NO172709B - Anordning for selektiv detektering av gjenstander - Google Patents

Abstract

En anordning for selektiv detektering av gjenstander, f.eks- fly, missiler, helikoptere og lignende, ved. hjelp av utgående stråler fra gjenstandene, fortrinnsvis IR-stråler, omfatter minst en følerenhet (1). Anordningen omfatter minst to optiske innføringer, anordnet på avstand i forhold til hverandre langs en siktelinje fra anordningen til gjenstanden. Følerenheten (1) omfatter minst et fokuseringsorgan (15) for foku-sering av strålene til et fokalplan. Følerenheten er utstyrt med minst et utstrålingsfølsomt detektorelement (16) som er innrettet til å avgi signaler svarende til utstrålingen. Anordningen er innrettet til varierende å avsøke et vinkelfelt i asimut, og/ eller elevasjon. Anordningen omfatter dessuten en evalueringsenhet (2) som er innrettet til å motta nevnte signaler. Oppfinnelsen er kjennetegnet ved. at evalueringsenheten (2) er innrettet til å selektere gjenstander som synes å ha lik størrelse hva an-går den vinkel som måles fra anordningens posisjon,. og selekteringen utføres på den ene side av gjenstander som befinner seg på lang avstand, f.eks.fly etc, og på den annen side av små gjenstander som befinner seg på kort avstand, f.eks. fugler,. idet der utføres en undertrykkelse av signaler hvis amplitude som en funksjon av den avsøkte asimut- eller elevasjonsvinkel viser en forholdsvis stor utstrekning sammenlignet med signaler som viser en forholdsvis liten utstrekning.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning for selektiv detektering av gjenstander, f.eks. fly, missiler, helikoptere og lignende, ved hjelp av utgående stråler fra gjenstandene, fortrinnsvis IR-stråler, omfattende minst en følerenhet, idet følerenheten omfatter minst et fokuseringsorgan innrettet til å fokusere nevnte stråler til minst et tilsvarende fokalplan, idet følerenheten er utstyrt med minst et utstrålings-følsomt detektorelement som er plassert i fokalplanet, samtidig som detektorelementet er innrettet til å avgi signaler svarende til den innkommende stråling, og idet anordningen er innrettet til varierende å avsøke et vinkelfelt i asimut og/eller elevasjon, og idet anordningen ytterligere omfatter en evalueringsenhet innrettet til å motta nevnte signaler.

Oppfinnelsen baserer seg på tidligere kjent teknikk, som kort vil bli omtalt her.

På markedet foreligger der en anordning, en såkalt avsøker, som er innrettet til å detektere flyvende gjenstander ved hjelp av IR-stråler som utsendes fra gjenstandene. En slik avsøker omfatter en følerenhet, en evalueringsenhet og en fremviser og styreenhet. Følerenheten mottar IR-stråler fra gjenstandene som skal detekteres, innenfor den for øye-blikket avsøkte romvinkel. Følerenheten oerfører de tilsvarende signaler til evalueringsenheten, som behandler signalene og ved signifikant detektering av gjenstander, dvs. i militær sammenheng, mål, overfører de tilsvarende signaler innbefattet retningskoordinater til fremviser- og styreenheten. Fra denne enhet utgår de samlede data, som i militær sammenheng har form dels av et synlig bilde på en skjerm og dels i form av signaler som er innrettet til å føres videre "on-line", og f.eks. benyttes til innretting av et ildgivningssystem for luftvern.

Hensikten med evalueringsenheten er å selektere blant de signaler som er mottatt fra følerenheten, signaler som er signifikante, dvs. som indikerer mål innenfor avsøknings-området for følerenheten, og å indikere når slike mål opptrer, og generelt å indikere deres koordinater. Evalueringsenheten virker således i henhold til på forhånd valgte og programmerte kriterier vedrørende hva som er å betrakte som signifikante gjenstander, dvs. mål.

En måte på hvilken funksjonene hos evalueringsenheten skal betraktes, går ut på å separere dem i filterfunksjoner og beslutningsfunksjoner. Filteret starter fra signalene som blir mottatt fra følerenheten (målt intensitet som en funksjon av retning), og er konstruert for å fremheve de typiske signaler for målene. Ved filtrering bibeholdes retningsinformasjonen. Man kan si at filterutgangs-signalet for en viss retning representerer et mål for sannsynligheten for at målet befinner seg i den aktuelle retning.

