DE4327186C2 - Device for the final phase control of barrel-fired ammunition - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Endphasenlenkung rohrverschossener Munition.The invention relates to a device for final phase steering barrel-fired ammunition.

Bei konventioneller, rohrverschossener Munition, z. B. Panzergranaten, müssen während des Ausrichtens des Rohres durch einen Richtschützen alle Parameter berücksichtigt werden, welche die Flugbahn beeinflussen. Nach dem Verlassen des Rohres kann das Geschoß nicht mehr beeinflußt werden. Diese Berücksichtigung erfolgt mit Hilfe eines Feuerleitrechners. Auf unerwartete Einflüsse vermag das Geschoß nicht mehr zu reagieren.With conventional, barrel-fired ammunition, e.g. B. Panzergrenaten, must during the alignment of the pipe All parameters are taken into account by a gunner that affect the trajectory. After leaving the projectile can no longer be influenced by the pipe. This is taken into account with the help of a Fire control computer. This can withstand unexpected influences Projectile no longer respond.

Die mit diesem Vorgehen heute erreichbare Treffergenauigkeit sind bis zu einer Schußentfernung von 2000 m gut. Spätestens ab einer Schußentfernung von 3000 m wird die Streuung der Flugbahnen so stark, daß sich die Trefferquote drastisch verringert.The accuracy of hits that can be achieved today with this procedure are good up to a shooting distance of 2000 m. No later than from a firing distance of 3000 m the spread of the Trajectories so strong that the hit rate is drastic decreased.

Für Schußentfernungen zwischen 3000 m und 5000 m werden daher üblicherweise Lenkraketen eingesetzt. Solche Lenkraketen sind entweder drahtgelenkt oder mittels eines Suchkopfes zielsuchend. Die Kosten solcher Lenkraketen sind um Größenordnungen höher als die Kosten normaler Granaten. Die Fluggeschwindigkeit von Lenkraketen ist um etwa einen Faktor 3 bis 5 geringer als die Fluggeschwindigkeit von Granaten. For shooting distances between 3000 m and 5000 m are therefore usually used guided missiles. Such guided missiles are either wire-guided or using a seeker head looking for a goal. The cost of such guided missiles is over Orders of magnitude higher than the cost of normal grenades. The Airspeed of guided missiles is about a factor of 3 up to 5 less than the flight speed of grenades.  

Durch die US 4 408 735 A ist eine Einrichtung zur Endphasenlenkung rohrverschossener Munition bekannt, bei welcher in der Spitze des Geschosses eine Zielsuchvorrichtung vorgesehen ist. Diese Zielsucheinrichtung enthält eine geschoßfeste, radiale Reihe von Detektorelementen. Bei der Rollbewegung des Geschosses infolge des dem Geschoß erteilten Dralls tastet diese Reihe von Detektorelementen eine das Ziel enthaltende Objektszene ab. Aus den bei aufeinanderfolgenden Umdrehungen des Geschosses jeweils das Ziel erfassenden Detektorelementen und der Phasenlage der dadurch erzeugten Signale wird Größe und Richtung der Sichtlinien-Drehrate ermittelt, wenn diese einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Dann wird die Bahn des Geschosses durch seitliche Rückstoßdüsen korrigiert.Through US 4 408 735 A, a device for final phase steering is more pipe-closed Ammunition known in which a target seeker in the top of the projectile is provided. This homing device contains a fixed, radial row of Detector elements. When the projectile rolls as a result of the projectile given swirl, this row of detector elements scans one containing the target Object scene. From the successive revolutions of the projectile in each case the target-detecting detector elements and the phase position of the generated thereby Signals size and direction of the line of sight rotation rate is determined, if this one exceeds a certain threshold. Then the path of the projectile is through side recoil nozzles corrected.

Die DE 28 31 825 A1 beschreibt ein Zielanflugverfahren für Marschflugkörper o. dergl., nämlich Flugkörper, die sich an Geländeinformationen orientieren und dadurch in ein Ziel gelenkt werden. Informationen über ein überflogenes Gelände oder ein anzufliegendes Ziel sind dabei gespeichert. Ein beobachtetes Gelände oder Ziel wird dabei mit den gespeicherten Informationen durch Korrelation verglichen. Dabei sind zwei Gelände- oder Zielansichten in verschiedenen, etwas unterschiedlichen Maßstäben gespeichert. Zur Berechnung der Gesamtablage erfolgt eine Gewichtung der Ablagesignale jedes Korrelations-Ergebnisses mit eine Funktion der Höhen der zugehörigen Korrelationsmaxima.DE 28 31 825 A1 describes a target approach method for cruise missiles or the like. namely missiles that are based on terrain information and thereby in one Target be directed. Information about a scanned area or a The destination to be approached is saved. An observed area or target becomes compared with the stored information by correlation. There are two Terrain or target views in different, slightly different scales saved. A weighting of the Filing signals of each correlation result with a function of the heights of the associated correlation maxima.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine im Vergleich zu Suchköpfen von Lenkraketen billigere, verschußfeste Einrichtung zur Endphasenlenkung von rohrverschossener Munition zu schaffen.The invention has for its object a compared to Search heads of guided missiles cheaper, fireproof Device for the final phase steering of tube-closed To create ammunition.

Die rohrverschossene Munition soll in der Endphase des Zielanfluges selbständig Bahnkorrekturen zur Erhöhung der Trefferwahrscheinlichkeit vornehmen.The barrel-fired ammunition is said to be in the final stages of the Target approach independently orbit corrections to increase the Make hit probability.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch
According to the invention, this object is achieved by

• a) einen in die Spitze des Geschosses starr eingebauten Festkörper-Bildsensor,a) one rigidly built into the top of the projectile Solid-state image sensor,
• b) erste Rechnermittel zur Durchführung einer Szenenanalyse zwecks Zielauffassung,b) first computer means for performing a scene analysis for the purpose of understanding the goal,
• c) zweite Rechnermittel zur Musterkorrelation aufeinanderfolgender Bilder zwecks Bestimmung von Nick-, Gier- und Rollgeschwindigkeit des Geschosses,c) second computing means for pattern correlation successive images to determine pitch, Bullet yaw and roll speed,
• d) dritte Rechnermittel zur Erzeugung von Lenksignalen für Bahnkorrekturen aus Informationen der ersten und der zweiten Rechnermittel undd) third computer means for generating steering signals for Path corrections from information from the first and the second computing means and
• e) eine Steuervorrichtung an dem Geschoß, durch welche die Bahn des Geschosses nach Maßgabe der Lenksignale korrigierbar ist.e) a control device on the floor, through which the Track of the projectile in accordance with the steering signals is correctable.

Das "Auge" eines zielsuchenden und zielerkennenden Suchkopfes ist üblicherweise kreiselstabilisiert. Dadurch wird der Vorgang der Zielbeobachtung und Zielerkennung weitgehend von den aerodynamisch bedingten Nick- und Gierbewegungen eines schnell fliegenden Projektils entkoppelt. Außerdem wird eine inertiale Referenz für die Feststellung von Eigenbewegungen des Zieles erhalten. Das ist die Voraussetzung für die Anwendung der "Proportionalnavigation".The "eye" of a target-searching and target-recognizing search head is usually gyro stabilized. This will make the Process of target observation and target recognition largely by the aerodynamic pitching and yawing movements of one fast flying projectile decoupled. In addition, one inertial reference for the detection of own movements  get the goal. That is the prerequisite for that Application of "proportional navigation".

