NL8802289A

NL8802289A - Rondzoeksensor.

Info

Publication number: NL8802289A
Application number: NL8802289A
Authority: NL
Original assignee: Hollandse Signaalapparaten Bv
Priority date: 1988-09-16
Filing date: 1988-09-16
Publication date: 1990-04-17
Also published as: PT91727B; DE68919979D1; PT91727A; JPH02115784A; TR25179A; JP2622176B2; CA1338610C; US5134409A; EP0362914B1; EP0362914A2; AU4152489A; DE68919979T2; AU618402B2; EP0362914A3; KR900005189A; KR0142672B1

Description

Rondzoeksensor

De uitvinding heeft betrekking op een rondzoeksensor welke is voorzien van ten minste één rondzoekradarantenne die roteerbaar is uitgevoerd rond tenminste één eerste rotatieas.

Een uitvoering waarbij een dergelijke rondzoekradarantenne met een vaste omwentelingssnelheid rond een verticaal georiënteerde rotatieas roteert, heeft het nadeel dat de door een dergelijke antenne verkrijgbare informatie zich beperkt tot azimuth- en afstandsgegevens van de gedetecteerde objecten. Ten behoeve van het volgen van een bewegend object met behulp van de rondzoekradarantenne of het aansturen van een volgradar welke een door de rondzoekradarantenne gedetecteerd object moet gaan volgen, is het echter nuttig om aanvullende elevatiegegevens van het object te bezitten. Aanvullende elevatiegegevens kunnen weliswaar worden verkregen door de rondzoekantenne uit te voeren als een zogenaamde "phased-array" antenne, maar dit heeft als bezwaar dat de antenne duur en complex wordt. Daarnaast komt nog een tweede nadeel dat zelfs een radar welke snelheidsinformatie van gedetecteerde objecten op basis van het dopplereffect kan verschaffen, moeilijkheden heeft om stilstaande, of langzaam bewegende objecten in een omgeving met veel radarreflecties (dutter) te detecteren, zoals bijvoorbeeld helicopters in een landomgeving.

De uitvinding beoogt nu een rondzoeksensor te verschaffen welke de genoemde nadelen niet heeft en welke daartoe wordt gekenmerkt doordat de rondzoeksensor is voorzien van ten minste één, met de , rondzoekradarantenne mechanisch verbonden elektro-optische sensor.

De azimuth- en elevatieinformatie van een relatief goedkope elektro-optische sensor kan nu op eenvoudige wijze gecombineerd worden met de azimuth- en afstandsinformatie van een radarsensor.

Door de gecombineerde uitvoering zijn er geen problemen met een onderlinge uitlijning en parallax van de gezichtslijnen van twee aparte, los van elkaar staande sensoren. Bij plaatsing op een schip wil door vervorming van het schip, de uitlijning tussen twee los van elkaar staande sensoren nog wel eens verlopen. De parallax, opgevat als het verschil in hoek waaronder beide sensoren eenzelfde object waarnemen, kan nu verwaarloosd worden terwijl de uitlijning eenvoudig en stabiel is. Een onderlinge afstand tussen twee sensoren van 5 meter geeft voor een object op 1 km afstand al een maximale parallax van 5 mrad in hoek hetgeen veel groter is dan het oplossend vermogen van een elektro-optische rondzoeker welke 0,5 mrad kan bedragen.

Tevens wordt een kosten- en ruimtebesparing bereikt doordat gebruik kan worden gemaakt van één gemeenschappelijk stabilisatieinrichting.

Door de informatie van twee, ieder in een apart golflengtegebied gevoelige sensoren te combineren, wordt een verbeterde detectie verkregen van stilstaande objecten in een omgeving met veel radarreflecties. Het doelcontrast kan immers groot zijn ten gevolge van bijvoorbeeld reflecties of ten gevolge van warmtestraling van hete motordelen in het zichtbare, dan wel in het infrarode gebied terwijl het contrast in het radargolflengtegebied klein is. Tevens kan met een elektro-optische sensor geselecteerd worden op een verwachte obj ectgrootte hetgeen een extra hulpmiddel is om doelen van een achtergrond te scheiden.

