DE03725555T1 - Luftaufklärungssystem - Google Patents

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Abstract

Flugzeug-Bordaufklärungssystem, das Folgendes umfasst:
– einen Kardanring, der wenigstens zwei Freiheitsgrade hat,
– wenigstens eine Matrix von Lichtsensoren, die auf dem Kardanring angeordnet sind, um durch denselben innerhalb wenigstens zweier Freiheitsgrade gerichtet zu werden,
– Kartenspeichermittel zum Speichern wenigstens einer Digitalen Höhenkarte eines Gebiets von Interesse, das in Abschnitte geteilt ist,
– ein Trägheitsnavigationssystem, um einem Kardansteuergerät in Echtzeit Navigations- und Orientierungsdaten des Flugzeugs in Bezug auf ein vordefiniertes globales Achsensystem bereitzustellen,
– eine Abschnittsauswahleinheit zum Auswählen jeweils eines anderen Gebietsabschnitts aus dem Gebiet von Interesse,
– ein Servosteuergerät zum:
A. Empfangen jeweils eines Koordinatensatzes des selektiven Gebietsabschnitts von der Digitalen Höhenkarte, wobei der Satz die x:y-Koordinaten des Gebietsabschnitts und die Höhe z des Mittelpunkts dieses Abschnitts umfasst,
B. fortlaufenden Empfangen aktueller Positions- und Orientierungsdaten des Flugzeugs,
C. wiederholten Berechnen und Übertragen in die Kardanservoeinheit in Echtzeit und mit einer hohen...

Claims (33)

  1. Flugzeug-Bordaufklärungssystem, das Folgendes umfasst: – einen Kardanring, der wenigstens zwei Freiheitsgrade hat, – wenigstens eine Matrix von Lichtsensoren, die auf dem Kardanring angeordnet sind, um durch denselben innerhalb wenigstens zweier Freiheitsgrade gerichtet zu werden, – Kartenspeichermittel zum Speichern wenigstens einer Digitalen Höhenkarte eines Gebiets von Interesse, das in Abschnitte geteilt ist, – ein Trägheitsnavigationssystem, um einem Kardansteuergerät in Echtzeit Navigations- und Orientierungsdaten des Flugzeugs in Bezug auf ein vordefiniertes globales Achsensystem bereitzustellen, – eine Abschnittsauswahleinheit zum Auswählen jeweils eines anderen Gebietsabschnitts aus dem Gebiet von Interesse, – ein Servosteuergerät zum: A. Empfangen jeweils eines Koordinatensatzes des selektiven Gebietsabschnitts von der Digitalen Höhenkarte, wobei der Satz die x:y-Koordinaten des Gebietsabschnitts und die Höhe z des Mittelpunkts dieses Abschnitts umfasst, B. fortlaufenden Empfangen aktueller Positions- und Orientierungsdaten des Flugzeugs, C. wiederholten Berechnen und Übertragen in die Kardanservoeinheit in Echtzeit und mit einer hohen Geschwindigkeit von Signalen für: a. während eines Richtzeitraums Signalen zum entsprechenden Richten des Kardanrings einschließlich der wenigstens einen Matrix von Lichtsensoreinheiten zu den x:y:z-Koordinaten des ausgewählten Gebietsabschnitts hin und b. während eines Integrationszeitraums, in dem die Matrixsensoren von dem Gebietsabschnitt kommendes Licht integrieren, der Kardaneinheit Signale bereitzustellen zum Ausgleichen der Richtungsänderung zu den x:y:z-Koordinaten des ausgewählten Gebietsabschnitts hin, die aus der Flugzeugbewegung entsteht, – einen Kardanring-Stellantrieb, um das Richten des Kardanrings in wenigstens zwei Freiheitsgraden entsprechend den von dem Servosteuergerät bereitgestellten Signalen zu bewirken, – Abfragemittel zum gleichzeitigen Abfragen der Bildpunktniveaus von jedem der Matrixsensoren am Ende des Integrationszeitraums, wobei ein Satz aller der abgefragten Bildpunktniveaus ein Bild des Gebietsabschnitts bildet, und – Speichermittel zum Speichern mehrerer Gebietsabschnittsbilder.