Übliche Kreisel sind nicht verschußfest. Auch die bei üblichen Flugkörper-Suchköpfen verwendeten Kardanrahmen sind nicht verschußfest. Beim Abschuß aus einer Kanone erfährt ein Geschoß Beschleunigungen zwischen 20000 g und 40000 g.Usual gyros are not resistant to firing. Even the usual ones Missile seekers used gimbals are not fireproof. When fired from a cannon, one learns Projectile accelerations between 20,000 g and 40,000 g.

Die Erfindung verwendet dagegen einen starr eingebauten Festkörper-Bildsensor. Die Kreisel werden durch eine Bildverarbeitung mittels der zweiten Rechnermittel ersetzt, bei welcher Roll-, Nick- und Gierraten durch Musterkorrelation aufeinanderfolgender Bilder des Festkörper-Bildsensors bestimmt werden. Aus der von den ersten Rechnermitteln durchgeführten Szenenanalyse und den von den zweiten Rechnermitteln gelieferten Roll-, Nick- und Gierraten erzeugen die dritten Rechnermittel Lenksignale, welche auf die Steuervorrichtung aufgeschaltet werden.In contrast, the invention uses a rigidly installed Solid state image sensor. The gyros are replaced by a Image processing replaced by the second computer means, at which roll, pitch and yaw rates through pattern correlation successive images of the solid-state image sensor be determined. From that of the first computing means performed scene analysis and that of the second Generate roll, pitch and yaw rates supplied by computer means the third computer means steering signals, which on the Control device be switched on.

Die erfindungsgemäße Einrichtung enthält keine beweglichen Teile. Der Festkörper-Bildsensor kann verschußfest ausgeführt werden. Auch die Rechnermittel können von integrierten Schaltungen gebildet sein, die verschußfest ausgeführt werden können.The device according to the invention contains no movable Parts. The solid-state image sensor can be designed to be shot-proof become. The computing means can also be integrated Circuits are formed, which are designed to be resistant to firing can.

Das Geschoß kann mit zusätzlichen starren Lenkflossen zur Erzeugung einer Rollbewegung um eine Rollachse versehen sein. Dadurch können Einflüsse durch Inhomogenitäten, d. h. Unterschiede in der Empfindlichkeit der Detektorelemente des Festkörper-Bildsensors, die ein scheinbares, dem tatsächlichen Bild überlagertes und daher störendes Bildmuster liefern würden, weitgehend unschädlich gemacht werden.The projectile can be equipped with additional rigid steering fins Generation of a rolling movement around a roll axis. Influences due to inhomogeneities, i. H. Differences in the sensitivity of the detector elements Solid-state image sensor that is an apparent, the actual Provide image superimposed and therefore disruptive image pattern would be largely rendered harmless.

In die zweiten Rechnermittel ist vorteilhafterweise ein Algorithmus implementiert, durch welchen fortlaufend von dem Festkörper-Bildsensor während des Fluges des Geschosses gelieferte, aufeinanderfolgende Bilder dergestalt paarweise miteinander verglichen werden, daß aus dem ersten Bild jedes Paares ein geeignet zu wählender Bildausschnitt rechnerisch solange im Koordinatensystem des darauffolgenden zweiten Bildes des Paares verschoben und verdreht wird, bis für diesen Bildausschnitt eine Position im zweiten Bild des Paares gefunden ist, die bestmöglich mit dem Bild des zweiten Bildes übereinstimmt, und daß aus dem gefundenen Verschiebungs- und Verdrehungswert dieser Position bestmöglicher Übereinstimmung die zwischen den beiden Bildern erfolgte Nick-, Gier- und Rollbewegung des Geschosses errechnet werden. Dabei kann als Kriterium für die Übereinstimmung des verschobenen und verdrehten Bildausschnitts mit dem nachfolgenden Bild eine Korrelationsfunktion gebildet werden und das Extremum dieser Korrelationsfunktion bestimmt werden, dessen Koordinaten die für optimale Übereinstimmung erforderliche Verschiebung und Verdrehung liefert.In the second computer means is advantageously a Algorithm implemented by which continuously from the Solid-state image sensor during the flight of the projectile delivered consecutive images in pairs  be compared with each other, that from the first picture each Pair a suitable image section to be selected mathematically as long as in the coordinate system of the next second Image of the couple is moved and twisted until for this one Detail of a position in the second picture of the couple is found, the best possible with the image of the second image matches, and that from the found displacement and Twist value of this position best possible match the pitch, yaw, and Rolling movement of the projectile can be calculated. It can be as Criterion for the match of the shifted and twisted image section with the following image one Correlation function are formed and the extremum of this Correlation function can be determined, the coordinates of which shift required for optimal match and Twist delivers.

Die dritten Rechnermittel können Algorithmen zur zeitlichen Integration der durch Korrelation ermittelten Rollraten enthalten, die einen Rollwinkel relativ zu einem inertialen Referenzsystem liefern, das nur zum Anfangszeitpunkt mit dem geschoßfesten Koordinatensystem zusammenfällt, Algorithmen zur Berechnung der ersten zeitlichen Ableitung der Eulerschen Nick- und Gierwinkel mit Hilfe des Rollwinkels und der durch Korrelation ermittelten Nick- und Gierwinkelgeschwindigkeit bezogen auf das geschoßfeste Koordinatensystem bereitstellen und Algorithmen zur zeitlichen Integration dieser Ableitungen enthalten, um die Lage des geschoßfesten Koordinatensystems relativ zum inertialen Referenzsystem zu beschreiben.The third computing means can use algorithms for temporal Integration of the roll rates determined by correlation contain a roll angle relative to an inertial Deliver reference system that only with the bullet-proof coordinate system coincides, algorithms for Calculation of the first time derivative of Euler's Pitch and yaw angles with the help of the roll angle and through Correlation determined pitch and yaw rate provide in relation to the floor-fixed coordinate system and algorithms for the time integration of these derivatives included to the location of the projectile fixed coordinate system to be described relative to the inertial reference system.

Weiterhin können die dritten Rechnermittel mit Algorithmen zur Bestimmung einer Flugrichtung in dem inertialen Koordinatensystem aus dem Verlauf der Nick- und Gierwinkel versehen sein damit zur Bestimmung der Korrelationsfunktion Bildausschnitte gewählt werden können, die zentrisch zu der so bestimmten Flugrichtung angeordnet sind. Furthermore, the third computer means with algorithms for Determination of a flight direction in the inertial Coordinate system from the course of the pitch and yaw angles be provided with it to determine the correlation function Image sections can be selected that are centered on the so certain flight direction are arranged.  

Die zweiten Rechnermittel können eine programmierbare Zentraleinheit und einen speziellen Korrelationsbaustein für die Bildtranslation aufweisen, wobei die Zentraleinheit zum Berechnen von Drehschritten der Bildausschnitte programmiert ist, und die rechnerisch gedrehten Bildausschnitte in dem Korrelationsbaustein den erforderlichen Verschiebeschritten unterworfen werden.The second computer means can be programmable Central unit and a special correlation module for have the image translation, the central unit for Programmed calculation of rotation steps of the image sections and the computationally rotated image sections in the Correlation module the necessary shift steps be subjected.