Et konkret eksempel utgjøres av et filter som for hver retning danner forskjellen mellom den målte intensitet i den aktuelle retning, og den gjennomsnittlige intensitet i et to-dimensjonalt intervall av de omgivende retninger. Typisk for et filter ved denne tilpasning, er spesielt relatert til det at utgangssignalet for en viss retning utgjør en avveiet sum av inngangssignalene til filteret i et vinkelområde i og omkring den aktuelle retning.

I forbindelse med en avsøker hvis formål går ut på å selektere signifikante gjenstander, dvs. mål i tillegg til filteret, kreves der også en beslutningsfunksjon. Denne funksjon er nødvendig for å avgjøre hvorvidt en signifikant gjenstand foreligger eller ikke. Den mest vanlige beslutningsfunksjon går ut på å sammenligne utgangssignalet fra filteret med en terskelverdi. Dersom denne overskrides, indikerer man en signifikant gjenstand, dvs. et mål. Den mekanisme som velger terskelnivået, kan også være innlemmet i beslutningsfunksjonen. Terskelverdiet blir ofte bestemt ved hjelp av en eller annen form for statistisk evaluering av utgangssignalene fra filteret, innenfor et stort område, eventuelt hele avsøkningsområdet. Formålet er å finne et nivå som overskrides ved en aksepterbar lav frekvens i fraværet av signifikante gjenstander, dvs. mål (falsk-alarm-frekvens), og som ennå ikke er altfor høyt for at opptredne mål med sikkerhet skal kunne indikeres.

Avsøkere av den hittil beskrevne art, virker fortrinnsvis innenfor IR-spektralområdene 3-5, respektive 7-13 mikrometer, som representerer "vinduer" med tanke på atmosfærens transmisjonsspektrum for IR-utstråling. Det innebærer at følerenhetenes fokuseringsenheter, som i seg selv kan omfatte en linse eller et speil, vanligvis omfatter en silisiumlinse for området 3-5 mikrometer, og en germaniumlinse for området 7-13 mikrometer, dvs. den blir valgt i forhold til det aktuelle spektralområde. Med hensyn til hittil foreliggende tilsvarende strålings-følsomme detektorelementer, må en slik linse gjøres forholdsvis stor, for at følerenheten skal fremskaffe signaler slik at evalueringsenheten kan detektere signifikante mål med en hvilken som helst nevneverdig presisjon.

En slik avføler kan ikke sondre mellom fugler (= insigni-fikante gjenstander) på en forholdsvis liten avstand og fly (= signifikante gjenstander) på større avstand, hvilket innebærer at slike fulger kan bevirke en falsk alarm, noe som innebærer en stor ulempe ved hittil kjente avsøkere av den innledningsvis angitte art.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse går således ut på å konstruere en anordning av den innledningsvis angitte art, for derved å gjøre det mulig å sondre mellom forholdsvis nære gjenstander som avgir utstråling, og slike gjenstander som befinner seg på større avstand, men hvilke gjenstander opptar en lignende romvinkel ved observasjon.

I henhold til oppfinnelsen er en slik anordning karakterisert ved at følerenheten omfatter minst to optiske innføringer anordnet ved en relativ avstand over en siktelinje fra anordningen til gjenstanden, og at evalueringsenheten er innrettet til å selektere gjenstander som synes å være av lignende størrelse med hensyn til den vinkel som måles fra anordningens posisjon, i forbindelse med, på den ene side, store gjenstander som befinner seg på stor avstand, f.eks. fly etc, og på den annen side, små gjenstander som befinner seg på kort avstand, f.eks. fugler etc, idet der undertrykkes signaler hvis amplitude som en funksjon av den avsøkte asimut- eller elevasjonsvinkel oppviser en forholdsvis større utstrekning sammenlignet med signaler som viser en forholdsvis liten utstrekning.

