DE112010003767T5

DE112010003767T5 - Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf mit gemeinsamer Sichtlinie, welcher eine SAL-Aufweitungseinrichtungenthält

Info

Publication number: DE112010003767T5
Application number: DE112010003767T
Authority: DE
Inventors: David J. Markason; David D. Jenkins; Byron B. Taylor
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2009-09-26
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-10-11
Anticipated expiration: 2030-06-17
Also published as: GB201200544D0; WO2011037660A1; US8164037B2; DE112010003767B4; GB2484231A; GB2484231B; US20110073704A1

Abstract

In einem SAL/IR-Suchkopf mit gemeinsamer Ziellinie sind das optische System und insbesondere der Sekundärspiegel und die Position des SAL-Detektors so gestaltet, dass ein gut korrigierter Brennfleck der Laserenergie an dem SAL-Detektor erzeugt wird. Eine Aufweitungseinrichtung ist zwischen der Sekundärspiegel/Linsenanordnung und dem SAL-Detektor, möglicherweise auf dem Sekundärspiegel entfernt von der Aperturblende und nicht auf dem optischen Weg zu dem Infrarotdetektor angeordnet. Die Aufweitungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie räumlich die Laserenergie homogenisiert, um die Größe des Brennflecks der fokussierten Laserenergie an dem SAL-Detektor zu erhöhen, um die Systemübertragungsfunktion so einzustellen, dass die Neigungsanforderungen erfüllt werden. Die räumliche Homogenisierung dient zur Verminderung sowohl der Ziellinienverschiebung als auch von Neigungs-Nichtlinearitäten. Diese Lösung vereinfacht in hohem Maße die zeit- und arbeitsintensive Eichung zur Systemübertragungsfunktion des SAL-Detektors.

Description

Rechte der Regierung
Die vorliegende Erfindung wurde mit Unterstützung der Regierung der Vereinigten Staaten unter Kontraktnummer W31P4Q-04-C-0059 mit dem Heeresministerium geschaffen. Die Regierung der Vereinigten Staaten hat bestimmte Rechte an der vorliegenden Erfindung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Zweifachmodus-SAL/IR-Suchköpfe mit gemeinsamer Sichtlinie für Projektile, Raketen und andere Geschosse, welche Ziele treffen, indem sie halbaktive Laserenergie (SAL) detektieren und ihr folgen, welche von den Zielobjekten zurückgestreut wird und indem sie passive Infrarotstrahlungsemission (IR) detektieren, welche von den Zielobjekten ausgeht.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Lasergelenkte Geschosse oder Projektile werden im Allgemeinen zum Treffen von punktförmigen Zielobjekten mit einer hohen Wahrscheinlichkeit des Erfolges und mit minimalem Kollateralschaden verwendet. Solche Projektile oder Geschosse umfassen gelenkte Artilleriegeschosse, Lenkraketen und gelenkte Bomben, welche sämtlich hier als Projektile bezeichnet werden.
Ein lasergelenktes Projektil enthält typischerweise einen Suchkopf für halbaktive Laserstrahlung (SAL) zum Detektieren der Laserstrahlung, welche von dem gewünschten Zielobjekt zurückgestreut wird und zur Lieferung von Signalen, welche die Position des Zielobjekts anzeigen, so dass das Projektil auf das Zielobjekt hin gelenkt werden kann. Der SAL-Suchkopf kann ein nicht-abbildendes optisches System enthalten, um die zurückgestreute Laserstrahlung einzufangen und zu fokussieren, sowie einen positionsempfindlichen Detektor, beispielsweise einen Quad-Detektor. Das optische System kann die Zielobjektposition in eine Strahlungsverteilung oder die Lage eines Punktbereichs auf dem Detektor umwandeln. Wenn sich die Position des Zielobjektes ändert, dann ändert sich die Position oder die räumliche Verschiebung des Punktbereichs. Der Detektor erzeugt mindestens ein Lenksignal in Abhängigkeit von der Position des Punktbereichs als ein Maß bezüglich der Zielobjektposition.
Das US-Patent 6,924,772 mit dem Titel ”Tri-mode co-boresighted seeker” beschreibt einen Dreifachmodus-Suckkopf mit gemeinsamer Ziellinie, welcher eine primäre Sammelspiegelanordnung, welche eine parabolische Oberfläche aufweist, und eine voraus angeordnete, dielektrische Sekundärspiegelanordnung mit einer dielektrischen Spiegelbeschichtung enthält, welche Infrarotstrahlungsenergie zu einer Infrarotstrahlungsdetektoranordnung reflektiert, welche auf einer mittigen Längsachse auf einer Seite der Sekundärspiegelanordnung gelegen ist, während eine im Wesentlichen unverlegte Ausbreitung von Millimeterwellenhochfrequenzenergie und Laserenergie in einem gemeinsamen oder verbundenen Signalweg dort hindurch auf Mittel geschaffen ist, welche auf der anderen Seite des Sekundärspiegels gelegen sind, um Laserenergie zu extrahieren und weg von dem gemeinsamen optischen Hochfrequenzweg zu einer Laserdetektoranordnung zu führen, während wenig oder keine Störung des Hochfrequenzsignals verursacht wird, wenn es sich zu einer gemeinsam angeordneten gezweigten Wellenleitungsanordnung ausbreitet, welche die Hochfrequenzenergie zu Hochfrequenz-Detektormitteln auskoppelt, welche hinter dem Primärspiegel gelegen sind.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Folgende ist eine Zusammenfassung der Erfindung, um ein grundsätzliches Verständnis bestimmter Aspekte der Erfindung zu ermöglichen. Diese Zusammenfassung soll nicht ausschlaggebende oder kritische Elemente der Erfindung identifizieren, noch soll sie den Grundgedanken der Erfindung begrenzen. Der einzige Zweck dieser Zusammenfassung ist die Darstellung einiger Konzepte der Erfindung in vereinfachter Form, um einer detaillierteren Beschreibung und den definierenden Ansprüchen vorauszugehen, welche weiter unten dargestellt werden.
In einem eine gemeinsame Sichtlinie aufweisenden SAL/IR-Suchkopf bildet ein optisches Zweispiegel-Teleskopsystem eine gemeinsame Apertur an dem Primärspiegel aus, um sowohl die Infrarotenergie als auch die Laserenergie zu sammeln und auf einen sekundären Spiegel bzw. eine sekundäre Spiegelanordnung zu fokussieren, welche die Infrarotenergie auf einen Infrarotdetektor reflektiert und die Laserenergie zu einem lageempfindlichen SAL-Detektor überträgt. Verlegungen der übertragenen Laserenergie, welche durch die sekundäre Spiegelanordnung bzw. Linsenanordnung gemeinsamer Sichtlinie und die Befestigungsstruktur, die SAL-Detektor-Totzonen möglicherweise durch Vignettierung an dem Ring der Kuppel über dem betreffenden Kardanfeld erzeugt werden, erzeugen eine Ziellinienverschiebung und Steigungs-Nichtlinearitäten in der Übertragungsfunktion des SAL-Detektorsystems. Die Erfindung mildert diese Fehler zur Erfüllung von Neigungserfordernissen durch Gestaltung der sekundären Linse auf der Vorderseite des sekundären Spiegels bzw. der sekundären Linse und Positionierung des SAL-Detektors zur Bildung eines kleinen Fleckens fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor. Die sekundäre Linse ist ein Fokussierungselement für Laserenergie. Eine Aufweitungseinrichtung ist zwischen dem sekundären Spiegel bzw. der sekundären Linse und dem SAL-Detektor, möglicherweise auf dem sekundären Spiegel und entfernt von der Aperturblende und nicht im optischen Weg des Infrarotdetektors angeordnet. Die Aufweitungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie räumlich die Laserenergie homogenisiert, um die Größe des Fleckens fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor zu erhöhen, um die Systemübertragungsfunktion so einzustellen, dass die Neigungsanforderungen erfüllt werden. Die räumliche Homogenisierung dient einer Verminderung sowohl der Ziellinienverschiebung als auch der Neigungs-Nichtlinearitäten.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für die Fachleute auf diesem Gebiete aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Abbildung eines lasergeführten Projektils, welches auf ein Zielobjekt gerichtet ist.