Die ersten Rechnermittel können zur Identifizierung von gegenüber einem Hintergrund bewegten Objekten eingerichtet sein damit durch die zweiten Rechnermittel Pixel, die solchen bewegten Objekten zugeordnet sind, bei der Bestimmung der optimalen Übereinstimmung zwischen den aufeinanderfolgenden, gegeneinander verdrehten und verschobenen Bildmustern außer Betracht gelassen werden können, so daß sich die Musterkorrelationen nur auf den Hintergrund stützen.The first computing means can be used to identify objects moving against a background thus be pixels by the second computer means, such are assigned to moving objects when determining the optimal agreement between the successive, image patterns twisted and shifted against each other except Can be considered so that the Only base pattern correlations on the background.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is below Reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der datenverarbeitenden Bausteine einer Einrichtung zur Endphasenlenkung rohrverschossener Munition. Fig. 1 is a block diagram of the data processing blocks of a device for the final phase control of barrel-fired ammunition.

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines für die Bestimmung der Roll-, Nick- und Gierrate benutzten Bildausschnitts im Bild des Festkörper-Bildsensors zu einem herausgegriffenen Zeitpunkt t_o. FIG. 2 shows the arrangement of an image section used for determining the roll, pitch and yaw rate in the image of the solid-state image sensor at a selected point in time t _o .

Fig. 3 zeigt den Rahmen des folgenden Bildes zu einem Zeitpunkt t_o + Δt mit einer herausgegriffenen Verdrehung sowie verschiedenen Verschiebeschritten des Bildausschnitts des Bildes der vorangegangenen Figur und soll beispielhaft die Sucherschritte zur Bestimmung der bestmöglichen Musterkorrelation (ausgezogener Bildausschnitt) und damit die Bestimmung von Roll-, Nick- und Gierbewegungen veranschaulichen. Fig. 3 shows the frame of the following image at a time t _o + Δt with a selected twist and different displacement steps of the image section of the image of the previous figure and is intended to exemplify the search steps for determining the best possible pattern correlation (solid image section) and thus the determination of roll - Illustrate pitch and yaw movements.

Fig. 4 veranschaulicht als berechnetes Ergebnis die relative Lage der von dem Festkörper-Bildsensor in den beiden aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erzeugten Bilder in einem inertialen Koordinatensystem. Fig. 4 illustrates a calculated result the relative position of the generated by the solid-state image sensor in the two successive points in time images in an inertial coordinate system.

Fig. 5 veranschaulicht die Entstehung einer scheinbaren Gierrate beim Vorbeiflug an einer Szene. Fig. 5 illustrates the appearance of an apparent yaw rate when flying past a scene.

Fig. 6 veranschaulicht das Feld der Verschiebungsvektoren von Szenendetails zwischen zwei Bildern zu verschiedenen Zeitpunkten. Fig. 6 illustrates the field of the displacement vectors of scene detail between two images at different time points.

Fig. 7 zeigt in einem inertialen Koordinatensystem, das zu einem herausgegriffenen Anfangszeitpunkt mit dem geschoßfesten Übereinstimmt, die Lage und Orientierung der geschoßfesten Koordinatensysteme zu aufeinanderfolgenden späteren Zeitpunkten. FIG. 7 shows the position and orientation of the bullet-fixed coordinate systems at successive later times in an inertial coordinate system that corresponds to the bullet-fixed one at a selected starting point in time.

Fig. 8 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 7, in welcher aber die vergleichsweise langsame Nickbewegung berücksichtigt ist, die unter dem Einfluß der Schwerkraft eintritt. Fig. 8 is a representation similar to Fig. 7, but in which the comparatively slow pitching movement is taken into account, which occurs under the influence of gravity.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Festkörper-Bildsensor bezeichnet, der in die Spitze einer Granate fest eingebaut ist. Der Festkörper-Bildsensor kann eine Fernseh- oder Infrarotkamera sein. Der Festkörper-Bildsensor liefert Bilder einer Objektszene in Form eines Musters von Bildelementen (Pixeln).In Fig. 1, 10 denotes a solid-state image sensor which is permanently installed in the tip of a grenade. The solid-state image sensor can be a television or infrared camera. The solid-state image sensor provides images of an object scene in the form of a pattern of picture elements (pixels).

Das Muster ist auf erste Rechnermittel 12 in Form eines Bildanalyse-Rechners aufgeschaltet. In den ersten Rechnermitteln 12 sind Algorithmen zur Zielerkennung implementiert. Die ersten Rechnermittel 12 identifizieren ein Ziel und liefern dessen Position und die das Ziel umfassenden Pixel im Bildfeld des Festkörper-Bildsensors. The pattern is applied to first computer means 12 in the form of an image analysis computer. Algorithms for target recognition are implemented in the first computer means 12 . The first computer means 12 identify a target and deliver its position and the pixels surrounding the target in the image field of the solid-state image sensor.

Das Muster von Bildelementen des Festkörper-Bildsensors 10 ist weiterhin auf zweite Rechnermittel 14 in Form eines Bildkorrelations-Rechners aufgeschaltet. Die zweiten Rechnermittel 14 bestimmen Roll-, Nick- und Gierraten aus der Verschiebung der Muster von Pixeln im Bildfeld des Festkörper- Bildsensors 10.The pattern of image elements of the solid-state image sensor 10 is furthermore applied to second computer means 14 in the form of an image correlation computer. The second computing means 14 determine roll, pitch and yaw rates from the shift in the pattern of pixels in the image field of the solid-state image sensor 10 .

Die Ausgangsdaten der ersten und zweiten Rechnermittel 12 bzw. 14 sind auf dritte Rechnermittel 16 im Form eines Lenkrechners geschaltet. Die dritten Rechnermittel 16 erzeugen Lenksignale. Die Lenksignale sind auf eine Steuervorrichtung 18 aufgeschaltet. Diese Steuervorrichtung 18 bewirkt Bahnkorrekturen in der Endphase der Granaten-Flugbahn. Dadurch wird die Trefferquote auch bei großen Schußentfernungen wesentlich verbessert.The output data of the first and second computing means 12 and 14 are connected to third computing means 16 in the form of a steering computer. The third computer means 16 generate steering signals. The steering signals are applied to a control device 18 . This control device 18 effects path corrections in the final phase of the grenade trajectory. As a result, the hit rate is significantly improved even at long range shots.

Die Arbeitsweise der zweiten Rechnermittel 14 ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 erläutert:The mode of operation of the second computer means 14 is explained below with reference to FIGS. 2 to 4:

Mit 20 ist das Bildfeld des Festkörper-Bildsensors 10 zum Zeitpunkt t_o bezeichnet. Der Betrachter befinde sich im geschoßfesten Koordinatensystem. Das Bildfeld umfaßt einen Szenenausschnitt und das Bild enthält ein Pixel-Muster dieses Szenenausschnitts. Innerhalb des Bildfeldes 20 ist ein Bildausschnitt 22 abgegrenzt, der für die Bestimmung der Roll- Nick- und Gierraten herangezogen wird. 20 denotes the image field of the solid-state image sensor 10 at time t _o . The viewer is in the fixed coordinate system. The image field comprises a scene section and the image contains a pixel pattern of this scene section. An image section 22 is delimited within the image field 20 and is used for the determination of the roll, pitch and yaw rates.