  2. System nach Anspruch 1, wobei die eine oder mehreren Matrix/Matrizen ausgewählt wird/werden aus wenigstens einer für sichtbares Licht empfindlichen Matrix, einer für UV-Licht empfindlichen Matrix, einer für Infrarot-Licht empfindlichen Matrix, einer Multi-/Hyperspektralmatrix und einer aktiven Beleuchtungsmatrix.
  3. System nach Anspruch 1, wobei die Navigationsdaten des Flugzeugs Daten in Bezug auf die 3D-Position des Flugzeugs und seine Geschwindigkeits- und Beschleunigungsvektoren in Bezug auf ein vordefiniertes Koordinatensystem und seine Orientierungsdaten bezüglich der Orientierung des Flugzeugs in Bezug auf das vordefinierte Koordinatensystem umfassen.
  4. System nach Anspruch 1, wobei das Trägheitsnavigationssystem Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und Orientierungssensoren umfasst, wobei wenigstens einige der Sensoren auf dem Kardanring angeordnet sind.
  5. System nach Anspruch 1, wobei wenigstens einige der Matrizen von Sensoren auf den Kardanringen angeordnet sind.
  6. System nach Anspruch 1, das zwei Trägheitsnavigationssysteme umfasst, wobei das erste Trägheitsnavigationssystem das Haupt-Trägheitsnavigationssystem des Flugzeugs ist und seine Sensoren innerhalb des Flugzeugs angeordnet sind, und das zweite Trägheitsnavigationssystem ein dem Aufklärungssystem zugeordnetes System ist, wobei wenigstens einige der Sensoren des zweiten Trägheitsnavigationssystems auf der Kardaneinheit angeordnet sind und Navigations- und Orientierungsdaten des Kardanrings in Bezug auf das vordefinierte Achsensystem messen, um Versetzungen, die auf Grund von aeroelastischen Ablenkungen und Vibrationen des Flugzeugs zwischen dem Kardanring und der Sichtlinie und dem Haupt-Trägheitsnavigationssystem des Flugzeugs auftreten, durch Verwendung eines Verfahrens der Übertragung der Ausrichtung von dem ersten Trägheitsnavigationssystem zu dem zweiten Trägheitsnavigationssystem besser zu beseitigen.
  7. System nach Anspruch 1, wobei die Digitale Höhenkarte eine Karte ist, die ein Gitter des Gebiets von Interesse umfasst, wobei die x:y:z-Koordinatenwerte an jedem der Knotenpunkte in dem Gitter durch die Karte bereitgestellt werden.
  8. System nach Anspruch 1, wobei die Abschnittsauswahleinheit verwendet wird, um einen Mittelpunkt eines nächsten Gebietsabschnitts zu berechnen und zu bestimmen, der eine vordefinierte Überlappung zwischen dem abgebildeten Gebietsabschnitt und dem benachbarten zuvor abgebildeten Gebietsabschnitt gewährleistet.
  9. System nach Anspruch 1, wobei der Kardanring in einem automatisierten Betriebsmodus aktiviert wird, um auf eine fortschreitende, schrittweise Art das Gebiet von Interesse abzudecken, wobei die Abdeckung von einer vordefinierten Startposition und nach einem gespeicherten Einsatzplan vorgenommen wird, wodurch fortschreitend nacheinander Gebietsabschnitte des Gebiets von Interesse abgetastet und Bilder von jedem der Abschnitte abgefragt werden.
  10. System nach Anspruch 1, wobei der Pilot des Flugzeugs in einem manuellen Modus des Systems während des Fluges ein Gebiet von Interesse definiert, wobei dieses Gebiet von Interesse automatisch in wenigstens einen Gebietsabschnitt geteilt wird, wobei alle Gebietsabschnitte nacheinander mittels entsprechenden Richtens der Matrix auf dem Kardanring auf dieselben, zum Erfassen von Bildern jedes der abgetasteten Abschnitte, automatisch abgetastet werden.
  11. System nach Anspruch 1, wobei der Kardanring zwei Kardanmechanismen, einen äußeren Kardanmechanismus und einen inneren Kardanmechanismus, umfasst.