Ved en utførelsesform for anordningen i henhold til oppfinnelsen omfatter anordningen minst to følerenheter som har sine optiske innføringer for de utgående stråler fra gjenstandene anordnet på en relativ avstand langs siktelinjen. I dette tilfelle fungerer hver følerenhet i seg selv som en komplett enhet. Naturligvis er det påkrevet en tilsvarende signalbehandling i evalueringsenheten, dvs. signaler fra følerenhetene skal adderes før der utføres ytterligere signalbehandling i evalueringsenheten. Det er hensiktsmessig å konstruere en følerenhet, slik at hver optisk innføring omfatter et avbøyningsorgan, fortrinnsvis et speil, innrettet til å avbøye de innkommende stråler fra innføringen til det tilsvarende fokuseringsorgan. Dersom det benyttes et speil for hver optisk innføring, og da som et avbøyningsorgan, må de speil som benyttes naturligvis innrettes slik at utstrålingen fra hvert speil, som vanligvis er plassert under en vinkel på 45° i forhold til innkommende stråler, i virkeligheten kan nå fokuseringsorganet. Dette kan utføres ved hjelp av et arrangement som er slik innrettet at åpningen for de optiske innføringer er slik forskjøvet ikke bare i en dimensjon i forhold til siktelinjen, som utgjør en betingelse for anordningens drift, men også i en annen dimensjon vinkelrett i forhold til førstnevnte dimensjon. Det skal også forstås at man kan benytte speil som er delvis transparente med hensyn til den aktuelle utstråling. Dersom det er ønsket å anordne de optiske innføringer i to grupper, idet en er plassert på hver side av fokuseringsorganet, kan et ekstra speil for hver gruppe anordnes for føring av utstrålingen, som blir overført fra gruppen til fokuseringsorganet. Det innebærer vanligvis en linse, slik tilfellet er IR-utstråling, og da tildannet f.eks. av germanium, men konkave speil kan også være mulig, f.eks. i henhold til Cassegrain-systemet. Andre avbøyningsorganer kan også benyttes, f.eks. prismer innrettet for total refleksjon av innkommende stråler. De optiske akser for de optiske innføringer skal være parallelle.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen kan under visse omstendigheter anvendes med et eneste detektorelement, men hensiktsmessig kan der benyttes en såkalt gruppe omfattende en flerhet av detektorelementer anordnet i en rad. Slike detektorelementer kan også plasseres i et plan, dvs. to-dimensjonalt.

Anordningen kan konstrueres slik at der muliggjøres avsøkning av en liten eller stor romvinkel i asimut og elevasjon. Detektorelementene for følerenheten, enten et eneste element eller flere elementer anordnet enten som en-dimensjonal eller to-dimensjonal gruppe, fordrer forskjellige arrangementer for utvidelse av siktevinkelen i asimut eller elevasjon.

Ved en hensiktsmessig utførelsesform for anordningen ifølge oppfinnelsen kan anordningen som helhet dreies om en hovedsakelig vertikal akse, idet en flerhet av optiske innføringer er anordnet på en avstand fra nevnte akse, langs siktelinjen mot en imaginær gjenstand. Anordningen kan dessuten bevege seg i elevasjon, f.eks. trinn for trinn, slik at den f.eks. dreier seg en gang rundt for hver valgt elevasjonsposisjon. Bevegelsen i elevasjon kan som et alternativ være sammenhengende.

Avsøkningsområdet kan være vilkårlig stort eller lite, forutsatt at ansøkningen kan utføres langs gjenstanden i minst en retning som ligger tolererbart vel innenfor det plan hvor gjenstanden og i det minste to optiske innføringer er plassert. Naturligvis kreves der en vinkelposisjon-transduser for asimut og elevasjon, som avgir et posisjons-signal til evalueringsenheten for hver øyeblikkelig måleretning.

I stedet for en dreibar innretning kan denne innrettes til å kunne bevege seg f.eks. forover og bakover.

Videre er det mulig å la anordningen som en helhet være immobil og i stedet la følerenheten eller, hvor dette er hensiktsmessig, følerenhetene omfatte et optisk avsøknings-organ, innrettet til varierende å avsøke en optisk vinkel, i tillegg til den vinkel som kan avsøkes med det tilsvarende detektorelement, i asiumt og/eller elevasjon. En måte å oppnå dette på, går ut på å innrette avbøyningsorganene, f.eks. speilene, slik at disse kan beveges. I et ekstremt tilfelle kan en følerenhet anordnes med et enkelt detektorelement, omfattende et avsøkningsorgan, f.eks. et speil som virker som et avbøyningsorgan, idet speilet kan bevege seg om to akser vinkelrett i forhold til hverandre. Et slikt arrangement må imidlertid ha en begrenset praktisk anvendelighet, selv med en tilsvarende evalueringsenhet. Ved en slik anordning kan man oppnå en bedre virkningsgrad, dersom detektorelementene er innrettet som en arealgruppe, dvs. to-dimensjonalt.

Ved en foretrukken utførelsesform for oppfinnelsen omfatter denne optiske innføringer anordnet i grupper. Disse grupper kan passende omfatte to optiske innføringer hver. Avstanden mellom de optiske innføringer i en gruppe vil således bli kortere enn avstanden mellom to optiske innføringer som tilhører to forskjellige grupper. Ved hjelp av et slikt arrangement oppnår man en ytterligere undertrykkelse av signaler som skriver seg fra forholdsvis små, forholdsvis nære gjenstander, hvilket vil bli omtalt i det følgende. Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i ytterligere detalj under henvisning til de vedføyde tegningsfigurer, som vedrører et eksempel på en utførelsesform for anordningen, dvs. en avsøker som er konstruert for militært formål ved hjelp av IR-teknikk. Tegningsfigurene omfatter følgende:

Figur 1 er et blokkdiagram over avsøkeren.

