DE102007053730A1

DE102007053730A1 - Zielführungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102007053730A1
Application number: DE200710053730
Authority: DE
Inventors: Hans Dieter Dr. Tholl; Rainer Baumann; Joachim Dr. Barenz; Eugen Romasew; Michael Dr. Gross
Original assignee: Diehl BGT Defence GmbH and Co KG
Current assignee: Diehl Defence GmbH and Co KG
Priority date: 2007-11-10
Filing date: 2007-11-10
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-11-11
Also published as: DE102007053730B4

Abstract

Es wird eine Zielführungsvorrichtung (1) für einen Lenkkörper (3) angegeben, die einen Detektor (7), eine Abbildungsoptik (10) zur Abbildung einer Objektszene auf den Detektor (7) und eine Elektronikeinheit (30) zur Auswertung des Detektors (7) umfasst. Dabei ist die Zielführungsvorrichtung (1) zusätzlich mit einem positionsempfindlichen Laserdetektor (21), mit einer Laseroptik (22) zur Abbildung eines Laserspots (26, 26') auf den Laserdetektor (21) und mit einer mit dem Laserdetektor (21) verbundenen Auswerteeinheit (40) zur Auswertung der Lage des Laserspots (26, 26') auf dem Laserdetektor (21) ausgestattet. Weiter wird ein mit der Zielführungsvorrichtung (1) ermöglichtes Zielführungsverfahren angegeben. Durch die duale Ausgestaltung der Zielführungsvorrichtung (1) wird eine hohe Treffsicherheit erreicht und die Störsicherheit verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zielführungsvorrichtung und einen Lenkkörper mit einem Detektor, mit einer Abbildungsoptik zur Abbildung einer Objektszene auf den Detektor, und mit einer Elektronikeinheit zur Auswertung des Detektors.
Eine derartige Zielführungsvorrichtung dient dazu, einen Lenkkörper, wie beispielsweise einen Lenkflugkörper oder eine Abwehrrakete, unter Zuhilfenahme der aufgenommenen Objektszene in das Ziel zu führen. Dabei wird die auf den Detektor abgebildete Objektszene mittels einer geeigneten Elektronikeinheit ausgewertet, wobei beispielsweise ein Ziel anhand einer abgespeicherten Zielsignatur erkannt wird, und der Lenkkörper durch geeignete Steuerung seines Antriebs oder seiner Steuerflächen anhand der erfassten Ziellage in das Ziel gesteuert. Mit anderen Worten wird der Flugkörper bilddatenbasiert in das Ziel gesteuert.
Ein mit der eingangs genannten Zielführungsvorrichtung ausgestatteter Lenkkörper wird nach seinem Start oder Abschuss mittels in der Elektronikeinheit hinterlegten Routinen autonom in das Ziel geführt. Dabei soll ein moderner Lenkkörper eine präzise Wirkung im Ziel und eine eindeutige Zielerkennung bieten. Durch einen falschen Zieleinschlag mit den damit verbundenen Folgen für Unbeteiligte gerät der Verursacher auf Grund der heute globalen Medienpräsenz unter enormen gesellschaftspolitischen Druck. Die Forderung nach einer präzisen Wirkung bei zugleich eindeutiger Zielerkennung wird aber von autonomen Lenkkörpern, die bilddatenbasiert ins Ziel geführt werden, nachteiligerweise nur unzureichend erfüllt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zielführungsvorrichtung für einen Lenkkörper anzugeben, die eine verbesserte Zielerkennung ermöglicht, so dass der Lenkkörper sicherer ins Ziel geführt wird.
Diese Aufgabe wird für eine Zielführungsvorrichtung der eingangs genannten Art, die einen Detektor, eine Abbildungsoptik zur Abbildung einer Objektszene auf dem Detektor und eine Elektronikeinheit zur Auswertung des Detektors aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zusätzlich ein positionsempfindlicher Laserdetektor, eine Laseroptik zur Abbildung eines Laserspots auf den Laserdetektor und eine mit dem Laserdetektor verbundene Auswerteeinheit zur Auswertung der Lage des Laserspots auf dem Laserdetektor umfasst sind.
