-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Suchkopf, der bevorzugt auf einem Flugkörper befestigt ist und für die Führung dieses Flugkörpers eingesetzt werden kann. So werden Suchköpfe üblicherweise zum Erfassen und Verfolgen von statischen oder mobilen Zielen verwendet, zu denen der Flugkörper geführt werden soll.
-
Bisherige Suchköpfe können lediglich in einem schmalen Wellenlängenbereich operieren, wodurch solche Suchköpfe auf die Verfolgung einer einzigen Signatur eines Ziels beschränkt sind. In zukünftigen Anwendungen sollen Suchköpfe jedoch Multi-Mode-fähig sein, was bedeutet, dass die Suchköpfe je nach Szenario verschiedene Signaturen erfassen und verfolgen können. Die Signaturen eines Ziels können von unterschiedlichen Strahlungsquellen ausgehen. So kann beispielsweise eine Signatur durch Reflektion einer pulsierenden Beleuchtung des Ziels mittels Semi-Active-Laser erzeugt werden oder als Signatur die Infrarotstrahlung eines Triebwerks des Ziels verwendet werden.
-
Aus dem Stand der Technik sind bereits Suchköpfe bekannt, die eine Optik aufweisen, die Dual-Mode-Funktionalität ermöglicht. Solche Suchköpfe werden beispielsweise in der
DE 20 2007 019 050 U1 oder in
US 6 606 066 B1 offenbart und können sowohl Infrarotstrahlung als auch Laserstrahlung erfassen. Jedoch ist deren Konstruktion meist sehr aufwändig, da aus reflektierenden Parabolspiegeln, Strahlenteiler in Verbindung mit unterschiedlichen Linsensystemen und weiteren Bauteilen ein oftmals kompliziertes optisches System hergestellt werden muss. Dadurch wird der Suchkopf kostspielig und aufwändig zu realisieren. Weiterhin sind diese aufwändigen Optiken trotz des großen Aufwands und der kostspieligen Herstellung verlustbehaftet und daher den Anforderungen hinsichtlich Reichweite und großem Sichtfeld meist nicht mehr gewachsen. Schließlich lassen sich derartige Suchköpfe nicht mit vertretbarem Aufwand an neue Anforderungen anpassen, sind daher für moderne Anwendungen nicht flexibel genug. Ein anderer Suchkopf mit zwei abgewinkelt zueinander auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Sensoren ist aus der
US 5 023 440 A bekannt. Ein Suchkopf mit entgegengesetzt ausgerichteten Sensoren ist aus der nachveröffentlichten
EP 2 508 836 A1 bekannt.
-
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Suchkopf bereitzustellen, der die oben genannten Nachteile im Stand der Technik ausräumt, insbesondere ist es Aufgabe, einen Suchkopf bereitzustellen, der bei kostengünstiger Herstellung eine flexible und zuverlässige Multi-Mode-Funktionalität aufweist.
-
Die Aufgabe wird gelöst durch die Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Dieser offenbart einen Suchkopf, der auf einem Träger, vorzugsweise auf einem Flugkörper, montiert ist. Dabei umfasst der Suchkopf mehrere optische Sucher, wobei jeder der optischen Sucher jeweils eine eigene optische Achse aufweist, in die der optische Sucher blicken kann. Die optischen Sucher sind an einer Haltevorrichtung befestigt, die gegenüber dem Träger gelagert ist. Ein Aktorsystem ist eingerichtet, die Haltevorrichtung relativ zum Träger, d.h. bevorzugt entlang der Lagerung, zu bewegen. Weiterhin umfasst der Suchkopf eine Rechenvorrichtung, die eine Sichtlinie des Suchkopfs vorgeben kann, wodurch die Rechenvorrichtung festlegt, in welche Richtung der Suchkopf blicken soll. Schließlich ist das Aktorsystem derart eingerichtet, dass wahlweise eine der optischen Achsen der optischen Sucher in die festgelegte Sichtlinie des Suchkopfes geschwenkt werden kann. Ein derartiger Aufbau ermöglicht es, die einzelnen optischen Sucher konstruktiv und optronisch einfach und damit kostengünstig auszulegen. Durch die Aufnahme der optischen Sucher an der Haltevorrichtung entsteht somit eine Vielzahl von optischen Systemen, die bevorzugt getrennt voneinander eingebaut, gewartet und individuell betrieben werden können. Somit kann die Rechenvorrichtung erfindungsgemäß festlegen, welche optische Achse in die Sichtlinie geschwenkt werden soll, und das Aktorsystem entsprechend ansteuern. Auf diese Weise können mit dem Flugkörper vorteilhaft verschiedene Szenarien angeflogen oder verschiedene Ziel-Beleuchter benutzt werden.