Figur 2 er et perspektivriss av følerenheten i avsøkeren. Figur 3 viser det optiske arrangement ved følerenheten. Figur 4 viser fokuseringsorganer samt detektorelementer. Figur 5 er en gruppe av detektorelementer innrettet lineært. Figur 6 er en prinsippskisse vedørende avsøkningsmetoden ved anordningen.

Figur 7 er et blokkdiagram for følerenheten.

Figur 8 er et blokkdiagram for evalueringsenheten.

Figur 9 viser skjematisk et følerhode sett ovenfra.

Figur 10 viser signalamplituden via de fire optiske inn-føringer på figur 9, som en funksjon av asimutvinkelen. Figur 11 viser et detektor-utsignal med henholdsvis fire og en optisk innføring. Figurene 12, 13, 14 viser filter-utsignal med henholdsvis fire og en optisk innføring, ved avstander på henholdsvis 500 m, 130 m og 10 km. Figurene 15 og 16a, 16b viser skjematisk virkemåten ved et filter.

På figur 1 angir henvisningstall 1 en følerenhet, 2 en evalueringsenhet og 3 en fremviser- og styreenhet. IR-stråler som blir mottatt fra gjenstandene innenfor av-søkningsområdet, er betegnet med henvisningstall 4, de tilsvarende signaler fra følerenheten til evalueringsenheten med henvisningstall 5, og de evaluerte signaler for signifikante gjenstander med henvisningstall 6, idet nevnte signaler overføres til fremviser- og styreenheten 3. De oppsamlede ut-data fra denne enhet er betegnet med henvisningstall 7, og kan anta form av et synlig bilde på en skjerm og også som signaler for f.eks. føring av et ildgivnings-styresystem for luftvern. Den forbindelse som er betegnet med henvisningstall 8, overfører start- og stoppkommandoer etc.

Følerenheten på figur 2 omfatter et følerhode med åpnninger 10 for fire optiske innføringer. Følerhodet er opphengt fra en elevasjonsservo 11, for en trinn for trinn justering til forskjellige elevasjonsvinkler ved dreining og en horisontal akse. Elevasjonsservoen 11 er stivt forbundet med en vertikalakse 12 som understøttes på et stativ 13. I stativet er der anordnet en motor som er innrettet til å drive akselen 12 med konstant omdreiningstall pr. sekund. Dessuten foreligger der en vinkeltransduser og sleperinger som er nødvendige for signaloverføring gjennom en kabel 14 til de andre enheter. De optiske arrangementer i følerhodet 9 kan man se på figur 3, hvor henvisningstall 15 angir et fokuseringsorgan i form av en linse. Dennes fokalplan omfatter en flerhet av detektorelementer som er anordnet i en gruppe 16 med sin akse 17 vinkelrett i forhold til linsens horisontal-hovedakse 18. På den annen side av linsen 15 er der anordnet fire plane rektangulære speil 19, hvis symmetriakser 20 er parallelle i forhold til kortsidene av speilen, og krysser hovedaksen 18 for linsen og er parellelle i forhold til aksen 17 for detektorgruppen 16. Speilene er parallelle i forhold til hverandre og speil-planet danner en vinkel på 45° i forhold til det plan som er definert ved aksene 17, 18. Speilene 19 er forskjøvet i forhold til hverandre langs symmetriaksen 20, og har en slik størrelse at dels blir den effektive totale åpning for følerenheten hovedsakelig den samme som arealet for linsen, og dels vil alle speilene bidra hovedsakelig likt med hensyn til nevnte åpninger. Som optisk akse 21 for følerhodet er her definert den akse som vinkelrett treffer aksene 18, 20 ved det speil som ligger nærmest linsen. Det skal forstås at en gjenstand som befinner seg på den optiske akse 21 på lang avstand, vil bli reprodusert som et punkt ved midtpunktet for detekteringsgruppen 1 6.

På figur 4 er fokuseringsorganene, dvs. linsen 15 og dekteringsgruppen 16, gjengitt med realistiske størrelses-relasjoner. Detektorgruppen har en lengde 1, og linsen har fokallengden f. På figuren er der opptegnet de stråler som kommer fra tre forskjellige små gjenstander som befinner seg på lang avstand, og slik at de blir reprodusert i henholdsvis de ekstreme posisjoner og midtpunktet av detektorgruppen .