Die Erfindung geht dabei in einem ersten Schritt von der Überlegung aus, dass die Präzision der Wirkung im Ziel und die Zielerkennung als solche durch die Einbindung des Menschen in den Missionsablauf verbessert werden kann. Dies ist in vielen Einsatzszenarien möglich, da oftmals ein vorgeschobener Posten in der Zielnähe operiert oder ein Waffensystembediener direkten Sichtkontakt zum Ziel hat. Durch die Einbindung des Menschen in den Missionsablauf kann eine zusätzliche Zielkontrolle erfolgen und zusätzlich der Missionsablauf jederzeit abgebrochen werden.
In einem zweiten Schritt erkennt die Erfindung, dass sich die Zielerkennung und Zielfindung durch Einbeziehung des Menschen in den Missionsablauf verbessern lässt, wenn neben einer autonomen bilddatenbasierten Zielführung zusätzlich eine laserbasierte Zielführung vorgenommen wird, wobei das Ziel mittels eines Lasers von einer Person markiert wird. Die Verschmelzung der bildgebenden Technologie, wobei mit einem Detektor eine Objektszene abgebildet wird, mit einer halbaktiven laserbasierten Zielführung liefert insgesamt eine verbesserte Zielerkennung. Damit wird sowohl der Forderung nach einer präzisen Wirkung im Ziel als auch nach einer eindeutigen Zielerkennung nachgekommen. Das Ziel wird zusätzlich in eindeutiger Weise markiert. Neben einer bilddatenbasierten Zielführung oder zusätzlich wird eine Zielführung durch Laser ermöglicht.
Die Erfindung sieht demnach in einer Zielführungsvorrichtung mit einem Detektor zur Abbildung einer Objektszene zusätzlich einen positionsempfindlichen Laserdetektor vor, mit dem die Lage eines vom markierten Ziel reflektierten Laserspots erfasst wird, so dass mittels einer geeigneten Auswerteeinheit der Lenkkörper auch lasergeführt ins Ziel gebracht werden kann.
Mit anderen Worten wird durch die Erfindung für einen Lenkkörper ein Dualsuchkopf angegeben, der sowohl ein bilddatenbasiertes Bilderkennungssystem als auch ein Laserzielführungssystem zur Orientierung anhand eines am Ziel reflektierten Laserspots umfasst. Durch eine solche Kombination lässt sich zusätzlich die Gesamtauffassreichweite erhöhen. Denn die Laserzielsuche kann bereits in einer Entfernung des Lenkkörpers zum Ziel erfolgen, in welcher die Auflösung eines Bilderkennungssystems für eine bilddatenbasierte Zielerkennung noch nicht ausreicht. Dabei kann die Auswerteeinheit separat oder als Teil der Elektronikeinheit ausgebildet sein.
Für die Integration des Laserzielführungssystems in eine Zielführungsvorrichtung mit einem Bilderkennungssystem bieten sich mehrere Möglichkeiten an. So kann für die Erkennung des Laserspots der gleiche Abbildungsstrahlengang genutzt werden wie für die Bilddatenerfassung. Auch kann das Laserzielführungssystem separat zu dem Bilderkennungssystem aufgebaut sein. In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zur Ausbildung des Laserzielführungssystems der Laserdetektor und die Laseroptik jedoch in einer Ausnehmung der Abbildungsoptik angeordnet. Eine solche Anordnung in einer Ausnehmung der vorhandenen Abbildungsoptik kann ohne Einfluss auf die Auflösung des Bilderkennungssystems aufgebaut werden. Denn aufgrund der räumlichen Einbauzwänge in einem Lenkkörper ist der Detektor des Bilderkennungssystems in der Regel bereits so angeordnet, dass der Abbildungsstrahlengang durch ihn eingeengt ist. In die hieraus resultierenden, optisch abgeschatteten Bereiche des Abbildungsstrahlengangs können ohne weitere Auflösungsbeschränkung Komponenten des Laserzielführungssystems angeordnet werden. Hierzu ist lediglich an entsprechender Stelle eine entsprechende Ausnehmung in die Abbildungsoptik einzubringen. Die starre Verbindung der Laseroptik mit der Abbildungsoptik bietet zugleich den Vorteil, dass bei einer kardanischen Lagerung der Abbildungsoptik am Lenkkörper das Laserzielführungssystem in gleicher Weise auf das Ziel ausgerichtet werden kann, wie das Bilderkennungssystem.