2 ist ein Blockschaltbild eines Lenksystems mit einem SAL/IR-Suchkopf;
3 ist eine Abbildung eines SAL-Detektors und seiner idealen Übertragungsfunktion für ein Gesichtsfeld um die Ziellinie herum;
4 ist eine Darstellung eines Zweifachmodus-SAL/IR-Suckkopfes mit gemeinsamer Apertur;
5 ist eine Abbildung der Befestigungsstützen zur Positionierung des Sekundärspiegels in einem Zweispiegel-Teleskop;
6a und 6b zeigen achsgerechte und von der Achse abliegende Verlegungen, welche durch die Befestigungsstützen und den Sekundärspiegel bzw. die Sekundärlinse verursacht sind;
7a und 7b zeigen achsgerechte und von der Achse abliegende Verlegungen, welche durch die Totenzonen in dem SAL-Quad-Detektor verursacht sind;
8 ist eine Darstellung, welche die Ansammlung von Daten von einem Zielobjekt verdeutlicht, das über das Gesichtsfeld des Detektors bewegt wird, um einen eindeutigen Versatz gegenüber der achsgerechten Position und sowohl der achsfernen Position ΔX und der achsfernen Position ΔY zu speichern;
9 zeigt eine Systemübertragungsfunktion, welche aus den gesammelten Daten erzeugt wird, wobei die Veränderung im Versatz der Neigung und der Nichtlinearität der Übertragungsfunktion verdeutlicht wird;
10a und 10b sind Abbildungen, welche die Vignettierung am Kuppelring und die asymmetrische Abschattung oder Verlegung verdeutlichen, welche durch große Bewegungen der Kardanaufhängung verursacht wird;
11a und 11b sind Darstellungen eines Zweifachmodus-SAL/IR-Suckkopfes mit gemeinsamer Apertur mit einer Aufweitungseinrichtung, welche entfernt von der gemeinsamen Aperturblende in den optischen Weg des SAL angeordnet ist, sowie eine Detailansicht bezüglich der räumlichen Homogenisierung, welche durch die Aufweitungseinrichtung erzeugt wird;
12 ist eine Abbildung, welche die Sammlung von Daten von einem Zielobjekt verdeutlicht, das auf der Ziellinie gelegen ist, um einen gemeinsamen Versatz für das gesamte Blickfeld zu speichern;
13 ist eine Darstellung der Systemübertragungsfunktion, welche mit der Aufweitungseinrichtung über das Gesichtsfeld oder Blickfeld erzeugt wird, wobei die Verbesserung bezüglich Versatz, Neigung und Linearität verdeutlicht wird, die durch Einbeziehung der Aufweitungseinrichtung erzeugt wird;
14 ist eine Darstellung des Zweifachmodus-SAL-Abbildungssuchkopfes mit gemeinsamer Apertur und Einbeziehung einer Aufweitungseinrichtung, welche auf der Rückseite des sekundären optischen Elements vorgesehen ist; und
15 ist eine Abbildung eines Zweifachmodus-SAL-Abbildungssuchkopfes mit gemeinsamer Apertur mit einem Gehäuse und einem EMI-Schutzbelag auf der Rückseite des sekundären optischen Elements, welche einen Faraday'schen Käfig um den SAL-Detketor bilden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beschreibt einen SAL/IR-Suchkopf mit gemeinsamer Ziellinie oder Sichtlinie, bei welchem ein optisches Teleskopsystem mit zwei Spiegeln eine gemeinsame Apertur an dem Primärspiegel zur Sammlung und Fokussierung sowohl der Infrarotenergie, als auch der Laserenergie auf einen Sekundärspiegel bzw. eine Sekundärlinse vornimmt, welcher bzw. welche die Infrarotenergie zu einem Infrarotdetektor reflektiert und die Laserenergie zu einem positionsempfindlichen SAL-Detektor überträgt. Abschattungen oder Verlegungen der übertragenen Laserenergie, welche durch den Sekundärspiegel bzw. die Sekundärlinse gemeinsamer Ziellinie und die Befestigungsstrukturen, tote Zonen des SAL-Detektors und eine mögliche Vignettierung an dem Kuppelring oder Kuppelrand über das betreffende Kardanfeld verursacht sind, erzeugen eine Ziellinienverschiebung und Neigungs-Nichtlinearitäten in der Übertragungsfunktion des SAL-Detektorsystems. Die Erfindung lindert diese Fehler zur Erfüllung der Anforderungen an das System durch Konfiguration der sekundären Linse auf der Vorderseite des Sekundärspiegels bzw. der Sekundärlinse und Anordnung des SAL-Detektors zur Bildung eines kleinen Flecken der fokussierten Laserenergie auf dem SAL-Detektor. Die sekundäre Linse ist ein Schlüssel-Fokussierungselement für Laserenergie. Eine Aufweitungseinrichtung ist zwischen dem sekundären Spiegel und dem SAL-Detektor angeordnet, möglicherweise auf dem Sekundärspiegel und entfernt von der Aperturblende und nicht in dem optischen Weg zu dem Infrarotdetektor. Die Aufweitungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie räumlich die Laserenergie homogenisiert, um die Größe des Flecken der fokussierten Laserenergie auf dem SAL-Detektor zu vergrößern und so die Systemübertragungsfunktion einzustellen, um die Neigungsanforderungen zu erfüllen. Die räumliche Homogenisierung dient zur Verminderung sowohl der Ziellinienverschiebung als auch der Neigungs-Nichtliniearitäten. Diese Lösung vereinfacht in starkem Maße die Zeit und den Arbeitsaufwand für die Eichung der Systemübertragungsfunktion.
Es sei nun auf 1 Bezug genommen. Ein lasergelenktes Projektil 100 kann ein Zielobjekt 190 treffen, indem die vom Zielobjekt 190 reflektierte Laserstrahlung 195 detektiert und verfolgt wird. In 1 ist das Zielobjekt 100 als ein Panzer dargestellt, doch kann es auch eine andere Art von Fahrzeug oder eine Struktur, ein Gebäude oder ein anderes ortsfestes Objekt sein. Das Zielobjekt 190 kann mit Laserenergie 185 von einer Laser-Bestrahlungseinrichtung 180 bestrahlt werden. Die Laser-Bestrahlungseinrichtung 180 kann, wie in 1 gezeigt, am Boden angeordnet sein oder kann in einem Fahrzeug oder einem Flugzeug angeordnet sein. Die reflektierte Energie 195 kann ein Teil der Bestrahlungs-Laserenergie 185 sein.
Das lasergelenkte Projektil 100 kann einen Projektilkörper 115, Leitwerksflächen 125 und ein Lenksystem enthalten. Das Lenksystem kann einen Suchkopf enthalten, von welchem in 1 nur die durchlässige Kuppel 132 sichtbar ist. Der Suchkopf kann projektilkörperfest sein oder kardanisch gelagert sein. Das Lenksystem kann ein Flugsteuersystem zur Steuerung des Fluges des lasergelenkten Projektils 100 durch Mainipulieren einer oder mehrerer der Leitwerksflächen 125 auf der Basis mindestens eines Lenksignals vom Suchkopf enthalten. In dem Beispiel nach 1 sind die Leitwerksflächen 125 als Stummelflügel dargestellt, doch kann es sich auch um Flossen, Flügel, Querruder, Auftriebserzeuger, Spoiler, Klappen, Luftwiderstandserzeuger oder andere steuerbare Einrichtungen handeln, welche dazu geeignet sind, den Flugweg des lasergelenkten Projektils 100 zu beeinflussen.