Det skal forstås at synsfeltet ae for følerennheten 1 i det viste plan er

ae = 1

f

Ved dette eksempel settes ae = 0.16 radianer eller 160 milliradianer.

På figur 5 er detektorgruppens utseende vist i ytterligere detalj. Ved dette eksempel foreligger der 64 like separate detektorelementer med størrelse a x b. Ved dette eksempel er a = 0.2 im og b = 0.5 mm. Lengden av detekteringsgruppen blir således 64 x 0.5 mm = 32 mm. Som en konsekvens blir fokallengden for linsen 200 mm. Hvert detektorelement dekker en romvinkel på 2.5 mrad x 1 mrad.

Utifrå det som er sagt med hensyn til figurene 2-5, turde det være innlysende at følerenheten kan måle samtidig den innfallende stråleintensitet i 64 retninger 2.5 mrad fra hverandre innenfor en sektor på 160 mrad i vertikalplanet, hvilket innebærer at oppløsningen er 2.5 mrad i elevasjon. Ved dreining av følerhodet om vertikalaksen 12 på figur 2, kan måling utføres for asimutvinkler gjennom hele omdreiningen med en vinkeloppløsning på 1.0 mrad. Mellom forskjellige omdreininger vil elevasjonen for følerhodet bli endret ved hjelp av elevasjonsservoen 11. En fullstendig avsøkning kan f.eks. omfatte tre omdreininger, dvs. en avsøkning av et elevasjonsområde på 540 mrad eller ca. 31°. En slik avsøkningssyklus er vist på figur 6.

Et blokkdiagram for følerenheten er vist på figur 7. Her er følerhodet betegnet med henvisningstall 9, mens en asimut-motor er betegnet med 22, en elevasjonsservo med henvisningstall 11, en asimutvinkel-transduser med henvisningstall 23, speilene ved henvisningstall 19, linsen ved henvisningstall 15, detektorgruppen ved 16, forsterker ved 24, multiplekser ved 25, og en A/D-omformer ved 26. Føler-enheten avgir utsignaler 27, 28.

Signalet 27 er således et digitalsignal i serieform som med en viss sekvens og med en viss skalafaktor designerer intensiteten hos den innfallende stråle målt via de respektive detektorelementer. Signalet 28 viser asimutret-ningen for den optiske akse for følerhodet. Elevasjonsservoen 11 blir styrt av et signal 29. Under en komplett avsøkningssyklus på tre omdreininger beskriver signalene 27, 28 og 29 den målte utstrålningsintensitet som en retnings-funksjon i hele det avsøkte romvinkelområde, noe, slik det fremgår av det ovenstående, i det foreliggende tilfelle dekker 540 mrad i elevasjon og hele omdreiningen i asimut.

Måleverdiene som fremskaffes ved følerenheten til evalueringsenheten under en avsøkningssyklus, kan matematisk sies å beskrive en matrise, her betegnet med A, hvis elementer a^j betegner den målte innfallende utstrålningsintensitet i

retningen

asimut = i x 0.5 milliradianer

elevasjon = j x 2.5 milliradianer

i forhold til en valgt referanseretning. I det etter-følgende vil matrisen bli henvist til i forbindelse med en eksemplifisering av filterfunksjonen.

Signalet fra hvert separat detektorelement blir avlest med et mellomrom i asimut som er lik halvparten av vinkelbredden av detektorelementet, dvs. 0.5 mrad. Totalt vil et stort antall av målte verdier således sendes ut fra detektorelementene i form av digitalsignaler til evalueringsenheten, hvor de blir lagret i et lager, og kan visualiseres på f.eks. et katodestrålerør, på en slik måte at bildet viser en plan gjengivelse av den sene som er dekket av avsøknings-området. På avbildningen er lysintensiteten i et visst punkt et mål på den målte innfallende IR-utstrålings-intensitetet i måleretningen svarende til punktets retning.

Evalueringsenheten 2 er på figur 8 tegnet i form av et blokkdiagram. Dette omfatter et lager 10, som i denne forbindelse er betegnet billedlager, et filter 31, en terskelkalkulator 32, et sammenligningsorgan 33 og et mållager 34. Via følerenheten vil de digitale signaler fra detektorelementene være tilgjengelige. I billedlageret 30 er der lagret temporært forskjellige kombinasjoner av digitale signaler fra detektorelementene, i henhold til en viss sekvens, noe som representerer forskjellige deler av det avsøkte vinkelområde, og da på en slik måte at signalene fra alle delene av avsøkningsområdet, under en avsøknings-syklus, kan behandles ved hjelp av filteret 31, som beregner på en i og for seg kjent måte, forskjellen mellom signalintensiteten i en valgt retning og signalintensiteten i det omgivende område, areal etter areal for det avsøkte området.