Zu einem späteren Zeitpunkt t_o + Δt hat sich der vom Festkörper-Bildsensor 10 erfaßte Szenenausschnitt durch die Rollbewegung des Geschosses verändert, d. h. das Bildfeld 24 ist gegenüber dem zum Zeitpunkt t_o gegebenen Bildfeld 20 verdreht und verschoben. Dies ist in Fig. 4 für den späteren Zeitpunkt dargestellt. Mit 24 ist wieder das für den im geschoßfesten System befindlichen Beobachter sichtbare Bildfeld bezeichnet. At a later point in time t _o + Δt, the scene section captured by the solid-state image sensor 10 has changed due to the rolling movement of the projectile, ie the image field 24 is rotated and shifted relative to the image field 20 given at the time t _o . This is shown in Fig. 4 for the later point in time. The image field visible to the observer located in the projectile system is again designated with 24 .

Um die erfolgte Verdrehung und Verschiebung zur Bestimmung der Roll-, Nick- und Gierraten zu bestimmen, wird der Bildausschnitt 22 aus dem Bild 20 rechnerisch so lange verschoben und verdreht (wie in Fig. 3 angedeutet), bis eine Lage gefunden ist, in der sein Bildinhalt mit dem des neuen Bildes 24 optimal zur Deckung gebracht ist. Dazu wird für eine geeignet zu wählende Zahl von Dreh- und Verschiebeschritten für alle innerhalb des Bildausschnitts liegenden Pixel je ein Wert der Kreuzkorrelationsfunktion mit den Pixeln des Bildes 24 gebildet.In order to determine the twisting and shifting to determine the roll, pitch and yaw rates, the image section 22 from the image 20 is computationally shifted and rotated (as indicated in FIG. 3) until a position is found in which its image content is optimally aligned with that of the new image 24 . For this purpose, a value of the cross-correlation function with the pixels of the image 24 is formed for a number of rotation and displacement steps to be selected in a suitable manner for all pixels lying within the image section.

Für eine rein translatorische Verschiebung ohne Rollbewegung ergibt sich dabei:
For a purely translational shift without rolling motion, the following results:

K(v) = ΣB_t(x) . B_t+Δt(x - v) . N
K ( v ) = ΣB _t ( x ). B _{t + Δt} ( x - v ). N

wobei die Summe über alle Bildelemente jeweils eines Bildausschnitts 22 gebildet wird, x der Vektor der Koordinaten eines Pixels in der Bildebene des Festkörper-Bildsensors 10, v der Verschiebevektor und N ein Normierungsfaktor ist. K(v) ist also eine Funktion des Verschiebevektors v. Als Maß für eine optimale Übereinstimmung des Bildausschnitts 22 des Bildfeldes 24 mit dem verschobenen Bildausschnitt im Bildfeld 22 wird das Maximum dieser Kreuzkorrelationsfunktion bestimmt. Dieses Maximum ergibt sich bei einem bestimmten Vektor v _max. Die Komponenten dieses Vektors sind dann Nick- und Gierwinkeländerungen in dem Zeitabschnitt t zwischen den beiden vom Festkörper-Bildsensor 10 erfaßten Bildern. Daraus ergeben sich die Nick- und Gierraten der Granate.whereby the sum is formed over all image elements of an image section 22 , x is the vector of the coordinates of a pixel in the image plane of the solid-state image sensor 10 , v is the displacement vector and N is a normalization factor. K ( v ) is therefore a function of the displacement vector v . The maximum of this cross-correlation function is determined as a measure for an optimal match of the image section 22 of the image field 24 with the shifted image section in the image field 22 . This maximum results for a certain vector v _max . The components of this vector are then pitch and yaw angle changes in the time period t between the two images captured by the solid-state image sensor 10 . This gives the grenade pitch and yaw rates.

Tatsächlich müssen natürlich noch die Rollraten berücksichtigt werden. Bei einer rein translatorischen Verschiebung ist der Verschiebevektor v ein zweidimensionaler Vektor. Man kann die Korrelationsfunktion als "Korrelationsgebirge" über einer Ebene darstellen. Ort und Höhe des Maximums dieses Gebirges geben den optimalen Verschiebungsvektor bzw. die Güte der Übereinstimmung bei dieser Verschiebung wieder. In fact, of course, the roll rates still have to be taken into account. In the case of a purely translational shift, the shift vector v is a two-dimensional vector. The correlation function can be represented as a "correlation mountain" over a level. The location and height of the maximum of this mountain range reflect the optimal displacement vector or the quality of correspondence for this displacement.

Bei einer Erweiterung der Korrelationsfunktion auf Drehungen ist der "Verschiebevektor" ein dreidimensionaler Vektor, dessen Komponenten hier außer den Nick- und Gierwinkeländerungen auch die Rollwinkeländerung sind. Damit ist die Korrelationsfunktion nicht mehr so einfach als Gebirge über einer Ebene zu veranschaulichen. Da die Komponenten des Verschiebevektors aber diskrete Werte sind, da nicht unendlich viele Dreh- und Verschiebeschritte durchgeführt werden, kann man sich K(v) als dreidimensionale Matrix vorstellen. Das ist ein Feld mit diskreten Werten in einem dreidimensionalen Raster. Der höchste dieser Werte ist das gesuchte Maximum. Der Ort v _max dieses Wertes in dem Raster gibt die gesuchten Roll-, Nick- und Gierwinkeländerungen an, um die sich die Muster der beiden Bilder in dem Zeitabschnitt Δt gedreht und verschoben haben.When the correlation function is expanded to include rotations, the "displacement vector" is a three-dimensional vector, the components of which, in addition to the pitch and yaw angle changes, are also the roll angle change. This means that the correlation function is no longer so easy to visualize as mountains over a level. However, since the components of the displacement vector are discrete values, since not an infinite number of rotation and displacement steps are carried out, one can think of K ( v ) as a three-dimensional matrix. This is a field with discrete values in a three-dimensional grid. The highest of these values is the maximum sought. The location v _{max of} this value in the grid specifies the sought roll, pitch and yaw angle changes by which the patterns of the two images have rotated and shifted in the time period Δt.

Die reinen Verschiebeschritte gemäß der obigen Gleichung sind einfach durchzuführen, wenn die Verschiebung genau im Raster der Bildelemente erfolgt. Die Drehschritte erfordern jedoch eine aufwendige Umrechnung. Nach einer Drehung fallen die Bildelemente des ersten und des zweiten Bildes nicht mehr genau aufeinander, wie das bei den reinen Translationen der Fall ist. Dadurch ist für jedes Bildelement des Bildausschnitts 22 in dem gedrehten Bildfeld 24 ein Grauwert zu bestimmen, der sich durch gewichtete Interpolation zwischen den Grauwerten von mindestens vier Bildelementen des Bildfeldes 20 ergibt.The pure shift steps according to the above equation are easy to carry out if the shift takes place exactly in the grid of the picture elements. However, the turning steps require a complex conversion. After a rotation, the picture elements of the first and the second picture no longer coincide exactly, as is the case with the pure translations. As a result, a gray value must be determined for each picture element of the image section 22 in the rotated picture field 24 , which is obtained by weighted interpolation between the gray values of at least four picture elements of the picture field 20 .