In de octrooiaanvrage EP 0.205.794 wordt een samenwerking van een radarapparaat met een infrarood rondzoeker beschreven. Echter hier is nog geen sprake van een geïntegreerd ontwerp van een infrarode sensor met een radarantenne, maar wordt daarentegen uitgegaan van een willekeurige bekende radarantenne en een zelfstandig werkende, naast en los van de radarantenne geplaatste infrarood rondzoeker.

Deze combinatie kent alle nadelen van onderlinge uitlijning en parallax zoals hierboven besproken. Daarbij wordt de radarantenne geen zelfstandige functie toegedacht maar alleen gebruikt om de detecties van de IR-rondzoeker te verifiëren.

Een gunstige uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de elektro-optische sensor roteerbaar rond de eerste rotatieas is uitgevoerd. Hiermee wordt een groot azimuthbereik van de elektro-optische sensor verkregen.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de elektro-optische sensor dusdanig star is verbonden met de rondzoekradarantenne dat de rondzoekradarantenne en de elektro-optische sensor met gelijke rondzoeksnelheid roteren rond de eerste rotatieas. Hiermee wordt door de starre koppeling een stabiele uitlijning bereikt en behoeft de elektro-optische sensor niet van eigen rotatiemiddelen te worden voorzien.

Een eveneens gunstige uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de rondzoekradarantenne is voorzien van rotatie-aandrijfmiddelen geschikt om de elektro-optische sensor rond de eerste rotatieas ten opzichte van de rondzoekradarantenne te roteren.

De elektro-optische sensor kan dan eventueel met een hogere omwentelingssnelheid roteren om met een hogere frequentie gegevens te verkrijgen. Anderzijds kan door een lagere omwentelingssnelheid de gevoeligheid van de elektro-optische sensor worden vergroot.

Een laag impulsmoment van de radarrondzoekantenne wordt verkregen bij een uitvoering gekenmerkt doordat de elektro-optische sensor dusdanig met de rondzoekradarantenne is verbonden dat de elektro-optische sensor zich althans nagenoeg in het verlengde van de eerste rotatieas bevindt.

Een alternatieve uitvoeringsvorm van de rondzoeksensor wordt gekenmerkt doordat tenminste één gezichtslijn van de elektro-optische sensor althans nagenoeg samenvalt met tenminste één gezichtslijn van de rondzoekradarantenne. Dit heeft het voordeel dat de informatie van de radarantenne en de elektro- optische sensor ogenblikkelijk met elkaar kunnen worden gecorrreleerd.

Een uitvoeringsvorm gekenmerkt doordat tenminste één gezichtslijn van de elektro-optische sensor een tegengestelde richting heeft ten opzichte van tenminste één gezichtslijn van de rondzoekradarantenne heeft het voordeel dat een object met een hogere herhalingsfrequentie wordt bestreken door één van beide sensoren.

Een uitvoeringsvorm gekenmerkt doordat de elektro-optische sensor is voorzien van in een rij gerangschikte detektorelementen welke een met de eerste rotatieas evenwijdige lijn vormen van een door de elektro-optische sensor bestreken beeldveld heeft het voordeel dat er geen mechanische scanmiddelen nodig zijn voor de elektro-optische sensor.

Verder wordt een gunstige uitvoeringsvorm van de rondzoeksensor gekenmerkt doordat de detektorelementen gevoelig zijn voor infrarode straling. Dit heeft het voordeel dat de elektro-optische sensor ook 's-nachts kan worden gebruikt.

Een andere, bijzondere voordelen omvattende, uitvoeringsvorm van de rondzoeksensor wordt gekenmerkt doordat - de elektro-optische sensor en de rondzoekradarantenne ten opzichte van elkaar instelbaar over een beperkte hoek rond een tweede rotatieas zijn uitgevoerd, - de rondzoeksensor is voorzien van instelmiddelen geschikt voor het uitvoeren van genoemde instelling en - de tweede rotatieas nagenoeg loodrecht is georienteerd ten opzichte van de eerste rotatieas.

Hierbij is een groot elevatiebereik te verkrijgen waarbij de elektro-optische sensor en de radarantenne ieder een deel bestrijken van dat elevatiebereik. In het geval dat de radarantenne een groter elevatiebereik heeft dan de elektro-optische sensor kan de elektro-optische sensor, eventueel per omwenteling, in elevatierichting worden versteld.