Als ein positionsempfindlicher Laserdetektor kann grundsätzlich auch ein Bild erkennender und somit zur Ortsauflösung geeigneter Flächendetektor eingesetzt werden. Dies ist jedoch aufwändig und mit relativ hohen Kosten verbunden. Alternativ kann ein sogenannter Vier-Quadranten-Detektor verwendet werden. Dabei ist der Laserspot mit einer einfachen Optik auf diesen Detektor zu fokussieren. Zur Zielführung wird entweder die digitale Position des Laserspots auf einem der Quadranten, die beispielsweise durch Photodioden realisiert sind, ausgewertet wird, oder es im Falle einer kardanischen Aufhängung der Abbildungsoptik deren Auslenkung erfasst, die zur Nachführung des Laserspots in die Mitte der Vier-Quadranten-Dioden erforderlich ist. Dabei ist die erste Variante für eine Zielbestimmung relativ ungenau, während die zweite Variante stets eine präzise mechanische Nachführeinheit erfordert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist daher der Laserdetektor als eine positionsempfindliche Photodiode gegeben. Eine solche, auch unter der Bezeichnung LEPSD bekannte Photodiode beruht auf dem sogenannten lateralen Photoeffekt und kann für eine Ortsmessung genutzt werden. Dabei steht die Bezeichnung LEPSD für den englischen Begriff Lateral Effect Position Sensitive Detector. Eine solche Photodiode weist als einen flächigen Halbleiter eine sogenannte PIN-Diode auf. Ein auf die aktive Fläche des LEPSD's fallendes Licht generiert einen Photostrom, der in Richtung des p- und des n-dotieren Gebietes abfließt. Die positionsempfindliche Photodiode bzw. der flächige Halbleiter verfügt jedoch über mehrere elektrische Kontakte. Dadurch kommt es zu einer Aufteilung des Photostromes an den Elektroden in Abhängigkeit von der Position des Lichtflecks auf der Halbleiterfläche. Die Position in x- und y-Richtung wird durch Bildung der Stromdifferenz zwischen zwei gegenüberliegenden Kontakten ermittelt. Durch Normierung auf einen Gesamtstrom kann erreicht werden, dass das Positionssignal unabhängig von der Lichtintensität wird. Durch eine positionsempfindliche Photodiode wird im Gegensatz zu einem Vier-Quadranten-Detektor eine relativ genaue Lagebestimmung des vom Ziel reflektierten Laserspots möglich. Der Lenkkörper kann ausgehend von der erfassten Lage des Laserspots auf der positionsempfindlichen Photodiode, und somit relativ zum eigenen Koordinatensystem, präzise in das markierte Ziel geführt werden.
Da mögliche Ziele meist Wärmequellen darstellen, erfolgt die Zielerkennung üblicherweise durch eine Beobachtung im infraroten Spektralbereich. Bevorzugt ist dabei der Laserdetektor in einem infraroten Spektralbereich empfindlich, der sich von dem infraroten Spektralbereich unterscheidet, in dem der Detektor empfindlich ist. Durch Gewinnung und Vergleich der Zielposition in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen wird eine zusätzliche Sicherheit bei der Zielerkennung gewonnen und die Störsicherheit gesteigert.
Zweckmäßigerweise ist der Laserdetektor im nahen infraroten Spektralbereich (NIR), d. h. bei einer Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 0,7 und 1,4 μm, und der Detektor im mittleren infraroten Spektralbereich (MIR), d. h. bei einer Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 1,4 und 15 μm, insbesondere zwischen 3 und 8 μm, empfindlich.
Zur Fokussierung des am Ziel reflektierten Laserspots auf dem positionsempfindlichen Laserdetektor ist es aufgrund der Bauraumverhältnisse zweckmäßig, eine kleine Optik zu verwenden. Insbesondere im Falle einer positionsempfindlichen Photodiode genügt es, die Laseroptik als eine Laserlinse auszubilden, die den Laserspot auf den Laserdetektor fokussiert. Eine Anordnung bestehend aus einem Laserdetektor und einer Laserlinse lässt sich leicht in einer Ausblendung des Abbildungsstrahlenganges anordnen, die optisch nicht genutzt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist dem Laserdetektor unmittelbar ein Vorverstärker zugeordnet, und die Auswerteeinheit ist außerhalb des optisch aktiven Gebiets angeordnet, wobei die Ausgangssignale des Vorverstärkers mittels einer Signalleitung aus dem optisch aktiven Gebiet zur Auswerteeinheit geführt sind. Durch diese Ausgestaltung wird der benötigte Bauraum für den Laserdetektor auf ein notwendiges Maß beschränkt. Die vorverstärkten Signale können dann leicht mittels einer dünnen Signalleitung aus dem optisch aktiven Bereich herausgeführt und an die Auswerteinheit weitergegeben werden, die im optisch inaktiven Bereich angeordnet ist.