For å bestemme hvorvidt et signifikant mål eller gjenstand er målt eller ikke, blir der nå benyttet en beslutningsfunksjon omfattende terskelkalkulatoren 32 og sammenlig-ningsorganet 33, idet sistnevnte også har en direkte forbindelse med filteret 31 .

Virkemåten vil bli anskueliggjort ved et par anvendelses-eksempler.

Figur 9 viser vertikalt fra oversiden av speilene 1, linsen 15, detektorelementet 16, en gjenstand 36, de optiske akser for de optiske innføringer 37 - 40, samt stråler fra

gjenstandene til de optiske innføringer 41 - 44. På figuren er der vist en avsøker i avsøkerposisjon fi = 0, dvs. asimut-posisjon 0. Avsøkningen blir utført ved hjelp av dreining i en retning med utviserne, dvs. i henhold til pilen 45.

Diameteren for linsen er D0p^, og avstanden mellom speilene °-12' <d>23' ^34• Vinkelavstanden for gjenstanden fra de respektive optiske akser er fi-| , f$2, B3, og B4 og avstanden til gjenstanden er R.

Utstrekningen av gjenstanden er <D>0bj.

Som et eksempel på målte testresultater er der i det følgende gitt noen diagrammer som viser anordningens virkemåte .

Anordningen har ved dette eksempel følgende dimensjoner:

Dopt = 0.20 m

<d>12 = 0.25 m

<d>23 = 0.50 m

<fi>1 = 2.00 mrad

Dersom R varieres fra 90 m til 10 km, vil der fremskaffes en flerhet av diagrammer, hvor vertikalaksen i alle disse tilfeller er relatert til signalamplituden.

Slik det fremgår av valget av d-|2/<d>23 °9 d34' er speilene ifølge dette eksempel innrettet i to par med hensyn til avstanden. Avstanden innenfor hvert par er 0.25 m. Avstanden mellom parene er 0.50 m, målt som avstanden mellom de midlere to av de fire. Hensikten er å bevise virkningen av de speil som er plassert på denne spesielle måte.

Ved valg av parameterverdiene, såvel som eksemplene på utførelsesformene for avsøkeren ellers, gikk formålet ut på ikke å beskrive en optimal løsning, men bare å angi en løsning for derved å anskueliggjøre oppfinnelsen.

Ved de følgende eksempler relaterer figur 10 - 14 seg til gjenstander som sett fra anordningen, dvs. de optiske innføringer hos følerenheten, viser en lignende romvinkel-utstrekning og lignende utstrålingsintensitet, dvs. fugler på en forholdsvis kort avstand og fly på en lenger avstand.

På figur 10 er det vist til å begynne med, for en avstand på 90 m, de fire optiske signaler 1-4, som når frem til detektoren via de fire speil. Nummereringen av signalene på figur 10 svarer til nummereringen av speilene på figur 9. Det skal gjøres oppmerksom på at utsignalet fra detektoren er lik summen av disse fire optiske signaler. Utsignalet fra detektoren er vist på figur 11a. På figur 11 b er detektorsignalet vist i tilfelle av en eneste optisk innføring. Figur 11 relaterer seg til avstanden 90 m, hvilket også er tilfellet for figur 10.

Virkemåten for filteret 31 vil bli beskrevet under henvisning til figur 15. Figuren viser en seksjon av matrisen A hvor hvert element i matrisen er representert ved hjelp av en firkantet rute. I rutemønsteret er der vist to områder, betegnet henholdsvis kjerne og ramme. Kjernen omfatter tre matriseelementer, idet elementet a^j befinner seg i midten. Rammen omfatter de matriseelementer som slutter seg til og omgir kjernen. Filterfunksjonen går ut på å beregne forskjellen mellom den høyeste elementverdi i kjernen, og den høyeste elementverdi i rammen. Denne beregning blir utført for hver mulig posisjon (i, j) i matrisen A. Resultatet utgjøres av en ny matrise B med elementer b-^j, som representerer utsignalet fra filteret.