Jeder Drehschritt entspricht einer "Scheibe" in dem dreidimensionalen Raster der zu berechnenden Korrelationswerte. Für jede Scheibe, d. h. jeden Drehwinkel, wird einmal die Drehtransformation des Bildausschnitts 22 durchgeführt. Dieser gedrehte Bildausschnitt wird dann allen rein translatorischen Schritten entsprechend allen Werten der "Scheibe" unterworfen. Each rotation step corresponds to a "slice" in the three-dimensional grid of the correlation values to be calculated. The rotation transformation of the image section 22 is carried out once for each disk, ie each rotation angle. This rotated image section is then subjected to all purely translational steps in accordance with all the values of the “disk”.

Das ist in Fig. 3 für das Maximum der Korrelationsfunktion bei der Anordnung der Bildfelder gemäß Fig. 4 dargestellt: Das Muster von Bildelementen mit einem gegenüber den Kanten des Bildfeldes 25 parallelen Raster. Der so umgerechnete Bildausschnitt 22A der Fig. 3 ist ein Repräsentant für eine der vielen Dreh- und Verschiebepositionen des Bildausschnitts 22. Er wird in dem neuen Raster des Bildes 24 verschiedenen translatorischen Verschiebungen unterworfen, wie in Fig. 3 angedeutet ist. Für jede dieser translatorischen Verschiebungen wird ein Wert der Korrelationsfunktion berechnet. Für den in Fig. 3 in ausgezogenen Linien dargestellten Bildausschnitt ergibt sich bei der in Fig. 4 dargestellten Situation das Maximum der Korrelationsfunktion.This is shown in FIG. 3 for the maximum of the correlation function in the arrangement of the image fields according to FIG. 4: the pattern of image elements with a grid parallel to the edges of the image field 25 . The image section 22 A of FIG. 3 converted in this way is representative of one of the many rotation and displacement positions of the image section 22 . It is subjected to various translational shifts in the new raster of the image 24 , as indicated in FIG. 3. A value of the correlation function is calculated for each of these translational shifts. For the image detail shown in solid lines in FIG. 3, the maximum of the correlation function results in the situation shown in FIG. 4.

Die ganze Prozedur kann selbstverständlich auch unter Vertauschung der Bilder durchgeführt werden, d. h. daß ein Bildausschnitt aus dem Bild 24 gewählt wird und dieser anschließend mit dem Bildinhalt des Bildes 20 zur Deckung gebracht wird.The whole procedure can, of course, also be carried out with the pictures interchanged, ie an image section from the picture 24 is selected and this is then made to coincide with the picture content of the picture 20 .

Zur schnellen Durchführung der erforderlichen Rechenoperationen enthalten die zweiten Rechnermittel eine programmierbare Zentraleinheit zur Durchführung der Drehtransformation und eine integrierte Schaltung, welche sehr schnell die translatorischen Schritte mit dem gedrehten Bildausschnitt und die Bildung der Korrelationsfunktion durchzuführen gestattet. Integrierte Schaltungen für die schnelle Bildung der Korrelationsfunktion bei rein translatorischen Schritten und für die Bestimmung des Maximums dieser Korrelationsfunktion sind verfügbar. Durch die Kombination einer solchen integrierten Schaltung mit einer programmierbaren Zentraleinheit ist eine pipelineartige Architektur für die zweiten Rechenmittel 14 möglich: Während die spezielle integrierte Schaltung (Korrelationsbaustein) die Korrelationsfunktion für alle Verschiebeschritte bei der Verdrehung null berechnet, wird von der programmierbaren Zentraleinheit bereits die Drehtransformation für den ersten Drehschritt durchgeführt. Anschließend wird der so verdrehte Bildausschnitt 22 in dem Korrelationsbaustein allen Verschiebeschritten unterzogen. Parallel dazu berechnet die programmierbare Zentraleinheit den nächsten Drehschritt.In order to carry out the required arithmetic operations quickly, the second arithmetic means contain a programmable central unit for carrying out the rotation transformation and an integrated circuit which allows the translational steps with the rotated image section and the formation of the correlation function to be carried out very quickly. Integrated circuits for the rapid formation of the correlation function in purely translational steps and for the determination of the maximum of this correlation function are available. The combination of such an integrated circuit with a programmable central unit enables a pipeline-like architecture for the second computing means 14 : While the special integrated circuit (correlation module) calculates the correlation function for all displacement steps for zero rotation, the programmable central unit already calculates the rotational transformation for performed the first turning step. The image section 22 rotated in this way is then subjected to all shifting steps in the correlation module. In parallel, the programmable central unit calculates the next turning step.

Dadurch wird die Geschwindigkeit der Berechnung der Korrelationsfunktion und ihres Maximums wesentlich erhöht.This will speed up the calculation of the Correlation function and its maximum increased significantly.

Statt einer programmierbaren Zentraleinheit (CPU) kann zusätzlich auch ein hierfür speziell konstruierter "Drehkorrelations"-Baustein vorgesehen sein.Instead of a programmable central processing unit (CPU) also a specially designed one "Rotational correlation" block can be provided.

Es kann auch eine Prädiktion vorgenommen werden, die darauf beruht, daß die Bewegungen des Suchers und des von dem Halbleiter-Bildsensor erfaßten Gesichtsfeldes stetig erfolgen. Es kann daher ungefähr vorhergesagt werden, in welcher Position das Bildfeld 24 sich nach dem Zeitabschnitt t befindet, wenn es sich zum Zeitpunkt t_o in der Position des Bildfeldes 20 befunden hat. Die Anzahl der erforderlichen Dreh- und Translationsschritte kann daher durch eine Prädiktion wesentlich vermindert werden.A prediction can also be made which is based on the fact that the movements of the viewfinder and of the field of view detected by the semiconductor image sensor take place continuously. It can therefore be roughly predicted in which position the image field 24 is after the time period t if it was in the position of the image field 20 at the time t _o . The number of required rotation and translation steps can therefore be significantly reduced by a prediction.

Durch solche Maßnahmen ist es möglich, die zur Bestimmung der Roll-, Nick- und Gierraten erforderliche Bildverarbeitung in Echtzeit durchzuführen.Through such measures, it is possible to determine the Roll, pitch and yaw rates required image processing in Perform in real time.

Statt der oben angegebenen Kreuzkorrelationsfunktion kann auch die rechnerisch einfachere Differenzkorrelationsfunktion
Instead of the cross-correlation function specified above, the computationally simpler difference correlation function can also be used

D(v) = Σ|B_t(v) - B_t+Δt(x - v)|
D ( v ) = Σ | B _t ( v ) - B _{t + Δt} ( x - v ) |

gebildet und deren Minimum gesucht werden. Die übrige Bildverarbeitung erfolgt dabei so, wie das vorstehend beschrieben ist. are formed and their minimum is sought. The rest Image processing is carried out as above is described.  

Die Bestimmung der Nick- und Gierraten in der beschriebenen Weise kann unter bestimmten Bedingungen zu Fehlern führen. Das ist in Fig. 5 in etwas übertriebener Darstellung gezeigt.The determination of the pitch and yaw rates in the manner described can lead to errors under certain conditions. This is shown in Fig. 5 in a somewhat exaggerated representation.