Zur Reduktion des Hintergrundanteils und zur Vorspannungszuführung vorteilhaft ist es, eine AC-Kopplung des Detektors über einen sogenannten Bias-Tee an die Vorverstärker-Elektronik vorzusehen. Dabei sind insbesondere die Anschlüsse einer positionsempfindlichen Photodiode jeweils über einen Bias-Tee mit einem Vorverstärker gekoppelt. Dabei wird unter einem Bias-Tee eine Multiplexeranordnung aus einer Kapazität und einer Spulenwicklung in Gestalt eines „T" mit drei Anschlüssen verstanden. Hohe Frequenzen durchqueren das „T" horizontal, während niedrige Frequenzen um 90° abgelenkt werden. Ein horizontaler Anschluss des Bias-Tee dient insofern dem Signalabgriff, während der vertikale Anschluss für eine Vorspannungszuführung genutzt werden kann.
Da die Intensität des reflektierten Laserspots mit zunehmender Annäherung an das Ziel wächst, ist es weiter günstig, wenn die Auswerteeinheit einen variablen Verstärker und einen A/C-Wandler umfasst, wobei der variable Verstärker ausgelegt ist, bei Zielannäherung die Ausgangssignale an den A/C-Wandler anzupassen. Damit kann eine automatische Angleichung der Signalhöhe erreicht werden, was für eine Auswertung zur Zielerkennung sinnvoll ist.
Zur Reduktion des Hintergrundanteils an infraroter Strahlung ist es für das Laserzielführungssystem weiter vorteilhaft, wenn dem Laserdetektor ein Spektralfilter vorgeschaltet ist. Der Spektralfilter ist dabei insbesondere als ein Schmalbandfilter auszugestalten, der nur diejenige Wellenlänge durchlässt, mit der das Ziel markiert wurde.
Die gestellte Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Zielführung eines Lenkkörpers, insbesondere mittels einer vorgenannten Zielführungsvorrichtung, wobei das Ziel mit einem Laserspot markiert wird, in einer Startphase mit einer großen Entfernung zum Ziel der am Ziel reflektierte Laser im Lenkkörper beobachtet und, ausgehend von der Lage des beobachteten Laserspots, der Lenkkörper laserbasiert auf das markierte Ziel geführt wird, bei Erreichen eines Mindestabstands zum Ziel, ab welchem die Auflösung einer optischen Bilddatenerfassung für eine Zielerkennung ausreicht, die Bilddaten einer beobachteten Objektszene analysiert werden, bei einer Zielauffassung anhand der Bilddaten die Ziellage aus den Bilddaten mit der aus der Beobachtung des reflektierten Laserspots erhaltenen Ziellage abgeglichen wird, und in der anschließenden Endnäherungsphase der Lenkkörper bilddatenbasiert auf das Ziel geführt wird.
Bei der Startphase wird die größere Reichweite einer laserbasierten Zielführung gegenüber einer bilddatenbasierten Zielführung ausgenutzt. Denn durch die gegebene Detektorauflösung oder Detektorempfindlichkeit weist ein Bilderkennungssystem nur eine eingeschränkte Einsatzreichweite auf. Bei größeren Entfernungen reicht die gegebene Auflösung und Empfindlichkeit eines Bilddetektors nicht aus, um eine sichere Zielerkennung vorzunehmen. Eine selbständige Zielerfassung ist somit unter Umständen nicht möglich.
Stattdessen wird beim Start die Lage des reflektierten Laserspots am Ort des Lenkkörpers erfasst und für eine Zielerkennung ausgewertet. Mit anderen Worten wird die Lage des Ziels bezüglich eines zum Lenkkörper festen Koordinatensystems bestimmt und der Lenkkörper entsprechend in das Ziel geführt.
Sobald der Abstand zum Ziel klein genug ist, wird das Bildgebungssystem aktiviert und eine bilddatenbasierte Zielerfassung gestartet. Ist das gesuchte Ziel in der aufgenommenen Objektszene aufgefasst, wird die bilddatenbasierte Ziellage mit der laserbasierten Ziellage abgeglichen. Hierdurch wird eine zusätzliche Sicherheit bei der Zieldetektion gewonnen und die Störsicherheit gesteigert.