Nunmehr sei auf 2 Bezug genommen. Ein Lenksystem 200, welches für die Verwendung in dem Projektil 100 geeignet sein kann, kann einen Zweimodus-SAL/IR-Suchkopf 260 mit gemeinsamer Ziellinie und ein Flugsteuersystetm 220 enthalten. Der Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf 260 kann ein optisches Zweispiegelsystem 230 mit einer gemeinsamen Apertur zum Einfangen und Fokussieren des Laserlichts 259 (0,35 bis weniger als 3 μm) enthalten, welches von einem Zielobjekt reflektiert wird, um einen Laserenergieflecken 245 auf einem positionsempfindlichen SAL-Detektor 250 auszubilden und passive IR-Emissionen 297 (LWIR 8–12 μm oder MWIR 3–5 μm) von dem Zielobjekt einzufangen und zu verdichten oder zu fokussieren, welche von dem Zielobjekt ausgehen, um ein zweidimensionales Bild 247 auf einem IR-Detektor 272 zu erzeugen. In einer bestimmten Anwendung überlappt sich die Wellenlänge des Laserlichts nicht mit den aufgenommenen Wellenlängen der passiven IR-Emissionen. Typische Laserbestrahlungsquellen arbeiten bei annähernd 1,06 μm. Es besteht ein bestimmtes Interesse an der Verwendung einer ”augensicheren” Wellenlänge von 1,155 μm. Der Zweifachmodus-Suchkopf 260 kann mindestens ein SAL-Lenksignal erzeugen, welches eine X-, Y-Position oder eine räumliche Verlagerung des Laserenergieflecken und/oder mindestens ein IR-Lenksignal liefert, welches von den Infrarotbildern abgeleitet wird. Das mindestens eine SAL-Lenksignal kann Signale ΔX und ΔY enthalten, welche die Position des Laserenergieflecken 245 längs zweier aufeinander senkrecht stehender Achsen anzeigen. Beispielsweise verwendet ein ”Bestrahlungsmodus” nur das SAL-Lenksignal, um das Ziel zu treffen. Ein Einfangmodus oder ”Anoint-Modus” verwendet das SAL-Lenksignal zum Erfassen des Zielobjektes und gibt dann den Betrieb zu dem IR-Lenksignal für den restlichen Betrieb weiter. Ein IR-Modus verwendet nur die passive Abbildung. Die IR-Abbildungen können auch dazu verwendet werden, das Zielobjekt zu klassifizieren und den Zielvorgang zu verfeinern. IR-Detektoren verlassen sich auf die von dem Zielobjekt abgegebene Wärme für die Identifikation und die Verfolgung. Dies kann sehr effektiv sein, leidet jedoch unter Störungen, Rauschecho und Gegenmaßnahmen, beispielsweise durch Ablenkkörper.
Das Flugsteuersystem 220 kann von einer geeichten Systemübertragungsfunktion 277 für die Signale ΔX und ΔY in dem ”linearen” Bereich der Systemübertragungsfunktion des SAL-Detektors eine Korrektur 275 empfangen oder heraussuchen. Die geeichte oder kalibrierte Systemübertragungsfunktion des SAL-Detektors 250 kann von der idealen Systemübertragungsfunktion aufgrund von Verlegungen oder Abschattungen des optischen Systems 230 abweichen. Diese Verlegungen können eine Ziellinienverschiebung, eine Neigungsänderung und Abweichung von der Linearität der idealen Systemübertragungsfunktion verursachen, wie in 3b gezeigt ist. Diese Fehler können eine Eichung erforderlich machen, um eine Ziellinienverschiebung minimal zu halten und die Neigungsanforderungen für das Lenksystem zu erfüllen. Andere Fehlerquellen, beispielsweise ein Versatz in der seitlichen Position des SAL-Detektors können auch durch Kalibrierung beseitigt werden.
Das Lenksystem 200 kann gewünschtenfalls einen zusätzlichen Suchkopf oder mehrere zusätzliche Suchköpfe 270 enthalten, beispielsweise einen Radarsuchkopf 274. Das Lenksystem 200 kann gewünschtenfalls ein Navigationssystem oder mehrere Navigationssysteme 280 enthalten, beispielsweise ein globales Positionsgebersystem (GPS) 282 und/oder ein Trägheits-Navigationssystem 284.
Das Flugsteuersystem 220 kann mindestens ein Lenksignal von dem Zweifachmodus-Suchkopf 260 empfangen. Das Flugsteuersystem 220 kann auch Lenksignale von den zusätzlichen Suchköpfen 270 und den Navigationssystemen 280 empfangen, wenn solche vorhanden sind. In Reaktion auf die Lenksignale kann das Flugsteuersystem 220 den Flug des Projektils derart steuern, dass das Projektil das ausgewählte Ziel trifft.
Das Flugsteuersystem 220 kann einen Prozessor oder mehrere Prozessoren enthalten, welcher bzw. welche mindestens ein Lenksignal von dem Zweifachmodus-Suchkopf aufnimmt bzw. aufnehmen, um Steuersignale zur Steuerung des Fluges oder der Flugbahn eines Projektils, beispielsweise des Projektils 100 zu erzeugen. Das Flugsteuersystem 220 kann Steuerantriebe enthalten, um die Steuersignale in körperliche Bewegungen der Leitwerksflächen, beispielsweise der Stummelflügel 125 nach 1 umzuformen.
3a zeigt eine Frontansicht des Detektors 250 und des fokussierten Laserenergieflecken 245. Der Detektor 250 kann vier Quadranten A, B, C und D enthalten. Jeder Quadrant kann ein entsprechendes Signal A, B, C und D in Abhängigkeit von der Laserenergie erzeugen, welche auf den jeweiligen Quadranten trifft. Das Lenksignal ΔX kann ein Ungleichgewicht zwischen der Laserenergie, die auf die linke Hälfte (Quadranten A und B) und die rechte Hälfte (Quadranten C und D des Detektors 250 auftrifft, anzeigen. Das Lenksignal ΔY kann ein Ungleichgewicht zwischen der Laserenergie, die auf die obere Hälfte (Quadranten A und C) und die untere Hälfte (Quadranten B und D) des Detektors 250 trifft, anzeigen. Die Ausdrücke ”links”, ”rechts”, ”oben” und ”unten” beziehen sich auf die Darstellung des Detektors 250 gemäß 3a und bedeuten keine körperliche Orientierung des Detektors 250 innerhalb eines Projektils, beispielsweise des Projektils 100. Wenn der Laserflecken 245 auf den Detektor 250 zentriert ist, können die Signale A, B, C und D im Wesentlichen gleich sein und die Lenksignale ΔX und ΔY können beide Null oder nahe Null sein. Der Detektor 250 kann einfach quadratisch oder als ein Körper ausgebildet sein, der positionsempfindlich ist.