Een alternatieve uitvoeringsvorm met hetzelfde voordeel als de hiervoor genoemde, wordt gekenmerkt doordat de elektro-optische sensor is voorzien van ten minste één optisch afbuigelement geschikt voor het afbuigen van een optische gezichtslijn van de elektro-optische sensor over een beperkte hoek rond een derde as welke loodrecht georiënteerd is ten opzichte van de eerste rotatieas.

Bij plaatsing op een bewegend platform is een vorm van stand-stabilisatie gewenst. Een eerste uitvoeringsvorm wordt daartoe gekenmerkt doordat de rondzoekradarantenne is voorzien van eerste standstabilisatiemiddelen geschikt voor het loodrecht oriënteren van de eerste rotatieas ten opzichte van een aardvast referentievlak. Hierbij wordt de rondzoeksensor in zijn geheel gestabiliseerd.

Een tweede uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de rondzoekradarantenne is voorzien van bundelstand-instelmiddelen.

Hierbij wordt door sturing van de stand van de antennebundel een gestabiliseerde zoekbeweging gemaakt. Doordat nu een dure en zware stabilisatie-eenheid voor de rondzoekradarantenne niet meer nodig is, heeft dit het voordeel dat de rondzoeksensor licht en goedkoop blij ft.

Daarnaast is er het voordeel dat de stabilisatie met een zeer kleine tijdconstante kan worden uitgevoerd daar traagheidseffecten ten gevolge van de massa van de gehele rondzoeksensor geen rol spelen.

Een derde uitvoeringsvorm wordt gekenmerkt doordat de tweede standstabilisatiemiddelen een in hoek instelbare en op de optische as van de elektro-optische sensor geplaatste spiegel omvatten.

Een aparte stabilisatie van de elektro-optische sensor beperkt de bewegingsonscherpte in het waargenomen beeld.

Een voordeel van een toepassing van een elektro-optische sensor betreft de eigenschap dat het niet mogelijk is om de aanwezigheid van deze sensor te detecteren gegeven het passieve karakter van de sensor. Om dit voordeel bij combinatie met een radar zoveel mogelijk te behouden verdient het aanbeveling om de rondzoekradarantenne te koppelen aan een zender welke radarstraling met een lage intensiteit genereert. Een gunstige uitvoeringsvorm van een radarsysteem wordt dan gekenmerkt doordat de rondzoekradarantenne is voorzien van een FM-CW zend- en ontvanginrichting.

De uitvinding zal nu worden beschreven aan de hand van de volgende figuren, waarvan

Fig. 1 de met een elektro-optische sensor voorziene rondzoekradarantenne weergeeft;

Fig. 2 schematisch een rotatievaste uitvoering van de bevestiging van de elektro-optische sensor weergeeft;

Fig. 3 schematisch een roteerbare uitvoering van de bevestiging van de elektro-optische sensor weergeeft; en Fig. 4 schematisch de bevestiging van de rondzoekradarantenne op een platform weergeeft.

Een uitvoeringsvorm overeenkomstig de uitvinding is weergegeven in fig. 1. Een rondzoekradarantenne 1 is ten opzichte van een antenneondersteuning 2 roteerbaar uitgevoerd rond een eerste rotatieas 3 met behulp van aandrijfmiddelen 4. De rondzoekradarantenne 1 is in deze uitvoering uitgevoerd als een op zich bekende sleufstraler. Een elektro-optische sensor 5 is in het verlengde van de eerste rotatieas 3 op de rondzoekradarantenne 1 gemonteerd door middel van bevestigingsmiddelen 6. Daarbij is de elektro-optische sensor 5 roteerbaar uitgevoerd rond een tweede rotatieas 7 welke loodrecht ten opzichte van de eerste rotatieas 3 is georiënteerd.

Een eerste mogelijke uitvoering van de bevestigingsmiddelen 6 is weergegeven in fig. 2. De elektro-optische sensor 5 is opgehangen in een ondersteunend frame 8 welke vast is verankerd met een bovenzijde 9 van de rondzoekradarantenne 1. De elektro-optische sensor 5 is roteerbaar uitgevoerd rond de tweede rotatieas 7 en is daartoe voorzien van geschikte lagering 10, rotatieaandrijfmiddelen welke een tandwieloverbrenging 11 en 12 omvatten die gekoppeld zijn aan een servomotor 13. De optische gezichtslijn van de elektro-optische sensor 5 kruist in deze uitvoering de eerste rotatieas 3. Een doorvoeropening 14 is aangebracht voor de doorvoer van elektrische en/of optische signaaldragers van en naar de elekro-optische sensor 5.