Anschließend wird in einer Endnäherungsphase die Lenkung des Lenkkörpers durch das Bildgebungssystem übernommen. Durch die nun gute Erkennbarkeit des Ziels wird ein präziser Treffer erreicht.
In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens wird das Ziel mittel eines gepulsten Lasers markiert. Als ein geeigneter Laser bietet sich ein Nd:YAG-Laser an, der bei einer Wellenlänge von 1,064 μm arbeitet. Typischerweise wird mit Pulsbreiten zwischen 10–20 ns und Pulswiederholraten zwischen 8 bis 20 Hz markiert. Durch die Laserpulse wird eine höhere Intensität und somit eine leichtere Zielerfassung bewirkt. Die Pulswiederholrate kann insbesondere der Codierung der Lasermarkierung dienen. Hierdurch wird es ausgeschlossen, dass versehentlich ein falsches Ziel durch den Lenkkörper anvisiert wird.
Zur Erhöhung der Störsicherheit ist es weiter vorteilhaft vorgesehen, bei Ausfallen der Bilddatenerfassung in der Endnäherungsphase den Lenkkörper laserbasiert auf das Ziel zu führen. Hierdurch wird insbesondere die Gefahr sogenannter Kollateralschäden vermieden, wenn der Lenkkörper im Zielgebiet aufgrund eines Ausfalls des Bilderkennungssystems orientierungslos wird. Die noch intakte Laserzielführung lenkt ihn dann weiter in das markierte Ziel.
Wie bereits erwähnt, ist es weiter vorteilhaft, wenn die Markierung des Ziels und die Erfassung der Bilddaten in unterschiedlichen infraroten Wellenlängenbereichen stattfindet. Dabei wird zweckmäßigerweise die Zielmarkierung im nahen infraroten Spektralbereich und die Bilderfassung im mittleren infraroten Spektralbereich vorgenommen. Dabei können die für die Zielführungsvorrichtung genannten Vorteile sinngemäß auf das Verfahren übertragen werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch einen Dualsuchkopf mit einem Bilderkennungssystem und mit einem Laserzielführungssystem und
2 ebenfalls schematisch das Laserzielführungssystem des Dualsuchkopfs gemäß 1
In 1 ist schematisch ein Dualsuchkopf mit einer Zielführungsvorrichtung 1 eines Lenkkörpers 3 dargestellt. Der Lenkkörper 3 ist typischerweise ein Lenkflugkörper. Die Zielführungsvorrichtung 1 ist dabei hinter einem Dom 4 angeordnet, der aus einem für Strahlung im infraroten Spektralbereich durchlässigen Material gefertigt ist. Auf der linken Seite der 1 ist der Dualsuchkopf mit frontalem Blick auf den Dom 4 dargestellt. Die rechte Abbildung in 1 zeigt den Dualsuchkopf mit Dom 4 und Zielführungsvorrichtung 1 in einem schematisierten Querschnitt durch die Längsachse des Lenkkörpers 3.
Die Zielführungsvorrichtung 1 umfasst einen in einem Kühlgefäß 6, beispielsweise in einem Dewar-Gefäß, angeordneten Detektor 7, auf den mittels einer Abbildungsoptik 10 eine Objektszene abgebildet wird. Der Detektor 7 ist insbesondere ein bildgebender Array-Detektor, der zur Aufnahme von Bilddaten im mittleren infraroten Spektralbereich ausgelegt ist. Der aus der Abbildungsoptik 10 resultierende Abbildungsstrahlengang 11 für einen beobachteten Bildausschnitt ist eingezeichnet.
Im einzelnen umfasst die Abbildungsoptik 10 zur Abbildung einer Objektszene auf den Detektor 7 eingangsseitig eine Linse 13, einen nachgeschalteten Faltungsspiegel 14 sowie einen Winkelspiegel 15. Die Linse 13 fokussiert dabei den erfassten Bildausschnitt über den Faltspiegel 14 und den Winkelspiegel 15 auf den Detektor 7. Am Eingang des Kühlgefäßes 6 ist weiter eine Tubusblende 17 positioniert bzw. ausgebildet.