  12. System nach Anspruch 1, wobei der äußere Kardanmechanismus zum Grobrichten der Matrix auf dem Kardanring auf den Mittelpunkt eines ausgewählten Gebietsabschnitts verwendet wird.
  13. System nach Anspruch 11, wobei der äußere Kardanmechanismus zwei Freiheitsgrade, Erhöhung und Rollen, hat.
  14. System nach Anspruch 10, wobei der innere Kardanmechanismus zum Feinrichten der Matrix auf dem Kardanring auf den Mittelpunkt eines ausgewählten Gebietsabschnitts, insbesondere zum Ausgleichen der Kardanrichtung für die Flugzeugbewegung und die Orientierungsveränderung während des Integrationszeitraums, verwendet wird.
  15. System nach Anspruch 11, wobei der innere Kardanmechanismus zwei Freiheitsgrade, Gieren und Nicken, hat.
  16. System nach Anspruch 10, wobei der äußere Kardanmechanismus dem inneren Kardanmechanismus untergeordnet ist.
  17. System nach Anspruch 1, wobei während des Integrationszeitraums jeder der Matrixsensoren gleichzeitig Licht von einer entsprechenden Sektion des Gebietsabschnitts abfühlt und am Ende des Integrationszeitraums die Daten von allen Matrixsensoren gleichzeitig eingelesen und als ein Bild des Gebietsabschnitts gespeichert werden.
  18. System nach Anspruch 1, wobei die Matrixlichtsensoren für Licht im Bereich von sichtbarem Licht, IR, UV, Multi-/Hyperspektrum und oder aktiver Beleuchtung empfindlich sind.
  19. System nach Anspruch 1, wobei die Matrizen Fokalebenenmatrizen sind.
  20. System nach Anspruch 1, wobei das vordefinierte Achsensystem ein globales Achsensystem ist.
  21. System nach Anspruch 1, zusammengebaut mit einem an dem Flugzeug befestigten Gehäuse.
  22. System nach Anspruch 1, zusammengebaut mit einer innerhalb des Flugzeugs eingebauten Nutzlast, wobei nur seine Fenster vorspringen, um eine klare, unverstellte Sichtlinie zu gewinnen.
  23. System nach Anspruch 21, wobei der Kardanring am Vorderteil des Gehäuses, hinter einem transparenten Fenster, angeordnet ist.
  24. System nach Anspruch 1, das ferner einen Rückabtastmechanismus umfasst, der einen Spiegel oder ein Prisma, angeordnet auf dem Kardanring und in Bezug auf denselben drehbar, umfasst, wobei von dem Gebietsabschnitt kommendes Licht zuerst durch den Spiegel geht, der dasselbe zu der Matrix hin reflektiert, und a. das Servosteuergerät ohne Anhalten eine ununterbrochene Zeilen- und/oder Spaltenabtastbewegung auf den Kardanring ausübt und, b. während die Richtung zu einem Gebietsabschnitt hin eingerichtet wird, auf den Rückabtastspiegel während des Integrationszeitraums eine Gegenrichtungsbewegung in Bezug auf die ununterbrochene Zeilen- und/oder Spaltenabtastbewegung ausübt, wodurch diese ununterbrochene Bewegung ausgeglichen und eine feststehende Orientierungsbeziehung der Matrix in Bezug auf den abgebildeten Gebietsabschnitt gesichert wird.