Genauer gesagt kann der Detektor 250 effektiv das Zentrum der einfallenden Laserenergie auf dem Detektor 250 messen. Wie in 3b dargestellt ist die Übertragungsfunktion 255 das Verhältnis der Energie, welche auf die verschiedenen Quadranten des Detektors fällt. Wenn die Energie in dem Flecken 245 auf sämtliche vier Quadranten A bis D trifft, dann arbeitet das Lenksystem in einem ”linearen” Bereich 260 der Übertragungsfunktion 255. Bei gegebenem ΔX und ΔY bestimmt die Übertragungsfunktion 255 in dem linearen Bereich 260 den Winkel des Lenksystems gegenüber dem Zielobjekt (beispielsweise die Zielobjektposition). Im Idealfall ist im linearen Bereich 260 die Ziellinienverschiebung Null und es gibt keine Veränderung der Neigung und diese ist vollkommen linear. Wenn die Energie nur auf zwei Quadranten trifft, dann arbeitet das Lenksystem außerhalb des linearen Bereichs, wo die Übertragungsfunktion sich für ΔX oder ΔY den Wert +/–1 annähert. Das Lenksystem weist nur die Richtung auf das Zielobjekt, nicht aber seinen wahren Winkel. Die Größe des Flecken 245 kann die Wirksamkeit des Lenksystems beeinflussen. Beispielsweise hat ein kleiner Flecken das Bestreben, sich schneller als ein großer Flecken aus den Flächen einander überlappender mehrfacher Detektoren herauszubewegen. Ein größerer Flecken verbessert die Übertragungsfunktion durch Bewirken einer verhältnismäßig breiten Übertragungsfunktion, wodurch größere Abweichungswinkel der Sichtlinie oder Ziellinie abgedeckt werden. Die Breite und Neigung der Übertragungsfunktion hängt vom Anwendungsfall ab. Im Allgemeinen liefert die Neigung die erforderliche Empfindlichkeit zur Aufzeichnung von Änderungen in der räumlichen Verlagerung des Flecken auf dem Detektor relativ zur Richtung zum Zielobjekt hin.
Die Position des SAL-Suchkopfes 260 kann innerhalb eines Projektils, beispielsweise des Projektils 100 körperfest sein. Beispielsweise kann der SAL-Suchkopf 260 innerhalb des Projektils 100 so angeordnet sein, dass eine optische Achse des SAL-Suchkopfes 260 auf die Längsachse des Projektils 100 ausgerichtet ist. In diesem Falle kann der Laserflecken 245 auf dem Detektor 250 zentriert sein, wenn die Längsachse des Projektils 100 direkt auf das bezeichnete Zielobjekt hinweist. Der SAL-Suchkopf 260 kann jedoch auch an einer zweiachsigen Kardanlagerung (beispielsweise Rollbewegung-Neigungsbewegung oder Azimut/Elevatiom) innerhalb des Projektils 100 gehaltert sein, so dass die optische Achse des SAL-Suchkopfes 260 um die Längsachse des Projektils 100 herum und von ihr weg gedreht werden kann. Der IR-Detektor kann körperfest außerhalb der Kardanlagerung angeordnet sein und ein ”Coude”-Weg von Freiraumoptiken ist zwischen dem festen IR-Detektor und dem kardanisch gehalterten optischen System vorgesehen. Bei kardanischer Halterung kann der Laserflecken 245 auf dem Detektor 250 zentriert sein, wenn die optische Achse des Zweifachmodus-Suchkopfes 260 direkt auf das gewählte Zielobjekt gerichtet ist. Die Position des Zielobjekts ist die Summe des Ziellinienwinkels des Suchkopfes plus dem Abweichungswinkel der Ziellinie, welche durch den Detektor festgestellt wird.
Es sei nun auf 4 Bezug genommen. Ein Beispiel eines SAL/IR-Suchkopfes 400 mit gemeinsamer Ziellinie kann ein zwei Spiegel aufweisendes optisches System 402 enthalten, welches an einer zweiachsigen Kardanhalterung 404 hinter einer Kuppel 406 befestigt ist, welche die Durchleitung sowohl von Laserenergie 408 (0,35 bis 3,0 μm) als auch von Infrarotenergie 410 (LWIR bei 8 bis 10 μm oder MWIR bei 3 bis 5 μm) gestattet. Das optische System 402 trennt die Infrarotenergie und die Laserenergie und richtet die Infrarotenergie auf einen Infrarotdetektor 412 und die Laserenergie auf einen SAL-Detektor 414, Eine Mittellängsachse 416 erstreckt sich über die Länge des Projektils durch die Mitte der Kuppel. Bei Zentrierung liegt die Ziellinie des optischen Systems in der Längsachse. Die Kardanhalterung kann das optische System um eine erste Achse 418 und eine zweite Achse 420 bewegen, um die Ziellinie des Suchkopfes über das Betrachtungsfeld (FOR) zu verschwenken. Die Kardanhalterung kann beispielsweise eine Kardanaufhängung für Roll- und Neigungsbewegung oder für Azimut- und Elevationsbewegung sein. Die zweiachsige Kardanhalterung 404 kann auf einen Punkt zwischen der Feldlinse 435 und dem Primärspiegel 422 zentriert sein. Der Suchkopf kann in den Moden der Erfassung, der Auswahl oder Kennzeichnung oder im Infrarotmodus arbeiten.
Das optische Zweispielgel-System 402 kann einen Primärspiegel 222 und einen Sekundärspiegel bzw. eine Sekundärlinse 424 enthalten, welche auf der Ziellinienachse zentriert sind. Der Primärspiegel bestimmt eine gemeinsame Apertur 426 zur Sammlung und Fokussierung der Laserenergie und der Infrarotenergie längs eines gemeinsamen optischen Wegs 428. Der Primärspiegel kann ein ringförmiger Spiegel mit einem Außendurchmesser von mindestens 7,62 cm und typischerweise 12,7 cm oder darüber sein. Die relativ große gemeinsame Apertur macht das optische System unempfindlich gegenüber atmosphärischer Szintillation Ventilation. Der Primärspiegel ist typischerweise asphärisch (von der Kugelform abweichend) und kann ein Brechnungselement enthalten, um eine Farbkorrektur vorzusehen. Der Primärspiegel definiert eine Aperturblende 429, an der sämtliche Strahlenbündel zusammenkommen.
Der Sekundärspiegel bzw. die Senkudärlinse 424 zwischen der Kuppel und dem Primärspiegel auf dem gemeinsamen optischen Weg erzeugt eine zentrale Verlegung der gemeinsamen Apertur. Der Sekundärspiegel bzw. die Sekundärlinse besitzt eine Rückseite, welche dem Primärspiegel zugewandt ist, sowie eine Vorderseite, welche der Kuppel zugewandt ist. Die Rückseite ist ein Sekundärspiegel 430, welcher so ausgebildet ist, dass er Infrarotenergie längs eines ersten optischen Wegs 432 durch eine Feldlinse 435 zu dem Infrarotdetektor 412 reflektiert. Der zweite Spiegel 430 gestattet auch die Ausbreitung von Laserenergie durch ihn hindurch, durch eine zweite Linse 436 auf der Vorderseite, welche die Laserenergie längs eines zweiten optischen Wegs 437 führt und zu dem SAL-Detektor 414 führt.
Der zweite Spiegel 430 kann eine Mehrschicht-Infrarot-Beschichtung 431 enthalten, welche auf einer konvexen, asphärischen Oberfläche gebildet ist, um Infrarotenergie zu reflektieren. Der Sekundärspiegel 430 kann auch hinter der Infrarotbeschichtung 431 eine Langwellen-Durchlassbeschichtung enthalten, um einen wesentlichen Teil des einfallenden Lichts bei von der spezifischen SAL-Wellenlänge verschiedenen Wellenlängen oder von dem interessierenden Wellenlängenband verschiedenen Wellenlängen daran zu hindern, den SAL-Detektor zu erreichen. Es sei beispielsweise eine Laserwellenlänge von 0,06 μm betrachtet, welche in Verbindung mit einem Detektor auf Siliziumbasis verwendet wird. Die Beschichtung weist Energie bei Wellenlängen von weniger als annähernd 1 μm (beispielsweise nicht sichtbares Licht) zurück. Das Ansprechen des Siliziumdetektors springt oberhalb annähernd 1,1 μm rasch an und bewirkt dadurch die gewünschte Hochpassfilterung. Der Spiegel 430 kann asphärisch sein.