In Fig. 5 ist mit 26 eine Objektszene bezeichnet, die von einem vorbeifliegenden Geschoß 28 mit einer Kamera als Festkörper- Bildsensor 30 beobachtet wird. Die Flugrichtung des Geschosses 28 ist waagerecht in Fig. 5 und durch die Linie 32 dargestellt. Die Geschoßachse bildet mit der Flugrichtung 32 einen Winkel.In Fig. 5, 26 denotes an object scene which is observed from a projectile 28 flying past with a camera as a solid-state image sensor 30 . The flight direction of the projectile 28 is shown horizontally in FIG. 5 and by the line 32 . The projectile axis forms an angle with the direction of flight 32 .

In Fig. 5 sind das Geschoß 28 und der Festkörper-Bildsensor 30 zweimal dargestellt, nämlich einmal in der Position zum Zeitpunkt t_o und einmal zum Zeitpunkt t_o + t. Man sieht, daß die Objektszene 26 beim Vorbeifliegen des Geschosses für den Festkörper-Bildsensor 30 entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 5 auswandert. Die beschriebene Bildverarbeitung würde dies als eine Gierrate des Geschosses 28 interpretieren.In FIG. 5, the floor 28 of the solid-state image sensor 30 shown, and twice, namely once in the position at the time t _o and once at the time t _o + t. It can be seen that the object scene 26 migrates counterclockwise in FIG. 5 when the projectile for the solid-state image sensor 30 flies by. The described image processing would interpret this as a yaw rate of the projectile 28 .

Wenn der Festkörper-Bildsensor jedoch genau in Flugrichtung "blickt", tritt ein Effekt der unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebenen Art nicht auf. Bei der Annäherung an ein Ziel wird aber das Zielbild ständig größer. Bilddetails bewegen sich daher scheinbar radial nach außen entsprechend dem in Fig. 6 dargestellten Vektorfeld. Es treten scheinbare Verschiebevektoren auf. Da das Vektorfeld der Verschiebevektoren jedoch im wesentlichen symmetrisch zur Blickrichtung des Festkörper-Bildsensors ist, bleibt das der Ort des Maximums der Korrelationsfunktion praktisch unverändert. Das Maximum wird lediglich flacher, da aufeinanderfolgende Bilder nicht mehr genau übereinstimmen.However, if the solid-state image sensor "looks" exactly in the direction of flight, an effect of the type described with reference to FIG. 5 does not occur. When approaching a target, however, the target image gets bigger and bigger. Image details therefore appear to move radially outward in accordance with the vector field shown in FIG. 6. Apparent displacement vectors occur. However, since the vector field of the displacement vectors is essentially symmetrical to the viewing direction of the solid-state image sensor, the location of the maximum of the correlation function remains practically unchanged. The maximum only becomes flatter because successive images no longer match exactly.

Es ist daher wesentlich, zur Bestimmung der Nick- und Gierraten einen Bildausschnitt zu benutzen, der zentrisch um die in Fig. 6 markierte Flugrichtung gewählt ist. Zu diesem Zweck muß die Flugrichtung in dem Bildfeld des Festkörper- Bildsensors 10 bestimmt werden. It is therefore essential to use an image section to determine the pitch and yaw rates, which is selected centrally around the flight direction marked in FIG. 6. For this purpose, the direction of flight in the image field of the solid-state image sensor 10 must be determined.

Ein Geschoß führt aerodynamisch bedingt stets kleine Nick- und Gierschwingungen um die Flugrichtung aus. Diese Schwingungen haben Amplituden von wenigen Grad.A projectile always leads to small pitching and aerodynamic reasons Yaw vibrations around the direction of flight. These vibrations have amplitudes of a few degrees.

In Fig. 7 ist ein Koordinatensystem mit einem Koordinatenursprung 34 dargestellt. Dieses Koordinatensystem ist zu einem Anfangszeitpunkt durch das geschoßfeste Koordinatensystem definiert. Der Koordinatenursprung 34 des geschoßfesten Koordinatensystems kann z. B. in der Mitte des Bildfeldes 20 des Festkörper-Sensors 10 liegen, wobei die Koordinatenachsen parallel zu den Kanten des Bildfeldes verlaufen. FIG. 7 shows a coordinate system with a coordinate origin 34 . This coordinate system is defined at the beginning by the projectile coordinate system. The coordinate origin 34 of the projectile fixed coordinate system can, for. B. lie in the middle of the image field 20 of the solid-state sensor 10 , the coordinate axes running parallel to the edges of the image field.

Nach einem Takt t hat sich das Bildfeld 20 des Festkörper- Bildsensors 10 um eine Nick- und Gierwinkeländerung verschoben und um einen Rollwinkel verdreht. Der Festkörper-Bildsensor sieht einen etwas anderen Teil der Objektszene und sieht die Objektszene verdreht. Das liegt an der Roll-, Nick- und Gierbewegung des Geschosses. Bezogen auf das Koordinatensystem zum Anfangszeitpunkt hat sich der Koordinatenursprung 34 des geschoßfesten Koordinatensystems um einen Verschiebevektor 36 zu einer neuen Position 38 verlagert. Außerdem hat sich das Koordinatensystem um die Rollwinkeländerung gedreht, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Der Verschiebevektor 36 ist ein Vektor dessen Komponenten von den Nick- und Gierwinkeländerungen gebildet sind. Nach einem weiteren Takt hat sich der Koordinatenursprung 38 um einen Verschiebevektor 40 zu einem neuen Koordinatenursprung 42 bewegt. Das Koordinatensystem hat sich um eine weitere Rollwinkeländerung verdreht.After a cycle t, the image field 20 of the solid-state image sensor 10 has shifted by a pitch and yaw angle change and rotated by a roll angle. The solid-state image sensor sees a slightly different part of the object scene and sees the object scene twisted. This is due to the roll, pitch and yaw movement of the projectile. Relative to the coordinate system at the start, the coordinate origin 34 of the projectile-fixed coordinate system has shifted to a new position 38 by a displacement vector 36 . In addition, the coordinate system has rotated around the change in roll angle, as shown in FIG. 7. The displacement vector 36 is a vector whose components are formed by the pitch and yaw angle changes. After a further cycle, the coordinate origin 38 has moved by a displacement vector 40 to a new coordinate origin 42 . The coordinate system has twisted by another roll angle change.

Man kann nun die Roll-, Nick- und Gierwinkeländerungen aufintegrieren und so alle auf das Koordinatensystem mit dem Koordinatenursprung 34 beziehen. Dieses Koordinatensystem ist zunächst willkürlich herausgegriffen: Es koinzidiert mit dem geschoßfesten Koordinatensystem zu einem Anfangszeitpunkt. Dessen Lage im Raum dient nun als Referenz, auch wenn das Geschoß weiter Roll-, Nick- und Gierbewegungen ausführt. Das Koordinatensystem mit dem Koordinatenursprung 34 wird ein elektronisch stabilisiertes, inertiales Koordinatensystem.You can now integrate the roll, pitch and yaw angle changes and thus all refer to the coordinate system with the coordinate origin 34 . This coordinate system is initially chosen arbitrarily: it coincides with the fixed coordinate system at an initial point in time. Its position in space now serves as a reference, even if the projectile continues to roll, pitch and yaw. The coordinate system with the coordinate origin 34 becomes an electronically stabilized, inertial coordinate system.