-
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines Suchkopfes gelöst, wobei der Suchkopf für die Montage auf einem Träger, insbesondere auf einem Flugkörper, vorgesehen ist, und der Suchkopf zumindest zwei fest verbundene optische Sucher umfasst. Ein Aktorsystem ist erfindungsgemäß dazu ausgelegt, dass es die verbundenen optischen Sucher bewegen kann. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Zunächst wird eine Sichtlinie festgelegt, in die der Suchkopf blicken soll. Anschließend wird das Aktorsystem dazu verwendet, um die Sucher derart zu schwenken, dass wahlweise eine optische Achse eines der optischen Sucher mit der festgelegten Sichtlinie übereinstimmt. Somit ist es vorteilhaft möglich, dass der aktuell ausgewählte Sucher in die festgelegte Sichtlinie des Suchkopfs blickt. Durch das erfindungsgemäß Verfahren wird es beispielsweise möglich, dass die aktuell mit der Sichtline des Suchkopfs übereinstimmende optische Achse aus der Sichtlinie hinausgeschwenkt wird, während gleichzeitig eine optische Achse eines anderen optischen Suchers in die Sichtlinie hineingeschwenkt wird. Auf diese Weise können mehrere optische Sucher verwendet werden, die jeweils unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen können, so dass eine Multi-Mode-Funktionalität des Suchkopfs realisiert wird, ohne ein komplexes optisches Linsensystem zu verwenden.
-
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Suchkopfs, ist das erfindungsgemäße Aktorsystem derart eingerichtet, dass es Bewegungen des Trägers ausgleicht. Auf diese Weise bleibt eine absolute Ausrichtung von zumindest einem der optischen Sucher unverändert. Die Haltevorrichtung kann somit als stabilisierte Plattform angesehen werden, die unabhängig von den Bewegungen des Trägers eine festgelegte Ausrichtung beibehält. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der stabilisierten Plattform daher, dass in konventionellen Suchköpfen eine derartige stabilisierte Plattform bereits vorhanden ist, so dass die Multi-Mode-Funktionalität des erfindungsgemäßen Suchkopfs sehr vorteilhaft dadurch realisiert werden kann, dass an die stabilisierte Plattform mehrere optische Sucher angebracht werden, und das Aktorsystem derart erweitert wird, dass es die einzelnen optischen Sucher in die Sichtlinie des Suchkopfs schwenken kann. Somit sind keine weiteren, teureren Bauteile notwendig, um die geforderte Multi-Mode-Funktionalität zu realisieren.
-
Bevorzugt laufen die einzelnen optischen Achsen der optischen Sucher durch einen Rahmendrehpunkt der Haltevorrichtung, die bevorzugt als Kardan-Rahmenkörper aufgebaut ist. Dadurch wird der Schwenkweg verringert und die Zeit, die zum Verschwenken benötigt wird, minimiert, was eine kurze Umschaltzeit zwischen den einzelnen optischen Suchern bedeutet.
-
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Aktorsystem eingerichtet ist, die Haltevorrichtung in Nickrichtung und/oder in Gierrichtung des Trägers zu bewegen. Über diese beiden Richtungen kann die Haltevorrichtung in sämtliche relevante Richtungen bewegt werden, eine Ausrichtung der optischen Sucher konstant zu halten.
-
Erfindungsgemäß weist jeder der optischen Sucher einen Betriebsbereich auf, der einen festgelegten Wellenlängenbereich umfasst. Ebenfalls erfindungsgemäß ist dabei der Wellenlängenbereich eines jeden optischen Suchers verschieden von dem Wellenlängenbereich jedes anderen optischen Suchers. Auf diese Weise kann der Suchkopf mehreren Signaturen eines Ziels folgen, die in unterschiedlichen Wellenlängen abgestrahlt werden. Die Rechenvorrichtung kann bevorzugt entscheiden, welcher der optischen Sucher verwendet werden soll, um in die Sichtlinie des Suchkopfs geschwenkt zu werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Suchkopf derart eingerichtet, dass gleichzeitig lediglich eine optische Achse in die Sichtlinie schwenkbar ist. Bevorzugt kann somit stets ein optischer Sucher mit einer definierten Wellenlänge in der Sichtlinie des Suchkopfs sein, um ein Ziel zu erfassen oder zu verfolgen. Sollte sich herausstellen, dass jedoch eine andere Wellenlänge benötigt wird, so kann die Rechenvorrichtung bevorzugt das Aktorsystem ansteuern, um einen weiteren optischen Sucher in die Sichtlinie des Suchkopfs zu schwenken. Somit kann ein Ziel effizient erfasst und/oder verfolgt werden.