In einem Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf ist der Infrarotdetektor ein abbildender Detektor, während der SAL-Dektetor ein nicht-abbildender Detektor ist. Folglich ist die Konstruktion des optischen Systems zur Bildung eines gut korrigierten zweidimensionalen Bildes an dem Infrarotdetektor aufwändiger als die Konstruktion für den SAL-Detektor. Aus diesem Grunde dient jede der optischen Oberflächen auf dem gemeinsamen Weg (beispielsweise die Kuppel, der Primärspiegel und der Sekundärspiegel) und auf dem Infrarotstrahlungsweg (beispielsweise die Feldlinse) zur Erfüllung der Abbildungsanforderungen für den Infrarotdetektor. Die verbleibenden Freiheitsgrade, nämlich die Position des SAL-Detektors und der Sekundärlinse dienen zur Erfüllung der SAL-Neigungsanforderungen. Genauer gesagt, die Position des SAL-Dektektors 414 und der Sekundärlinse 436 dienen zur Bildung eines in hohem Maße abgelenkten Flecken, der die richtige SAL-Neigung aufweist. Der Flecken kann hunderte von Wellen einer sphärischen Aberration enthalten, so dass der Flecken einen dichten zentralen Kern mit einem großen. Hof darum aufweist. Der zentrale Kern liefert die Neigung und der Hof darum liefert das erforderliche Blickfeld.
Es sei nun auf die 5 und 6 Bezug genommen. Der sekundäre Spiegel bzw. die sekundäre Linse 424 und die Halterungsstützen 440, welche den sekundären Spiegel bzw. die sekundäre Linse 424 mit Bezug auf den primären Spiegel 422 haltern, verlegen die gemeinsame Apertur. Der sekundäre Spiegel bzw. die sekundäre Linse 424 erzeugen eine zentrale Abschattung unter Verlegung 442, welche die Laserenergie und Infrarotenergie, welche durch die Kuppel 406 übertragen werden, daran hindern, den Primärspiegel zu erreichen. Die Stützen 440 erzeugen eine radiale Abschattung 444, welche Laserenergie und Infrarotenergie, welche von dem Primärspiegel reflektiert wird, daran hindert, den Sekundärspiegel bzw. die Sekundärlinse zu erreichen. Die Lichtmuster 446 und 448, die von dem Zielobjekt zurückgestrahlt werden, sind in der Ebene des SAL-Detektors verschieden, abhängig davon, ob sich das Zielobjekt auf der Achse befindet (6a) oder sich nicht auf der Achse befindet (6b). Weiter ändert sich das von der Achse abweichende Muster 448 über das Blickfeld FOV hin.
Es sei jetzt auf die 7a und 7b Bezug genommen. Der SAL-Detektor zeigt ”Totzonen” zwischen den vier Quadranten und insbesondere auf der Ziellinie. Der SAL-Brennfleck hat eine hohe Spitze in der Mitte mit einem Hof von bedeutend niedrigerer Lichtintensität, welcher den Scheitelpunkt umgibt. Wie in 7a dargestellt, geht der Scheitelwert praktisch in der toten Zone 450 bei Ziellinienrichtung verloren. Wie in 7b gezeigt ist, wird, wenn sich das Zielobjekt aus der Ziellinienrichtung bewegt, die Neigung leicht nicht-linear aufgrund des aus der toten Zone auftauchenden Scheitelwerts.
Diese Asymmetrien zwischen einer Position des Zielobjekts auf der Achse oder von der Achse weg verfälschen die Übertragungsfunktion des SAL-Detektorsystems. Die Bildung eines stark abgelenkten Brennfleckes löst dieses Problem nicht. Folglich können die Ziellinienverschiebung und Neigungs-Nichtlinearitäten innerhalb des Blickfeldes die Anforderungen an das System nicht erfüllen.
Es sei nunmehr auf die 8 und 9 Bezug genommen. Die genannten Fehler können kompensiert werden, indem der SAL-Detektor geeicht wird und ein eindeutiger Versatz von der idealen Übertragungsfunktion für jedes Paar von ΔX und ΔY über das Blickfeld hin gespeichert wird. Das Lenksystem kann eine Tabelle von Korrekturwerten mit dem Index von ΔX und ΔY speichern. Während des Flugs sucht das Lenksystem die geeigneten Korrekturwerte auf und wendet sie an. Es kann eine Interpolation vorgesehen sein. Die Eichung ist ein zeit- und arbeitsintensiver Vorgang, welcher eine Indizierung des Zielobjekts über ein quadratisches Gitter 800 von Winkelpositionen erfordert, beispielsweise ein Gitter von 50 × 50, und eine Sammlung von Daten an jeder Gitterposition erfordert. Wie in 9 gezeigt, kann die tatsächliche Übertragungsfunktion 900 eine Ziellinienverschiebung 902 von annähernd –0,10° haben, was bedeutet, dass ein Zielobjekt, welches tatsächlich auf einer Ziellinie liegt, –0,10° von der Ziellinie abzuweichen scheint. Die Übertragungsfunktion kann auch eine beträchtliche Nichtlinearität über das Blickfeld hin aufweisen. Die Anwendung der einzelnen Korrekturen kann eine Systemübertragungsfunktion ergeben, welche anderenfalls nicht die vorgeschriebenen Anforderungen an die Übereinstimmung erfüllt.
Jetzt seien die 10a und 10b betrachtet. In einigen Anwendungsfällen kann die Kardanhalterung den Suchkopf weit genug schräg stellen, so dass der Rand der Kuppel 46 die Laserenergie 408 und die Infrarotenergie 410 abschattet und daran hindert den Primärspiegel 422 zu erreichen. Das auf die gemeinsame Apertur fallende Lichtmuster 1000, das auf der gemeinsamen Apertur einfällt, ist asymmetrisch. Dieses Problem wird als Vignettierung bezeichnet. Folglich wird die Laserenergie, welche durch den Sekundärspiegel bzw. die Sekundärlinse 424 fällt und auf den SAL-Detektor 414 fokussiert wird, asymmetrisch abgeschattet. Dies wiederum beeinflusst die Ziellinienverschiebung und die Nichtlinearität der Übertragungsfunktion in Abhängigkeit von dem Abweichungswinkel der Ziellinie 1002 von der zentralen Längsachse 416. Dies kann erforderlich machen, dass die gesamte arbeitsintensive ΔX-, ΔY-Eichprozedur für unterschiedliche Ziellinien wiederholt wird. Nimmt man an, dass der Effekt symmetrisch um die Achse herum ist und nimmt man eine Gleichförmigkeit an, bis der Winkel irgendeinen Schwellwert erreicht, an dem die Vignettierung beginnt, dann müsste die Eichprozedur über ein radiales Gitter von dem Schwellwertwinkel bis zu dem Maximalwinkel wiederholt werden. Das Lenksystem würde eine dreidimensionale Tabelle von Korrekturen, indiziert durch den Winkel und die Werte ΔX und ΔY, speichern. Während des Fluges wurde das Lenksystem dann die geeignete Korrektur ablesen und zur Wirkung bringen. Wenn diese Annahmen nicht gültig sind, dann muss die Eichkorrektur über den gesamten Zweiachsenbereich wiederholt werden.
Das Speichern der Korrekturfaktoren in einer Nachschlagtabelle in einen Speicher, das Wiederauffinden der Korrekturwerte und die Anwendung der Korrektur auf die Lenksignale stellt kein Problem dar. Andere Korrekturfaktoren können ebenso zur Anwendung kommen müssen. Das Problem stellt der zeitintensive und arbeitsintensive Vorgang dar, welcher zur Eichung der Übertragungsfunktion über das Blickfeld hin und möglicherweise auch über das Betrachtungsfeld hin erforderlich ist, Dies fügt beträchtliche Kosten zu dem Suchkopf hinzu und muss für jeden Suchkopf durchgeführt werden.
Es sei auf die 11a und 11b Bezug genommen. Der Eichvorgang kann in starker Maße vereinfacht und möglicherweise vermieden werden, indem der Suchkopf 400 nach 4 modifiziert wird. Zunächst wird die Sekundärlinse 1100 auf der Vorderseite des sekundären Spiegels bzw. der sekundären Linse 424 so ausgebildet und der SAL-Detektor 414 so positioniert, dass ein kleiner Brennfleck 1102 fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor gebildet wird. Die Sekundärlinse kann konkav und asphärisch sein. Wie oben beschrieben bildet das gesamte optische System mit der Kuppel 406, dem Primärspiegel 422, dem Sekundärspiegel 430 und der Sekundärlinse 1100 zusammen mit der Position des SAL-Detektors den kleinen Brennfleck 1102, doch die Sekundärlinse und die Detektorposition sind die einzigen verfügbaren Freiheitsgrade zur Rekonfigurierung des optischen Systems zur Erzeugung des in der gewünschten Weise korrigierten Brennflecks. Anstatt daher einen in hohem Maße abgelenkten Brennfleck zu erzeugen, bildet das optische System einen in der gewünschten Weise korrigierten kleinen Brennfleck 1102 auf dem SAL-Detektor 414. Die Sekundärlinse ist ein Schlüssel-Fokussierungselement für die Laserenergie. Dieser kleine Brennfleck würde eine sehr hohe Neigung durchaus außerhalb der Neigungsanforderungen des Systems über ein sehr enges Blickfeld erzeugen. Eine Aufweitungseinrichtung 1104 ist in dem optischen Weg 437 des SAL angeordnet und so ausgebildet, dass sie räumlich die Laserenergie homogenisiert, um die Größe des Brennflecks 1106 der fokussierten Laserenergie auf dem SAL-Detektor zu vergrößern, um die Systemübertragungsfunktion einzustellen. Die Größe des Brennflecks bestimmt den Nennwert der Neigung. Der Durchmesser des Brennflecks 1106 kann fünf oder zehn mal der Durchmesser des Brennflecks 1102 (bei nicht eingesetzter Aufweitungseinrichtung) sein. Der kleinere wunschgemäß korrigierte Brennfleck wird nicht tatsächlich durch das Vorhandensein der Aufweitungsvorrichtung gebildet, sondern es ist von Wichtigkeit, dass die Optik in dieser Weise ausgebildet ist.
Da die Aufweitungseinrichtung die Energie homogenisiert, ist der Brennfleck über das Blickfeld hin und über das Betrachtungsfeld hin bedeutend gleichförmiger. Dies wiederum minimiert die Ziellinienverschiebung und irgendwelche Nichtlinearitäten in der Neigung aufgrund der verschiedenen Verlegungen und Asymmetrien. Im Idealfall kann die Position der Aufweitungseinrichtung zwischen der Sekundärlinse und dem SAL-Detektor veränderbar sein, um die Übertragungsfunktion zu ändern, so dass die Anforderungen bezüglich der Neigungen erfüllt werden. Als Ergebnis hiervon kann die Systemübertragungsfunktion die Anforderungen an die Systemneigung ohne oder mit nur minimaler Eichung erfüllen (beispielsweise nur bezüglich der Ziellinie).
Im Idealfall könnte es erwünscht sein, die Aufweitungseinrichtung 1004 an der Aperturblende 429 am Primärspiegel 422 anzuordnen, wo sämtliche Strahlenbündel zusammenkommen. Dies würde für eine optimale Homogenisierung der Laserenergie sorgen. Die Aufweitungseinrichtung kann jedoch nicht in dem optischen Weg zu dem Infrarotdetektor angeordnet werden, da solches die zweidimensionalen Bilder verschlechtern würde, welche in der Ebene des Infrarotdetektors gebildet werden. Folglich kann die Aufweitungsvorrichtung nicht an der Aperturblende angeordnet werden. Die Aufweitungseinrichtung wird zwischen dem Senkudärspiegel bzw. der Sekundärlinse 224 und dem SAL-Detektor 414 entfernt von der gemeinsamen Aperturblende 429 und außerhalb des gemeinsamen optischen Wegs 428 und des optischen Wegs für Infrarotstrahlung 433 zu dem IR-Detektor 412 angeordnet. Die Aufweitungseinrichtung kann auf der vorwärtsgerichteten Seite des Sekundärspiegels bzw. der Sekundärlinse 424 bei dem Linsenelement 1100 gebildet werden. Sämtliche Fokussierungselemente oder optischen Kondensorelemente, beispielsweise die Kuppel 406, der Primärspiegel 423, der Sekundärspiegel 430 und die Sekundärlinse 1100 liegen vor der Aufweitungseinrichtung 1104 auf dem optischen Wege. Wie am besten aus 11b ersichtlich ist, kann die Aufweitungseinrichtung 1104 nahe genug an der Aperturblende und weit genug weg von dem SAL-Detektor 414 angeordnet werden, um die Laserenergie-Strahlenbündel 1108 zur Bildung des Brennflecks 1106 zu mischen. Wie dargestellt ist der Brennfleck 1106 beträchtlich größer als der Brennfleck bei Abwesenheit der Aufweitungseinrichtung sein würde, beispielsweise im Durchmesser mindestetns fünf mal bis zehn mal größer.
Die Aufweiteinrichtung 1104 kann irgendein geeignetes System zur räumlichen Homogenisierung oder anderweitigen Streuung einfallender Laserenergie enthalten, welche von dem Detektor empfangen wird. Beispielsweise kann die Aufweiteinrichtung einen Diffusor, eine Gruppe kleiner Linsen, eine wellige Oberfläche, ein streuendes optisches Element oder eine andere optische Aufweitungseinrichtung enthalten. Bei verschiedenen Ausführungsformen homogenisiert die Aufweitungseinrichtung räumlich die einfallende Laserenergie durch Übertragung der Laserenergie durch eine Eingangsöffnung oder Eingangsapertur, die einen Diffusor oder eine Vielzahl verhältnismäßig kleiner Linsen (”Linslein”) enthält, um die Laserenergie zu streuen. Die winkelmäßige Aufweitung der Aufweiteinrichtung beeinflusst den Linearbereich der Übertragungsfunktion. Somit kann die Aufweiteinrichtung so ausgebildet sein, dass sie eine gewählte Breite des Linearbereichs der Übertragungsfunktion und gewünschte Signalsammlungswinkel erzeugt. Im Einzelnen kann die Position der Aufweiteinrichtung längs des optischen Weges zwischen dem Senkundärspiegel bzw. der Sekundärlinse und dem SAL-Detektor verändert werden, um die Neigung der Übertragungsfunktion einzustellen.
In einer Ausführungsform kann die Aufweiteinrichtung einen Diffusor enthalten, welcher einfallende Laserenergie diffus macht, um die von dem Detektor empfangene Laserenergie räumlich zu homogenisieren. Der Diffusor kann entsprechend bestimmten geeigneten Kriterien gewählt und/oder gestaltet werden. Beispielsweise kann der Diffusor einen Lichtformungsdiffusor von der Firma Physical Optics Corporation enthalten, welcher Gauss'sche Aufweitungsprofile und einen hohen Durchsatz erzeugen kann.
In einer Ausführungsform kann die Aufweiteinrichtung eine Anordnung kleiner Linsen enthalten, welche die Eingangsapertur des optischen Systems in bestimmte Unterbereiche unterteilt, wobei jeder Unterbereich einen verhältnismäßig großen, auf dem Detektor zentrierten Fleck beleuchtet. Die Anordnung kleiner Linsen bildet die Unterbereiche unter Verwendung einer Gruppenanordnung der kleinen Linsen oder ”Linslein”. Die kleinen Linsen streuen einfallende Energie, welche durch die Gruppenanordnung gelangt. Jede kleine Linse in der Gruppe kann eine feststehende winkelmäßige Aufweitung erzeugen. Zusätzlich kann die Anordnung die Apertur in zwei Richtungen unterteilen. Beispielsweise kann eine Seite der Gruppe die Energie in vertikaler Richtung aufweiten, während die andere Seite die Energie in horizontaler Richtung aufweitet. Die Übertragungsfunktion oder jeder Unterbereich kann im Wesentlichen identisch mit der vollen Übertragungsfunktion der Gruppe sein. Die Aufweitung für jeden Unterbereich stellt die Übertragungsfunktion des Systems ein, beispielsweise erzeugt ein +/–13°-Kegel (etwa f/2 der kleinen Linse) eine Übertragungsfunktion mit einem +/–13°-Linearbereich.
Die Gruppe von kleinen Linsen kann eine Struktur aufweisen, welche einen im Wesentlichen homogenen Brechungsindex und eine veränderliche Dicke zur Bildung der kleinen Linsen hat. Der Grad, zu welchem die kleinen Linsen die homogenisierte Energie übertragen, entspricht der Anzahl und der Ausbildung der kleinen Linsen. Alternativ kann die Gruppenanordnung eine Struktur mit einem heterogenen Index der Brechung und einer im Wesentlichen konstanten Dicke haben, wodurch derselbe Effekt wie bei einer Mehrzahl von kleinen Linsen erreicht wird. Weiter kann die Gruppe ein Material enthalten, welches einen im Wesentlichen heterogenen Brechungsindex hat und veränderliche Dicke aufweist. Die veränderlichen Brechungsindizes und die veränderlichen Dicken bewirken zusammen die räumliche Homogenisierung der einfallenden Strahlung.
Es sei nun auf 12 Bezug genommen. Der Eichvorgang kann zu einer einzigen Ziellinienmessung 1200 vereinfacht werden, um andere Quellen der Ziellinienverschiebung, beispielsweise eine Fehlausrichtung des SAL-Detektors zu berücksichtigen, oder kann vollständig weggelassen werden. Vorstehendes geht von der Annahme aus, dass die Übertragungsfunktion dieselbe Ziellinienverschiebung und Neigung auf der Ziellinie oder von der Ziellinie weg hat, oder, genauer gesagt, eine Veränderung in der Ziellinienverschiebung und der Neigung aufweist, welche die Anforderungen des Systems erfüllt. Letzteres geht weiter von der Annahme aus, dass die Verschiebung Null ist oder, genauer gesagt, innerhalb der Systemanforderungen liegt und die Neigung die Anforderungen ohne irgendwelche Korrekturen erfüllt. Im ersteren Falle wird das Flugsteuersystem mit einem einzigen Steuerwert unabhängig von der Sichtlinie des Suchkopfes in dem Betrachtungsfeld oder der Position des Zielobjekts in dem Blickfeld versehen. Im letzteren Falle wird kein Korrekturwert vorgesehen.
Es sein nun auf 13 Bezug genommen. Es wurde eine vollständige Zielpunkt-Eichung über das Blickfeld des SAL-Detektors unter Verwendung der Aufweitungseinrichtung vorgenommen, um eine Systemübertragungsfunktion 1300 zu erzeugen. Wie dargestellt, wurde die Ziellinienverschiebung im Wesentlichen beseitigt. Die Linearität der Übertragungsfunktion ist auch verbessert. Die Beseitigung der Ziellinienverschiebung und die Verbesserung in der Linearität gestattet es dem Lenksystem, mit einem vereinfachten Eichvorgang zu arbeiten und immer noch die Anforderungen an die Übertragungsfunktion zu erfüllen.
Nunmehr sei 14 betrachtet. Die Aufweitungseinrichtung 1104 kann in das Linsenelement 1100 auf der Vorderseite des Sekundärspiegels 424 einbezogen sein. Die möglichen Vorteile dieser Ausbildung sind niedrige Kosten und eine geringere Anzahl von Teilen. Da die Position der Aufweitungseinrichtung 1104 nun feststeht, wird die Position des SAL-Detektors 414 verändert, um die Anforderungen bezüglich der Steigung zu erfüllen.
Gemäß 15 kann der Kopf 400 ein leitfähiges Gehäuse 1500 zur Halterung der primären und sekundären Spiegel 422 bzw. 424, des SAL-Detektors 414 und des Infrarotdetektors 412 enthalten. Das Gehäuse kann Befestigungsstützen 440 enthalten, welche den Sekundärspiegel 424 relativ zu dem Primärspiegel 422 positionieren. Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, einen Faraday'schen Käfig 1502 um den SAL-Detektor 414 zu bilden. Der Faraday'sche Käfig gestattet es der Laserenergie, durch den Sekundärspiegel bzw. die Sekundärlinse einzutreten, blockiert jedoch elektromagnetische Störungen. Dies vermindert eine Störung im SAL-Detektor. Zur Bildung des Faraday'schen Käfigs 1502 ist das Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt oder damit beschichtet. Infrarotstrahlung reflektierende Beschichtung 431 auf der Rückseite des Sekundärspiegels bzw. der Sekundärlinse 424 ist eine Schutzbeschichtung bezüglich elektromagnetischer Störung (EMI). Die Beschichtung 431 ist in elektrischem Kontakt mit dem leitfähigen Gehäuse um seinen Rand zur Bildung des Faraday'schen Käfigs.
Während verschiedene beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, sind zahlreiche Variationen und alternative Ausführungsformen den Fachleuten auf diesem Gebiet gegeben. Solche Veränderungen und alternative Ausführungsformen kommen in Betracht und können verwirklicht werden, ohne dass der Grundgedanke der Erfindung verlassen wird, wie er in den anliegenden Ansprüchen definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6924772 [0005]

Claims

Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf, welcher Folgendes umfasst: einen IR-Detektor, welcher so ausgebildet ist, dass er zweidimensionale Bilder fokussierter einfallender Infrarotenergie erfasst, um mindestens ein IR-Lenksignal zu erzeugen; einen positionsempfindlichen SAL-Detektor mit einer Systemübertragungsfunktion, welche die räumliche Verlagerung eines Flecken fokussierter Laserenergie in eine Zielobjektposition umwandelt, um mindestens ein SAL-Lenksignal zu erzeugen; einen Primärspiegel, welcher eine gemeinsame Apertur zur Sammlung und Fokussierung von Laserenergie und Infrarotenergie auf einem gemeinsamen optischen Weg aufweist; eine Sekundärspiegel/Linsenanordnung auf dem gemeinsamen optischen Weg, welche eine zentrale Abschattung der gemeinsamen Apertur erzeugt, wobei der Sekundärspiegel eine Rückseite besitzt, welche dem Primärspiegel zugewandt ist, sowie eine Vorderseite, wobei die Rückseite ein Sekundärspiegel ist, der so ausgebildet ist, dass er die Ausbreitung von Laserenergie durch ihn hindurch zu der Vorderseite längs einem ersten optischen Weg zu dem SAL-Detektor hin gestattet und Infrarotenergie längs eines zweiten optischen Weges zu dem Infrarotdetektor hin reflektiert und wobei der Primärspiegel und der Sekundärspiegel so ausgebildet sind, dass sie die Infrarotenergie fokussieren, um an dem Detektor die zweidimensionalen Bilder zu bilden; wobei die Vorderseite der Sekundärspiegel/linsenanordnung ein Linsenelement ist und dieses Linsenelement so ausgebildet und der genannte SAL-Detektor so positioniert ist, dass ein Flecken fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor entsteht; und eine Aufweitungseinrichtung, die in dem ersten optischen Weg zwischen dem Sekundärspiegel und dem SAL-Detektor entfernt von der Aperturblende des ersten primären Spiegels und nicht in dem zweiten optischen Weg zwischen dem Sekundärspiegel und dem Infrarotdetektor angeordnet ist, wobei die Aufweitungsvorrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Laserenergie räumlich homogenisiert, um die Größe des Fleckens fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor zu erhöhen, um die Systemübertragungsfunktion einzustellen.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem der Primärspiegel einem Außendurchmesser von mindestens 7,62 cm hat.
Zweifachmoduls-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, welcher weiter eine Befestigungsstruktur aufweist, welcher die Sekundärspiegel/linsenanordnung in Abstand von dem Primärspiegel abstützt, wobei die Befestigungssturktur den Durchgang von Laserenergie von der gemeinsamen Apertur zu dem SAL-Detektor hin abschattet.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, welcher weiter Folgendes umfasst: eine Kuppel, welche für Laserenergie und Infrarotenergie durchlässig ist; und eine Zweiachsen-Kardananordnung, welche ein optisches System verschwenkt, das mindestens den Primärspiegel, die Sekundärspiegel/linsenanordnung, den SAL-Detektor und die Aufweitvorrichtung umfasst, um eine Längsachse durch die Mitte der Kuppel verschwenkt, wobei die Kardananordnung das optische System bis zu einem Ausmaß verschwenkt, das die gemeinsame Apertur eine Vignetierung an den Rändern der Kuppel erfährt, wodurch der Durchgang von Laserenergie zu dem SAL-Detektor verlegt wird.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem der Sekundärspiegel auf einer konvexen Oberfläche auf der Rückseite und das Linsenelement auf einer konkaven Oberfläche auf der Vorderseite gebildet ist.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem der Sekundärspiegel eine Beschichtung gegen elektromagnetische Störung (EMI) aufweist, welche so ausgebildet ist, dass sie Laserenergie durchlässt und Infrarotenergie reflektiert.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 6, welcher weiter ein leitfähiges Gehäuse um den SAL-Detektor herum und vor ihm aufweist, wobei das leitfähige Gehäuse und die genannte Beschichtung gegen elektromagnetische Störung hinter dem SAL-Detektor einen Faraday'schen Käfig um den SAL-Detektor herum bildet.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem die Aufweitungsvorrichtung auf der Vorderseite der Sekundärspiegel/linsenanordnung gebildet ist.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem die Aufweitungseinrichtung ein Difusor ist.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem die Aufweitungseinrichtung eine Anordnung kleiner Linsen ist.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem kein optisches Fokussierungselement zwischen der Aufweitungseinrichtung und dem SAL-Detektor angeordnet ist.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, welcher weiter Folgendes enthält: ein Flugsteuersystem, welches das mindestens eine SAL-Lenksignal empfängt und einen einzigen Eichversatz für sämtliche X-, Y-Positionen auf das Lenksignal zur Anwendung bringt, um Steuersignale zur Steuerung des Fluges des Trägerfluggeräts zu erzeugen.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem der Primärspiegel ein brechendes Element enthält.
Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf nach Anspruch 1, bei welchem die Aufweitungseinrichtung den Durchmesser des Brennflecks um mindestens einen Faktor von fünf vergrößert.
Gelenktes Projektil, welches folgendes umfasst: einen zylindrisch geformten Projektilkörper; eine Steuerfläche oder mehrere Steuerflächen an dem Projektilkörper; eine Kuppel, welche an einem Ende des Projektilkörpers angeordnet ist und welche für Laserenergie und Infrarotenergie durchlässig ist; eine zweiachsige Kardanhalterung; einen Zweifachmodus-SAL/IR-Suchkopf, welcher an der zweiachsigen Kardanhalterung innerhalb des Projektilkörpers befestigt ist und Folgendes umfasst: einen Infrarotdetektor, welcher so ausgebildet ist, dass er zweidimensionale Bilder fokussierter einfallender Infrarotenergie erfasst, um mindestens ein Infrarot-Lenksignal zu erzeugen; einen positionsempfindlichen SAL-Detektor, welche eine Systemübertragungsfunktion aufweist, welche die räumliche Verlagerung eines Brennflecks fokussierter Laserenergie in eine Zielobjektposition umwandelt, um mindestens ein SAL-Lenksignal zu erzeugen; einen Primärspiegel mit einer gemeinsamen Apertur zur Sammlung und Fokussierung von Laserenergie und Infrarotenergie, welche durch die Kuppel längs eines gemeinsamen optischen Wegs gelangt ist; eine Sekundärspiegel/linsenanordnung zwischen der Kuppel und dem Primärspiegel auf dem gemeinsamen optischen Weg, welche eine zentrale Abschaltung der gemeinsamen Apertur erzeugt, wobei der genannte Sekundärspiegel eine Rückseite, welche dem Primärspiegel zugewandt ist, und eine Vorderseite aufweist, wobei die Rückseite ein Sekundärspiegel ist, der so ausgebildet ist, dass er die Ausbreitung von Laserenergie durch ihn hindurch zur Vorderseite längs eines ersten optischen Weges zu dem SAL-Detektor gestattet und Infrarotenergie gemäß eines zweiten optischen Wegs zu dem IR-Detektor reflektiert, wobei der Primärspiegel und der Sekundärspiegel so ausgebildet sind, dass die Infrarotenergie fokussiert wird, um die zweidimensionalen Bilder auf dem Detektor zu bilden; wobei die Forderseite der Sekundärspiegel/linsenanordnung ein Sekundäres Linsenelement ist, und wobei das sekundäre Linsenelement so ausgebildet und der SAL-Detektor so positioniert ist, dass ein Brennfleck fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor gebildet wird; und eine Aufweitungseinrichtung, welche auf dem ersten optischen Weg zwischen der Sekundärspiegel/linsenanordnung und dem SAL-Detektor entfernt von der Aperturblende an dem Primärspiegel und nicht auf dem zweiten optischen Weg zwischen dem Sekundärspiegel und dem IR-Detektor positioniert ist, wobei die Aufweitungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sie räumlich die Laserenergie homogenisiert, um die Größe des Brennflecks fokussierter Laserenergie auf dem SAL-Detektor zu erhöhen, um die Systemübertragungsfunktion einzustellen; und ein Flugsteuersystem, welches das mindestens eine Infrarot-Lenksignal und das mindestens eine SAL-Lenksignal empfängt und einen einzigen Eichungsversatz oder Kalibrierungsversatz für sämtliche X-, Y-Positionen auf das SAL-Lenksignal zur Anwendung bringt, um Steuersignale zur Verstellung der einen Steuerfläche oder der mehreren Steuerflächen zur Steuerung des Fluges des Trägerfluggerätes zu erzeugen.
Gelenktes Projektil nach Anspruch 15, bei welchem das sekundäre Linsenelement konkav ist und die Aufweitungseinrichtung auf der Oberfläche der konkaven Sekundärlinse angeordnet ist.
Gelenktes Projektil nach Anspruch 15, bei welchem der Primärspiegel einen Außendurchmesser von mindestens 7,62 cm aufweist und bei welchem kein optisches Fokussierungselement zwischen der Aufweitungseinrichtung und dem SAL-Detetkor angeordnet ist.