Infolge der gegebenen Anordnung des Detektors 7 einschließlich seines Kühlgefäßes 6 sowie durch den Winkelspiegel 15 ergeben sich optische Abschattungen, die für eine Abbildung der Objektszene nicht genutzt werden können. Ein solcher Abschattungsbereich ist beispielsweise im Zentrum der Linse 13 gegeben. In diesem Abschattungsbereich der Linse 13 ist eine Mittenausnehmung 18 eingebracht, in die ein Gehäuse 20 zur Realisierung eines Laserzielführungssystems eingesetzt ist. Am Grund des Gehäuses 20 ist ein Laserdetektor 21 angeordnet, auf der eine eingangsseitige Laseroptik 22 fokussiert. Die Laseroptik 22 ist hierbei in einfacher Art und Weise durch eine Laserlinse 23 gegeben. Man erkennt in 1, dass ein von einem markierten Ziel reflektierter Laserspot 26 über die Laserlinse 23 auf den Laserdetektor 21 fokussiert wird. Der Laserdetektor 21 ist als eine positionsempfindliche Photodiode gegeben, die eine Auswertung der Lage des fokussierten Laserspots 26 auf der Detektorfläche erlaubt.
In der Aufsicht auf den Dom 4 gemäß der linken Abbildung in 1 ist deutlich die Linse 13 der Abbildungsoptik 10 zu erkennen, die in ihrem Zentrum die Mittenausnehmung 18 aufweist. Dort befindet sich die Laserlinse 23, die einen wesentlichen optischen Bestandteil des Laserzielführungssystems bildet. Weiter sind in der Aufsicht entsprechend der linken Abbildung in 1 die optischen Ausblendungen bzw. Abschattungen 27 eingezeichnet, die sich durch die bauliche Anordnung der mechanischen Komponenten des Bilderkennungssystems ergeben.
Es wird ersichtlich, dass sich das aus dem Gehäuse 20, der Laserlinse 23 und dem Laserdetektor 21 bestehende Laserzielführungssystem in der Mittenausnehmung 18 der Linse 13, die zur Abbildungsoptik 10 des Bilderkennungssystems gehört, anordnen lässt, ohne dass es zu Einschränkungen in der Abbildung der beobachteten Objektszene auf den Detektor 7 kommt.
Das gesamte bildgebende System einschließlich Abbildungsoptik 10 und Kühlgefäß 6 ist gegenüber dem Lenkkörper 3 kardanisch aufgehängt. Man erkennt hierbei die entsprechende Nickachse 28 und die Rollachse 29. Durch die starre Verbindung der Laserlinse 23 und des Laserdetektors 21 mit der Linse 13 der Abbildungsoptik 10 des Bilderkennungssystems wird das Laserzielführungssystem gemeinsam mit dem Bilderkennungssystem auf das Ziel ausgerichtet.
Der Laserdetektor 21 weist eine Empfindlichkeit im nahen infraroten Spektralbereich auf. Zur Zielmarkierung wird beispielsweise ein Nd:YAG-Laser eingesetzt. Durch die verschiedenen Wellenlängen, die zur Bildgebung und zur Zielführung eingesetzt werden, kann ein Abgleich der erfassten Ziellage gegeneinander erfolgen, was die Zielsicherheit des Gesamtsystems verbessert. Der Dom 4 besteht hierbei aus einem Material, welches sowohl für den nahen infraroten Spektralbereich (NIR) als auch für den mittleren infraroten Spektralbereich (MIR) eine gute Transmission besitzt. Aufgrund der erzielbaren Materialfestigkeit bietet sich als Fenstermaterial für den Dom 4 insbesondere Zinksulfid an.
Zur Auswertung der erfassten Bilddaten des Detektors 7 ist eine Elektronikeinheit 30 vorgesehen, die mit dem Detektor 7 über Anschlüsse 31 verbunden ist. Die Elektronikeinheit 30 vergleicht die erfassten Bilddaten mit einer hinterlegten Zielsignatur, um ein erfasstes Objekt als Ziel zu identifizieren. Aus der Objektlage in dem erfassten Bild des Detektors 7 wird die Ziellage bestimmt und der Lenkkörper 3 über eine entsprechende Steuerung seines Antriebs oder seiner Steuerflächen in das Ziel geführt.