-
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn lediglich derjenige optische Sucher aktiv ist, dessen optische Achse mit der Sichtlinie übereinstimmt. Somit kann das Ziel stets mit einem festgelegten optischen Sucher erfasst und verfolgt werden, während sich die anderen optischen Sucher bevorzugt in einem Wartemodus befinden. Sollte festgestellt werden, dass ein weiterer optischer Sucher benötigt wird, beispielsweise weil die Detektion einer weiteren Wellenlänge vonnöten ist, so wird der aktuelle optische Sucher aus der Sichtlinie herausgeschwenkt und ein weiterer optischer Sucher in die Sichtlinie hineingeschwenkt, so dass dieser optische Sucher nun aktiv wird und das Ziel erfasst und/oder verfolgt. Dabei bleibt die Sichtlinie des Suchkopfs bevorzugt konstant, so dass sich lediglich der Betriebsmodus des Suchkopfs ändert.
-
Durch das Verschwenken der optischen Sucher, so dass sich lediglich eine optische Achse eines der Sucher in der Sichtlinie des Suchkopfs befindet, kann in vorteilhafter Weise ein einziger Dom bzw. ein einziges optisches Eintrittsfenster an dem Suchkopf oder an dem Träger vorgesehen sein. Somit kann bevorzugt der bisherige Aufbau von vorhandenen Systemen übernommen werden, wobei der Suchkopf vorteilhaft mit mehreren optischen Suchern ausgestattet ist. Die einzelnen optischen Sucher könnten sich daher ein einziges Eintrittsfenster bzw. einen einzigen Dom teilen.
-
Um kurze Verschwenkwege zu realisieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die optischen Achsen in einem spitzen Winkel zueinander abgewinkelt sind. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich die optischen Achsen in dem Drehpunkt der Haltevorrichtung schneiden, so dass ein einfaches Verschwenken der optischen Sucher möglich ist. Durch die kurzen Verschwenkwege wird daher ein nahezu unterbrechungsfreies Verfolgen und/oder Erfassen eines Ziels ermöglicht, auch wenn der Suchkopf von einem Mode in den nächsten Mode umschaltet, was bedeutet, dass von einem optischen Sucher auf einen weiteren optischen Sucher gewechselt wird.
-
In einer vorteilhaften Weise wird das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, indem das Aktorsystem dazu verwendet wird, Bewegungen des Trägers derart auszugleichen, so dass eine absolute Ausrichtung der Sucher bestehen bleibt. Dies ist insofern vorteilhaft, als ungewollte Bewegungen des Trägers keinen Einfluss auf die Blickrichtung des Suchkopfs haben. Somit bleibt die Sichtlinie des Suchkopfs stets auf ein zu erfassendes und/oder zu verfolgendes Ziel gerichtet, während der Träger unabhängig davon Bewegungen, wie beispielsweise Flugbewegungen, ausführen kann.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wird weiterhin erfindungsgemäß dadurch durchgeführt, indem die optischen Sucher mit voneinander unterschiedlichen Wellenlängenbereichen betrieben werden. Auf diese Weise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine flexible und zuverlässige Multi-Mode-Funktionalität eines Suchkopfs realisiert.
-
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Übersicht über einen Suchkopf mit zwei optischen Suchern gemäß eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
- 2 eine schematische Darstellung von zwei optischen Suchern, die gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung angeordnet sind, wobei ein erster optischer Sucher aktiv ist, und
- 3 eine schematische Ansicht von zwei optischen Suchern, die gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung angeordnet sind, wobei ein zweiter optischer Sucher aktiv ist.
-
1 zeigt einen Suchkopf 1, der einen ersten optischen Sucher 2 und einen zweiten optischen Sucher 3 umfasst. Dabei weisen der erste optische Sucher 2 und der zweite optische Sucher 3 bevorzugt unterschiedliche Wellenlängenbereiche auf, um Strahlung von diversen Strahlungsquellen, wie beispielsweise einem Semi-Active-Laser mit der Wellenlänge 1,06 µm, einem Semi-Active-Laser mit der Wellenlänge 1,54 µm, einer abbildenden Infrarotquelle mit der Wellenlänge 3 bis 5 µm oder einer abbildenden Infrarotquelle mit der Wellenlänge 10 µm zu erfassen. Der erste optische Sucher 2 und der zweite optische Sucher 3 sind an einer Haltevorrichtung 4 angeordnet, die als Kardan-Rahmenkörper über ein Aktorsystem 5 schwenkbar ausgelegt ist. Die Haltevorrichtung 4 ist dabei konventionell aufgebaut. Die einzelnen optischen Sucher sind sowohl konstruktiv als auch optronisch getrennt voneinander eingebaut und werden individuell betrieben.
