigkeit und Entfernung zur Beobachtungseinrichtung klassifiziert wird.

In der F i g. 3 sind die beiden Detektorsignale wiedergegeben, die in der erfindungsgemäßen Einrichtung verarbeitet werden. Us_x(t) ist das Ausgangssignal des Detektors S\, der gemäß dem oben beschriebenen Beispiel als erster anspricht. Dieser Impuls, der hier in der für einen vorbeifahrenden Panzer charakteristischen Form dargestellt ist, wird in der Vorrichtung zur Pulslängenbestimmung bezüglich seiner Dauer At ausgemessen. Der Ausgangsimpuls 10 des Detektors Si und der Ausgangsimpuls 20 des Detektors Si dienen in der Vorrichtung zur Differenzbildung 5 zur Er/nittelung der Verzögerungszeit T zwischen den beiden Impulsen, welche zur Berechnung der Winkelgeschwindigkeit ω benötigt wird.

Die Ausgangsgrößen α und ω dienen, v/ie bereits oben erwähnt, zur Erkennung, ob es sich bei dem sich durch das Beobachtungyfeld bewegenden Objekt um ein Ziel handelt, das mit der Waffe, der die erfindungsgemäße Einrichtung beigeordnet ist, bekämpft werden kann. Hierbei karai besonders die Winkelgeschwindigkeit ω als Kriterium dafür herangezogen werden, ob sich das Ziel in einem Entfernungsbereich befindet, der weder zu groß noch zu klein für den Wirkungsbereich der benutzten Waffe ist. Als typische Grenzwerte sind dabei Winkelgeschwindigkeiten ω von l°/sec als untere Grenze und 20°/see als obere Grenze anzusehen. Wenn zur Auswertung zusätzlich noch die Signale der Detek- eo torcn Sj und 5<. die in der Fig. 1 angedeutet sind, verwendet werden, kann zusammen mit den Signalen der beschriebenen Einrichtung eine einfache Störsignalunterdrückung realisiert werden.

Der besondc'"e Vorteil der Erfindung ist darin zu sehon, daß mit sei¹¹' geringem Aufwand an Detektoren und Signalverarbeitung eine Einrichtung geschaffen wurde, clic es ermöglicht, sich \ hegende Ziele nach Geschwin-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Einrichtung zur optischen winkelmäßigen Erkennung eines beweglichen Zieles mittels einer Anordnung mehrerer Detektoren bestimmter spektraler Empfindlichkeit bezüglich der optischen Achse einer Empfangsoptik, wobei die Ausgangssignale der Detektoren über Schwellwertschalter einer Signalverarbeitungsschaltung zugeführt werden, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: