DE1473999C1 - Vorrichtung zur Verfolgung eines Zielobjekts,insbesondere Flugkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verfolgung eines Zielobjekts, insbesondere Flugkörpers, bei welcher von dem Zielobjekt ausgehende Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, durch eine längs einer optischen Achse angeordnete Abbildungsoptik zu einem Zielobjekt-Bildpunkt in der Brennebene fokussiert, dieser Büdpunkt zu einer kreisförmigen Nutationsbewegung über die in der Brennebene angeordneten Detektorflächen eines Quadranten-Strahlungsdetektors veranlaßt wird und durch auf die Ausgangssignale der Detektorquadranten ansprechende Schaitungsmittel die Versetzung des Zielobjekt-Bildpunktkreises aus einer bezüglich der Detektorquadranten zentrierten Lage wiedergebende elektrische Signale erzeugt werden.

Zielobjekt-Verfolgungs-Vorrichtungen, welche auf von dem Zielobjekt ausgehender Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, beruhen, sind an sich bekannt. Hierbei wird die Abweichung der Lage der auf dem geführten Flugkörper vorgesehenen Strahlungsquelle, insbesondere Infrarotstrahlungsquelle (bei der es sich auch um einen Reflektor für eine Anstrahlung des Flugkörpers mit der betreffenden Strahlungsart, insbesondere Infrarotstrahlung, handeln kann), von der Visierlinie zwischen einer beispielsweise am Boden etwa an der Abschußstelle des Flugkörpers angeordneten Leitstelle und dem Ziel, auf welches der Flugkörper hingelenkt werden soll, bestimmt; die hierbei erhaltenen Daten können als Grundlage für Steuerungsmaßnahme zur Minimalisierung dieser Abweichung von der Visierlinie dienen, derart, daß das zu verfolgende und zu führende Zielobjekt, beispielsweise Flugkörper, stetig und genau in das Ziel gelenkt wird. Voraussetzung für

ein derartiges System ist, insbesondere angesichts der hohen Fluggeschwindigkeiten neuzeitlicher Flugkörper, daß die erwähnte Zielobjekt-Verfolgung und Überwachung auf Abweichung von der Visierlinie mit hoher Genauigkeit erfolgen, und zwar unbeeinflußt von Intensitätsschwankungen des von der Zielobjektstrahlungsquelle, beispielsweise Infrarotstrahlungsquelle, herkommenden Infrarotlichtes und ebenfalls unbeeinflußt vom etwaigen Vorliegen anderer gleichartiger Strahlungsquellen, beispielsweise Infrarotstrahlungsquellen, im Gesichtsfeld der Zielverfolgungsvorrichtung. Die erstgenannte Störmöglichkeit für die genaue Wirkungsweise derartiger Verfolgungssysteme, die auf von Primär- oder Sekundärstrahlungsquellen in oder an dem Flugkörper ausgehende Strahlung ansprechen, nämlich Intensitätsschwankungen der einfallenden In-, frarotstrahlung, kann beispielsweise durch das bekannte »atmosphärische Flimmern« an einer Stelle entlang dem optischen Strahlengang zwischen dem Flugkörper und der Verfolgungseinrichtung verursacht werden; die zweite Störursache, nämlich anderweitige Infrarotstrahlungsquellen im Gesichtsfeld der Vorrichtung, kann von Feuer der verschiedensten Art, von dem Flugkörper bzw. seinen heißen Triebwerkteilen selbst, von Sonnenstrahlung, von anderen Flugkörpern oder von bewußten Infrarotstrahlungs-Abwehrmaßnahmen herrühren. Die bisher bekanntgewordenen Systeme dieser Art haben sich unter dem Gesichtspunkt der erzielbaren Gena uigkeit und der erforderlichen Immunität gegen die erwähnten Störursachen als nicht voll befriedigend erwiesen.

Aus der britischen Patentschrift 6 03 321 ist ein mit Infrarotstrahlung arbeitendes, zielsuchendes System der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die in der Verfolgungsvorrichtung vom Zielobjekt her einfallende Infrarotstrahlung auf einen Quadranten-Infrarotstrahlungsdetektor auftrifft, dessen Quadranten in der Brennebene eines optischen Abbildungssystems angeordnet sind. Im Strahlengang der Abbildungsoptik ist ein Zerhackersystem vorgesehen, derart, daß praktisch mit einer Wechsellichtmethode gearbeitet wird, was die elektrische Verarbeitung der von dem Detektor erzeugten elektrischen Signale erleichtert.

Zwar dient auch bei der bekannten Vorrichtung die Versetzung des von dem Bildpunkt beschriebenen Kreises gegenüber dem Mittelpunkt der Detektorquadrantflächen als Maß für die Abweichung des Zielobjekts von der Visierlinie der Vorrichtung und soll diese Versetzung der Bildpunktspur gegenüber der zentrischen Lage auf den Detektorquadrantflächen durch die unterschiedliche Bogenlänge der Bildpunktspur auf den einzelnen Detektorquadranten nachgewiesen werden; jedoch findet bei der Entgegenhaltung nicht im strengen Sinne eine Zeitmessung der Verweildauer des Bildpunktes auf den Quadrantenflächen in dem Sinne statt, daß die Dauer der Ausgangssignale der einzelnen Quadrantflächen unabhängig von ihrer Intensität bestimmt und als Ausgangssignal für die Herleitung der Steuer- bzw. Regelinformation verwendet wird; vielmehr ist bei der bekannten Anordnung statt auf eine Phasen-Zeitmessung lediglich auf eine Amplituden- bzw. Betragsmessung der Ausgangssignale der den einzelnen Quadrantflächen zugeordneten Fotomuliiplier abgestellt. Das bekannte System beruht somit auf der Annahme, daß die Beträge der von den einzelnen Detektorquadranten erzeugten Aiisgangssignale als M;iß der Verweildauer der Dildpunktspur auf clei\ betreffenden Dctcktorquudranten verwendet werden können. Abgesehen davon, daß diese Annahme nur sehr bedingt brauchbar ist, ergib', sich daraus jedoch vor allem eine eindeutige Abhängigkeit der Messung von Intensitätsschwankungen der zur Messung verwendeten Infrarotstrahlung und damit die Störanfälligkeit gegenüber dem erwähnten atmosphärischen Flimmern. Ein derartiger Flimmereffekt hat nämlich eindeutig zur Folge, daß die einfallende Infrarotstrahlung zeitlich nicht mehr konstante Intensität besitzt, sondern mehr oder weniger ausgeprägte, unregelmäßige Intensitätsschwankungen zeigt. Damit entfällt die für dieses ganze bekannte System grundlegende Annahme, daß die einfallende Meßstrahlung bzw. die durch die Zerhackerwirkung hieraus gebildeten Lichtimpulse konstante Intensität besitzen. Das an sich schon auf einer unzulässig vergröbernden Annahme (Proportionalität der Ausgangsgröße der Detektorquadrantensignale zur Verweildauer des Bildpunktes auf den betreffenden Quadranten) beruhende und daher von Haus aus mit einer beträchtlichen Ungenauigkeit behaftete System ist infolge seiner Abhängigkeit von der Intensität der einfallenden Infrarotstrahlung und der dadurch gegebenen Störanfälligkeit gegenüber dem atmosphärischen Flimmern stark beeinträchtigt.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Systems besteht darin, daß es unterschiedslos auf jede Infrarotstrahlung innerhalb des Gesichtsfeldes der Vorrichtung anspricht, also kein Unterscheidungsvermögen zwischen der von dem zu verfolgenden Zielobjekt ausgehenden Infrarotstrahlung und Strahlung von in dem Gesichtsfeld möglicherweise vorhandenen anderweitigen Wärmequellen besitzt. Die bei der bekannten Vorrichtung empfangsseitig vorgesehene Zerhackung der einfallenden Infrarotstrahlung ändert an dieser Anfälligkeit gegenüber der zweiten Störursache nichts, da diese empfangsseitige Zerhackung selbstverständlich alle ankommende Infrarotstrahlung, gleich welcher Herkunft, gleichmäßig erfaßt und daher keinerlei Diskriminationsvermögen hinsichtlich der Art und Herkunft der einfallenden Infrarotstrahlung erbringt.

Aus der britischen Patentschrift 9 51571 ist ein speziell für navigatorische Zwecke vorgesehenes System der eingangs genannten Art bekannt, das speziell auf von einem ausgewählten bestimmten Fixstern kommendes Licht anspricht und zur Bestimmung der Lage des Sterns gegenüber einer Bezugsrichtung, beispielsweise der Längsachse eines das Navigationssystem tragenden Flugkörpers, bezüglich zwei zu dieser Bezugsachse senkrechten Koordinatenachsen (beispielsweise Längsneigungs- und Gierachse) dient. Bei diesem bekannten System ist in der Brennebene der Abbildungsoptik, in welcher der Bildpunkt zii einer kreisförmigen Nutationsbewegung veranlaßt wird, eine Quadrantenblende in Form einer lichtundurchlässigen Scheibe, welche mit schmalen Schlitzen längs zweier zueinander rechtwinkligen Durchmesser versehen ist, vorgesehen. Hinter dieser Quadrantenschlitzblendenscheibe sind ein oder mehrere Strahlungsdetektoren vorgesehen. Als primäres Meßkriterium dient bei diesem bekannten System die Überstreichung der vier zueinander rechtwinkligen schmalen Quadrantenschlitze durch den Bildpunkt. Bei jedem derartigen Durchtritt wird in dem dahinter befindlichen Detektor ein kurzer Impuls erzeugt, der zur Aufsteuerung einer dem betreffenden Quadrantensehlitz zugeordneten Torschaltung und zur Schließung einer dem vorhergehenden Quadrantensehlitz zugeordneten entsprechenden Torschaltung dient, wobei die einzelnen Torschaltungen

im aufgesteuerten Zustand Schwingungszüge eines Geräteoszillators an nachgeschaltete Additions- und Kombinationsschaltungen durchlassen, in welchen die Länge dieser Schwingungszüge und damit die Zeit zwischen dem Durchtritt des Bildpunktes durch zwei aufeinanderfolgende Quadrantenschlitze bestimmt wird. Aus den hierdurch gewonnenen, die jeweilige Verweildauer der Bildpunktspur in dem betreffenden Quadrantensektor zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schlitzen der Quadrantenschlitzblendenscheibe wiedergebenden Ausgangssignalen kann durch geeignete Kombination die Versetzung des Bildpunktkreises bezüglich des Quadrantmittelpunktes und damit die gewünschte Information über die Längsneigungs- und Gier-Koordinaten des als Bezugspunkt gewählten Fixsterns gewonnen werden.

Bei diesem bekannten System wird somit zwar ebenfalls letztlich die Verweildauer der Bildpunktspur auf den einzelnen Quadrantensektoren a!s Grundlage für die Ermittlung der Versetzung des Bildpunktkreises gegenüber der zentrischen Lage ermittelt, jedoch nur in einem mittelbaren Verfahren. Als primäres Meßkriterium dienen die kurzen Impulse beim Durchtritt des Bildpunktes durch die schmalen Quadrantschlitze. Abgesehen von dem erheblichen schaltungstechnischen Aufwand an Torschaltungen und dem Erfordernis eines eigenen Geräteoszillators hat dieses bekannte System den grundlegenden Nachteil, daß die von dem Zielobjekt (Fixstern) kommende Primärstrahlungsenergie nur zu einem ganz geringfügigen Teil während der kurzen Durchtritte des Bildpunktes durch die Strahlenquadrantschlitze ausgewertet wird. Dieses bekannte System ist daher äußerst störanfällig gegenüber kurzzeitigen Schwankungen der ankommenden Primärstrahiung, wie sie insbesondere bei Infrarotstrahlungssystemen durch das erwähnte atmosphärische Flimmern in erheblichem Maße auftreten können. Ist im Zeitpunkt des Durchgangs des Bildpunktes durch einen der schmalen Quadrantschlitze die ankommende Primärstrahlung in ihrer Intensität gerade so geschwächt, daß das von ihr erzeugte Detektorausgangssignal nicht mehr zur Aufsteuerung und Schließung der nachgeordneten Torschaltungen ausreicht, so ist eine ordnungsgemäße Funktion des bekannten Systems offensichtlich nicht mehr gewährleistet.

Als weiterer Nachteil gilt auch für dieses bekannte System, daß es keinerlei Diskriminationsvermögen bezüglich der Herkunft der einfallenden Primärstrahiung besitzt und daher fehlerhaft auf von einem anderen als dem Zielobjekt herkommende Primärstrahlung ansprechen kann.

Die vorstehend genannten Nachteile gelten sinngemäß auch für die aus den US-Patentschriften 29 97 588 und 30 69 546 bekannten Nachführvisiersysteme, bei welchen eine Detektorvorrichtung aus sich rechtwinklig kreuzenden, länglichen, schmalen, balkenförmigen Detektorelementen zur Überwachung der Lage des Bildpunktkreises dient. Diese bekannten Systeme stellen somit im wesentlichen eine »komplementäre« Anordnung zu der aus der vorstehend abgehandelten britischen Patentschrift 9 51 571 bekannten Quadrantenschlitzdetektorvorrichtung dar und sind mit den gleichen Nachteilen wie diese behaftet Auch hier beruht die Messung auf den kurzen, beim Überstreichen der schmalen Detektorbalken durch den Bildpunkt erzeugten Impulsen, worin eine erhebliche Störanfälligkeit gegenüber kurzzeitigen Intensitätsschwankungen der primären Meßstrahlung, beispielsweise der dem atmo-

sphärischen Flimmern unterliegenden Infrarotstrahlung, begründet ist. Auch diese beiden bekanntei Systeme vermögen im übrigen nicht zwischen von dem zu verfolgenden Zielobjekt und von beliebigen anderer gleichartigen Strahlungsquellen innerhalb des Gesichtsfeldes herkommender Primärstrahlung zu unterscheiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung einer Zielobjektverfolgungsvorrichtung der eingangs genannten Art mittels von dem Zielobjekl ausgehender Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung zugrunde, wobei durch die Erfindung eine hohe Meßgenauigkeit und Zuverlässigkeit unbeeinflußt von Intensitätsschwankungen der vom Zielobjekt herkommenden Primärstrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, und ebenfalls unbeeinflußt vom etwaigen Vorliegen anderer gleichartiger Strahlungsquellen, insbesondere Infrarotlichtquellen, im Gesichtsfeld der Zielverfolgungsvorrichtung gewährleistet werden soll.

Zu diesem Zweck ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Vorrichtung nur auf in vorgegebener Weise impulsmodulierte, von dem Zielobjekt ausgehende Strahlung anspricht und daß die mit den Ausgangssignalen des Quadrantendetektors beaufschlagten Schaltungsmittei ausschließlich auf die der jeweiligen Verweildauer des Zielobjekt-Bildpunktes auf den einzelnen Detektorquadrantflächen entsprechende Impulsbreite der Detektorausgangssignale ansprechen.

Indem erfindungsgemäß als primäres Meßkriterium ausschließlich die jeweilige zeitliche Verweildauer der Bildpunktspur auf den einzelnen Detektorquadranten zugrunde gelegt und die Information ausschließlich aus der Dauer der Ausgangssignale der Quadrantendetektoren gewonnen wird, ist das erfindungsgemäße System für Intensitätsschwankungen des einfallenden Infrarotlichtes unempfindlich und unterliegt keinerlei Störunger durch die bekannten erwähnten Erscheinungen des atmosphärischen Flimmerns u. dgl. Die Störfreiheil gegenüber gleichartiger Primärstrahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, von anderweitigen, etwa im Gesichtsfeld der Vorrichtung befindlichen Strahlungsquellen wird dadurch erreicht, daß man die für die Verfolgung des Zielobjekts verwendete Infrarotstrahlung in charakteristischer Weise von anderweitiger Infrarotstrahlung unterscheidbar macht; dies erfolgt in der Weise, daß man für die Zielobjekt Verfolgung impulsförmige Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, mit einer vorgegebenen Impulsfolgefrequenz zugrunde legt, wobei das Zielverfolgungssystem so ausgebildet ist, daß es lediglich auf Strahlung dieser Impulsfolgefrequenz anspricht.

Die Selektivität bezüglich dieser charakteristisch ausgezeichneten Primärstrahlung wird vorzugsweise durch entsprechende Ausbildung der auf die Detektorausgangssignale ansprechenden Schaltmittel, also beispielsweise durch Bandpaßfilter, welche nur Signale mit einer Frequenz entsprechend der für die Zielobjektverfolgung vorgegebenen Impulsfolgefrequenz durchlassen, erreicht Damit kann auf einen besonderer Aufwand zur Erzielung der Selektivität im optischer Teil der Vorrichtung verzichtet werden.

Im folgenden werden Ausfuhrungsbeispiele dei Erfindung anhand der Zeichnung erläutert; in dieset zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Prinzips der Erfindung,

F i g. 2 eine Ansicht des Infrarot-Detektors gemäß dei

Erfindung, wobei die Bewegungsbahn des Zielobjektbildes auf den Detektorfläclien dargestellt ist,

Fig. 3 die Wellenformen der Ausgangsgrößen des Detektors für den Fall, daß die Zielobjeki-Strahlungsquelle sich auf der Visierachse des Detektors befindet,

Fig. 4 die Wellenformen der Ausgangsgrößen des Detektors, falls das Zielobjekt außerhalb der Visierlinie liegt,

F i g. 5 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung, welcher die Ausgangsgrößen des Detektors zugeführt werden.

Gemäö ihrem Grundgedanken betrifft die Erfindung eine auf Strahlung abgetasteter Zielobjekte ansprechende Verfolgungseinrichtung. Dabei werden modulierte Infrarot-Impulssignale, die von einem Z'elobjekt im Raum reflektiert werden, einem optischen System zugeführt, das längs einer optischen Achse angeordnet ist, die einer vorgegebenen Visierlinie entspricht. Des weiteren sind Vorrichtungen vorgesehen, mittels welcher die Zeitdauer der Impulse gemessen und hieraus Signale erzeugt werden, die proportional der Winkelabweichung des Zielobjekts von der Visierlinie sind.

Gemäö einem weiteren Aspekt der Erfindung werden dabei die Signalimpulse in der Weise erzeugt, daß man ein von dem optischen System erzeugtes Bild des Zielobjekts zu einer Nutationsbewegung in der Brennebene um die optische Achse veranlaßt. Ein Detektor mit vier getrennten, in der Brennebene angeordneten Quadrantflächen erzeugt dabei Signalimpulse auf jeder dieser Detektorflächen; aus diesen Impulssignalen werden Signale abgeleitet, die proportional der horizontalen und der vertikalen Abweichung des Zielobjekts von der optischen Achse sind.

Im einzelnen zeigt Fi g. 1 ein Infrarot-Verfolgungssystem zur Bestimmung des Abstandes einer Zielobjektquelle von einer vorgegebenen Visierlinie oder optischen Achse 10. Das von einer (nicht dargestellten) modulierten Zielobjekt-Strahlungsquelle ankommende Signa! wird in einem optischen System fokussiert, indem eine Objektivlinse 11 ein Zielbild 12 im Brennpunkt des optischen Systems erzeugt. Dieses Zielbild 12 wird mittels eines Paares optischer Keile 13 bzw. 14 von der optischen Achse 10 abgelenkt und zu einer kreisförmigen Nutationsbewegung veranlaßt. Ein von einer Programmsteuerung 16 gesteuerter Differentialantrieb 15 dreht die optischen Keile 13 und 14 derart, daß das Zielbüd 12 eine kreisförmige Nutation um die optische Achse 10 ausführt, wenn die Zielobjekt-Strahlungsquelle in der Visierlinienachse liegt. Das Gesichtsfeld wird durch eine Gesichtsfeldbegrenzung 9 bestimmt, die beispielsweise eine gewöhnliche Kamerablende sein kann und durch den Differentialantrieb 15 nach Maßgabe von durch die Programmsteuerung 16 vorgegebenen Steuerbefehlen gesteuert wird.

Das Zielobjektbild 12 führt die Nutationsbewegung in einer senkrecht zur optischen Achse 10 gerichteten Brennebene 21 aus. Ein beispielsweise in Form eines Spaltkernes ausgebildeter Strahlungsdetektor 17 weist vier in der Brennebene angeordnete Detektorteilflächen A, B, C und D auf, auf welche das von der Ziel-Strahlungsquelle kommende Signal auftrifft. Die Detektorflächen A, B, C und D sind vorzugsweise so nebeneinander angeordnet daß ihre Berührungsfinien ein Kreuz bilden. Des weiteren ist eine Summationsmatrix 18 vorgesehen, welche auf die Ausgangssignale der Detektorflächen A, B, Cund D anspricht und Signale an den Klemmen 19 bzw. 20 erzeugt, welche eine Anzeige für die vertikale bzw. die horizontale Abweichung des Zielobjekts von der optischen Achse darstellen. Der Anschluß 19 liefert somit ein Längsneigungs-Fehlersignal und der Anschluß 20 ein Gier-Fehlersignal.

Das Zielbild (2 führt eine Nutationsbewegung über die Deiekiorflächen A. B, C und D mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit aus, derart, daß es einen Kreis auf diesen Flächen beschreibt. Die Flächen A, B, C und D bilden je einen Quadranten des von dem Zielbild bei seiner Bewegung umschriebenen Kreises. Die Zeit, welche das Zielobjektbild 12 jeweils auf den einzelnen Detektoren A, B, C und D verbringt, bestimmt die Vertikal- und Horizontal-Abweichung des Zielobjekts von der optischen Achse 10. Auf diese Weise erhält man ein Impulsdauer-System, bei welchem die Information in der Dauer bzw. der Breite der Ausgangsimpulse der ucicmOi cn η, O₁ ο uiiu lj cmnencn iSi.

Die Detektorflächen A, B, C und D bestehen aus einem geeigneten strahlungsempfindlichen Material wie beispielsweise Indium-Antimonid, das durch einen niedrigen Systemrauschpegel gekennzeichnet ist. Infolge dieses außerordentlich niedrigen Rauschpegels des Detektormaterials ist die Empfindlichkeit der Detektoren relativ unabhängig von der Größe ihrer Oberfläche. Der Verweildauer-Arbeitszyklus (d. h. das Tastverhältnis) des Zielbildes auf den Detektorfiächen kann daher so weit vergrößert werden, daß die vier Flächen A, B, C und D im wesentlichen die gesamte von dem Zielbild 12 bei seiner Nutationsbewegung umschriebene Fläche einnehmen. Die Empfindlichkeit des Kursführsystems wird hierdurch verbessert, ohne unerwünschte Erhöhung des Rauschens.

F i g. 2 zeigt eine Ansicht des Detektors 17 aus Fig. 1. Mit 21 ist ein kreisförmiger Pfad bezeichnet, längs welchem das Zielbild 12 gemäß dem in F i g. 1 gezeigten System zu einer Nutationsbewegung veranlaßt wird. Und zwar stellt der Kreis 21 die Bahn dar, welche das Bild 12 beschreibt, wenn die Zielobjekt-Strahlungsquelle genau auf der optischen Achse 10 liegt. Die Verweildauer des Zielbildes 12 auf jedem der Quadrant-Detektoren A, B, C und D ist in diesem Falle gleich, da der Mittelpunkt des von der Bewegungsbahn 21 beschriebenen Kreises auf der optischen Achse 10 liegt. Dies stellt eine Anzeige dafür dar, daß die Zielobjekt-Strahlungsquelle in der optischen Achse 10 liegt. In F i g. 2 ist des weiteren auch eine Bahn 22 gezeigt, die das Zielbild 12a beschreibt, wenn die Zielobjekt-Strahlungsquelle nicht in der optischen Achse 10 liegt. Beispielsweise hat im Falle der dargestellten Bewegungsbahn 22 das Zielobjekt von der optischen Achse 10 im wesentlichen die Vertikalabweichung 0 und eine beträchtliche Horizontalabweichung. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, verweilt das Bild 12a länger auf den Flächen A und D und kurzer auf den Flächen Sund C.

In den F i g. 3 bzw. 4 sind die Wellenformen der Ausgangsgrößen des Detektors 17 für die Nutationsbahnen 21 bzw. 22 aus F i g. 2 dargestellt. Im einzelnen zeigt F i g. 3 die Wellenformen A\, B\, C\ bzw. D\, welche die Ausgangsgrößen der Detektorflächen A, B, Cbzw. D veranschaulichen, wenn das Zielbild 12 sich längs der Bahn 21 in F i g. 2 bewegt Wie aus F i g. 3 ohne weiteres ersichtlich, sind die Impulsdauern bzw. Impulsbreiten der Ausgangsimpulse der einzelnen Detektoren für einen mit 0° beginnendem und mit 360° endendem Zyklus einander gleich. Dies stellt eine Anzeige für den Umstand dar, daß das Zielbild auf jeder der Rächen A, B, Cund D jeweils eine gleiche Zeitdauer verweilt und daß die Zielobjekt-Strahlungsquelle sich genau auf der optischen Achse 10 befindet

Demgegenüber veranschaulichen in Fig. 4 die Wellenformen /42, Bi, Ci bzw. Di die Ausgangsgrößen de; Flächen A, B, C bzw. D für den Fall, daß das Zielobjektbild 12 eine Nutation längs der Bahn 22 um eine Achse 10a ausführt. Die Breite der Impulse B₂ und Ci ist dabei kleiner als die Breite der lmpi'lse Ai und Di. Mit anderen Worten: Die Verweilzeit des Zielbildes 12 auf den Flächen B und C ist kleiner als die auf den Flächen A und D. Eine Analyse der von den Wellenformen gemäß F i g. 4 erzeugten Ausgangssignale in der Summationsmatrix 18 des in Fig. 1 dargestellten Systems ergibt Ausgangs-Fehlersignale, die eine Anzeige der Abweichung der auf der Achse 10a befindlichen Zielobjekt-Strahlungsquelle von der optischen Achse 10 nach Betrag und Richtung darstellen.

F i g. 5 zeigt ein schemaiisches Blockschaltbild der elektrischen Schaltung der Summationsmatrix 18. Die Anschlüsse A, B, Cund D entsprechen den Anschlüssen in F i g. 1 am Eingang der Summationsmatrix 18 von den einzelnen Detektorflächen A, B, C und D. Die an den einzelnen Anschlüssen A, B, C und D auftretenden Signale werden Vorverstärkern nach Art des Verstärkers 33 zugeführt, welche die ankommenden modulierten Signale verstärken und ein Signal nach Art des beispielshalber durch die Wellenform 34 angedeuteten Signals erzeugen. Die Ausgangsgrößen der Vorverstärker werden einer Summationsschaltung zugeführt, in welcher die Signale zur Erzeugung von Ausgangssignalen für einen Längsneigungsfehler-Kanal 35, einen Gierfehlerkanal 36 und einen Bezugskanal 37 miteinander kombiniert werden. In dem Längsneigungsfehler-Kanal 35, der Summationsvorrichtungen 38 und 39 sowie eine Subtraktionsvorrichtung 40 aufweist, werden die Ausgangsgrößen der Vorverstärker gemäß der Beziehung (A + B)-(C+ D) miteinander kombiniert, wodurch man am Ausgang der Subtraktionsvorrichtung 40 ein Signal erhält, das eine Anzeige der Vertikaiabweichung der Zielobjekt-Strahlungsquelle von der optischen Achse nach Richtung und Betrag darstellt.

Der Gierfehlerkanal 36 weist Summalionsvorrichtungen 41 und 42 sowie eine Subtraktionsvorrichtung 43 auf, mittels welcher die Ausgangsgrößen der Vorverstärker gemäß der Beziehung (A + D)—(B+C) miteinander kombiniert werden, wodurch man am Ausgang der Subtraktionsvorrichtung 43 ein beispielshalber durch die Wellenform 47 veranschaulichtes Signal erhält, das proportional der Horizontalabweichung des Zielobjekts von der optischen Achse ist

Der Bezugskanal 37 weist Summationsvorrichtungen 44, 45 und 46 auf und erzeugt im Ausgang der Summationsvorrichtung 46 ein Signal, das die Summation sämtlicher Ausgangsgrößen A + B+ C+ D darstellt. Dieses Bezugssignal dient als Phasenbezugssignal zur Aufrechterhaltung des Synchronismus zwischen den Signalen im Längsneigungskanal 35 und im Gierkanal 36.

In dem Gierkanal 36 wird das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung 43 einem Bandpaßfilter 145 zugeführt, das eine Kompensation bezüglich der Auswirkungen von Phasenverschiebungen bewirkt, wie sie infolge einer Änderung der Modulationsgeschwindigkeit der Zielobjekt-Strahlungsquelle oder infolge irgendeines durch Änderungen der Eigenschaften der Bauteile des optischen Systems verursachten Gangs auftreten können. Die Ausgangsgröße des Bandpaßfilters 145 wird sodann einem Begrenzer 146 zugeführt, der Amplitudenlinearität unter Ausschaltung von Rauscheingangssignalen gewährleistet Dies läßt sich bei dem System gemäß der Erfindung erreichen, da hier die Breite des ankommenden Signals und nicht seine Amplitude gemessen wird. Am Ausgang des Begrenzers 146 tritt ein amplitudenbegrenztes Signal auf, wie es beispielshalber durch die Wellenform 48 veranschaulicht ist; dieses Signal wird einem Phasendemodulator 50 zugeführt, in welchem das von dem Begrenzer 146 kommende Signal nach Maßgabe eines von einem Begrenzer 51 in dem Bezugskanal 37 gelieferten

ic Bezugssignals synchrondemoduliert wird. Das Phasenbezugssignal wird in dem Kanal 37 in der Weise erzeugt, daß die Ausgangsgröße der Summationsvorrichtung 46 über ein Bandpaßfilter 53 und eine Squelch-Schaltung 54 dem Begrenzer 51 zugeführt wird. Eine Ausgangsgröße des Begrenzers 51 wird dem Phasendemodulator 5OaIs Phasenbezugssignal zugeführt.

Die Ausgangsgröße des Demodulators 50 ist beispielshalber durch die Wellenform 56 veranschaulicht; sie wird in einem Tiefpaßfilter 57 gefiltert, derart, daß man eine beispielshalber durch die Wellenform 58 veranschaulichte Ausgangsgröße erhält, die ein einseitig gerichtetes Signal darstellt, das ein Maß für die Horizontalabweichung des Zielobjekts von der optischen Achse 10 darstellt. Die Ausgangsgröße des Filters 57 wird einem Begrenzer 59 zugeführt, der an seinem Ausgang ein Signal erzeugt, das beispielshalber durch die Wellenform 60 veranschaulicht wird; nach Filterung in einem Tiefpaßfilter 62 erhält man daraus ein Ausgangssignal an der Klemme 20, das beispielsweise durch die Wellenform 63 veranschaulicht wird und ein Gleichstromsignal darstellt, das proportional der Zeitdauer der Ausgangsgrößen der Detektorflächen A, B, C und D ist. Auf diese Weise erhält man ein beispielshalber durch die Wellenform 62 veranschaulichtes Signal, das im wesentlichen den Horizontalabweichungsfehler darstellt

Der Längsneigungsfehler-Kanal 35 arbeitet in gleicher Weise wie für den Gierkanal 36 beschrieben; er erhält das Ausgangssignal der Subtraktionsvorrichtung 40 zugeführt und liefert mittels elektronischer Schaltmittel, die denen des Gierkanals 36 entsprechen, ein Ausgangssignal an der Klemme 19, das eine Anzeige der Vertikalabweichung der Zielobjekt-Strahlungsquelle von der optischen Achse 10 darstellt.

Indem man so gemäß der Erfindung ein impulsbreitenmoduliertes System verwendet, bei welchem die Verweilzeit eines Zielbildes auf jedem von vi»r Detekiorflächen A, B, C und D, die in den Quadranten eines von dem Zielbild bei seiner Nutationsbewegung beschriebenen Kreises angeordnet sind, gemessen wird, lassen sich Intensitätsflimmerfehler und andere durch Hintergrundrauschen verursachte Fehler vermeiden. Wie aus den in Fig.5 gezeigten Wellenformen ohne weiteres ersichtlich, werden die in den Signalen auftretenden Rauschpegel durch die Schaltungen in den einzelnen Kanälen ohne weiteres ausgefiltert, ohne daß dadurch irgendwelche Information hinsichtlich der Abweichung des Zielobjekts von der Visierlinie verlorengeht Man erhält daher auf diese Weise ein äußerst genaues und zuverlässiges System zur Messung der Abweichungen der Zielobjekt-Strahlungsquelle von der Visierlinie.

Der besondere Vorteil des Impulsdauer-Modulationssystems gemäß der Erfindung besteht darin, daß hierdurch das Rauschen in den elektronischen Verarbeitungsschaltungen ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit und der Zuverlässigkeit ausgeschieden werden kann. Dies läßt sich mit den bekannten Anordnuneen.

bei welchen das Rauschen und die Signale in proportionalen Anteilen durch das gesamte System hindurch mitgeführt werden müssen, nicht erreichen.

Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein mit Strahlungsenergie arbeitendes Verfolgungssystem zur Verfolgung einer Infrarot-Strahlungsquelle geschaffen, wie es beispielsweise zur Lenkung eines Geschosses mit einer Infrarot-Strahlungsquelle von einer Bodenleitbzw. -Verfolgungsstelle aus ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Infrarot-Verfolgungseinrichtung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ohne weiteres in anderen Systemen zur Verfolgung irgendeiner beliebigen Strahlungsenergiequelle Verwendung finden kann. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Systems gemäß der Erfindung ist zwar angenommen, daß die Infrarot-Strahlungsquelle in dem Zielobjekt bereits

moduliert ist, bevor die Strahlung dem in Fig. 1 gezeigten optischen System dargeboten wird; für den Fachmann ist jedoch ohne weiteres klar, daß, falls beispielsweise eine Strahlungsquelle wie etwa ein gegnerisches Geschoß verfolgt werden soll, in dem System gemäß F i g. 1 ohne weiteres Vorrichtungen zur Modulation der einfallenden Strahlung vorgesehen werden können. Das beschriebene System gemäß der Erfindung ist daher zur Verfolgung jeder beliebigen St rahlungsenergiequelle geeignet.