In fig. 3 is een uitvoering weergegeven met een roteerbare bevestiging van de elektro-optische sensor 5 op de rondzoekradarantenne 1. Hierbij is het frame 8 waarin de elektro-optische sensor 5 is opgehangen, bevestigd op een dragend deel 15 welke ondersteund wordt door een lagering 16. Deze lagering 16 staat nu een rotatie van het dragend deel 15 toe om een rotatieas 17 ten opzichte van de bovenzijde 9 van de rondzoekradarantenne 1. Deze rotatieas 17 valt in deze uitvoering samen met de eerste rotatieas 3, maar de rotatieas 17 kan eveneens evenwijdig maar niet samenvallend met de eerste rotatieas 3 worden uitgevoerd. Ten behoeve van deze rotatie is een tandwieloverbrenging 18 en een servomotor 19 aangebracht.

Voor doorvoer van elektrische en/of optische signaaldragers is een doorvoeropening 14 aangebracht en een, op zich bekende roteerbare elektrische en/of optische koppeling 20.

In fig. 4 is schematisch weergegeven op welke wijze de radarantenne 1 is bevestigd op de antenneondersteuning 2. Van de radarantenne is hier alleen een golfpijp 21 naar een sleufstraler 22 met bundelvormende platen 23 weergegeven. Deze bundelvormende platen zijn in hoek in elevatierichting instelbaar, waardoor de stand van de antennebundel in elevatie gestuurd kan worden. Hiermee is een gestabiliseerde rondzoekbeweging van de bundelas mogelijk. Bij een uitvoering met een radar met elektronische bundelvorming, kan eenzelfde effect worden verkregen door elektronische sturing van de handelstand. Het frame 8 waarin de elektro-optische sensor 5 is opgehangen, is in deze uitvoering rotatievast bevestigd op de bovenzijde 9 van de rondzoekradarantenne 1. Met behulp van een lagering 24 kan de radarantenne 1 roteren ten opzichte van de antenneondersteuning 2 om de rotatieas 3. Daartoe is een tandwieloverbrenging 25 en een servomotor 26 aangebracht. De draaibare elektrische en/of optische koppeling 20 fungeert als een roteerbare koppeling tussen elektrische en/of optische signaal-dragers naar de elektro-optische sensor 5. Daarnaast is er ook een roterende golfpijpkoppeling 27 aangebracht voor de golfpijp 21.

Afhankelijk van de mechanische uitvoering van de radarantenne 1 kan de elektro-optische sensor 5 ook op andere posities worden bevestigd, bij voorbeeld in het verlengde van de radarbundelas 28 op de achterzijde van de antenne. Ook wordt een alternatieve uitvoering verkregen door de elektro-optische sensor 5 in de omhulling van de radarantenne 1 te bouwen.

De elektro-optische sensor 5 is bij voorkeur uitgevoerd als een infrarood gevoelige sensor om ook 's-nachts en bij slechte atmosferische omstandigheden nog te kunnen functioneren. Met een daglichtsensor zoals een gewone TV-camera of een helderheids-versterker kan echter een goedkopere uitvoering worden verkregen.

Een combinatie van genoemde typen sensoren geeft het voordeel dat de detectiekans wordt vergroot ten gevolge van het feit dat een sensor kan worden gekozen waarbij het doelscontrast optimaal is.

De elektro-optische sensor 5 is bij voorkeur uitgevoerd als een complete zelfstandige camera-eenheid voorzien van de benodigde optica, stralingsgevoelige elementen, eventuele koeling en stuurelektronica ten behoeve van bemonsteren en filteren van de verkregen signalen. Teneinde de bewegingsonscherpte in het beeld zoveel mogelijk te beperken, kan de elektro-optische sensor worden voorzien van in hoek instelbare spiegels of prisma's welke op de optische as zijn geplaatst.

In het geval van de uitvoering met de infrarode sensor, wordt een gunstige uitvoering verkregen met een lijn-array van infrarood gevoelige elementen waarbij het lijn-array verticaal in het beeldveld is georiënteerd. De voor een beeldopbouw noodzakelijke scanbeweging loodrecht op de lengterichting van het lijn-array kan nu worden verkregen door rotatie van de elektro-optiche sensor 5 om de eerste rotatieas 3.