-
Eine Rechenvorrichtung 6 ist mit dem Aktorsystem 5 und dem ersten optischen Sucher und dem zweiten optischen Sucher verbunden und kann mehrere Aufgaben wahrnehmen. Zum einen wählt die Rechenvorrichtung 6 aus, mit welchem der optischen Sucher 2 oder 3 der Suchkopf betrieben werden soll. Dementsprechend steuert die Rechenvorrichtung 6 das Aktorsystem 5 an, um den ausgewählten Sucher in eine Sichtlinie des Suchkopfs zu schwenken. Weiterhin ist die Rechenvorrichtung eingerichtet, Bewegungen eines Flugkörpers, auf den der Suchkopf 1 montierbar ist, auszugleichen, so dass die absolute Ausrichtung der Haltevorrichtung 4 und damit auch die absolute Ausrichtung des ersten optischen Suchers 2 und des zweiten optischen Suchers 3 konstant bleibt.
-
Der Suchkopf 1 ist durch die Verwendung des ersten optischen Suchers 2 und des zweiten optischen Suchers 3 Multi-Mode-fähig. Dazu muss lediglich einer der beiden Suchköpfe aktiviert werden. Dies ist in den 2 und 3 illustriert.
-
In 2 ist die Anordnung des ersten optischen Suchers 2 und des zweiten optischen Suchers 3 aus 1 schematisch dargestellt. Dabei weist der erste optische Sucher 2 eine erste optische Achse 20 auf, während der zweite optische Sucher 3 eine zweite optische Achse 30 aufweist. Weiterhin ist eine Sichtlinie 10 des Suchkopfs 1 vorhanden, die von der Rechenvorrichtung 6 festgelegt wird.
-
Die Haltevorrichtung 4 ist als Kardan-Rahmenkörper so aufgebaut, dass die optischen Achsen 20, 30 der einzelnen optischen Sucher 2, 3 (optische Kanäle) durch den Rahmendrehpunkt laufen. Es befindet sich immer ein optischer Kanal mit einer definierten Wellenlänge in der Sichtlinie des Suchkopfes. Wird auf einen anderen Kanal mit einer anderen Wellenlänge umgeschaltet, wird der innere Rahmenkörper durch das Aktorsystem 5 soweit geschwenkt, bis der andere vorgewählte Kanal in der Sichtlinie 10 des Suchkopfes 1 liegt. Dabei kann immer nur ein optischer Kanal in die Sichtlinie 10 des Suchkopfes 1 geschwenkt werden, so dass immer nur ein Wellenlängenbereich benutzt wird. Damit können verschiedene Szenarien angeflogen oder verschiedene Ziel-Beobachter benutzt werden.
-
In dem in 2 gezeigten Fall ist der erste optische Sucher 2 aktiv. Daher stimmt die erste optische Achse 20 mit der Sichtlinie 10 überein. Da der erste optische Sucher 2 und der zweite optische Sucher 3 einen unterschiedlichen Wellenlängenbereich aufweisen, befindet sich der Suchkopf 1 gerade in einem ersten Betriebsmodus. Dies bedeutet, dass der erste optische Sucher 2 die Aufgabe des Erfassens und Verfolgens eines Ziels wahrnimmt. Sollte die Rechenvorrichtung 6 feststellen, dass ein weiterer Betriebsmodus benötigt wird, so kann sie die Haltevorrichtung 4 verschwenken, wodurch ein weiterer Suchkopf aktiv wird. In 2 ist dies mit dem Pfeil 100 angedeutet, der anzeigt, dass von dem ersten optischen Sucher 2 auf den zweiten optischen Sucher 3 gewechselt werden soll.
-
In 3 ist dargestellt, wie der zweite optische Sucher 3 aktiviert ist, während der erste optische Sucher 2 in einen Wartemodus versetzt wurde. Somit stimmt nun die zweite optische Achse 30 des zweiten optischen Suchers 3 mit der Sichtlinie 10 des Suchkopfs 1 überein. Der Suchkopf 1 befindet sich daher in einem zweiten Betriebsmodus, da nun der zweite optische Sucher 3 die Aufgabe des Erfassens und/oder Verfolgens eines Ziels übernommen hat.
-
Insbesondere aus 2 und 3 ist ersichtlich, dass ein Wechsel des Betriebsmodus, d.h. ein Wechsel des aktiven Suchkopfes, durch die geringen Verfahrwege sehr schnell realisiert werden kann. Somit ist eine nahezu unterbrechungsfreie Erfassung und/oder Verfolgung eines Ziels möglich.
-
Da weiterhin lediglich eine einzige Sichtlinie 10 des Suchkopfs 1 benötigt wird, um mehrere optische Sucher zu betreiben, muss der grundsätzliche Aufbau des Flugkörpers nicht verändert werden. So können sich beispielsweise sämtliche Sucher ein einziges optisches Eintrittsfenster oder einen einzigen Dom miteinander teilen. Auf diese Weise wird der Aufbau des Flugkörpers nicht unnötig verkompliziert und damit auch nicht verteuert.