In 2 ist in einer vergrößerten Darstellung das Laserzielführungssystem dargestellt, wie es in der Zielführungsvorrichtung 1 gemäß 1 eingesetzt ist. Man erkennt hierbei das Gehäuse 20 sowie die Laserlinse 23 und den positionsempfindlichen Laserdetektor 21. Zur Unterdrückung von Störstrahlung ist in dem Gehäuse 20 weiter ein Spektralfilter 33 eingesetzt, der als ein Schmalbandfilter lediglich diejenige Wellenlänge passieren lässt, in der das Ziel mittels eines geeigneten Lasers markiert ist.
Man erkennt in 2 weiter, wie zwei aus unterschiedlichen Richtungen einlaufende Laserspots 26 und 26' auf zwei verschiedene Orte auf der Detektorfläche des Laserdetektors 21 fokussiert werden.
Neben dem als eine positionsempfindliche Photodiode ausgebildeten Laserdetektor 21 sind in dem Gehäuse 20 weiter Vorverstärker 35 angeordnet, die sich gemeinsam mit dem Laserdetektor 21 auf einem Detektorträger 36 befinden. Dabei sind die jeweiligen Ausgänge der positionsempfindlichen Photodiode über einen Bias-Tee mit den Vorverstärkern 35 verbunden. Hierdurch wird ein Rauscheintrag durch die Spannungsversorgung unterbunden.
Über eine dünne Signalleitung 38 werden die positionsabhängigen und vorverstärkten Signale des Laserdetektors 21 aus dem optisch aktiven Gebiet der Zielführungsvorrichtung 1 gem. 1 heraus zu einer Auswerteeinheit 40 geführt. Die Auswerteeinheit 40 weist einen Verstärker 41 auf, der ausgangsseitig an einen A/C-Wandler 42 gekoppelt ist. Der Verstärker 41 ist dabei ausgelegt, die Ausgangssignale unabhängig von der Intensität des auf den Laserdetektor 21 fokussierten Laserspots 26 bzw. 26' auf den A/C-Wandler 42 zu adaptieren.
Die Auswerteeinheit 40 wertet die erfasste Lage des Laserspots 26 bzw. 26' auf dem Laserdetektor 21 aus und ermittelt hieraus die Lage des Ziels relativ zum Lenkkörper 3. Aus dieser mittels Laserzielerfassung gewonnenen Ziellage kann wiederum eine entsprechende Steuerung des Antriebs oder der Steuerflächen des Lenkkörpers 3 errechnet werden, so dass der Lenkkörper 3 nun laserbasiert in das Ziel geführt wird.
Die Auswerteeinheit 40 kann separat ausgebildet sein. Sie kann aber ebenso Teil der Elektronikeinheit 30 sein, wie sie in 1 dargestellt ist.
Das Laserzielführungssystem und das Bilderkennungssystem des in 1 gezeigten Dualsuchkopfes arbeiten derart zusammen, dass in einer Startphase des Lenkkörpers 3 zunächst das markierte Ziel durch eine Lageerfassung des fokussierten Laserspots 26 bzw. 26' auf dem Laserdetektor 21 analysiert bzw. bestimmt wird. Die Auflösung des zur Bilderkennung eingesetzten Detektors 7 reicht bei großen Entfernungen zum Ziel nämlich nicht aus, um ein Ziel bilddatenbasiert erfassen zu können. Der Lenkkörper 3 wird in der Startphase somit laserbasiert auf das Ziel ausgerichtet.
Bei Erreichen eines Mindestabstandes zum Ziel, ab welchem die Auflösung der optischen Bilddatenerfassung des Detektors 7 für eine Zielerkennung ausreicht, werden die Bilddaten der beobachteten Objektszene analysiert. Sobald das Ziel aus den Bilddaten aufgefasst werden kann, wird die aus den Bilddaten gewonnene Ziellage mit der aus der Beobachtung des reflektierten Laserspots 26 bzw. 26' erhaltenen Ziellage abgeglichen. Anschließend wird der Lenkkörper 3 bilddatenbasiert in das abgeglichene Ziel geführt.
Fällt in der Endnäherungsphase das Bilderkennungssystem aus, so übernimmt das Laserzielführungssystem die Aufgabe, den Lenkkörper 3 in das Ziel zu führen.