  25. Verfahren zum Durchführen von Flugzeug-Bordaufklärung, das Folgendes umfasst: a. Bereitstellen wenigstens einer Matrix von lichtempfindlichen Bildpunkten, b. Anbringen der wenigstens einen Matrix auf einem Kardanring, der wenigstens zwei Freiheitsgrade hat, so dass der Kardanring die Matrix auf eine ausgewählte Sichtlinie richten kann, c. Bereitstellen einer Digitalen Höhenkarte eines Gebiets von Interesse, wobei Aufklärungsbilder von dem Gebiet gewonnen werden sollen, d. Bereitstellen eines Trägheitsnavigationssystems, um zu jeder Zeit während des Fluges die aktualisierten xa:ya:za-Koordinaten des Mittelpunkts der Matrix in Bezug auf ein vordefiniertes Koordinatensystem zu gewinnen, e. Bereitstellen einer Berechnungseinheit, um, wenn die xp:yp-Positionskoordinaten eines Mittelpunkts eines spezifischen Gebietsabschnitts innerhalb des Gebiets von Interesse und die zp-Höhenkoordinate an dem Abschnittsmittelpunkt, wie aus der Digitalen Höhenkarte gewonnen, und die xa:ya:za-Koordinaten des Matrixmittelpunkts zu der gleichen spezifischen Zeit gegeben sind, die genauen Winkel zu bestimmen, um eine Sichtlinienrichtung einzurichten, die zwischen dem Mittelpunkt der Matrix und den xp:yp:zp-Koordinaten verbindet, f. wenn die Berechnung von Schritt e gegeben ist, dementsprechendes Richten des Mittelpunkts der Sichtlinie der Matrix zum Mittelpunkt des Gebietsabschnitts, g. Bewirken des gesonderten Sammelns von Licht durch jeden der Matrixlichtsensoren während eines Integrationszeitraums, h. Wiederholen der Berechnung von Schritt e mit aktualisierten xa:ya:za-Matrixkoordinaten mit einer hohen Geschwindigkeit und, anschließend an jede Berechnung, wiederholtes Berichtigen der Richtung wie in Schritt f, während des Integrationszeitraums, i. Abfragen aller Matrixsensoren am Ende des Integrationszeitraums und Sichern als Bilder des Matrixabschnitts in einem Speicher, j. Auswählen neuer xp:yp:zp-Koordinaten innerhalb des Gebiets von Interesse und Wiederholen der Schritte e bis j für diese neuen Koordinaten, k. Beenden des Verfahrens, wenn die Abdeckung des gesamten Gebiets von Interesse vollständig ist, oder Beginnen der Abdeckung eines neuen Gebiets von Interesse.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Auswahl von xp:yp-Koordinaten eines neuen Gebietsabschnitts so ausgeführt wird, dass eine Überlappung zwischen benachbarten Gebietsabschnitten innerhalb eines vordefinierten Bereichs gesichert wird, durch Berechnen der 3-dimensionalen Abdruckfläche des neuen Gebietsabschnitts auf der Erdoberfläche und anschließendes Projizieren derselben auf die Abdruckfläche eines vorherigen Gebietsabschnitts.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Überlappungssicherung durch eine empirisch-praktische Auswahl, Überlappungsberechnung und Berichtigung, wenn notwendig, oder durch eine genaue analytische Berechnung gewonnen wird.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei wenigstens einige der Sensoren des Trägheitsnavigationssystems auf dem Kardanring angeordnet sind, um die Messung der Orientierung der Matrix in Bezug auf den selektiven Gebietsabschnitt zu verbessern.
  29. Verfahren nach Anspruch 25, wobei wenigstens einige der lichtempfindlichen Sensoren auf dem Kardanring angeordnet sind, um die Messung der Orientierung der Sichtlinie in Bezug auf den selektiven Gebietsabschnitt zu verbessern.
  30. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Trägheitsnavigationssystem ein dediziertes Trägheitsnavigationssystem des Aufklärungssystems und das Haupt-Trägheitsnavigationssystem des Flugzeugs umfasst, um, durch die Verwendung eines Verfahrens der Übertragung der Ausrichtung von dem Flugzeug-Trägheitsnavigationssystem zu dem dedizierten Trägheitsnavigationssystem des Aufklärungssystems, die Messung der Orientierung der Matrix in Bezug auf den selektiven Gebietsabschnitt zu verbessern.