Infolge der Nick- und Gierschwingungen führt der Koordinatenursprung des geschoßfesten Koordinatensystems in diesem inertialen Koordinatensystem eine kreisende Bewegung aus. Der Mittelpunkt der Bahn dieses Koordinatensystems ist die Flugrichtung. Diese Flugrichtung ist in Fig. 7 mit 44 bezeichnet.As a result of the pitching and yawing vibrations, the coordinate origin of the bullet-fixed coordinate system executes a circular motion in this inertial coordinate system. The center of the orbit of this coordinate system is the direction of flight. This direction of flight is designated 44 in FIG. 7.

Der Bildausschnitt 22, mittels dessen die Roll-, Nick- und Gierraten bestimmt werden, wird so gewählt, daß er zu der Flugrichtung 44 zentriert ist. Dadurch wird das Entstehen einer scheinbaren Gierbewegung, wie sie anhand von Fig. 5 erläutert wurde, verhindert.The image section 22 , by means of which the roll, pitch and yaw rates are determined, is selected such that it is centered on the direction of flight 44 . This prevents the appearance of an apparent yaw movement, as was explained with reference to FIG. 5.

In dem elektronisch stabilisierten, inertialen Koordinatensystem erfolgt die Szenenanalyse mittels der ersten Rechnermittel.In the electronically stabilized, inertial The scene analysis is carried out using the first coordinate system Computing resources.

Die Bildanalyse durch die ersten Rechnermittel 12 und die Bildkorrelation durch die zweiten Rechnermittel 14 liefern als Ergebnis das Bild eines als Ziel identifizierten Objekts in dem inertialen Koordinatensystem mit dem Koordinatenursprung 34. Die Bewegung dieses Objekts wird von Bild zu Bild verfolgt. Diese Bewegung entspricht einer Drehung der Sichtlinie im Raum. Die Sichtlinie ist die geradlinige Verbindung zwischen Sensor und Objekt. Bei der "Proportionalnavigation" wird angestrebt, die Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie im Raum zu null zu machen.As a result, the image analysis by the first computer means 12 and the image correlation by the second computer means 14 provide the image of an object identified as a target in the inertial coordinate system with the coordinate origin 34 . The movement of this object is tracked from picture to picture. This movement corresponds to a rotation of the line of sight in space. The line of sight is the straight line connection between sensor and object. "Proportional navigation" aims to make the speed of rotation of the line of sight in space zero.

In den dritten Rechnermitteln 16, dem Lenkrechner, wird die zeitliche Folge der Objektpositionen in dem inertial stabilisierten Koordinatensystem in einen Vektor der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie mit zwei Komponenten umgerechnet. Die beiden Komponenten entsprechen den beiden kartesischen Achsen des inertial stabilisierten Koordinatensystems. Zu jeder Komponente der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie wird eine Beschleunigungskomponente berechnet. Im Falle der Proportionalnavigation ist diese Beschleunigungskomponente proportional der Komponente der Drehgeschwindigkeit der Sichtlinie.In the third computing means 16 , the steering computer, the temporal sequence of the object positions in the inertially stabilized coordinate system is converted into a vector of the rotational speed of the line of sight with two components. The two components correspond to the two Cartesian axes of the inertially stabilized coordinate system. An acceleration component is calculated for each component of the rotational speed of the line of sight. In the case of proportional navigation, this acceleration component is proportional to the component of the rotational speed of the line of sight.

Die so berechneten Beschleunigungen sind auf ein inertial ruhendes Koordinatensystem bezogen. Die Steuervorrichtung 18 ist jedoch geschoßfest. Die Steuervorrichtung 18 kann z. B. von aerodynamischen Flügeln oder Querschubdüsen gebildet sein. Es ist daher erforderlich, die inertialen Vektorkomponenten in das sich mit dem Geschoß mitdrehende Koordinatensystem zu transformieren. Die Transformationsmatrix ergibt sich dabei aus der vorstehend geschilderten Korrelationsrechnung.The accelerations calculated in this way are based on an inertial coordinate system. The control device 18 is, however, projectile-fixed. The control device 18 can e.g. B. be formed by aerodynamic wings or transverse thrusters. It is therefore necessary to transform the inertial vector components into the coordinate system rotating with the projectile. The transformation matrix results from the correlation calculation described above.

In dem inertialen Koordinatensystem sind bewegte Objekte identifizierbar. Diese bewegten Objekte würden das Ergebnis der Korrelationsrechnung verfälschen, weil aufeinanderfolgende Bilder nicht mehr miteinander übereinstimmen. Aus diesem Grunde werden die Ergebnisse der Bildanalyse von den ersten Rechnermitteln an die zweiten Rechnermittel übermittelt. Durch die zweiten Rechnermittel werden dann bei der Korrelationsrechnung die Bildelemente solcher bewegter Objekte unterdrückt.There are moving objects in the inertial coordinate system identifiable. These moving objects would be the result falsify the correlation calculation because successive Images no longer match. For this Basically, the results of the image analysis are from the first Computer means transmitted to the second computer means. By the second computer means are then at Correlation calculation the picture elements of such moving objects suppressed.

Unter dem Einfluß der Schwerkraft tritt bei einem rohrverschossenen Geschoß zusätzlich eine langsame Nickbewegung auf. Die Flugbahn neigt sich nach unten. Statt der annähernd kreisförmigen Bahn des Koordinatenursprungs mit konstanter Flugrichtung, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, tritt dadurch eine spiralige Bahn 46 auf, wie sie übertrieben in Fig. 8 dargestellt ist. Die Flugrichtung verlagert sich in dem inertialen Koordinatensystem längs einer geraden Bahn 48. Diese gerade Bahn 48 der durch die Mittelpunkte der Spiralwindungen bestimmten Flugrichtung gestattet eine Bestimmung der Vertikalen bzw. der Ausrichtung des inertialen Koordinatensystems zu dieser Vertikalen. Diese Information kann vorteilhafterweise bei der Zielidentifikation herangezogen werden.Under the influence of gravity, a slow pitching movement also occurs in a tube-fired projectile. The trajectory slopes down. Instead of the approximately circular orbit of the coordinate origin with a constant flight direction, as shown in FIG. 7, a spiral orbit 46 occurs, as exaggeratedly shown in FIG. 8. The direction of flight shifts in the inertial coordinate system along a straight path 48 . This straight path 48 of the direction of flight determined by the center points of the spiral turns allows the vertical or the orientation of the inertial coordinate system to be determined relative to this vertical. This information can advantageously be used in the target identification.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Endphasenlenkung rohrverschossener Munition, gekennzeichnet durch

• a) einen in die Spitze des Geschosses starr eingebauten Festkörper-Bildsensor,
• b) erste Rechnermittel zur Durchführung einer Szenenanalyse zwecks Zielerkennung,
• c) zweite Rechnermittel zur Musterkorrelation aufeinanderfolgender Bilder zwecks Bestimmung von Nick-, Gier- und Rollgeschwindigkeit des Geschosses,
• d) dritte Rechnermittel zur Erzeugung von Lenksignalen für Bahnkorrekturen aus Informationen der ersten und der zweiten Rechnermittel und
• e) eine Steuervorrichtung an dem Geschoß, durch welche die Bahn des Geschosses nach Maßgabe der Lenksignale korrigierbar ist.