1: Zielführungsvorrichtung
3: Lenkkörper
4: Dom
6: Kühlgefäß
7: Detektor
10: Abbildungsoptik
11: Abbildungsstrahlengang
13: Linse
14: Faltspiegel
15: Winkelspiegel
17: Tubusblende
18: Mittenausnehmung
20: Gehäuse
21: Laserdetektor
22: Laseroptik
23: Laserlinse
26: Laserspot
27: Ausblendungen
28: Nickachse
29: Rollachse
30: Elektronikeinheit
31: Anschluss
33: Spektralfilter
35: Vorverstärker
36: Detektorträger
37: Bias-Tee
38: Signalleitung
40: Auswerteeinheit
41: Verstärker
42: A/C-Wandler

Claims

Zielführungsvorrichtung (1) für einen Lenkkörper (3), mit einem Detektor (7), mit einer Abbildungsoptik (10) zur Abbildung einer Objektszene auf den Detektor (7), und mit einer Elektronikeinheit (30) zur Auswertung des Detektors (7), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein positionsempfindlicher Laserdetektor (21), eine Laseroptik (22) zur Abbildung eines Laserspots (26, 26') auf den Laserdetektor (21) und eine mit dem Laserdetektor (21) verbundene Auswerteeinheit (40) zur Auswertung der Lage des Laserspots (26, 26') auf dem Laserdetektor (21) umfasst sind.
Zielführungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserdetektor (21) und die Laseroptik (22) in einer Ausnehmung (27) der Abbildungsoptik (10) angeordnet sind.
Zielführungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserdetektor (21) eine positionsempfindliche Photodiode ist.
Zielführungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserdetektor (21) in einem infraroten Spektralbereich empfindlich ist, der sich von dem infraroten Spektralbereich unterscheidet, in dem der Detektor (7) empfindlich ist.
Zielführungsvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserdetektor (21) im nahen infraroten Spektralbereich und der Detektor (7) im mittleren infraroten Spektralbereich empfindlich ist.
Zielführungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laseroptik (22) eine Laserlinse (23) ist, die zur Fokussierung des Laserspots (26, 26') auf den Laserdetektor (21) ausgebildet ist.
Zielführungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laserdetektor (21) unmittelbar ein Vorverstärker (35) zugeordnet ist, dass die Auswerteeinheit (40) außerhalb des optisch aktiven Gebiets angeordnet ist, und dass die Ausgangssignale des Vorverstärkers (35) mittels einer Signalleitung (38) aus dem optisch aktiven Gebiet zur Auswerteeinheit (40) geführt sind.
Zielführungsvorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die positionsempfindliche Photodiode eingesetzt ist, wobei deren Anschlüsse jeweils über ein Bias-Tee (37) mit einem Vorverstärker (35) gekoppelt sind.
Zielführungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (40) einen variablen Verstärker (41) und einen A/C-Wandler (42) umfasst, wobei der variable Verstärker (41) ausgelegt ist, bei Zielannäherung die Ausgangssignale an den A/C-Wandler (42) anzupassen.
Zielführungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Laserdetektor (21) ein Spektralfilter (33) vorgeschaltet ist.
Verfahren zur Zielführung eines Lenkkörpers (3), insbesondere mittels einer Zielführungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Ziel mit einem Laserspot (26, 26') markiert wird, – in einer Startphase mit einer großen Entfernung zum Ziel der am Ziel reflektierte Laserspot (26, 26') im Lenkkörper (3) beobachtet, und ausgehend von der Lage des beobachteten Laserspots der Lenkkörper (3) laserbasiert auf das markierte Ziel geführt wird, – bei Erreichen eines Mindestabstands zum Ziel, ab welchem die Auflösung einer optischen Bilddatenerfassung für eine Zielerkennung ausreicht, die Bilddaten einer beobachteten Objektszene analysiert werden, – bei einer Zielauffassung anhand der Bilddaten die Ziellage aus den Bilddaten mit der aus der Beobachtung des reflektierten Laserspots (26, 26') erhaltenen Ziellage abgeglichen wird, und – in der anschließenden Endnäherungsphase der Lenkkörper (3) bilddatenbasiert auf das Ziel geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ziel mittels eines gepulsten Lasers markiert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasermarkierung des Ziels und die Beobachtung des reflektierten Laserspots (26, 26') in einem infraroten Spektralbereich erfolgt, der sich von dem infraroten Spektralbereich unterscheidet, in dem die optische Bilddatenerfassung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasermarkierung und Beobachtung des Laserspots (26, 26') im nahen infraroten Spektralbereich erfolgt, und dass die Bilddaten im mittleren infraroten Spektralbereich gewonnen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall der Bilddatenerfassung in der Endnäherungsphase der Lenkkörper (3) laserbasiert auf das Ziel geführt wird.