Die Erfindung ist vorstehend an Hand eines speziellen Ausführungsbeispiels im einzelnen beschrieben worden, das jedoch selbstverständlich in mannigfachen Einzelheiten abgewandelt werden kann, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Verfolgung eines Zielobjekts, insbesondere Flugkörpers, bei welcher von dem Zielobjekt ausgehende Strahlung, insbesondere Infrarotstrahlung, durch eine längs einer optischen Achse angeordnete Abbildungsoptik zu einem Zielobjekt-Bildpunkt in der Brennebene fokussiert, dieser Bildpunkt zu einer kreisförmigen Nutationsbewegung über die in der Brennebene angeordneten Detektorflächen eines Quadranten-Strahlungsdetektors veranlaßt wird und durch auf die Ausgangssignale der Detektorquadranten ansprechende Schaltungsmittel die Versetzung des Zielobjekt-Biidpunktkreises aus einer bezüglich der Detektorquadranten zentrierten Lage wiedergebende elektrische Signale erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung nur auf in vorgegebener Weise impulsmodulierte, von dem Zielobjekt ausgehende Strahlung anspricht, und daß die mit den Ausgangssignalen des Quadrantendetektors (A, B, Q D) beaufschlagten Schaltungsmittel (18, F i g. 1; F i g. 5) ausschließlich auf die der jeweiligen Verweildauer des Zielobjekt-Bildpunktes auf den einzelnen Detektorquadrantflächen (A, B, C, D) entsprechende Impulsbreite der Detektorausgangssignale ansprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Detektorausgangssignalen beaufschlagten Schahungsmittel (18, Fig. 1; Fig.5) einen Längsneigungskanal (35, F i g. 5), welcher auf die Summe der Signale des ersten und des zweiten Quadranten (A + ß^und die Summe der Signale des dritten und des vierten Quadranten (C + D) der Detektorvorrichtung anspricht und hieraus ein die Horizontalabweichung des Zielobjekts von der optischen Achse wiedergebendes Signal erzeugt, sowie einen Gierkanal (36, Fig.5) aufweisen, welcher auf die Summe der Signale des ersten und vierten Quadranten (A + D) und auf die Summe der Signale des zweiten und des dritten Quadranten (B + C) der Detektorvorrichtung anspricht und in Abhängigkeit hiervon ein die Vertikalabweichung des Zielobjekts von der optischen Achse wiedergebendes Signal erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Längsneigungskanal (35, F i g. 5) eine erste Summationsvorrichtung (38) zur Summation der Signale des ersten und zweiten Quadranten (A + B) der Detektorvorrichtung, eine zweite Summationsvorrichtung (39) zur Summation der Signale des dritten und des vierten Quadranten (C + D) der Detektorvorrichtung, eine Vorrichtung (40) zur Subtraktion der Ausgangsgrößen der ersten und der zweiten Summationsvorrichtung (38, 39) sowie eine auf die Ausgangsgröße der Subtraktionsvorrichtung (40) ansprechende Begrenzervorrichtung zur Erzeugung eines die Vertikalabweichung des Zielobjekts anzeigenden amplitudenbegrenzten Signals aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gierkanal (36, Fi g. 5) eine erste Summationsvorrichtung (41) zur Summation der Signale des eisten und des vierten Quadranten (A + D) der Detektorvorrichtung, eine zweite Summationsvorrichtung (42) zur Summation der Signale des /weiten und des dritten Quadranten (B + C) der Detektorvorrichtung, eine Vorrichtung (43) zur Subtraktion der Ausgangsgrößen der ersten und der zweiten Summationsvorrichtung (41, 42) sowie eine auf die Ausgangsgröße der Subtraktionsvorrichtung (43) ansprechende Begrenzervorrichtung (146) zur Erzeugung eines die Azimutabweichung des Zielobjekts anzeigenden amplitudenbegrenzten Signals aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Detektorausgangssignalen beaufschlagten Schaltungsmittel (18, F i g. 1; F i g. 5) weiter einen Bezugskanal (37, F i g. 5), der auf die Summe der Signale sämtlicher Quadranten (A-D) der Detektorvorrichtung anspricht und nach Maßgabe hiervon ein Phasenbezugssignal erzeugt, sowie eine Vorrichtung (50) aufweisen, welche auf die Ausgangsgröße der Begrenzervorrichtungen und des Bezugskanals (37) anspricht und eine Phasendemodulation der amplitudenbegrenzten Signale in Abhängigkeit von dem Phasenbezugssignal bewirkt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß z-sr Nutation des Zielobjektbildes in der Brennebene zwei längs der optischen Achse (10, Fig. 1) angeordnete optische Keile (13, 14, Fig. 1) und eine Differentialantriebssteuerung (15, 16) vorgesehen sind und daß längs der optischen Achse eine Gesichtsfeldbegrenzung (9) vorgesehen ist, welche mit der Differentialantriebssteuerung (15,16) zur Änderung des Gesichtsfeldes des optischen Systems verbunden ist.