1. Device for the final phase control of barrel-fired ammunition, characterized by

• a) a solid-state image sensor rigidly installed in the tip of the projectile,
• b) first computer means for performing a scene analysis for the purpose of target recognition,
• c) second computer means for pattern correlation of successive images for the purpose of determining the pitch, yaw and roll speed of the projectile,
• d) third computer means for generating steering signals for path corrections from information from the first and second computer means and
• e) a control device on the floor, by means of which the path of the floor can be corrected in accordance with the steering signals.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Geschoß mit zusätzlichen starren Lenkflossen zur Erzeugung einer Rollbewegung um eine Rollachse versehen ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the floor with additional rigid steering fins Generate a rolling motion around a roll axis is. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweiten Rechnermittel ein Algorithmus implementiert ist, durch welchen fortlaufend von dem Festkörper-Bildsensor während des Fluges des Geschosses gelieferte, aufeinanderfolgende Bilder dergestalt paarweise miteinander verglichen werden,

• 1. daß aus dem ersten Bild jedes Paares ein geeignet zu wählender Bildausschnitt rechnerisch solange im Koordinatensystem des darauffolgenden zweiten Bildes des Paares verschoben und verdreht wird, bis für diesen Bildausschnitt eine Position im zweiten Bild des Paares gefunden ist, die bestmöglich mit dem Bildmuster des zweiten Bildes übereinstimmt, und
• 2. daß aus dem gefundenen Verschiebungs- und Verdrehungswert dieser Position bestmöglicher Übereinstimmung die zwischen den beiden Bildern erfolgte Nick-, Gier- und Rollbewegung des Geschosses errechnet werden.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that an algorithm is implemented in the second computer means, by means of which successive images supplied continuously by the solid-state image sensor during the flight of the projectile are compared in pairs,

• 1. that from the first image of each pair an appropriately selected image section is computationally shifted and rotated in the coordinate system of the subsequent second image of the pair until a position is found for this image section in the second image of the pair that best matches the image pattern of the second Image matches, and
• 2. that the pitch, yaw and roll movement of the projectile that took place between the two images is calculated from the shift and twist value of this position found to be the best possible match.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• 1. als Kriterium für die Übereinstimmung des verschobenen und verdrehten Bildausschnitts mit dem nachfolgenden Bildmuster eine Korrelationsfunktion gebildet wird und
• 2. das Extremum dieser Korrelationsfunktion bestimmt wird, dessen Koordinaten die für optimale Übereinstimmung erforderliche Verschiebung und Verdrehung liefern.

4. Device according to claim 3, characterized in that

• 1. a correlation function is formed as a criterion for the correspondence of the shifted and rotated image section with the subsequent image pattern and
• 2. The extremum of this correlation function is determined, the coordinates of which provide the displacement and rotation required for optimal agreement.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten Rechnermittel

• 1. Algorithmen zur zeitlichen Integration der durch Korrelation ermittelten Rollraten enthalten, die einen Rollwinkel relativ zu einem inertialen Referenzsystem liefern, das nur zum Anfangszeitpunkt mit dem geschoßfesten Koordinatensystem zusammenfällt,
• 2. Algorithmen zur Berechnung der ersten zeitlichen Ableitung der Eulerschen Nick- und Gierwinkel mit Hilfe des Rollwinkels und der durch Korrelation ermittelten Nick- und Gierwinkelgeschwindigkeit bezogen auf das geschoßfeste Koordinatensystem bereitstellen und
• 3. Algorithmen zur zeitlichen Integration dieser Ableitungen enthalten, um die Lage des geschoßfesten Koordinatensystems relativ zum inertialen Referenzsystem zu beschreiben.

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the third computer means

• 1. contain algorithms for the temporal integration of the roll rates determined by correlation, which provide a roll angle relative to an inertial reference system that only coincides with the fixed coordinate system at the start,
• 2. Provide algorithms for calculating the first time derivative of Euler's pitch and yaw angles with the aid of the roll angle and the pitch and yaw angle speed determined by correlation with respect to the projectile-fixed coordinate system and
• 3. Contain algorithms for the temporal integration of these derivatives in order to describe the position of the fixed coordinate system relative to the inertial reference system.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die dritten Rechnermittel mit Algorithmen zur Bestimmung einer Flugrichtung in dem inertialen Koordinatensystem aus dem Verlauf der Nick- und Gierwinkel versehen sind damit
• b) zur Bestimmung der Korrelationsfunktion Bildausschnitte gewählt werden können, die zentrisch zu der so bestimmten Flugrichtung angeordnet sind.

6. Device according to claim 5, characterized in that

• a) the third computer means are provided with algorithms for determining a flight direction in the inertial coordinate system from the course of the pitch and yaw angles
• b) to determine the correlation function, image sections can be selected which are arranged centrally to the flight direction determined in this way.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Rechnermittel eine programmierbare Zentraleinheit und einen speziellen Korrelationsbaustein für Bildtranslationen aufweisen, wobei die Zentraleinheit zum Berechnen von Drehschritten der Bildmuster programmiert ist, und die rechnerisch gedrehten Bildmuster in dem Korrelationsbaustein Verschiebeschritten unterworfen werden.7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized characterized in that the second computing means a programmable central unit and a special one Have correlation building blocks for image translations, wherein the central processing unit for calculating turning steps the image pattern is programmed, and the arithmetic rotated image pattern in the correlation module Submission steps are subjected. 8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die ersten Rechnermittel zur Identifizierung von gegenüber einem Hintergrund bewegten Objekten eingerichtet sind und
• b) durch die zweiten Rechnermittel Pixel, die solchen bewegten Objekten zugeordnet sind, bei der Bestimmung der optimalen Übereinstimmung zwischen den aufeinanderfolgenden, gegeneinander verdrehten und verschobenen Bildmustern außer Betracht gelassen werden.

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that

• a) the first computer means are set up to identify objects moving relative to a background and
• b) by means of the second computer means pixels, which are assigned to such moving objects, are disregarded when determining the optimal match between the successive, mutually rotated and shifted image patterns.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die zweiten Rechnermittel ein Algorithmus implementiert ist, durch welchen fortlaufend von dem Festkörper-Bildsensor während des Fluges des Geschosses gelieferte, aufeinanderfolgende Bilder dergestalt paarweise miteinander verglichen werden,

• 1. daß aus dem zweiten Bild jedes Paares ein geeignet zu wählender Bildausschnitt rechnerisch solange im Koordinatensystem des vorangehenden ersten Bildes des Paares verschoben und verdreht wird, bis für diesen Bildausschnitt eine Position im ersten Bild des Paares gefunden ist, die bestmöglich mit dem Bildmuster des ersten Bildes übereinstimmt, und
• 2. daß aus dem gefundenen Verschiebungs- und Verdrehungswert dieser Position bestmöglicher Übereinstimmung die zwischen den beiden Bildern erfolgte Nick-, Gier- und Rollbewegung des Geschosses errechnet werden.

9. Device according to claim 1 or 2, characterized in that an algorithm is implemented in the second computer means, by means of which successive images delivered continuously by the solid-state image sensor during the flight of the projectile are compared in pairs,

• 1. that from the second image of each pair an appropriately selected image section is computationally shifted and rotated in the coordinate system of the preceding first image of the pair until a position is found for this image section in the first image of the pair that best matches the image pattern of the first Image matches, and
• 2. that the pitch, yaw and roll movement of the projectile that took place between the two images is calculated from the shift and twist value of this position found to be the best possible match.