Virkemåten for filteret 31 er vist på figur 16 a og 16 b. Her er der nedtegnet de nummeriske verdier for elementene i matrisen A. På figur 16 a er den høyeste verdi i kjernen 3, og den høyeste verdi i rammen er 3, og således vil utsignalet fra filteret være null. På figur 16 b i kjernen 3, mens i rammen er den høyeste verdi 1, og utsignalet vil således være 2. Det indikerer at filteret har en tendens til å forøke, dvs. gi et stort utsignal for gjenstander som i matrisen A har en utstrekning som er mindre enn eller lik størrelsen av filterkjernen, mens store gjenstander blir undertrykket, dvs. gir et lite utsignal fra filteret.

Det skal påpekes at for den foretrukne virkemåte turde det være tilstrekkelig å benytte et filter som foretar en samordnet avveining bare av signalene fra det plan som inneholder gjenstanden og de optiske innføringer. Ved det viste eksempel kan filteret illustreres ved rad nr. i.

På figur 15 er størrelsen av filterkjernen gitt i asimut lik 1.5 mrad og i elevasjon lik 2.5 mrad, idet disse verdier følger fra tidligere gitte avsøkningsintervaller 0.5 mrad og 2.5 mrad i de respektive retninger. Det skal her pekes på at et fly på en avstand av 10 km, sett fra avsøkeren, dekkes av en vinkel på hovedsakelig mindre enn 1.0 mrad, og flyet vil derfor befinne seg vel innenfor filterkjernen og derfor bli forsterket av filteret.

Det er innlysende fra figur 11 at for avstanden 90 m, vil amplituden av det detekterte signal være betydelig mindre med fire innføringer enn med én eneste innføring. Ut-strålingsenergien som blir mottatt av detektoren, er den samme i begge tilfeller, men i tilfellet av fire innfør-inger, vil energien bli mottatt innenfor et større vinkelområde, dvs. ved en viss avsøkningshastighet, i løpet av en forlenget tid, og derfor ved et lavere effektnivå. Utsignalet fra detektoren, eller mer eksakt utsignal-spenningen i volt, vil ved hvert tidspunkt være propor-sjonalt med den innfallende effekt i watt. Den mottatte energi er representert på figur 11 ved arealet under de respektive kurver.

Det kan også sies at figur 11 anskueliggjør en situasjon hvor bruken av fire parallelle eller sideveis separerte optiske innføringer resulterer i undertrykkelsen av signalet fra en gjenstand ved en slik avstand fra avsøkeren, at strålene fra gjenstanden når innføringene til avsøkeren divergerende. Ved divergerende stråler kan det derved forstås stråler som har en relativ vinkelforskjell, som er den samme eller større enn en ikke altfor liten fraksjon av vinkeloppløsningen, som i dette tilfelle er 1 mrad.

Figur 12 viser for distansen 500 m, dels detektorsignalet, dels utsignalet 2. Figur 12a refererer seg til det tilfellet hvor der benyttes fire innføringer, og figur 12b vedrører en eneste innføring. Figur 12 illustrerer virkemåten for kombinasjonen av de fire optiske innføringer på den ene side, og filteret på den annen side. Fra denne figur fremgår med all tydelighet at filteret reduserer signalnivået betydelig mer i tilfellet av fire innføringer, enn i tilfellet av en eneste innføring. Grunnen er at de fire sideveis separate innføringer gir en utvidelse av signalpulsen, og at filteret er slik innrettet at det gir et lavere utsignal når filter-innsignalet er bredere.

på figur 13 er derfor avstanden 130 m vist de signaler som svarer til dem på figur 12. Her oppnår man to signalpulser, i tilfellet av fire optiske innføringer, en for hvert par av speil. Figur 13 illustrerer virkemåten med å arrangere speilene med hensyn til avstand, i to par, på den måte som er beskrevet ovenfor. Ved at man arrangerer speilene på denne måte ved denne avstand, oppnås der to brede pulser som filteret har en tendens til å undertrykke.

på figur 14 er der vist, ved avstanden 10 km, de tilsvarende signaler som ved figur 12. Fra figur 14 fremgår det at utsignalet fra filteret er tilnærmet så stort som med fire

innføringer, som med en eneste. Grunnen til dette er at avstanden er så stor i forhold til lengden som speilen er plassert innenfor, at strålene fra gjenstandene når avsøkeren hovedsakelig parallelt. Således vil mål kunne detekteres på lange avstander, og da like effektivt med fire sideveis atskilte innføringer, som med en eneste innføring.

Det skal legges vekt på at den beskrevne utførelsesform for en anordning i henhold til oppfinnelsen, er et eksempel, slik det tydelig fremgår av de vedføyde patentkrav og den foreliggende beskrivelse, foreligger der tallrike varianter av anordninger i henhold til oppfinnelsen. F.eks. kan de optiske innføringer for følerenheten eller -enhetene kunne plasseres vertikalt i en rad.