  31. Verfahren zum Gewährleisten eines Bewegungsausgleichs während des Fotografierens aus dem Flugzeug, das Folgendes umfasst: a. Bereitstellen wenigstens einer Matrix von lichtempfindlichen Bildpunkten, b. Anbringen der wenigstens einen Matrix auf einem Kardanring, der wenigstens zwei Freiheitsgrade hat, so dass der Kardanring deren Sichtlinie zu einem ausgewählten Gebietsabschnitt hin richten kann, c. Bereitstellen einer Digitalen Höhenkarte eines Gebiets von Interesse, wobei Aufklärungsbilder von dem Gebiet gewonnen werden sollen, d. Bereitstellen eines Trägheitsnavigationssystems, um zu jedem Zeitpunkt während des Fluges die aktualisierten xa:ya:za-Koordinaten des Mittelpunkts der Matrix in Bezug auf ein vordefiniertes Koordinatensystem zu gewinnen, e. Bereitstellen einer Berechnungseinheit, um, wenn die xp:yp-Positionskoordinaten eines Mittelpunkts eines spezifischen Gebietsabschnitts innerhalb des Gebiets von Interesse und die zp-Höhenkoordinate an dem Abschnittsmittelpunkt, wie aus der Digitalen Höhenkarte gewonnen, und die xa:ya:za-Koordinaten des Matrixmittelpunkts zu der gleichen spezifischen Zeit gegeben sind, die genauen Winkel zu bestimmen, um eine Sichtlinienrichtung einzurichten, die zwischen dem Mittelpunkt der Matrix und den xp:yp:zp-Koordinaten verbindet, f. Bewirken des gesonderten Sammelns von Licht durch jeden der Matrixlichtsensoren während eines Integrationszeitraums, wenn der Mittelpunkt der Sichtlinie der Matrix auf einen Mittelpunkt eines Gebietsabschnitts gerichtet ist, g. Wiederholen der Berechnung von Schritt e mit aktualisierten xa:ya:za-Matrixkoordinaten mit einer hohen Geschwindigkeit und, anschließend an jede Berechnung, wiederholtes Berichtigen der Richtung durch Halten des Mittelpunkts der Matrix gerichtet auf den Mittelpunkt des ausgewählten Gebietsabschnitts, während des Integrationszeitraums, wodurch die Flugzeugbewegung ausgeglichen wird, und h. Abfragen aller Matrixsensoren am Ende des Integrationszeitraums und Sichern als Bilder des Matrixabschnitts in einem Speicher.
  32. Verfahren zum Durchführen von Flugzeug-Bordzielwertermittlung, das Folgendes umfasst: a. Bereitstellen wenigstens einer Waffe, b. Anbringen der wenigstens einen Waffe auf einem Kardanring, der wenigstens zwei Freiheitsgrade hat, so dass der Kardanring die Waffe auf eine ausgewählte Sichtlinie richten kann, c. Bereitstellen einer Digitalen Höhenkarte eines Gebiets von Interesse, wobei Zielwerte ausgewählter Objekte innerhalb des Gebiet gewonnen werden sollen, d. Bereitstellen eines Trägheitsnavigationssystems, um zu jeder Zeit während des Fluges die aktualisierten xa:ya:za-Koordinaten des Mittelpunkts der Waffe in Bezug auf ein vordefiniertes Koordinatensystem zu gewinnen, e. Bereitstellen einer Berechnungseinheit, um, wenn die xp:yp-Positionskoordinaten eines Mittelpunkts eines spezifischen Ziels innerhalb des Gebiets von Interesse und die zp-Höhenkoordinate an dem Zielmittelpunkt, wie aus der Digitalen Höhenkarte gewonnen, und die xa:ya:za-Koordinaten des Waffenmittelpunkts zu der gleichen spezifischen Zeit gegeben sind, die genauen Winkel zu bestimmen, um eine Sichtlinienrichtung einzurichten, die zwischen dem Mittelpunkt der Waffe und den xp:yp:zp-Koordinaten verbindet, f. wenn die Berechnung von Schritt e gegeben ist, dementsprechendes Richten des Mittelpunkts der Waffensichtlinie zum Mittelpunkt des Ziels, h. Bewegungsausgleich für die Bewegung des Flugzeugs während des tatsächlichen Zielwertermittlungs- und Schießzeitraums.
  33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei der Bewegungsausgleich von Schritt h durch Wiederholen der Berechnung von Schritt e mit aktualisierten xa:ya:za-Zielkoordinaten mit einer hohen Geschwindigkeit und, anschließend an jede Berechnung, wiederholtes Berichtigen der Richtung wie in Schritt f ausgeführt wird.
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