Verder kan de elektro-optische sensor 5 worden aangevuld met een las er-afstandsmeter ten behoeve van het verkrijgen van afstandsinformatie onafhankelijk van de radar.

Claims

1. Rondzoeksensor welke is voorzien van ten minste één rondzoek-radarantenne die roteerbaar is uitgevoerd rond tenminste één eerste rotatieas, met het kenmerk, dat de rondzoeksensor is voorzien van ten minste één, met de radarantenne mechanisch verbonden elektro-optische sensor.

2. Rondzoeksensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor roteerbaar rond de eerste rotatieas is uitgevoerd.

3. Rondzoeksensor volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor dusdanig star is verbonden met de rondzoekradarantenne dat de rondzoekradarantenne en de elektro-optische sensor met gelijke rondzoeksnelheid roteren rond de eerste rotatieas.

4. Rondzoeksensor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de rondzoekradarantenne is voorzien van rotatie-aandrijfmiddelen geschikt om de elektro-optische sensor rond de eerste rotatieas ten opzichte van de rondzoekradarantenne te roteren.

5. Rondzoeksensor volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor dusdanig met de rondzoekradarantenne is verbonden dat de elektro-optische sensor zich althans nagenoeg in het verlengde van de eerste rotatieas bevindt.

6. Rondzoeksensor volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor dusdanig met de rondzoekradarantenne is verbonden dat de elektro-optische sensor zich althans nagenoeg in het verlengde van een gezichtslijn van de rondzoekradarantenne bevindt.

7. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste één gezichtslijn van de elektro-optische sensor althans nagenoeg samenvalt met tenminste één gezichtslijn van de rondzoekradarantenne,

8. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat tenminste één gezichtslijn van de elektro-optische sensor een tegengestelde richting heeft ten opzichte van tenminste één gezichtslijn van de rondzoekradarantenne.

9. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor is voorzien van in een rij gerangschikte detektorelementen welke een met de eerste rotatieas evenwijdige lijn vormen van een door de elektro-optische sensor bestreken beeldveld.

10. Rondzoeksensor volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de detektorelementen gevoelig zijn voor infrarode straling.

11. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat - de elektro-optische sensor en de rondzoekradarantenne ten opzichte van elkaar instelbaar over een beperkte hoek rond een tweede rotatieas zijn uitgevoerd, - de rondzoeksensor is voorzien van instelmiddelen geschikt voor het uitvoeren van genoemde instelling en - de tweede rotatieas nagenoeg loodrecht is georienteerd ten opzichte van de eerste rotatieas.

12. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor is voorzien van ten minste één optisch afbuigelement geschikt voor het afbuigen van een optische gezichtslijn van de elektro-optische sensor over een beperkte hoek rond een derde as welke loodrecht georiënteerd is ten opzichte van de eerste rotatieas.

13. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rondzoekradarantenne is voorzien van eerste standstabilisatiemiddelen geschikt voor het loodrecht oriënteren van de eerste rotatieas ten opzichte van een aardvast referentievlak.

14. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rondzoekradarantenne is voorzien van bundelstand-instelmiddelen.

15. Rondzoeksensor volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de bundelstand-instelmiddelen in hoek verstelbare platen omvatten welke zich in althans een gedeelte van een uittredende bundel bevinden.

16. Rondzoeksensor volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de bundelstand-instelmiddelen een elektronische bundelvormer omvatten op basis van een phased-array principe.

17. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de elektro-optische sensor is voorzien van tweede standstabilisatiemiddelen.

18. Rondzoeksensor volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de tweede standstabilisatiemiddelen een in hoek instelbare en op de optische as van de elektro-optische sensor geplaatste spiegel omvatten.

19. Rondzoeksensor volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat de tweede standstabilisatiemiddelen een cardanramensysteem omvatten waarin de elektro-optische sensor is opgehangen.

20. Rondzoeksensor volgens één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rondzoekradarantenne is voorzien van een laserafstandsmeter.

21. Radarsysteem voorzien van de rondzoeksensor zoals omschreven in één van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rondzoekradarantenne is voorzien van een FM-CW zend- en ontvanginrichting.