Selv om digital teknikk er fordelaktig, kan det også tenkes at signalene ikke trenger å samples, eller at der foreligger behov for digitalform. Filteret kan konstrueres på forskjellige måter. Det kan f.eks. være et analogfilter og virke med hensyn på tid i stedet for med hensyn på vinkel.

Overføringsfunksjonen for filteret kan være annerledes enn den som er beskrevet ved eksemplet på utførelsesformer, så lenge som det er innrettet til relativt å forsterke signaler fra gjenstandene eller deler av de gjenstander som ved observasjon fra følerens posisjon og i følerens spektralområde, oppviser en vinkelutstrekning som er mindre enn en valgt verdi, men undertrykker eller, i mindre grad, forsterker signaler fra gjenstander som viser en større utstrekning enn den valgte.

Overføringsfunksjonen for filteret trenger ikke å være fiksert, men kan være variabel for justeringsformål, f.eks. i henhold til aktuelle betingelser i relasjon til gjenstandene .

Spektralområdet kan være forskjellig fra IR-området, f.eks. det synlige området eller mm-bølgeområdet.

Claims (13)

1. Anordning for selektiv detektering av gjenstander, f.eks. fly, missiler, helikoptere og lignende, ved hjelp av utgående stråler fra gjenstandene, fortrinnsvis IR-stråler, omfattende minst en følerenhet (1), idet følerenheten (1 ) omfatter minst et fokuseringsorgan (15) innrettet til å fokusere nevnte stråler til minst et tilsvarende fokalplan, idet følerenheten er utstyrt med minst et utstrålings-følsomt detektorelement (16) som er plassert i fokalplanet, samtidig som detektorelementet er innrettet til å avgi signaler svarende til den innkommende stråling, og idet anordningen er innrettet til varierende å avsøke et vinkelfelt i asimut og/eller elevasjon, og idet anordningen ytterligere omfatter en evalueringsenhet (2) innrettet til å motta nevnte signaler, karakterisert ved at følerenheten omfatter minst to optiske innføringer (10) anordnet ved en relativ avstand over en siktelinje fra anordningen til gjenstanden, og at evalueringsenheten (2) er innrettet til å selektere gjenstander som synes å være av lignende størrelse med hensyn til den vinkel som måles fra anordningens posisjon, i forbindelse med, på den ene side, store gjenstander som befinner seg på stor avstand, f.eks. fly etc, og på den annen side, små gjenstander som befinner seg på kort avstand, f.eks. fugler etc, idet der undertrykkes signaler hvis amplitude som en funksjon av den avsøkte asimut- eller elevasjonsvinkel oppviser en forholdsvis større utstrekning sammenlignet med signaler som viser en forholdsvis liten utstrekning.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved minst to følerenheter (1 ) som har sine optiske innføringer (10) for de utgående stråler fra gjenstandene ved en relativ avstand langs nevnte siktelinje.

3. Anordning som angitt i kravene 1 eller 2, karakterisert ved at hver optisk innføring (10) omfatter et avbøyningsorgan, fortrinnsvis et speil (19), som er innrettet til å avbøye de innkommende stråler for innføringen til det tilsvarende fokuseringsorgan (15).

4. Anordning som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at følerenheten (1) omfatter en flerhet av detektorelementer (16) innrettet i en dimensjon.

5. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at følerenheten (1) omfatter en flerhet av detektorelementer (16) innrettet i to dimensjoner.

6. Anordning som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at anordningen for av-søkning i asimut i tillegg til de optiske innføringers eget synsfelt er innrettet bevegelig, fortrinnsvis dreibart.

7. Anordning som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at anordningen for av-søkning i elevasjon er anordnet bevegelig, f.eks. trinn for trinn.

8. Anordning som angitt i et av kravene 1-7, karakterisert ved at følerenheten (1) omfatter minst et optisk avsøkningsorgan innrettet til å avsøke varierende et vinkelområde i tillegg til synsfeltet som kan avsøkes ved de tilsvarende detektorelementer i asimut og/eller elevasjon.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at avsøkningsorganene som omfatter avbøyningsorganene, er anordnet bevegelig.

10. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at minst en følerenhet (1) omfatter et eneste fokuseringsorgan.

11. Anordning som angitt i krav 10, karakterisert ved at den omfatter et eneste fokuseringsorgan.

12. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at anordningen omfatter optiske innføringer anordnet i grupper.

13. Anordning som angitt i krav 1 2, karakterisert ved at gruppene omfatter to optiske innføringer hver.